文丘里風量測量流量計

在電機試驗中,風量是一個很重要的參數,風量直接影響到溫升試驗的結果。風量測量是否準確,直接關系到試驗結果的準確性。本文對文丘里流量計的測量原理和應用進行初步探討。

1風量測量的定義

風量就是單位時間內空氣流經設備或管道某處橫截面的數量,又稱作瞬時流量。 當空氣用體積表示時為體積流量,計量單位為立方米
/秒 (m3/s),當空氣用質量表示時為質量流量,計量單位為千克 / 秒
(kg/s)。另外統計一段時間內的空氣流經某處橫截面的總量叫做累積 流量,可分為累積體積流量(m3) 和累積質量流量(kg)。根據國家選定的非國際單位制單位分(min)、時(h)、升(L)、噸(t)也可以衍生出一系列計量單位,我們現在試驗常用的單位是立方米/ 分(m3/ min)。

文丘里流量原理圖

1 風量測量計算方程

試驗中測量風量的計算方程通常為空氣流動的連續性方程和伯努利方程。
1.1 連續性方程
文丘里風量測量流量計文丘里風量測量流量計在空氣流經的管道中取一管段的兩個截面Ⅰ和Ⅱ,兩處截面的面積、流體密度和流體的平均流速分別為 A1、 1、u1 和 A2、 2、u2。則根據連續性方程得:
文丘里風量測量流量計 
式中:u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流體的平均流速,m/s; A1、A2—截面Ⅰ和Ⅱ的截面積,m2;
文丘里風量測量流量計文丘里風量測量流量計1、 2—截面Ⅰ和Ⅱ上流體的密度,kg/m3;
1.2 伯努利方程
D. 伯努利于 1738 年提出的理想正壓流體在重力作用下作定常運動時,沿流線積分而得到的表達運動流體機械能守恒方程。因此命名為伯努利方程。
 
式中:g—重力加速度 ,m/s2;
Z1、Z2—截面相對基準線的高度,m; p1、p2—截面上流體的靜壓力,Pa; ρ——氣體密度,kg/m3;
u1、u2—截面Ⅰ和Ⅱ上流體的平均流速,m/s。

2 風量測量方法

風量測量方法可以歸納為以下幾類:
(1) 差壓式流量測量法:利用伯努利方程的原理,通過空氣流動過程中產生的差壓信號來測量出風量;
(2) 速度式流量測量法:通過直接測量空氣流動速度來得出風量;
(3)容積式測量:利用標準容積連續測量得出風量;
(4)質量流量測量法:以測量空氣的質量流量為目的從而得出
風量。

文丘里流量計工作原理

3 風量測量儀器

電機試驗,風量要求一般在 40 ~ 120m3/min,適合使用壓差流量計,現場一般使用畢托管、文丘里管、孔板流量計等。
3.1 畢托管
畢托管(pitot tube) 流量計屬差壓式流量計的一種。它的工作原理是伯努利方程 , 即通過測量流體流動過程中產生所的差壓值從而測量流速或流量。因此與其配套的顯示儀表通常為 U 型管壓力計、差壓變送器、手持式壓力計等差壓式儀表。畢托管能測量管道中溫度小于450 攝氏度的各種氣體或液體的流速和流量 , 以及全壓、靜壓和動壓等技術參數,在試驗現場使用畢托管附帶 U 型管流量計進行風量測量較為方便的方法。
3.2 孔板流量計
標準孔板是以能量守恒定律和流動連續性方程為原理,它的結構是一塊具有與管道同心的圓形開孔的圓板,迎流一側是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔,順流的出口呈擴散的錐形。 其結構簡單,加工方便,價格便宜 。缺點是壓力損失較大,測量精度比較低,只適用于潔凈流體介質,在測量大管徑高溫高壓介質時,孔板易變形,不適合使用。
3.3 文丘里管測量
文丘里管測量方法是以能量守恒定律和流動連續性方程為原理, 將測量管段制成漸縮漸擴管,具有圓錐形的入口收縮段和喇叭形的出口擴散段,避免了突然縮小和突然擴大,它的壓力損失最低,具有較高的測量精度,對流體中的懸浮物不敏感,可用于污臟流體介質的流量測量,在大管徑流量測量方面應用的較多。
體積流量公式:
 式中:Q ——氣體流量,m3/min; V1——氣體流動的速度,m/min; A 、A ——管道截面積,m2; Δp——壓差(P2-P1),Pa; ρ——氣體密度,kg/m3;
由于粘滯性等因素的影響,上式需要乘一個小于 1 的修正常數。

4 文丘里流量計測量裝置在試驗現場的應用

將測量管段制成漸縮漸擴管,避免了管道的突然縮小和突然擴大, 從而使阻力損失大大降低。這種管稱為文丘里管。在距文丘里管開始收縮處之前至少 1/2 管徑處設置上游取壓口,下游取壓口通常設在文氏喉(最小截面)附近,兩取壓口使用 U 壓差計連接,就構成文丘里流量計。文丘里管收縮角通常為 15—25°,擴大角一般為 5—7° 。由于它的漸縮漸擴結構使流體流速改變時不形成旋渦 , 故阻力小,永久壓力降僅占壓差讀數的 10% 左右。
試驗檢測的主要目的是確定試驗風道系統的實際流量,為保證電機試驗風量的準確性,需使用測量直觀,精度高的測量設備。
(下轉第 41 頁)

