超大流量气溶胶采样器工况条件下常用的流量采样为600~1200m3/h。本文需要找到适合对该流量范围进行校准,且易于操作的流量校准装置,这就需要对气体计量方式原理进行研究。气体计量的方式很多,根据计量的原理不同,一般可分为容积式、差压式以及速度式等计量方式,与其对应的主要有容积式气体流量计、速度式气体流量计和差压式流量计。流量计的分类分析如下。
1、容积式气体流量计
容积式流量计通过测定壳体与转子之间形成的容积来测量流体的体积流量。容积式流量计的工作原理为:流体通过流量计时,会在流量计进出口之间产生压力差。流量计的转动部件在这个压力差作用下产生旋转,并将流体由入口排向出口。在这个过程中,流体一次次地充满流量计的“计量空间”,然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下,该计量空间的体积是确定的,只要测得转子的转动次数,就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。
容积式气体流量计可以分为腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计等。容积式气体流量计的局限性在于结构复杂、体积庞大、成本高,对介质种类和口径有要求,只适用于清洁的单相流,常用于实验室小流量气体采样器校准。因此,采用容积式气体流量计原理的流量校准装置不适合对超大流量气溶胶采样器进行校准。
2、速度式气体流量计
速度式流量计是以直接测量封闭管道中满管流动速度为原理,通过测量介质在管道内的流速来计算介质的流量。在规定的流量范围和一定的流体黏度下,流体的流速与叶轮的转速成线性关系,因此,通过测量叶轮的转速或转数,可以确定流过管道的流体流量。
速度式流量计有多种类型,如涡轮流量计、超声波流量计、电磁流量计等。其中,超声波流量计和电磁流量计都有价格昂贵的缺点。而涡轮流量计具有测量精度高、量程范围广、可靠性好等优点。因此,采用涡轮流量计原理的校准装置能够对超大流量气溶胶采样器进行校准。
3、差压式流量计
差压式流量计又被称为“节流式流量计”,其工作原理是基于流体流动的节流原理,通过流体经过节流装置产生的压力差对流量参数进行测量,差压式流量计是目前在工业中使用范围最广、技术最成熟的方法。差压式流量计在对流量参数进行测定时,主要是将待测流体的流量参数通过节流装置转变为压差信号,进而将产生的差压在仪表上显示出来。
孔口流量计作为差压式流量计的一种,结构简单、牢固、性能稳定,且使用期限长、价格低廉、流量测量范围广。因此,采用孔口流量计的校准装置亦能对超大流量气溶胶采样器进行校准。
综上分析可知,容积式气体流量计原理的流量校准装置常用于实验室小流量气体采样器校准,不适合对超大流量气溶胶采样器进行校准;涡轮流量计原理校准装置和孔口流量计原理校准装置均可以用于超大流量气溶胶采样器校准。其中,涡轮流量计原理校准装置有现成产品可以使用,装置型号为JKLWQ-150。因此,本文首先采用该装置对超大流量气溶胶采样器进行现场测试。