空气校准器在小量程流量计校准中的应用

1　引　言

由于实际工程和科学研究的需要,小量程气体流量计(小于1000L/h)的使用日趋增多。目前用于气体流量测量的仪表多为浮子、转子式流量计或孔板、管嘴、文透里管等采用传统压差测量方式的流量计。对于小量程气体流量测量,气体粘滞性影响已不能忽略,温度和管道压力的影响也很明显,因此有必要对气体流量计进行及时校准,以保证测试结果的准确性。空气校准器是用于热线热膜风速计或其它测量气体流速仪表的常用校准器。其主要特点为出口处流速稳定,测量精度高,理论上可以用于气体流量计的校准。如果配上压力计,则温度、大气压等参数输入后,相关软件即时显示压差和中心最大速度的对应关系,使得使用十分方便。对于小量程流量计校准,空气校准器出口流速很低,边界层效应将使其出口流速分布随流量改变而改变,中心点流速与流量关系为非线性。本文对该问题作了探索,重点是通过对速度剖面的测量,寻求中心点流速与对应流速分布的关系,进而建立一个简便、有效的小量程气体流量计校准系统。

2　实验设备简介

设备的布置见图1和图2。空气经由压缩机到压力调节装置,再经空气校准器的出口射流到大气,装在坐标架上的热膜探针就位于空气校准器的出口以测量其速度分布,采集数据经过热线热膜风速计分析后通过电脑软件进行相关处理。

　　(1)空气压缩机。空气压缩机参数为:power(2HP)、CAP(120 L/min)、press( 8kg/cm2)

(2)热线热膜风速计。热线热膜风速计的基础是一根无限长的圆柱体在无限大的流场中的热对流理论。本项实验采用热线热膜风速计型号为IFA300。

(3)空气校准器。当空气校准器与压缩机相连时,它就会产生一个较宽范围的低湍流度速度值。这些速度值通过测量次级喷嘴的压差来确定。调整次级喷嘴可以提高其低速时的分辨率。本项实验采用空气校准器型号为1128B,出口喷嘴直径14mm,次级喷嘴选用#3,速度范围0~5m/s,压力范围0~13.3kPa。

(4)全自动三自由度坐标架。全自动三自由度坐标架可由单片机或者PC串口控制,既可以字符串输入,也可以一十六进制输入;其控制精度为0.01mm(一步),显示单位为μm。

3　实验过程与结果分析

实验时用的空气校准器出口直径为14mm,由于速度分布的对称性,实验中仅对某个半径上的速度分布进行测量。

实验数据处理结果仅以中心速度vmax=0.521m/s为例,其他直接给出结果。

表1和图3分别为vmax=0.521m/s时的速度分布和速度曲线。实验时取空气校准器出口中心为坐标原点,R表示测量点离开出口中心的距离,v表示该点的速度测量值。