1、引言
隨著儀表技術的發(fā)展 ,越來越多的流量測量手段被應用到工業(yè)各領域中。 其中差壓式流量計以其較低的價格 ,廣泛的應用場合 ,長期的使用經(jīng)驗 ,以及越來越高的精度 ,在流量測量中一直占有非常重要的地位。根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件 ,以及檢測件與管道的幾何尺寸 ,可選擇不同的差壓計 ,為提高檢測精度、穩(wěn)定性和延長流量計的使用壽命。 筆者在長期的工程實踐中 ,摸索出了一些工程實用經(jīng)驗以供參考。
2、孔板
孔板是一種非常成熟的流量測量方式 ,根據(jù)各種不同的工況 ,會選用不同形式的孔板。 常見的有標準孔板 ,圓缺孔板 ,偏心孔板 , 1 /4圓孔板幾種。
2. 1 　 適用范圍
標準孔板適用一般潔凈 ,黏度不大的介質;圓缺孔板適用黏度較高 ,比較臟的介質 ; 1 /4圓孔板適用于黏度較高 ,流速較小的介質;偏心孔板適用于包含固體顆粒物流體的流量測量。
2. 2 　 計算和選型
目前在孔板計算中zui 的應屬 化組織ISO 5167中的有關公式 ,根據(jù)不同流介特性選擇不同形式孔板 ,選型中非常重要的一點就是 ,在一種工況下 ,多種類型孔板都能夠采用的時候 ,盡量選用符合ISO 5167-2或 GB / T 2624-93規(guī)范的標準孔板 ,由于標準孔板的制造規(guī)范是經(jīng)長期、大量實驗推導出來的 ,有很高的可靠性。 在設定范圍內流量與差壓的方根值 ,可以維持較好的線性度。 只要制造廠按標準加工 ,其流量是無需標定的 ,而非標準孔板及大部分其它流量計出廠時必須要經(jīng)專門的檢測標定。
在孔板設計計算中 ,重要的是要處理好刻度流量、差壓上限和β之間的關系。根據(jù)刻度流量 ,設定一常規(guī)β 值 ,計算ΔP值 ,再根據(jù)ΔP值適當調整β值?？潭攘髁客ǔＪ钦２僮髁髁康?1. 3倍與zui大流量的 1. 1倍 ,兩者 取zui大值 ,或是滿足正常流量是刻度流量的 70%左右 ,zui小流量不低于 25 % ;差壓上限一般推薦 10, 16,25, 40, 50kPa幾檔 ,β 值取 0. 5～ 0. 6為推薦值。
2. 3　 安裝
“小進大出"是儀表行業(yè)人員對于孔板安裝流向的常用語 ,其意思是孔板的銳邊應迎著被測流體的流向 ,使流體從孔板的上游端流向孔板的下游端面。 這對于標 準孔板、圓缺孔板和偏心孔板都是正確的 ,然而 1/4圓孔板和錐形入口孔板卻恰恰相反 ,它們開孔的鋒利端必須背著被測流體的流向 ,是“大進小出"。
如何保證孔板有足夠長的上、下游直管段 ,一直是工程設計、施工中一個較為頭痛的問題。 我們在工作中注意到節(jié)流元件只有在前后流體有充分發(fā)展的速度剖面基礎上 ,才能保證流體的測量精度。 直管長的具體要求應按《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》執(zhí)行。
3、V型錐流量計
V型錐流量計是一種新型差壓式流量計 ,主要用于大流量的計量。 從結構上看 , V 型流量計是一個圓錐體懸掛于管道的* ,流體從流體的頂部方向進入 ,從底部方向流出。 它從根本上“將流體收縮到管道中心"的概念改變成“收縮到管道的內邊壁"。 原理與孔板流量計相同 ,都是通過節(jié)流前后的壓差來測量流量。區(qū)別在于孔板流量計是管道四周節(jié)流 ,屬于突然收縮式節(jié)流裝置 , V型流量計是*節(jié)流 ,屬逐漸收縮式節(jié)流裝置。
V 型流量計的穩(wěn)定流量的計算公式為:

