0引言
   轉子流量(liàng)計 是(shì)常用的節流式(shì)流量計之(zhī)一，具(jù)有結(jié)構簡單、制(zhì)造容(róng)易、測量範圍寬(量程比可(kě)達 10:1)、測量精(jīng)度較高(誤差±5％左右)、示(shì)值直(zhí)觀、維(wéi)護方便、壓(yā)損(sǔn)小等優點，是現代(dài)生活(huó)和工業(yè)生(shēng)産中(zhōng)應用廣泛(fàn)的計量器(qì)具。
   在計量(liàng)技術(shù)水平日益(yì)發(fā)展、測(cè)量精度(dù)需求不斷提高的今天，計量工作者(zhě)隻有全面了解(jiě)轉子流量(liàng)計的(de)結構(gòu)原理、流量(liàng)計(jì)算、量值(zhí)影響(xiǎng)因素(sù)與修(xiū)正方(fāng)法、以及流(liú)量計的選型、安(ān)裝要(yào)求(qiú)，才能選(xuǎn)出符合需求的計量儀表(biǎo)，實現(xiàn)測量效果。希望(wàng)本文(wén)給計量工作者帶來些許(xǔ)幫助。
1轉子流量(liàng)計結構(gòu)原理簡析
1.1 結(jié)構(gòu)分析
   轉(zhuǎn)子流(liú)量計由兩(liǎng)部件組(zǔ)成， 一是(shì)從下(xià)向上逐漸(jiàn)擴張(zhāng)的錐(zhuī)形管(guǎn)，二是(shì)置(zhì)于錐形(xíng)管中，可(kě)沿管中(zhōng)心線上下移動(dòng)、密度比流體稍(shāo)大的轉子（圖1 轉(zhuǎn)子流(liú)量計原理(lǐ)圖）。
   錐形(xíng)管由玻(bō)璃、塑料或金屬(shǔ)材質制成。 玻璃(lí)或塑料(liào)材質的(de)錐形管上刻有流量(liàng)刻度，透過錐管可(kě)看到透(tòu)明流(liú)體(tǐ)中轉子(zǐ)的位置及(jí)所對應的刻(kè)度(dù)值； 金(jīn)屬材質(zhì)錐(zhuī)形管(guǎn)中轉子位置通(tōng)過磁性耦(ǒu)合等(děng)方式傳(chuán)遞(dì)管外，在面闆(pǎn)上顯示量值(zhí)。
1.2 工作原理
   當測量(liàng)流(liú)體的(de)流量時，流體(tǐ)從(cóng)錐形管下(xià)端流(liú)入沖(chòng)擊轉子，對(duì)它産(chǎn)生一(yī)個作(zuò)用力，力(lì)的大小(xiǎo)随流量大小而變化；當流量足夠大時(shí)，所(suǒ)産生作用力(lì)将轉子托起，使之(zhī)升高(gāo)；流體經轉子(zǐ)與(yǔ)錐形管壁(bì)間的環形(xíng)斷(duàn)面(miàn)從上端流(liú)出。 當(dāng)流體對(duì)轉(zhuǎn)子(zǐ)的(de)作用(yòng)力等于轉子(zǐ)重(zhòng)量時(shí)，轉子(zǐ)因受(shòu)力平衡而(ér)停留(liú)在某(mǒu)一位置；這(zhè)個位置與流量有相互(hù)對應的(de)關系，據此(cǐ)位置(zhì)，即可(kě)求得流量(liàng)值。
1.3 流(liú)量計算
   流(liú)量計(jì)轉子在錐(zhuī)形管中受(shòu)三個力：重力、動壓力(lì)和浮力，三(sān)力平(píng)衡時，轉子重力(lì)=動壓力+浮(fú)力。 當(dāng)流速變大(dà)或變小時，轉子将向(xiàng)上或向(xiàng)下移動，流體流動的截(jié)面積(jī)也發生變(biàn)化，直(zhí)至達(dá)到平(píng)衡時對應的流(liú)速，轉(zhuǎn)子在新的(de)位置(zhì)上穩(wěn)定。
因(yīn)此，轉子穩定時(shí)受力(lì)關系公式(shì)如下:

