孔板流量計的設計、制作與標定

【資料簡介】

一、實驗目的 動手能力是青年學生綜合素質的一個重要方面，理科實驗教學內容偏重驗證課堂講授的知識，且由于教學時數的限制，儀器、藥品都已具備，學生自己設計，自己動手的機會相對較少。 本實驗從孔板流量計的設計、安裝、標定，到流量計曲線的繪制，都由

一、實驗目的   動手能力是青年學生綜合素質的一個重要方面，理科實驗教學內容偏重驗證課堂講授的知識，且由于教學時數的限制，儀器、藥品都已具備，學生自己設計，自己動手的機會相對較少。   本實驗從孔板流量計的設計、安裝、標定，到流量計曲線的繪制，都由學生自己處理。通過自己的設計、自己制作并標定，以及數據處理寫出使用說明書，動手能力及數據處理能力都可以得到鍛煉。 此外，盡管我們的教學設施日益齊備，但學生在未來教學或科研工作中自己動手制作一些小設備、小儀器的情況不可避免，該實驗可培養學生自己動手的思維意識，解決實驗中某些儀器設備的困難。當然，自己制作對孔板流量計的測試原理、制作關鍵都可以加深理解。 二、制作原理   孔板流量計的測試原理是流體通過孔板的銳孔時，由于孔板的滯流作用，造成流體內機械能的相互轉換，即靜壓能轉化為動能。在孔板前，管道內*充滿流體，且具有穩定的邊界層，當流體流過孔板的銳孔后，邊界層發生分離，主體流體四周被旋渦環繞，流體直徑縮小，直徑zui小處稱為縮脈，然后又逐漸變大。顯然，孔板前后流體內發生了機械能轉換。       圖1.標準孔板流量計                       圖2.孔板流量計原理示意圖 1．    測壓環  2.孔板  3.導管  4.壓差計   根據機械能衡算式，可導出孔板流量計的測量計算公式。如圖2所示，在孔板前導管上取一截面為1-1，在孔板后的縮脈處另取一截面為2-2。在截面1-1，2-2之間進行能量衡算： 由于衡算系統內沒有軸功，所以      ，又由于管子是水平的，所以ΔZ=0；而且假定流體為不可壓縮的理想流體，則  =0，而 因而上式可化簡為           （a） 由于縮脈位置因流速而改變，因而難以確定，其截面S2也難于測得，而孔板的銳孔直徑d0和截面積S0則是設計確定的；再則，在設備一旦制成后，測壓管的位置是不能在測量過程中隨意改變的，因此，用孔板銳孔處的流速u0來代替上式中的u2是切實可行的，但需要加以校正，即用系數C校正流體流速u0與u2之間的差別，同時校正實際流體與理想流體之間的差別，即校正由于實際流體流經孔板所造成的能量損失，因此（a）又可寫為           （b） 對于不可縮流體，根據連續性方程可得：                         （2） 將此式代入（b）式并整理后可得                               （c） 令                     并將等式兩邊開平方，則得：                                    （3） 根據u0和S0即可算出流體的體積流量：                            （4） 式中（p1-p2）為孔板前后的壓強差，其數值可由U型壓差計的液柱高度直接測得，即                             C0稱為孔板流量計的流量系數，其數值取決于孔板流量計的構造和雷諾數，需由實驗測定。 三、儀器   壓差計、流量計   四、實驗步驟   1．孔板銳孔孔徑的計算。     根據孔板流量計的測量原理，計算測量范圍內所需孔板銳孔孔徑的     數值，及所需壓差計的規格，寫出計算過程及結果。交教師審定。 2．    照計算所得數據，制作孔板，在鉆床上打出嚴格尺寸的孔，并進一 步加工為適  當角度的銳孔，正確粘連在管道中，并將由計算選定的壓差   計連接到兩側。 3． 標定ΔP—VS的測試裝置中，有水的穩壓高位槽、測試管道及流量計、調節     閥等，需要自己合理組裝連接，并以使用方便、板面整潔為標準。 4．  自制的孔板流量計連接在標定用的裝置上，用閥門調節不同的流量，用 秒表計時，用量筒計量流體體積。至少測十個點，每點zui少三次，取zui接 近的兩點求平均值，以此為準，將數據點標在雙對數坐標上，并做出 ΔP—VS曲線。要求數字和曲線清晰。   五、孔板流量計標定的裝置 圖3.孔板流量計標定的裝置示意圖     六、實驗數據記錄       1 2 3 ΔP（mmHg）             VS （ml·s-1） 1             2             3             平均                   實驗數據整理     1 2 3 ΔP（mmHg）       VS （ml·s-1）         將實驗測定結果標在雙對數坐標上，并做出ΔP—VS曲線。   七. 寫出簡明規范的孔板流量計使用說明書。     八. 討論題 1．制作孔板流量計的關鍵是什么？ 2．安裝和使用孔板流量計應注意什么？