其中: K為常數(shù); Y為氣體膨脹系數(shù) ,在非壓縮應用時Y= 1 。
雖 然 V 型流量計流量測量公式與孔板相似 ,但幾何結構*不同 ,因而相對孔板具有以下一些特點:
( 1)無苛刻的直管段要求
V型流量計的錐體本身重新安排了上游的流速分布 ,相當于自帶了整流器 ,從而大大的縮短了直管段的長度要求。 按照新規(guī)范 ,孔板的上下游直管段至少要保證 ( 22) D,而 V 型流量計一般上游只需 ( 1～ 2) D直管段長 ,而下游需 (3～ 5) D或更小的直管段。
( 2)相對壓損小
由于沒有銳利的邊口 , V型流量計到來的壓力損失是恒定的 ,且遠比孔板的壓損小。 V 型錐流量計背壓穩(wěn)定 ,所以可把正常使用的差壓放在較低的范圍內 ,滿量程差壓一般為 4 ～ 5kPa或更低 ,正常流量對應的差壓大概在 2 kPa 左右 ,*壓損在 1 kPa 左右。
( 3)改變流速輪廓
一 個 V 型錐體懸掛在管道中心 ,改變了管道內流體速度分布 ,從而達到使流速相對“勻化"的效果 ,這使得 V 型錐體流量計在流速較低時 ,仍能產(chǎn)生足夠的壓差 ,隨著流速的降低 ,傳統(tǒng)的差壓儀表早已不能測量了 ,而 V型錐體流量計作用卻更加顯著。
4、威力巴流量計
威力巴流量計的探頭為單片雙腔結構 ,在其前部表面進行了粗糙化處理 ,通過面積積分所得的多對取壓孔遍及整個管道的速度剖面。 迎面流體的取壓孔讀取高壓平均信號 ,在探頭的側后兩邊 ,流體與探頭的分離點之前的低壓取壓孔讀取低壓平均信號。
威力巴流量計與其它差壓流量計一樣都遵循伯努利方程:

Q V 為流體的體積流量 , K為流量系數(shù) , C為流量常數(shù);Δ P為探頭所產(chǎn)生的差壓。
K = 1 /[1/( 1- C b B v )+ C ]
C b 為邊界層系數(shù) , B v 為阻塞系數(shù)。
相對于常規(guī)的差壓式流量計 ,威力巴流量計具有以下一些特點:
可在各種管徑的管道上進行安裝 ,尤其適用于管徑較大的管道中氣體流量測量 ;可在圓管或方管上進行測量;威力巴在安裝過程中 ,只需要進行簡單的焊接 ,焊接的工作量從幾厘米到十幾厘米不等 ,基本上與管道的大小無關;因為威力巴采用非收縮節(jié)流設計 ,比起孔板大大減少了*壓損。
孔板壓損經(jīng)驗公式:
當β= 0. 6時 , PPL0= 0. 6×ΔP
β = 0. 7時 , PPL 0= 0. 5× ΔP
威力巴壓損經(jīng)驗公式:
PPL0= 0. 3 ×Δ P
由于威力巴的壓差 Δ P 的孔徑的差壓 Δ P 小一個數(shù)量級 ,而壓損比例又小一個數(shù)量級 ,所以威力巴的壓損和孔板的壓損相比是微不足道 ,因而威力巴流量計的運行成本大大低于孔板的運行成本。
5、選型實例
在自備熱電站的化工工程中 ,流量測量全部采用差壓式流量計,根據(jù)不同介質和不同工況作了以下選型:高壓蒸汽及給水部分: 考慮到*壓損低 ,長期運行成本低 ,以及不易泄漏等特點 ,選用威力巴流量計;背壓蒸汽及給水部分: 考慮到一次性投資低 ,流體較穩(wěn)定等特點 ,選用標準孔板;

3 　 準直透鏡系統(tǒng)結構參數(shù)的確定對于準直透鏡系統(tǒng)的機構參數(shù)利用 ZEM AX 軟件進行確定。
首先設計出光學特性與所要求相接近的光學結構作為初始結構 ,通過逐步修改 ,達到滿足光學特性要求的成像質量。經(jīng)過多次修改 ,zui終確定其結構參數(shù)如表1所示。

準直透鏡系統(tǒng)的結構如圖 2所示。

干擾光發(fā)射系統(tǒng)采用高壓氙燈、橢球面反光鏡及負透鏡準直技術形成平行光 ,再通過庫德反射鏡和發(fā)散反射棱鏡發(fā)出具有 3 ° 發(fā)散角的強干擾光 ,其作用距離在中等氣象條件下 ,為 1km ≤ L≤ 5km。