流量?jī)x表：均速管流量計(jì)的發(fā)展分

　　均速管流量計(jì)的測(cè)量元件——均速管（國(guó)外稱Annubar，直譯阿牛巴），是基于早期皮托管測(cè)速原理發(fā)展起來(lái)的，是60年代后期開(kāi)發(fā)的一種新型差壓流量測(cè)量元件，并開(kāi)始應(yīng)用與我國(guó)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，70年代中期已有30余家廠家進(jìn)行了研制生產(chǎn)。均速管的優(yōu)點(diǎn)是；結(jié)構(gòu)上較為簡(jiǎn)單（如圖1所示），壓力損失小，安裝、拆卸方便，維護(hù)量小。

　　該流量計(jì)由于生產(chǎn)成本低，價(jià)格低廉，因此在市場(chǎng)較為暢銷，在眾多的流量?jī)x表中占有了一席之地。特別是由于其壓力損失�。ㄅc孔板相比較，僅為孔板的5%以下），大大減少了動(dòng)力消耗，節(jié)能效果顯著，這在能源緊張的今天，有著其特殊的意義。由于該流量計(jì)適應(yīng)范圍寬，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好（如圖2所示）近年來(lái)有了較大的發(fā)展，出現(xiàn)了幾種結(jié)構(gòu)形式不同的流量計(jì)。但因使用不當(dāng)，在應(yīng)用中產(chǎn)生了一些問(wèn)題，使得客觀要求與發(fā)展現(xiàn)狀產(chǎn)生了很大的矛盾，許多人期望其應(yīng)用問(wèn)題能得到解決，為此人們做了大量的不懈努力，使得均速管流量計(jì)這一既古老而又年輕的流量計(jì)，在能源、環(huán)保等計(jì)量測(cè)試中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

　　1 均速管流量傳感器的測(cè)量原理

　　均速管流量傳感器，由其結(jié)構(gòu)示意圖所知，它是一根沿直徑插入管道中的中空金屬桿，在迎向流體流動(dòng)方向有成對(duì)的測(cè)壓孔，一般說(shuō)來(lái)是兩對(duì)，但也有一對(duì)或多對(duì)的，其外形似笛。迎流面的多點(diǎn)測(cè)壓孔測(cè)量的是總壓，與全壓管相連通，引出平均全壓p1，背流面的中心處一般開(kāi)有一只孔，與靜壓管相通，引出靜壓p2。均速管是利用測(cè)量流體的全壓與靜壓之差來(lái)測(cè)量流速的。均速管的輸出差壓（△p）和流體平均速度（v），可根據(jù)經(jīng)典的伯努利方程得出

（1）

式中； △P——全壓與靜壓之差，Pa
ρ——流體密度，kg/m3
k——校正系數(shù)。

[$page]如果用流量來(lái)表示，其流量計(jì)算基本公式為

式中 qv ——流體的體積流量，m3/s；
qm——流體的質(zhì)量流量，kg/s；
α ——工作狀態(tài)下均速管的流量系數(shù)；
ε——工作狀態(tài)下流體流過(guò)檢測(cè)桿時(shí)的流束膨脹系數(shù)；
A——工作狀態(tài)下管道內(nèi)截面面積，m2
對(duì)于不同壓縮性流體：ε=1； 對(duì)于可壓縮性流體：ε＜1

　　全壓孔的位置，可按等分面積法求取。這樣，在流量變化的情況下均速管能有較好的適應(yīng)能力，所反映的誤差較小。所謂等分面積法，就是將管道截面分割成內(nèi)圓和外環(huán)的等效平均流速點(diǎn)，這些點(diǎn)就是全壓孔的位置，如圖3所示。

　　全壓孔的開(kāi)孔位置可用切比雪夫數(shù)值積分的解法求得，如圖4所示，圖中r1=±0.4597R，r2=±0.8881R，r1，r2為取壓孔中心距管道中心的距離，R為管道內(nèi)半徑。

　　對(duì)于這種選點(diǎn)方法，無(wú)論是數(shù)目還是位置，近年來(lái)學(xué)術(shù)界及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織均提出了異議，認(rèn)為管內(nèi)的流動(dòng)應(yīng)分為三個(gè)區(qū)域，選點(diǎn)按對(duì)數(shù)——切比雪夫（Log-Jchebycheff）法進(jìn)行，因此，總壓檢測(cè)孔的位置應(yīng)為;r1=±0.03754R；r2=±0.7252R；r3=±0.9358R。這種方法已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）封閉管道中的流量測(cè)量委員會(huì)（TC30）所確認(rèn)，鑒于上述原因，通過(guò)人們的試驗(yàn)研究，均速管的總壓孔數(shù)目還是建議采用二對(duì)或三對(duì)為宜。

[$page]　　背壓檢測(cè)孔長(zhǎng)期以來(lái)采用一個(gè)，是由于人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到均速管按規(guī)范是處于位勢(shì)流中，而位勢(shì)流的前題是管道橫截面上各點(diǎn)靜壓均相等，沒(méi)有橫向流動(dòng)。從這個(gè)角度來(lái)看，一個(gè)背壓檢測(cè)孔已足夠，為了防止流體的流量在檢測(cè)過(guò)程中阻塞背壓檢測(cè)孔，多孔的背壓取壓，已開(kāi)始應(yīng)用在均速管流量傳感器上，總之，由流量的基本公式可知，只要有效地測(cè)出均速管的輸出差壓△P，就可測(cè)出流體的流量值，這就是均速管流量傳感器的測(cè)量原理。

　　2 均速管的結(jié)構(gòu)形式

　　均速管的結(jié)構(gòu)是一根中空的金屬桿，其剖面形狀應(yīng)用最多的產(chǎn)品是圓形及菱形，80年代中期也采用過(guò)機(jī)翼形截面。

　　圓形截面的均速管，當(dāng)雷諾數(shù)Re處于105至106之間時(shí)，使得流量系數(shù)α不穩(wěn)定，它的穩(wěn)定區(qū)域是在雷諾數(shù)Re<105和Re＞106。這主要是由于圓形截面的阻力件，自身存在著“阻力危機(jī)”而引起的。流體流經(jīng)圓管時(shí)存在著分離點(diǎn)不同而導(dǎo)致圓管在迎流流體時(shí)，在圓管上引起的壓力分布不同，從而引起了流量系數(shù)α的變化。

　　菱形截面的均速管，就是為了克服圓形截面這一流量系數(shù)不穩(wěn)定區(qū)而設(shè)計(jì)的。菱形截面無(wú)論雷諾數(shù)的數(shù)值Re是多少，其