其中(zhōng)：ρt-轉 子(zǐ)密度 ；ρf- 流(liú) 體密度(dù) ；g- 重 力(lì)加速(sù)度 ；v- 轉(zhuǎn) 子體積 ；△p-轉子前(qián)後壓(yā)差；a-轉子最大截(jié)面積(jī)。

結合(hé)公式(shì)（1），并參(cān)照孔闆流量計(jì)流量(liàng)與節(jiē)流壓(yā)差間的關系方(fāng)程式：

得(dé)轉子流(liú)量計流量公式(shì)：

   其中(zhōng)：qv-流量(liàng)值；a0-流(liú)量系數(shù)（與轉(zhuǎn)子(zǐ)形狀、流體狀态、流量計(jì)結(jié)構和(hé)流體(tǐ)物理性質(zhì)等因素(sù)有關， 隻(zhī)能由(yóu)實驗來确(què)定）；a0-環 隙面(miàn)積 ，對應于(yú)轉子高度(dù) h；近似有：a0=ch；系(xì) 數 c 與(yǔ)轉子和錐形管(guǎn)的幾何形狀及尺寸有關(guān)；ρt-轉子(zǐ)密度；ρf—流(liú)體(tǐ)密度；at-轉子(zǐ)最大(dà)截面積。
流量方(fāng)程式(shì)可寫成：

   由(yóu)公式(shì)（4）可知(zhī)，轉子(zǐ)的停浮高(gāo)度(dù) h 與流量(liàng) qv成對(duì)應關系；根據高(gāo)度(dù)的不同(tóng)來标刻流量值(zhí)，即可在實(shí)際應(yīng)用中即(jí)時(shí)讀取流量(liàng)值。
2測(cè)量值(zhí)的(de)流體相(xiàng)關性(xìng)修正(zhèng)
2.1 測量值(zhí)修正分析
   從(cóng)式（4）可知，被(bèi)測流體的(de)密度(dù)不同(tóng)，流量(liàng)大小與轉子高(gāo)度之間(jiān)的對用(yòng)關系(xì)也(yě)不同。 因(yīn)受标定(dìng)設(shè)備的(de)限制(zhì)，生産廠商(shāng)不可能對(duì)所有(yǒu)流量計都做實(shí)液标定(dìng)，故測量(liàng)非标定介質時(shí)，應對(duì)讀出的測(cè)量值(zhí)進行修正(zhèng)，以保證(zhèng)精度。
   對(duì)于液體，其密度(dù)爲常數(shù)，隻(zhī)需修(xiū)正被(bèi)測液體和(hé)标定液體(tǐ)不同(tóng)造成的影響(xiǎng)即(jí)可；而氣體因具有可壓(yā)縮(suō)性，還應考慮标定狀态和(hé)實際狀态(tài)不同(tóng)時(shí)溫度和(hé)壓力的影響。
通(tōng)常，标定(dìng)狀态默(mò)認爲：溫度 t=293.16k，絕對(duì)壓力(lì) p=101325pa。根據(jù)流量(liàng)計算公式，進(jìn)行(háng)如下分析(xī)：
一方(fāng)面，設(shè)定在标定(dìng)狀态(tài)下，測量标定流體的流量(liàng)公式爲：

式(shì)中：qv0-标(biāo)定狀(zhuàng)态下标定(dìng)流體的流(liú)量示值 ；a0-标(biāo)定狀态标(biāo)定流(liú)體(tǐ)的流量系數；ρ0-流(liú)體在(zài)标(biāo)定狀态下的密(mì)度。
另一方面，設(shè)定流量計(jì)在工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)态下，測量(liàng)被測流體的流量公(gōng)式爲：

式中(zhōng)：qv-工作(zuò)狀(zhuàng)态(tài)下被測流體的(de)流量(liàng)示值；a-工(gōng)作狀态被測流體的(de)流(liú)量系數；ρ-流體在工作(zuò)狀态下的(de)密度。
由式（5）和式（6）可以看出，在實(shí)際工作狀态下(xià)，被測(cè)流體的實(shí)際流量(liàng)爲(wèi) qv，但轉子在(zài)高度 h 處，轉(zhuǎn)子流(liú)量(liàng)計的顯(xiǎn)示仍然是 qv0。 比較(jiào)式（5）和(hé)式（6），可以得(dé)出 qv和(hé) qv0之間的關(guān)系，即流量(liàng)修正(zhèng)公式爲:

