实验六 孔板流量计的设计、制作与标定

 

一、实验目的

动手能力是青年学生综合素质的一个重要方面，理科实验教学内容偏重验证课堂讲授的知识，且由于教学时数的限制，仪器、药品都已具备，学生自己设计，自己动手的机会相对较少。

本实验从孔板流量计的设计、安装、标定，到流量计曲线的绘制，都由学生自己处理。通过自己的设计、自己制作并标定，以及数据处理写出使用说明书，动手能力及数据处理能力都可以得到锻炼。

此外，尽管我们的教学设施日益齐备，但学生在未来教学或科研工作中自己动手制作一些小设备、小仪器的情况不可避免，该实验可培养学生自己动手的思维意识，解决实验中某些仪器设备的困难。当然，自己制作对孔板流量计的测试原理、制作关键都可以加深理解。

二、制作原理

孔板流量计的测试原理是流体通过孔板的锐孔时，由于孔板的滞流作用，造成流体内机械能的相互转换，即静压能转化为动能。在孔板前，管道内完全充满流体，且具有稳定的边界层，当流体流过孔板的锐孔后，边界层发生分离，主体流体四周被旋涡环绕，流体直径缩小，直径最小处称为缩脉，然后又逐渐变大。显然，孔板前后流体内发生了机械能转换。

 

    图1.标准孔板流量计                       图2.孔板流量计原理示意图

1．    测压环 2.孔板 3.导管 4.压差计

 

根据机械能衡算式，可导出孔板流量计的测量计算公式。如图2所示，在孔板前导管上取一截面为1-1，在孔板后的缩脉处另取一截面为2-2。在截面1-1，2-2之间进行能量衡算：

 

由于衡算系统内没有轴功，所以      ，又由于管子是水平的，所以_ΔZ=0；而且假定流体为不可压缩的理想流体，则  =0，而

 

因而上式可化简为

        （a）

由于缩脉位置因流速而改变，因而难以确定，其截面S₂也难于测得，而孔板的锐孔直径d₀和截面积S₀则是设计确定的；再则，在设备一旦制成后，测压管的位置是不能在测量过程中随意改变的，因此，用孔板锐孔处的流速u₀来代替上式中的u₂是切实可行的，但需要加以校正，即用系数C校正流体流速u₀与u₂之间的差别，同时校正实际流体与理想流体之间的差别，即校正由于实际流体流经孔板所造成的能量损失，因     （b）

对于不可缩流体，根据连续性方程可得：

 

              （2）

将此式代入（b）式并整理后可得

 

              （c）

令                    

并将等式两边开平方，

                                 （3）

根据u₀和S₀即可算出流体的体积流量：

                       （4）

式中（p₁-p₂）为孔板前后的压强差，其数值可由U型压差计的液柱高度直接测得，即

                           

C₀称为孔板流量计的流量系数，其数值取决于孔板流量计的构造和雷诺数，需由实验测定。

 

 

三、仪器

压差计、流量计

 

 

四、实验步骤

1．孔板锐孔孔径的计算。

    根据孔板流量计的测量原理，计算指定测量范围内所需孔板锐孔孔径的

    数值，及所需压差计的规格，写出计算过程及结果。交教师审定。

2．    照计算所得数据，精确制作孔板，在钻床上打出严格尺寸的孔，并进一

步加工为适 当角度的锐孔，正确粘连在管道中，并将由计算选定的压差  

计连接到两侧。

3． 标定ΔP—V_S的测试装置中，有水的稳压高位槽、测试管道及流量计、调节

    阀等，需要自己合理组装连接，并以使用方便、板面整洁为标准。

4． 自制的孔板流量计连接在标定用的装置上，用阀门调节不同的流量，用

秒表计时，用量筒计量流体体积。至少测十个点，每点最少三次，取最接

近的两点求平均值，以此为准，将数据点精确标在双对数坐标上，并做出

ΔP—V_S曲线。要求数字和曲线清晰。

 

 

五、孔板流量计标定的装置

.孔标定的装置示意图

 

 

 

 

 

六、实验数据记录

 

		1	2	3
ΔP（mmHg）
VS (ml·s-1)	1
	2
	3
	平均

 

 

 

实验数据整理

 

	1	2	3
ΔP（mmHg）
VS (ml·s-1)

 

将实验测定结果标在双对数坐标上，并做出ΔP—V_S曲线。

 

七. 写出简明规范的孔板流量计使用说明书。

 

 

八. 讨论题

1．制作孔板流量计的关键是什么？

2．安装和使用孔板流量计应注意什么？