彎管流量計在工業中的應用

   1 彎管流量計的進展

      彎管流量計的進展大致可分為3個階段。

      第1階段，20世紀40年代以前。ии庫科列夫斯基于1913年正式提出利用彎頭內外凹凸面形成的壓差測量水流量，認為這種裝置除了不引起任何壓頭損失以 外，還不需要另占地方，普通標準鑄鐵彎頭都可用，用于測量水量的彎頭可裝在任何平面上，由于這些優點，雖然比之標準孔板精度要差，但仍具有巨大的實際意 義。30年代美國土木工程師協會ASCE（American Society of Civil Engineers）對彎管流量計測量水流量進行系列的試驗，包括圓形、方形、矩形對彎頭流速分布、壓力損失。取壓口位置的影響，以及對流量公式、流量系 數等的大規模試驗（每*量速度試驗超過800點，壓力測量在296個點上進行，進行一個試驗要48人小時），其后前蘇聯BOДГEO研究所及列寧格勒公 用事業科學研究所^[1-2]進行了彎管流量計測量水流量的系列研究，得出下列幾點結論：

      （1）導出了測量水的流量方程（基于伯努利方程）；
      （2）R₀/D為0.95~1.5 的彎頭的流量系數α值接近1，流量系數精度為2%（低于標準孔板的1%，其中R₀為彎頭的曲率半徑，D為彎頭平均內徑）；
      （3）圓形、方形、矩形彎頭的流速分布基本類似；
      （4）彎頭前的直線段不應低于5D，彎頭后的直線段不應低于3～5D；
      （5）用彎頭測量水流量的精度約為±5%，包括取壓口位置、曲率半徑等誤差；
      （6）提出彎徑比的測量方法；
      （7）彎頭可以不是90^o，其它角度的彎頭甚至任何其它可以產生局部阻力的部分都可用作測量水流量。

      第2階段，20世紀50～60年代。我國主要研究利用彎頭測量氣體的流量^[3-4]， 當時的冶金工業部熱工控制研究設計院為測量高溫且管道直線段距離不足（如測量高爐風口大于1000℃的熱風溫度）、溫度高、口徑大（如燒結廢氣流量）、方 形大截面管道（如除塵管道）等場合的流量，于1957年進行了利用彎頭測量流體流量的研究與系列試驗，包括在直徑為25、50、75mm的標準鑄鐵彎頭圓 形管道測量水的流量試驗，在直徑為50、75、100、150、250、350mm的標準鑄鐵彎頭、鐵板焊接彎頭測量氣體的流量試驗，進行氣體流量試驗時 注入有色氣體以觀察其流動情況。試驗包括采用圓形、方形、矩形的鑄鐵彎頭以及鐵板焊接彎頭對流速分布、壓力損失、取壓口位置的影響，井獲得了不同流量公 式、流量系數、直線段、壓力等結果。得出了下列幾點結果：

      （1）導出了利用彎頭測量氣體的流量方程，包括圓形、方形管道的彎頭流量方程；
      （2）利用彎頭測量氣體是可能的，具有較好的重現性，測量流量精度約為±2.5%，在逐個標定情況下，精度優于±1.2%，并成功地在工業實際中應用；
      （3）圓形、方形、矩形彎頭對流速分布的影響基本類似；
      （4）彎頭前的直線段不應低于5D，彎頭后的直線段不應低于2～3D，直線段不足將產生附加誤差；
      （5）取壓口位置不正確將產生附加誤差（逐個標定情況下除外）：
      （6）尺寸不標準的彎頭、內部粗糙的彎頭也可測量氣體的流量，也有很好的重現性，但流量系數α和標準彎頭的不同，應逐個標定；
      （7）提出彎徑比的實用測量方法；
      （8）差壓比之標準孔板要小，如要增大差壓則要增大流速，即把彎頭直徑縮小，一般不采取。

      第3階段，20世紀80年代末開始到現在。主要是對彎管流量計理論、誤差、應用作進一步的研究，并進行產業化與推廣應用。如河北理工學院從1988年開始了對彎管流量計的研究工作^[5-6]， 在前人研究成果的基礎上，借助現代數控機床加工技術、高精度微差壓測量技術、現代計算流體力學技術和現代計算機技術構筑的全新科學研究平臺，在國家重點火 炬項目資助下，經過15年的持續研究，包括理論和實驗研究、誤差分析、提出彎管流量計的優點及與其它流量計的比較、彎徑比的測量方法（高度法、等弦幾何 法、曲率半徑規法等）等，指出了達到1.0級測量準確度的彎管流量計規模化生產的條件，建立了儀表生產廠并且相繼推出可測量10余種工業常用介質的彎管流 量計（包括高精度機加工的彎管傳感器），在國內26個省、市推廣使用，目前已推廣5000余臺，此外還生產成套的彎管流量計計算機網絡監控系統，有力推動 了國家工業流量計量的技術進步。