實驗表(biǎo)明，流(liú)量系數 a 與(yǔ)雷諾數 re 和流量(liàng)計結構(gòu)有關，當(dāng)被測流體的黏度與标定(dìng)流體(tǐ)的黏(nián)度相差不(bú)大時(shí)，或在(zài)流量系數 a 爲(wèi)常數的流量(liàng)範圍内，可(kě)不考慮 a 的影響(xiǎng)，即可以認爲 a＝a0，所(suǒ)以（7）式(shì)可以(yǐ)簡化爲：

若被測(cè)流體(tǐ)的黏(nián)度相對标(biāo)定流體的黏度(dù)相差(chà)較大，則應(yīng)考慮黏度差異對實(shí)際流量系(xì)數 a 與标定流量系數(shù) a0間的差異(yì)，參照式（8）進行修(xiū)正或進行(háng)實際(jì)标定，不能簡單地認(rèn)爲 a＝a0。
2.2 流體密(mì)度修正(zhèng)
2.2.1 液體流量的(de)測(cè)量(liàng)值修(xiū)正
   流量計(jì)對液(yè)态類流體(tǐ)的測(cè)量示(shì)數(shù)通(tōng)常采用水爲參照流(liú)體，在标定(dìng)狀态(tài)下進(jìn)行标定。 實(shí)際測量非水液體流量時(shí)，隻需(xū)修(xiū)正被測(cè)液體(tǐ)和标定液體（水(shuǐ)）之間密度(dù)差異而造(zào)成(chéng)的影響，即可(kě)按（8）式進行修正換算(suàn)。此時(shí)，ρ0爲标定流(liú)體的(de)密度，ρ 爲被(bèi)測流(liú)體的密度(dù)。
2.2.2 氣體(tǐ)流量的測量值(zhí)修正
   流量(liàng)計對(duì)氣态類流體的測量示(shì)數(shù)采用(yòng)空氣(qì)爲參照物(wù)，在标定(dìng)狀(zhuàng)态下(xià)進行标定。由于(yú)氣體的密度受(shòu)溫度、壓力變化的影(yǐng)響(xiǎng)較大，故(gù)不僅應(yīng)随着被(bèi)測氣體與(yǔ)标定(dìng)氣體之間的密(mì)度不同進(jìn)行換(huàn)算，而且要随工(gōng)作狀态時溫度和壓力(lì)與标定(dìng)狀态的不同進行修正換(huàn)算。爲(wèi)簡化(huà)氣體流量(liàng)值的修(xiū)正，一般(bān)可以(yǐ)忽略(luè)黏度對流量系數(shù)的影響，而且(qiě)，對于(yú)氣體來說，由于(yú) ρt＞＞ρ0，ρt＞＞ρ，則由（8）式可(kě)得:

   測(cè)量非(fēi)标(biāo)定(dìng)狀态(tài)下的空(kōng)氣流(liú)量(liàng)時，可直(zhí)接使用(yòng)式（9）計算。但(dàn) ρ 爲被(bèi)測氣體在工作(zuò)狀态下的密度(dù)，實際(jì)使(shǐ)用起來(lái)較爲不便。爲此(cǐ)，可以将(jiāng)流(liú)體密(mì)度和所處狀态(tài)分開(kāi)修正(zhèng)，即先(xiān)在标定狀态下(xià)對被測流(liú)體的密度進行修正，然後(hòu)再(zài)進(jìn)行狀(zhuàng)态修正。 最(zuì)後的修正公式(shì)爲(wèi)：

