喷嘴流量计与真空滴管流量计的研究

　　测量机械真空泵流量的仪器种类繁多，有涡轮流量计、涡街流量计、转子流量计、质量流量计、孔板流量计、喷嘴流量计和滴管流量计等等，真空行业中常用的是后面几种。

　　转子流量计存在精度低、读数不够稳定等缺点，不宜作测量仪表。但由于价格低廉、使用方便、读数直观并可远传，常常被应用于生产流程中的流量显示。

　　质量流量计精度高、响应速度快、稳定可靠、操作使用方便，因此得到了广泛的应用。但对真空行业而言，却存在流导不足的问题。

　　例如目前最大的质量流量计，最大量程已达 2000 SLM，但连接口径只有 10 mm，故适宜于测量压力气体的流量;用来测量真空泵则量程只有其额定值的几分之一，经实际验证，情况确实如此，所以在真空行业中只能用来测量小流量。

　　孔板流量计曾被广泛应用于水泵行业，因其体积较大，安装和使用相对比较麻烦，应用得较少。主要使用在低真空和中、大流量的场合，例如活塞式真空泵、水环式真空泵的测量中。

　　真空行业中使用最广泛的是滴管流量计和喷嘴流量计，这是二种绝对流量计，只要认真操作，完全可以获得较高的精度。

　　1 喷嘴流量计

　　喷嘴流量计是根据流体动力学中的 Laval(拉瓦尔)喷管原理设计的一种绝对流量计，它在喷嘴出口压力与入口压力之比等于 0.528 时，喷嘴中气流速度达到超音速，通过的气体流量达到最大值。喷嘴出口压力继续降低，上述压力比将开始小于 0.528 并继续下降，气体流量保持不变。

　　喷嘴的流量按下式计算：

　　α———喷嘴效率系数，取0.97

　　P^_b———大气压力，1013.25hPa

　　d^₀———喷嘴的孔径，mm

　　T———室温，K

　　测试时总流量等于各个开启喷嘴流的算术和：

　　上述流量的计算还需经换算和校正，如大气压力换算、气体常数换算、喷嘴效率校正和压力比校正。需要特别指出的是压力比的校正，当喷嘴出口压力与入口压力之比大于 0.528 之后，喷嘴中的气流速度开始低于音速，并随着压力比的继续增加，喷嘴中的气流速度进一步下降，在此状态下的流量计算已不再遵循公式(1)，必需进行压力比校正。具体计算参见 GB/T13930 水环真空泵和水环压缩机气量测定方法。

　　喷嘴流量计的测试装置如图 1 所示。

　　本喷嘴流量计测试装置与 GB/T13930 规定的不同之处在于，各喷嘴中的超音速气流进入到测试罩后，由于集束效应，气流不容易均匀混和，压力稳定性差，按 GB/T13930 规定的装置测得的抽速偏差较大;所以我们将测试罩长度加长，L/D=3~4，同时取压位置从测试罩上移到锥管下面的连接管上。试验证明这项改进效果显著，再也没有出现抽速偏大的现象。