文丘里風(fēng)量測量流量計(jì)
1風(fēng)量測量的定義
風(fēng)量就是單位時(shí)間內(nèi)空氣流經(jīng)設(shè)備或管道某處橫截面的數(shù)量，又稱作瞬時(shí)流量。 當(dāng)空氣用體積表示時(shí)為體積流量，計(jì)量單位為立方米
/秒 (m3/s)，當(dāng)空氣用質(zhì)量表示時(shí)為質(zhì)量流量，計(jì)量單位為千克 / 秒
(kg/s)。另外統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的空氣流經(jīng)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(zhì)量流量(kg)。根據(jù)國家選定的非國際單位制單位分（min）、時(shí)（h）、升（L）、噸（t）也可以衍生出一系列計(jì)量單位，我們現(xiàn)在試驗(yàn)常用的單位是立方米/ 分（m3/ min）。
1 風(fēng)量測量計(jì)算方程
試驗(yàn)中測量風(fēng)量的計(jì)算方程通常為空氣流動(dòng)的連續(xù)性方程和伯努利方程。
1.1 連續(xù)性方程
在空氣流經(jīng)的管道中取一管段的兩個(gè)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(jù)連續(xù)性方程得：
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；
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(yùn)動(dòng)時(shí)，沿流線積分而得到的表達(dá)運(yùn)動(dòng)流體機(jī)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(duì)基準(zhǔn)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(fēng)量測量方法
風(fēng)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(dòng)過程中產(chǎn)生的差壓信號(hào)來測量出風(fēng)量；
（2） 速度式流量測量法：通過直接測量空氣流動(dòng)速度來得出風(fēng)量；
（3）容積式測量：利用標(biāo)準(zhǔn)容積連續(xù)測量得出風(fēng)量；
（4）質(zhì)量流量測量法：以測量空氣的質(zhì)量流量為目的從而得出
風(fēng)量。
3 風(fēng)量測量儀器
電機(jī)試驗(yàn)，風(fēng)量要求一般在 40 ～ 120m3/min，適合使用壓差流量計(jì)，現(xiàn)場一般使用畢托管、文丘里管、孔板流量計(jì)等。
3.1 畢托管
畢托管(pitot tube) 流量計(jì)屬差壓式流量計(jì)的一種。它的工作原理是伯努利方程 , 即通過測量流體流動(dòng)過程中產(chǎn)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(jì)、差壓變送器、手持式壓力計(jì)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(dòng)壓等技術(shù)參數(shù)，在試驗(yàn)現(xiàn)場使用畢托管附帶 U 型管流量計(jì)進(jìn)行風(fēng)量測量較為方便的方法。
3.2 孔板流量計(jì)
標(biāo)準(zhǔn)孔板是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為原理，它的結(jié)構(gòu)是一塊具有與管道同心的圓形開孔的圓板，迎流一側(cè)是有銳利直角入口邊緣的圓筒形孔，順流的出口呈擴(kuò)散的錐形。 其結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價(jià)格便宜 。缺點(diǎn)是壓力損失較大，測量精度比較低，只適用于潔凈流體介質(zhì)，在測量大管徑高溫高壓介質(zhì)時(shí)，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(dòng)連續(xù)性方程為原理， 將測量管段制成漸縮漸擴(kuò)管，具有圓錐形的入口收縮段和喇叭形的出口擴(kuò)散段，避免了突然縮小和突然擴(kuò)大，它的壓力損失最低，具有較高的測量精度，對(duì)流體中的懸浮物不敏感，可用于污臟流體介質(zhì)的流量測量，在大管徑流量測量方面應(yīng)用的較多。
體積流量公式：
式中：Q ——氣體流量，m3/min； V1——氣體流動(dòng)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(gè)小于 1 的修正常數(shù)。
4 文丘里流量計(jì)測量裝置在試驗(yàn)現(xiàn)場的應(yīng)用
將測量管段制成漸縮漸擴(kuò)管，避免了管道的突然縮小和突然擴(kuò)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(shè)置上游取壓口，下游取壓口通常設(shè)在文氏喉（最小截面）附近，兩取壓口使用 U 壓差計(jì)連接，就構(gòu)成文丘里流量計(jì)。文丘里管收縮角通常為 15—25°，擴(kuò)大角一般為 5—7° 。由于它的漸縮漸擴(kuò)結(jié)構(gòu)使流體流速改變時(shí)不形成旋渦 , 故阻力小，永久壓力降僅占?jí)翰钭x數(shù)的 10% 左右。
試驗(yàn)檢測的主要目的是確定試驗(yàn)風(fēng)道系統(tǒng)的實(shí)際流量，為保證電機(jī)試驗(yàn)風(fēng)量的準(zhǔn)確性，需使用測量直觀，精度高的測量設(shè)備。
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磁保持繼電器工作的原理：磁保持繼電器的兩個(gè)線圈L1、L2，通過脈沖激勵(lì)使其翻轉(zhuǎn)，但是同一時(shí)刻只能有一個(gè)線圈被激勵(lì)，而不是同時(shí)被激勵(lì)。對(duì)于油門控制電路，當(dāng)線圈 L1 得電時(shí)，繼電器 RE3 的觸點(diǎn) 10、觸點(diǎn) 11 接通，即繼電器 RE3 的各觸點(diǎn)保持圖 3 所示的狀態(tài)； 當(dāng)線圈L2 得電是，繼電器 RE3 的各觸點(diǎn)保持與圖 3 所示的狀態(tài)相反， 即繼電器 RE3 的觸點(diǎn) 2、觸點(diǎn) 3 閉合。與觸點(diǎn) 2 相連的是作業(yè)轉(zhuǎn)速設(shè)定電位器電路，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)電位計(jì) P4 就可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)轉(zhuǎn)速電壓的設(shè)定，這個(gè)電壓通過閉合的觸點(diǎn) 2、觸點(diǎn) 3 接入后級(jí)的油門電機(jī)回路， 便可以完成作業(yè)轉(zhuǎn)速控制。即 D09-32 搗固車作業(yè)時(shí), 通過作業(yè)轉(zhuǎn)速開關(guān)控制繼電器RE6 瞬時(shí)得電，繼電器 RE3 就動(dòng)作，完成作業(yè)速度控制； 再按一次，作業(yè)指示燈滅，RE3 再次動(dòng)作，回到作業(yè)怠速狀態(tài)。