   其(qí)中：p0-标定狀态下的絕對壓力；p-工(gōng)作狀态下的絕對壓力 ；t0-标(biāo)定狀(zhuàng)态下的(de)絕對溫(wēn)度；t-工作狀(zhuàng)态下(xià)的絕對溫(wēn)度；ρ′-被(bèi)測氣體在标定(dìng)狀(zhuàng)态下的密度(dù)。2.3 流量系數修正(zhèng)
2.3.1 流量(liàng)系數(shù)與轉子形狀的相關(guān)性
   由式(shì)(4)可(kě)以看(kàn)出，流(liú)量系數也(yě)是影響測(cè)定結(jié)果的(de)一個重要(yào)參數。它因(yīn)轉子(zǐ)的形(xíng)狀不同而(ér)有所(suǒ)不同。雖然(rán)轉子(zǐ)形(xíng)狀是(shì)制(zhì)造廠(chǎng)按儀表結構和(hé)流(liú)量(liàng)測量(liàng)範圍選擇合适形狀而設計的(de)， 不屬于使(shǐ)用者(zhě)考慮(lǜ)的(de)範(fàn)疇，但(dàn)使用者(zhě)應了解轉子形(xíng)狀與測(cè)量值準确程度(dù)的關系。
   一般(bān)情況而(ér)言(yán)，測量同(tóng)種流體(tǐ)時，哪種(zhǒng)形狀的轉子在(zài)錐形管中(zhōng)的高(gāo)度越高(gāo)，則(zé)使用(yòng)這種(zhǒng)轉子的流(liú)量計的流(liú)量系(xì)數就越小，其測(cè)量精度就越高(gāo)。 可根(gēn)據這一特(tè)點，選(xuǎn)擇更(gèng)爲适(shì)合自身(shēn)需(xū)求的(de)轉子流量計。
2.3.2 流(liú)量系數與雷諾(nuò)數的相關(guān)性(xìng)
   當流量計的轉子(zǐ)和結(jié)構一(yī)定時(shí)，流量系數主要(yào)受雷諾數 re 影響(xiǎng)。當雷諾(nuò)數 re 較小(xiǎo)時，流量(liàng)系(xì)數随(suí)雷諾數(shù) re 變化而(ér)變化，此時(shí)需要對進(jìn)行關于流(liú)量系數的(de)修正（見式(shì) 7）；當雷(léi)諾數(shù)達到一定值 remin（臨(lín)界雷(léi)諾數）後，流(liú)量(liàng)系數(shù)基本保(bǎo)持平穩，可(kě)視爲(wèi)常數，不(bú)需(xū)做關于流(liú)量系數的(de)修正(zhèng)計算。不同(tóng)的流量計(jì)很難(nán)找到一個(gè)通用(yòng)的理論(lùn)公(gōng)式來(lái)描述流量系數(shù)和雷諾數的關(guān)系。
   由于流(liú)體的(de)多樣性和環境(jìng)的複(fú)雜性， 流量系數修(xiū)正存在(zài)諸多(duō)困難(nán)。 如果需要(yào)進行(háng)準确(què)的計量(liàng)，使用(yòng)者可讓(ràng)制造(zào)商用實際流(liú)體(tǐ)對流量計(jì)刻度進行校準(zhǔn)，如此可直(zhí)接得到工作環境下的真實量值，不(bú)必再進行各種(zhǒng)修正(zhèng)。
3選型與(yǔ)安裝技術分(fèn)析
3.1 轉子流量計的種(zhǒng)類
   按錐形(xíng)管材質的(de)不同，大體(tǐ)可(kě)分三類(lèi)。其中： 玻璃管轉(zhuǎn)子流(liú)量計 結構(gòu)簡單，成本(běn)低，易(yì)制成(chéng)防腐蝕性(xìng)儀表，還(hái)具有透明度(dù)高、讀數直(zhí)觀、不易破(pò)裂、重(zhòng)量輕、壽命長、安(ān)裝連接(jiē)方(fāng)便等(děng)優點(diǎn)。 塑料(liào)管轉子(zǐ)流量計(jì) 則具(jù)有體積小、重量(liàng)輕、錐管不(bú)易破碎、耐(nài)腐蝕等特(tè)點。
   金屬管(guǎn)浮子(zǐ)流量(liàng)計 可測量(liàng)液體、氣體流量，特别适宜低流(liú)速小流量(liàng)的介質測量，可提供瞬時流量、累積(jī)流量顯示，或通過輸出标準信(xìn)号，實現(xiàn)流量指(zhǐ)示、積算(suàn)、記錄、控(kòng)制和報警等功(gōng)能。
3.2 選型(xíng)分析
