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瀏覽次數(shù) BURKERT流量計結(jié)構(gòu)原理、流量計算和選型安裝論述
量計結(jié)構(gòu)和原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合其技術(shù)特點和應(yīng)用需求，從流量計算、量值修正以及流量計技術(shù)選型和安裝要求等方面進行了較為系統(tǒng)的論述和研究。 希望能為廣大計量工作者更的掌握轉(zhuǎn)子流量計應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)對流量的準(zhǔn)確測量提供幫助。
0 引言
轉(zhuǎn)子流量計是常用的節(jié)流式流量計之一，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、測量范圍寬 ( 量程比可達 10:1) 、測量度較高 ( 誤差 ±5％ 左右 ) 、示值直觀、維護方便、壓損小等，是現(xiàn)代生活和工業(yè)中應(yīng)用廣泛的計量器具。
在計量技術(shù)水平日益發(fā)展、測量精度需求不斷提高的今天，計量工作者只有了解轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)原理、流量計算、量值影響因素與修正方法、以及流量計的選型、安裝要求，才能選出需求的計量儀表，實現(xiàn)測量效果。 作者希望本文給計量工作者帶來些許幫助。
1 轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)原理簡析
1.1 結(jié)構(gòu)分析
轉(zhuǎn)子流量計由兩部件組成， 一是從下向上逐漸擴張的錐形管，二是置于錐形管中，可沿管線上下移動、密度比流體稍大的轉(zhuǎn)子（圖1 轉(zhuǎn)子流量計原理圖）。錐形管由玻璃、塑料或金屬材質(zhì)制成。 玻璃或塑料材質(zhì)的錐形管上刻有流量刻度，透過錐管可看到透明流體中轉(zhuǎn)子的位置及所對應(yīng)的刻度值； 金屬材質(zhì)錐形管中轉(zhuǎn)子位置通過磁性耦合等方式傳遞管外，在面板上顯示量值。
1.2 工作原理
當(dāng)測量流體的流量時，流體從錐形管下端流入沖擊轉(zhuǎn)子，對它產(chǎn)生一個作用力，力的大小隨流量大小而變化；當(dāng)流量足夠大時，所產(chǎn)生作用力將轉(zhuǎn)子托起，使之升高；流體經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管壁間的環(huán)形斷面從上端流出。 當(dāng)流體對轉(zhuǎn)子的作用力等于轉(zhuǎn)子重量時，轉(zhuǎn)子因受力平衡而停留在某一位置；這個位置與流量有相互對應(yīng)的關(guān)系，據(jù)此位置，即可求得流量值。
1.3 流量計算
流量計轉(zhuǎn)子在錐形管中受三個力：重力、動壓力和浮力，三力平衡時，轉(zhuǎn)子重力 = 動壓力 + 浮力。 當(dāng)流速變大或變小時，轉(zhuǎn)子將向上或向下移動，流體流動的截面積也發(fā)生變化，直達到平衡時對應(yīng)的流速，轉(zhuǎn)子在新的位置上穩(wěn)定。因此，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定時受力關(guān)系公式如下：
V （ ρ t －ρ f ） g＝△p · A （ 1 ）
其中： ρ t - 轉(zhuǎn)子密度； ρ f - 流體密度； g- 重力加速度； V- 轉(zhuǎn)子體積；△p- 轉(zhuǎn)子前后壓差； A- 轉(zhuǎn)子大截面積。
轉(zhuǎn)子流量計原理圖
結(jié)合公式（ 1 ），并參照孔板流量計流量與節(jié)流壓差間的關(guān)系方程式：
公式1【公式1】
得轉(zhuǎn)子流量計流量公式：
公式2【公式2】
其中： Q v - 流量值； a 0 - 流量系數(shù)（與轉(zhuǎn)子形狀、流體狀態(tài)、流量計結(jié)
構(gòu)和流體物理性質(zhì)等因素有關(guān)， 只能由實驗來確定）； A 0 - 環(huán)隙面積，對應(yīng)于轉(zhuǎn)子高度 h ；近似有： A 0 =ch ；系數(shù) c 與轉(zhuǎn)子和錐形管的幾何形狀及尺寸有關(guān)； ρ t - 轉(zhuǎn)子密度； ρ f —流體密度； A t - 轉(zhuǎn)子大截面積。
流量方程式可寫成：公式3【公式3】
由公式（ 4 ）可知，轉(zhuǎn)子的停浮高度 h 與流量 q v 成對應(yīng)關(guān)系；根據(jù)高度的不同來標(biāo)刻流量值，即可在實際應(yīng)用中即時讀取流量值。
2 測量值的流體相關(guān)性修正
2.1 測量值修正分析
