摘(zhāi)要
轉(zhuǎn)子流量計(jì)
用于(yú)氣體采(cǎi)樣測量(liàng),其指(zhǐ)示值(zhí)與實(shí)際流(liú)量因氣壓(yā)、溫度的(de)不同會(huì)有一定的誤差(chà),對流量計的指(zhǐ)示值進行修正(zhèng)後(hòu)才能得(dé)到真(zhēn)實流(liú)量值。本文介紹了轉(zhuǎn)子流量計指示值在非标(biāo)準大氣壓和(hé)抽氣(qì)中(zhōng)在流(liú)量計入口(kǒu)處出(chū)現負壓時兩種(zhǒng)情況(kuàng)下的(de)修正(zhèng)方法,以及氣體(tǐ)采樣測量(liàng)中的(de)注意(yì)事項。轉子(zǐ)流量計用于氣(qì)體采樣(yàng)測量中(zhōng)應注意(yì)的(de)問題(tí)
1引言
轉子流量(liàng)計是(shì)測定(dìng)氣體流量(即流率)的(de)常用計(jì)量器具,在使(shǐ)用(yòng)中其讀(dú)數(shù)值不一定等(děng)于實(shí)際的流量(liàng)值。從(cóng)轉(zhuǎn)子(zǐ)流量(liàng)計的讀數獲得(dé)正确流量(liàng)值有一定(dìng)條(tiáo)件,一個(gè)合格流(liú)量計的(de)刻度是在标準(zhǔn)狀态下得到的(de),與标(biāo)準狀(zhuàng)态不(bú)同的使用條件(jiàn)需要(yào)對讀數進(jìn)行修(xiū)正,關(guān)于影響讀數修(xiū)正的(de)使用條件(jiàn)以及怎樣才能獲得(dé)正确流量值是本文(wén)闡述(shù)的内(nèi)容。這個(gè)問(wèn)題似(sì)乎是(shì)老生(shēng)常談(tán),但對(duì)某些進行(háng)放射(shè)性氣體或(huò)氣溶(róng)膠的(de)采樣(yàng)測量的工作者(zhě)卻時有模糊,有待(dài)注(zhù)意和澄清(qīng)。
轉子流(liú)量計(jì)工作時,轉子(也稱(chēng)爲浮子)受到兩(liǎng)個力(lì)的作用:一(yī)是(shì)垂直向(xiàng)上的(de)推動力,它等于流體流經(jīng)轉子(zǐ)與錐管(guǎn)間(jiān)的環(huán)形截(jié)面形成的(de)壓(yā)力差所(suǒ)産生(shēng)的浮力;另一是(shì)轉子本身(shēn)垂直(zhí)向下的(de)淨重力(lì)。當壓(yā)力(lì)差與轉(zhuǎn)子的淨重力相(xiàng)等時,轉子(zǐ)處于(yú)平衡(héng)狀态,即停留在(zài)一定位置(zhì)上,轉(zhuǎn)子停(tíng)留的(de)高度就反映了(le)流量的(de)大(dà)小。問題是(shì)這停留高(gāo)度與流量大小(xiǎo)兩者之(zhī)間(jiān)的對(duì)應關系還(hái)與一(yī)系列條件(氣(qì)壓(yā)、溫度、流體狀态等)有關,本文就(jiù)這些(xiē)方面(miàn)分别介(jiè)紹。
2轉子流量(liàng)計的氣(qì)壓(溫度(dù))效應(yīng)
轉(zhuǎn)子流量計的刻度(dù)示值是在标準狀态(tài)(101.3kpa,293k)下(xià)得(dé)出的(de),當用于非(fēi)标準狀态(tài)時使用條件下(xià)的真實流(liú)量值(zhí)與讀數值是不(bú)同(tóng)的(de),有以下關(guān)系[1]:
式中,qs爲(wèi)使用(yòng)條件下(xià)的真實(shí)流量值(zhí);qn爲(wèi)流量計讀數(按流量(liàng)計在标準條件(jiàn)下刻度的示值讀出的(de));pn,ps分别爲(wèi)标準(zhǔn)狀(zhuàng)态(tài)和使(shǐ)用條(tiáo)件的絕對氣(qì)壓;tn,ts分别爲标(biāo)準狀态和(hé)使用條件的絕(jué)對溫(wēn)度。
例如(rú):在烏魯木齊,當轉子流(liú)量計(jì)用(yòng)于氣壓(yā)約爲92.3kpa、氣溫293k條件(jiàn)下,若qn=0.85lmin,則由式(1)得qs=0.89lmin,真實(shí)流量值大(dà)于其讀(dú)數(shù)值。
在我國(guó)内地,氣壓(yā)一般與标(biāo)準(zhǔn)狀(zhuàng)态相近(ps≈pn,ts≈tn),此項修(xiū)正問(wèn)題不(bú)大。但(dàn)在氣(qì)體采樣中(zhōng)如果(guǒ)流量計上遊連(lián)接(jiē)有過濾(lǜ)器或調(diào)節閥門(mén),有可能使流量計入口氣(qì)壓顯著(zhe)降低,這(zhè)是氣(qì)體采樣測量(liàng)中(zhōng)常出(chū)現(xiàn)的問題(tí),不可忽視。這種(zhǒng)情況下(xià),氣體真(zhēn)實流量值則按(àn)下式計(jì)算:
式中(zhōng),qs爲使(shǐ)用(yòng)條(tiáo)件下(xià)的真(zhēn)實(shí)流量值(zhí);qs爲流(liú)量計(jì)讀數(shù);pn、pλ分别爲标準狀(zhuàng)态和流量計入(rù)口的絕對氣壓(yā);tn、tλ分别(bié)爲标(biāo)準狀态和(hé)流量計入口的絕對溫度(dù)。情況是否(fǒu)确實(shí)如此(cǐ),下面(miàn)用一(yī)實例[2]予以說明。
圖1所(suǒ)示的氣(qì)流回路可定(dìng)量(liàng)觀(guān)測入(rù)口抽氣負(fù)壓對流量(liàng)計指示值(zhí)引起的測(cè)量誤(wù)差。在流量計入(rù)口端裝一(yī)隻調(diào)節閥(fá)門,啓動抽(chōu)氣泵(bèng)抽氣(qì),用調節閥(fá)把轉子流(liú)量計調到不同(tóng)的指示(shì)值(zhí),用串接在氣路入口(kǒu)的煤氣表(或(huò)其他不(bú)受(shòu)壓力影響的氣(qì)動儀表(biǎo))測出(chū)相應(yīng)的實(shí)際(jì)流(liú)量(這應視(shì)作進入氣路的(de)正确流量(liàng)),用壓(yā)差計同時(shí)測出調節(jiē)閥兩(liǎng)端的壓力差(chà),從(cóng)而确(què)定轉(zhuǎn)子(zǐ)流量計(jì)的實際入(rù)口氣壓。設環境氣壓(yā)等于(yú)标準大氣(qì)壓,而(ér)流量計入(rù)口氣(qì)壓等(děng)于标準大氣壓(101.3kpa)減去(qù)調節閥(fá)兩端的壓差(chà)。表1列出了(le)一組觀測(cè)值。
由(yóu)表1可(kě)見,調節(jiē)閥(fá)門置于轉子流量計的(de)入口端(duān),因給(gěi)流量計造(zào)成了(le)抽氣負壓(yā),使流(liú)量計入口氣壓低于(yú)标準大氣壓,其(qí)指示(shì)值與(yǔ)煤氣表測(cè)得(dé)的實(shí)際(jì)流量(liàng)相比總是偏高(gāo),偏高多少與閥(fá)門的(de)開合程度(dù)(實際是氣路阻(zǔ)力大小)引起的(de)抽氣負壓(yā)大小(xiǎo)有關(guān)。閥門(mén)關得(dé)越小,引起得抽(chōu)氣負(fù)壓越大,偏(piān)高的比例越大(dà)。當用式(2)修(xiū)正後就與煤氣(qì)表的(de)測定值(zhí)在誤差(chà)範圍(wéi)内一(yī)緻了(le)。
必須注意的是(shì),式(2)與式(1)表面(miàn)上(shàng)看很相似(sì),其實在根号(hào)中分數線上(shàng)下的(de)有關(guān)氣壓、溫度(dù)是颠(diān)倒的(de)。這兩個(gè)公式是有區(qū)别的(de),又是相(xiàng)聯(lián)系的(de),式(2)可從式(shì)(1)導出(chū)如下:
首先應明(míng)确,通常所謂氣體流(liú)量(liàng)都(dōu)是體(tǐ)積流量(liàng)(單位時(shí)間流(liú)過的氣體體積),而非質量(liàng)流量(liàng)(單位(wèi)時間(jiān)流過的氣(qì)體質(zhì)量)。氣(qì)體體積是(shì)随氣壓和溫度的(de)變(biàn)化而變化(huà)的。在使用條件(jiàn)下,人(rén)們通(tōng)常關(guān)心的是(shì)當地氣壓、溫(wēn)度下的體(tǐ)積(jī)或(huò)體積流量即使(shǐ)用條(tiáo)件下(xià)的真實流量。結(jié)合到圖(tú)1的情況(kuàng),人們關心的是(shì)環(huán)境氣壓(yā)、溫度(dù)下的體積流量,而非(fēi)流(liú)量計入(rù)口負壓下(xià)的體積流量。
将式(1)應(yīng)用于圖1的(de)情況,可得(dé)到流量計(jì)在有入口負壓(yā)(相當于入口氣壓低于标(biāo)準大氣壓)下的入口(kǒu)體積(jī)流量qλ。對qλ可(kě)類似(sì)寫成(chéng):
将式(shì)(3)代入式(5),即得到式(2)。
用表1第(dì)一列(liè)爲例,可用(yòng)數字(zì)表達上述關(guān)系(xì)。入口氣壓爲91.4kpa下(xià)的流量計指示(shì)流量(liàng)爲108.0lmin,對應此(cǐ)負壓下的體積(jī)流量,可按式(3)計(jì)算得:
即爲表1中(zhōng)修正後(hòu)的流量(liàng)值。可(kě)見,在氣路(lù)中轉子流量計(jì)入口有入口負(fù)壓的情況下,用式(2)可直(zhí)接對流(liú)量讀數值修正得到真實(shí)流量(liàng)值。
以(yǐ)上說明了轉子流量計的氣壓(yā)效(xiào)應(yīng)的表(biǎo)現與(yǔ)規律,由此(cǐ)提出在使用中(zhōng)針對氣壓效(xiào)應(yīng)如何獲得真實(shí)流量值的一些(xiē)方法和(hé)注意事(shì)項。
3氣(qì)體采樣測(cè)量中的(de)注(zhù)意事(shì)項
3.1避免流量計(jì)入口(kǒu)負壓(yā)
将圖(tú)1中的(de)采樣裝置(zhì)和流量調(diào)節閥(fá)放在流量計出(chū)口端的下遊将會避(bì)免(miǎn)産(chǎn)生入口負(fù)壓(yā)。
當(dāng)有些(xiē)采(cǎi)樣(yàng)對象(如氣(qì)溶膠、氡子(zǐ)體等(děng))會在(zài)流量(liàng)計中(zhōng)沉積或污染流量計影響采樣(yàng)時(shí),采樣裝置隻(zhī)能放(fàng)在流量(liàng)計的上遊(yóu)。這(zhè)樣流(liú)量計的指示值與實(shí)際流(liú)量必然會有誤(wù)差。這(zhè)種誤差有多大(dà)視入(rù)口負壓而定,入口(kǒu)負壓越(yuè)大,流量計指示(shì)值就偏高(gāo)的誤差越(yuè)大(dà)。
3.2穩定脈(mò)動氣流
用(yòng)轉子流量(liàng)計(jì)測量氣體采樣流量時對(duì)氣(qì)流的要求(qiú)是均勻而(ér)穩定(dìng),若是(shì)脈動氣流(liú),轉子流量計指示值(zhí)總是偏高于實際流量值(zhí),其偏高的(de)誤差(chà)有時可達(dá)40%[2]。造成脈動(dòng)氣流主要(yào)是抽(chōu)氣(qì)泵(取樣(yàng)泵(bèng))的性能。此外(wài),還可在采樣氣路中(zhōng)采取穩流(liú)措施,例(lì)如在采(cǎi)樣氣(qì)路中串接(jiē)緩沖(chòng)器(qì)等(děng),使得(dé)脈動(dòng)氣流變爲(wèi)穩定氣流(liú)。
這裏(lǐ)推薦一(yī)個好方法,在(zài)轉子(zǐ)流量(liàng)計的出口端串(chuàn)接一個過(guò)濾(lǜ)器(qì),裏面(miàn)的慮膜能(néng)增加氣(qì)路中氣(qì)流的阻力,較好(hǎo)地将脈(mò)動氣流(liú)變爲穩定氣流(liú)。
在用皂(zào)膜(mó)流量(liàng)計校(xiào)準(zhǔn)轉子流(liú)量計中,對在氣(qì)路中串接和未(wèi)串接過(guò)濾器進(jìn)行比(bǐ)較,結果見(jiàn)表2。
表2可(kě)見(jiàn),使用(yòng)了過(guò)濾器(qì)降低(dī)了轉(zhuǎn)子(zǐ)流量計(jì)偏高指示誤差(chà),說明過濾(lǜ)器起(qǐ)到了(le)穩(wěn)流作用(yòng),提高了(le)校準精(jīng)度。
3.3修正流量值(zhí)
使用時測量環(huán)境氣壓和流量(liàng)計入(rù)口氣壓,根(gēn)據式(shì)(1)和(2)計算修(xiū)正,這是得到真(zhēn)實流量值最好的辦法。
4結語
轉(zhuǎn)子流量計廣泛(fàn)用于(yú)氣體采樣(yàng)測量。在轉子流(liú)量計刻度(dù)或檢驗時的(de)條件是(shì)氣流(liú)穩(wěn)定、标準(zhǔn)大氣壓和标準(zhǔn)溫度,而在(zài)使用(yòng)時卻(què)不能保(bǎo)證(zhèng),因而(ér)對(duì)讀(dú)數值(zhí)進行修(xiū)正是必然的(de)。轉子流量(liàng)計在非标準狀(zhuàng)态使用條件下(xià)用式(1)對其讀數(shù)值修正可得到真實(shí)流量值,對于流(liú)量計入口(kǒu)有負壓時則用(yòng)式(2)對其讀數值修正可得到真實流量值(zhí)。在采樣(yàng)過程中(zhōng),使用(yòng)穩流措施(shī)是必要的(de),并且(qiě)選擇(zé)脈動氣(qì)流(liú)小的抽氣泵和負載(zǎi)能力強的泵電(diàn)源,也(yě)可降低脈(mò)動氣流,能(néng)保證(zhèng)轉子(zǐ)流量計在(zài)氣體采樣測量中的(de)精度。
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