爲(wèi)保證測量數據的精度，使用者應根據安裝環境、流體物理和(hé)化學特性等因(yīn)素，選擇流(liú)量儀(yí)表。
（1）若流(liú)體(tǐ)爲中(zhōng)小流(liú)量 ，壓 力小于 1mpa，溫 度低(dī)于 100℃，透(tòu) 明無毒，無燃燒爆炸危險，對玻璃無(wú)腐(fǔ)蝕無粘(zhān)附，一(yī)般可(kě)采用(yòng)玻璃管轉子流量計(jì)。
（2）在空間相(xiàng)對較小(xiǎo) ，撐(chēng)重力(lì)弱的管(guǎn)路環境(jìng) ，流體爲中小流量(liàng) 、壓力(lì)較小、溫(wēn)度較低，可選用(yòng)塑料(liào)管轉子流(liú)量計(jì)。
（3）若流(liú)體爲(wèi)中小流量 、易汽(qì)化 （或易凝(níng)結 ）、有(yǒu)毒易燃易爆 ，不(bú)含磁性物質、纖(xiān)維和磨損物質(zhì)，對不鏽鋼(gāng)無腐蝕性,可(kě)選普通(tōng)型金(jīn)屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)；若(ruò)流體(tǐ)有腐蝕性，應采(cǎi)用防(fáng)腐型(xíng)金屬(shǔ)管轉(zhuǎn)子流量計；若流體易結晶(jīng)或汽(qì)化或(huò)高粘(zhān)度，應(yīng)選(xuǎn)用(yòng)帶夾(jiá)套并帶伴熱或(huò)冷卻接口的 金(jīn)屬管轉(zhuǎn)子(zǐ)流量計 。在高溫或高(gāo)寒、高(gāo)壓、有毒環(huán)境，應(yīng)選用具遠(yuǎn)傳信(xìn)息功(gōng)能的(de)金屬管轉子流(liú)量計。
（4）若流(liú)體壓(yā)力不穩定，尤其(qí)用于氣體測量時，應(yīng)選具阻尼(ní)結構(gòu)的轉子流(liú)量計。
3.3 安(ān)裝技術(shù)要求
正(zhèng)确(què)安裝是流量計正常(cháng)工作、準确(què)測量(liàng)的必要條件。 一(yī)般應遵循(xún)如下要求(qiú)：
（1）轉(zhuǎn)子流量(liàng)計須垂直安裝，流(liú)體(tǐ)自下(xià)而上(shàng)流過流量計,垂直度(dù)優于(yú) 2°。
（2）進口應有 5 倍管道直(zhí)徑以(yǐ)上的(de)直管(guǎn)段(duàn)，出口應有 250mm 直(zhí)管段(duàn)。
（3）安(ān)裝位置(zhì)适當(dāng)加裝管道(dào)支撐。
（4）流量計旁(páng)應加裝旁路管道和旁路(lù)閥，在(zài)下遊安裝單向(xiàng)閥。
（5）測(cè)量流體若(ruò)爲髒污 介質或(huò)含有固體雜質(zhì),須在進(jìn)口(kǒu)處加(jiā)裝過濾器(qì)和(hé)定(dìng)期清洗(xǐ)裝(zhuāng)置。
（6）測(cè)量流體(tǐ)中(zhōng)若含(hán)有鐵(tiě)磁性物質(zhì)，應安(ān)裝磁過濾(lǜ)器。
（7）帶液晶或锂電池(chí)供(gòng)電的流量計盡量(liàng)避免(miǎn)陽光(guāng)直射和高(gāo)溫環境(jìng) （≥65℃）。
（8）測量氣(qì)體的工作壓力(lì)應不小于(yú)流量(liàng)計壓損的 5 倍。
4總(zǒng)結
  轉(zhuǎn)子流量計結構簡單，原理(lǐ)亦不複雜(zá)，但是，由于流量計量(liàng)特性(xìng)與流體屬(shǔ)性的相關性、以(yǐ)及流(liú)體物(wù)理性(xìng)質的千(qiān)差萬别(bié)，使得(dé)流量(liàng)計量(liàng)技術應用變得非常複雜。 不僅(jǐn)流(liú)體存在黏度(dù)的差(chà)異，而(ér)且氣(qì)體類(lèi)流(liú)體(tǐ)的可(kě)壓縮性及熱膨脹性，更加大了流體測量的難(nán)度。因(yīn)此，本文隻(zhī)是作(zuò)者一(yī)些經(jīng)驗認(rèn)識和技術(shù)分析(xī)的歸納整理，有關更(gèng)加深(shēn)入的研究，期待(dài)衆多的流(liú)體計量科研(yán)人員提供更(gèng)有(yǒu)價值的真知灼見(jiàn)。

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