從式（ 4 ）可知，被測流體的密度不同，流量大小與轉(zhuǎn)子高度之間的對用關(guān)系也不同。 因受標(biāo)定設(shè)備的限制，廠商不可能對所有流量計都做實液標(biāo)定，故測量非標(biāo)定介質(zhì)時，應(yīng)對讀出的測量值進行修正，以度。
對于液體，其密度為常數(shù)，只需修正被測液體和標(biāo)定液體不同造成的影響即可；而氣體因具有可壓縮性，還應(yīng)考慮標(biāo)定狀態(tài)和實際狀態(tài)不同時溫度和壓力的影響。
通常，標(biāo)定狀態(tài)默認(rèn)為：溫度 T=293.16K ，壓力 p=101325Pa 。根據(jù)流量計算公式，進行如下分析：
一方面，設(shè)定在標(biāo)定狀態(tài)下，測量標(biāo)定流體的流量公式為：
公式5
式中： Q v0 - 標(biāo)定狀態(tài)下標(biāo)定流體的流量示值； a 0 - 標(biāo)定狀態(tài)標(biāo)定流體的流量系數(shù)； ρ 0 - 流體在標(biāo)定狀態(tài)下的密度。
另一方面，設(shè)定流量計在工作狀態(tài)下，測量被測流體的流量公式為：
公式6
式中： Q v - 工作狀態(tài)下被測流體的流量示值； a- 工作狀態(tài)被測流體的流量系數(shù)； ρ- 流體在工作狀態(tài)下的密度。
由式（ 5 ）和式（ 6 ）可以看出，在實際工作狀態(tài)下，被測流體的實際流量為 q v ，但轉(zhuǎn)子在高度 h 處，轉(zhuǎn)子流量計的顯示仍然是 q v0 。 比較式（ 5 ）和式（ 6 ），可以得出 Q v 和 Q v0 之間的關(guān)系，即流量修正公式為：
公式7
實驗表明，流量系數(shù) a 與雷諾數(shù) Re 和流量計結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)被測流體的黏度與標(biāo)定流體的黏度相差不大時，或在流量系數(shù) a 為常數(shù)的流量范圍內(nèi)，可不考慮 a 的影響，即可以認(rèn)為 a＝a 0 ，所以（ 7 ）式可以簡化為：
公式8
若被測流體的黏度相對標(biāo)定流體的黏度相差較大，則應(yīng)考慮黏度
差異對實際流量系數(shù) a 與標(biāo)定流量系數(shù) a 0 間的差異，參照式（ 8 ）進行
修正或進行實際標(biāo)定，不能簡單地認(rèn)為 a＝a 0 。
2.2 流體密度修正
2.2.1 液體流量的測量值修正
流量計對液態(tài)類流體的測量示數(shù)通常采用水為參照流體，在標(biāo)定狀態(tài)下進行標(biāo)定。 實際測量非水液體流量時，只需修正被測液體和標(biāo)定液體（水）之間密度差異而造成的影響，即可按（ 8 ）式進行修正換算。此時， ρ 0 為標(biāo)定流體的密度， ρ 為被測流體的密度。
2.2.2 氣體流量的測量值修正
流量計對氣態(tài)類流體的測量示數(shù)采用空氣為參照物，在標(biāo)定狀態(tài)下進行標(biāo)定。由于氣體的密度受溫度、壓力變化的影響較大，故不僅應(yīng)隨著被測氣體與標(biāo)定氣體之間的密度不同進行換算，而且要隨工作狀態(tài)時溫度和壓力與標(biāo)定狀態(tài)的不同進行修正換算。為簡化氣體流量值的修正，一般可以忽略黏度對流量系數(shù)的影響，而且，對于氣體來說，由于 ρ t ＞＞ρ 0 ， ρ t ＞＞ρ ，則由（ 8 ）式可得：
公式9
測量非標(biāo)定狀態(tài)下的空氣流量時，可直接使用式（ 9 ）計算。但 ρ 為被測氣體在工作狀態(tài)下的密度，實際使用起來較為不便。為此，可以將流體密度和所處狀態(tài)分開修正，即在標(biāo)定狀態(tài)下對被測流體的密度進行修正，然后再進行狀態(tài)修正。 后的修正公式為：
公式10
其中： p 0 - 標(biāo)定狀態(tài)下的壓力； p- 工作狀態(tài)下的壓力； T 0 -標(biāo)定狀態(tài)下的溫度； T- 工作狀態(tài)下的溫度； ρ′- 被測氣體在標(biāo)定狀態(tài)下的密度。
2.3 流量系數(shù)修正
2.3.1 流量系數(shù)與轉(zhuǎn)子形狀的相關(guān)性
由式 (4) 可以看出，流量系數(shù)也是影響測定結(jié)果的一個重要參數(shù)。它因轉(zhuǎn)子的形狀不同而有所不同。雖然轉(zhuǎn)子形狀是制造廠按儀表結(jié)構(gòu)和流量測量范圍選擇合適形狀而設(shè)計的， 不屬于使用者考慮的范疇，但使用者應(yīng)了解轉(zhuǎn)子形狀與測量值準(zhǔn)確程度的關(guān)系。一般情況而言，測量同種流體時，哪種形狀的轉(zhuǎn)子在錐形管中的高度越高，則使用這種轉(zhuǎn)子的流量計的流量系數(shù)就越小，其測量精度就越高。 可根據(jù)這一特點，選擇更為適合自身需求的轉(zhuǎn)子流量計。