2.3 油門電機(jī)反饋控制電路
在控制油門轉(zhuǎn)速時(shí)，原理上就是給油門電機(jī)提供正反電壓，使油門電機(jī)伸出和縮回，以達(dá)到拉出和收回油門拉桿，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升降的目的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時(shí)，如果不把這個(gè)信號(hào)反饋回控制電路，轉(zhuǎn)速將繼續(xù)變化，無法得到預(yù)期的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，所以整個(gè)控制系統(tǒng)中引入了反饋電路。油門電路的反饋是通過電機(jī)本身來完成的， 電機(jī)伸出或縮回時(shí)，將有一個(gè)反向電位（負(fù)反饋）進(jìn)入油門電機(jī)輸入電路。通過引入負(fù)反饋，大大改善了比較電路的工作性能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)油門的穩(wěn)定性。當(dāng)達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸入控制電壓與反饋電壓相平衡，電機(jī)將保持這個(gè)位置，即保持這個(gè)控制轉(zhuǎn)速不變。原理圖如圖 5 所示，該電路為一般的運(yùn)算放大電路，不再進(jìn)行具體計(jì)算分析。
3 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)試
發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要包括作業(yè)時(shí)的作業(yè)怠速、作業(yè)轉(zhuǎn)速以及正常的升降油門，正常升降油門包括最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速。
作業(yè)怠速的調(diào)試：在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表經(jīng)過校驗(yàn)后，打開作業(yè)電源，
正常啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，將 2b54 轉(zhuǎn)到作業(yè)怠速位置，調(diào)整電路板上的電位計(jì) P3 使表顯示為 1100r/m，即完成作業(yè)怠速調(diào)試。
作業(yè)轉(zhuǎn)速調(diào)試：將轉(zhuǎn)換開關(guān)（2b54）轉(zhuǎn)到作業(yè)轉(zhuǎn)速位置，這時(shí)圖3 的 RE3 動(dòng)作，2、3 腳閉合，調(diào)整電路板上的電位計(jì) P4 使轉(zhuǎn)速表顯示為 2150r/m，即完成作業(yè)轉(zhuǎn)速調(diào)試。
最高、最低轉(zhuǎn)速的調(diào)試：設(shè)通過調(diào)整油門拉把產(chǎn)生的輸入的電壓為 Vi，電位計(jì) 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(yùn)放OP3D 輸出電壓。調(diào)試規(guī)定：油門最?。篤i=1.6V、V0=8.5V；油門最大：Vi=9V、V0=1.8V。可得出如下的計(jì)算程式：
通過計(jì)算可得P6=1K、P11=4.3K、Vi1=11.4V，而 P6 及P11 的值都在給定電位計(jì)的阻值范圍內(nèi)，在調(diào)試過程中，完全可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整P6 和 P11 得到相應(yīng)電阻值。在實(shí)際油門電機(jī)控制電路調(diào)試過程中，一般先調(diào)整電位計(jì) P6 和 P11，使在油門電機(jī)在最大和最小時(shí)，V0 的值分別為 1.8V 和 8.5V。用已經(jīng)校正的轉(zhuǎn)速表對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行校正后，調(diào)整拉把使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大油門，然后調(diào)整電位計(jì) P9 直至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 2300r/m（看轉(zhuǎn)速表顯示）；調(diào)整拉把使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最小油門，然后調(diào)整電位計(jì) P8 直至發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表為 900r/m（看轉(zhuǎn)速表顯示）。通過以上兩個(gè)步驟就實(shí)際完成了最大、最小油門的電氣設(shè)置。
4 結(jié) 語
無論在什么工作狀態(tài)下，D09-32 型連續(xù)式搗固車的油門電氣控制系統(tǒng)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，而且相當(dāng)穩(wěn)定。B81 箱上還有兩個(gè)手動(dòng)模式開關(guān)，在油門電機(jī)拉把無法正常使用時(shí)，可以通過手動(dòng)模式作為應(yīng)急使用。掌握了 D09-32 型搗固車的油門電氣控制系統(tǒng)， 不僅可以更好地使用油門，而且可以作為參考對(duì)其他車型的油門控制進(jìn)行改進(jìn)，以及研究后續(xù)其他新型車的油門控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)