层流流量计是什么工作原理？

时间：2019-10-24 02:10:25 点击：0 次

基于压差的流量测量的一种独特形式在本流量测量一章中应有其一章，即层流流量计。

层流是流体运动的条件，其中粘性（内部流体摩擦）力大大超过了惯性（动能）力。层流状态的气流不显示湍流，每个流体分子沿其自己的路径行进，与相邻分子的混合和碰撞有限。

在层流状态下抵抗流体运动的主要机制是与管壁的摩擦。通过低雷诺数定性地预测层流。

由层流中的流体摩擦产生的压降是可量化的，并用Hagen-Poiseuille方程表示：

其中，

Q =流量

Delta;P=沿管道长度下降的压力

D =管道直径

mu;=流体粘度

L =管道长度

k =计量单位的系数核算

层流流量计元件通常由一根或多根管子组成，其长度大大超过内径，并以产生缓慢移动的流速的方式布置。

层流流量计

这里显示一个示例：

流量元件的直径扩大确保了比进入和流出元件的管道中的流体速度低。这将雷诺数减小到流动状态表现出层流行为的程度。

装在元件大面积中的大量小直径管提供了足够的壁表面积，以使流体的粘度作用于其上，从而形成了从入口到出口的总压降，该压降由压差变送器测量。该压降是永久性的（下游压力无法恢复），因为压降的机理是摩擦：热量以热量的形式完全耗散（损失）。

层流元件的另一种常见形式就是盘绕的毛细管：长管，内径很小。这种管的小内径使得壁边界效应占优势，从而在宽范围的流速范围内流态将保持层流。

当然，毛细管的极具限制性的性质将这种流量元件的使用限制为非常低的流量，例如某些分析仪器的采样网络中遇到的流量。

层流流量计的优点

层流流量计的独特优势在于其流量与所产生的压降之间的线性关系。

它是唯一用于填充管的基于压力的流量测量设备，它具有线性的压力/流量关系。

这意味着使用层流流量计获得线性流量测量无需”平方根”表征。

这种流量计的最大缺点是其对流体粘度的依赖性，而流体粘度又受流体温度的强烈影响。

因此，所有层流流量计都需要温度补偿才能得出准确的测量结果，有些甚至使用温度控制系统来迫使流体在通过元件时保持恒定的温度。

层流元件在气动仪器中得到了最广泛的应用，其中线性压力/流量关系具有很高的优势（就像仪器气流的”电阻器”一样），流体（仪器空气）的粘度相对恒定。

例如，气动控制器使用层流限流器作为微分和积分计算模块的一部分，限流器的”阻力”和容积室的”电容”的组合形成了一种气动时间常数（tau;）网络。

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