脈沖使與它的 1 腳或 4 腳相串連的三極管導通,故腳或 4 腳中的一路必然接地,1 腳和 4 腳分別與磁保持繼電器的線圈 L1、L2 相連接, L1、L2 將有一個線圈動作。

磁保持繼電器工作的原理:磁保持繼電器的兩個線圈L1、L2,通過脈沖激勵使其翻轉,但是同一時刻只能有一個線圈被激勵,而不是同時被激勵。對于油門控制電路,當線圈 L1 得電時,繼電器 RE3 的觸點 10、觸點 11 接通,即繼電器 RE3 的各觸點保持圖 3 所示的狀態; 當線圈L2 得電是,繼電器 RE3 的各觸點保持與圖 3 所示的狀態相反, 即繼電器 RE3 的觸點 2、觸點 3 閉合。與觸點 2 相連的是作業轉速設定電位器電路,通過手動調節電位計 P4 就可以實現作業轉速電壓的設定,這個電壓通過閉合的觸點 2、觸點 3 接入后級的油門電機回路, 便可以完成作業轉速控制。即 D09-32 搗固車作業時, 通過作業轉速開關控制繼電器RE6 瞬時得電,繼電器 RE3 就動作,完成作業速度控制; 再按一次,作業指示燈滅,RE3 再次動作,回到作業怠速狀態。
2.3 油門電機反饋控制電路
在控制油門轉速時,原理上就是給油門電機提供正反電壓,使油門電機伸出和縮回,以達到拉出和收回油門拉桿,達到發動機轉速升降的目的。當發動機轉速達到規定值時,如果不把這個信號反饋回控制電路,轉速將繼續變化,無法得到預期的穩定轉速,所以整個控制系統中引入了反饋電路。油門電路的反饋是通過電機本身來完成的, 電機伸出或縮回時,將有一個反向電位(負反饋)進入油門電機輸入電路。通過引入負反饋,大大改善了比較電路的工作性能,提高發動機油門的穩定性。當達到規定轉速時,輸入控制電壓與反饋電壓相平衡,電機將保持這個位置,即保持這個控制轉速不變。原理圖如圖 5 所示,該電路為一般的運算放大電路,不再進行具體計算分析。

 3 發動機轉速的調試
發動機的轉速主要包括作業時的作業怠速、作業轉速以及正常的升降油門,正常升降油門包括最高轉速和最低轉速。
作業怠速的調試:在發動機轉速表經過校驗后,打開作業電源,
正常啟動發動機后,將 2b54 轉到作業怠速位置,調整電路板上的電位計 P3 使表顯示為 1100r/m,即完成作業怠速調試。
作業轉速調試:將轉換開關(2b54)轉到作業轉速位置,這時圖3 的 RE3 動作,2、3 腳閉合,調整電路板上的電位計 P4 使轉速表顯示為 2150r/m,即完成作業轉速調試。
最高、最低轉速的調試:設通過調整油門拉把產生的輸入的電壓為 Vi,電位計 P6 處電壓為 Vi1;各電阻值 P6=(0 ~ 22 K)、P11=
(0 ~ 5 K)、R11=24.3K、R10=18K、R9=10K、R6=R7=7K、V0 為
運放OP3D 輸出電壓。調試規定:油門最?。篤i=1.6V、V0=8.5V;油門最大:Vi=9V、V0=1.8V??傻贸鋈缦碌挠嬎愠淌剑?br /> 
通過計算可得P6=1K、P11=4.3K、Vi1=11.4V,而 P6 及P11 的值都在給定電位計的阻值范圍內,在調試過程中,完全可以實現調整P6 和 P11 得到相應電阻值。在實際油門電機控制電路調試過程中,一般先調整電位計 P6 和 P11,使在油門電機在最大和最小時,V0 的值分別為 1.8V 和 8.5V。用已經校正的轉速表對發動機的實際轉速進行校正后,調整拉把使發動機達到最大油門,然后調整電位計 P9 直至發動機轉速為 2300r/m(看轉速表顯示);調整拉把使發動機達到最小油門,然后調整電位計 P8 直至發動機轉速表為 900r/m(看轉速表顯示)。通過以上兩個步驟就實際完成了最大、最小油門的電氣設置。

4 結 語

無論在什么工作狀態下,D09-32 型連續式搗固車的油門電氣控制系統都可以實現對發動機轉速的控制,而且相當穩定。B81 箱上還有兩個手動模式開關,在油門電機拉把無法正常使用時,可以通過手動模式作為應急使用。掌握了 D09-32 型搗固車的油門電氣控制系統, 不僅可以更好地使用油門,而且可以作為參考對其他車型的油門控制進行改進,以及研究后續其他新型車的油門控制系統奠定基礎

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