2004年美国A+FLOWTEK公司推出第一台A+K平衡流量计。它在美国的专利号是10/750628。该专利技术是由美国航空航天局马歇尔太空中心和A+FLOWTEK公司共同开发,并经德州A&M大学确认,已经在美国军用和民用工业得到广泛应用。平衡流量计被美国航空航天局提名为2006年空间技术的重大发明。从该公司网站可以查到,该公司在我国的唯一代理厂商是上海科洋科技发展有限公司。
1 基本原理
平衡流量计的基本原理是伯努利方程,关键技术是开孔的分布和精确的加工技术。采用A+FLOWTEK公司制造图用数控机床进行精确开孔保证流体流动状态达到动量、动能和热焓等性能的平衡,这些性能是标准孔板或仿造产品所无法达到的。尽管一些仿制产品的外形相似,但由于开孔不精确,不符合制造加工精度要求将会造成测量精度的下降、压损的提高和流出系数的降低。
根据伯努利方程,流体在两点a和b的能量保持不变,即:
对水平管道等特定情况,可简化为:
根据连续性方程,有:
因此,管道中流动截面的变化将引起压头Δp的改变,压头的改变可通过差压检测元件直接检测,因此,根据截面积的改变和检测到的差压改变,就可确定流过的流体流量。即:
因此,孔板的通用流量方程:
对气体,考虑其可压缩性,有超压缩因子Y:
其中,径比β可根据面积比确定。 ;
同样,对平衡流量计,有流量方程:
超压缩因子Y:
其中,
径比β与上述计算相同。
根据能量守恒,总动能不变。有:因此,对任何流体,伯努利方程可表示为:
对于平衡流量计,有动量和动能的修正因子可计算。但对标准孔板,则由于流体的涡流大,使动量和动能修正因子的计算无法进行,因此,不能实现动能和动量的平衡,使精度降低。图1是标准孔板和平衡流量计的流路分布。