分析玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)與金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理結(jié)構(gòu)

玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理結(jié)構(gòu)

玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)可測量液體、氣體和蒸氣的流量，宜測中小管徑（DN4——250）的流量。壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，量程比1：10，工作可靠且刻度線性，使用維修方便，對儀表前后直管段長度要求不高。其測量度為±2%左右，受被測液體的密度、粘度、純凈度以及溫度、壓力的影響，也受安裝垂直度的影響。玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易制成防腐蝕性儀表，但其強(qiáng)度低。金屬管浮子流量計(jì)可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號，耐高壓，能實(shí)現(xiàn)流量的指示、積算、記錄、控制和報(bào)警等多種功能。

1.1 原理及結(jié)構(gòu)

1.1.1 沖量定理及應(yīng)用

設(shè)一物體的質(zhì)量為m，作用其上的力為F，實(shí)際上流體的速度v，物體變化路程為L。那么根據(jù)沖量定理可推出

（1）

1.1.2 測量原理及結(jié)構(gòu)

如果將阻擋體置于直立且具有錐度（上大下小）的管道中，就形成轉(zhuǎn)子式的流量計(jì)，它的工作原理如圖1所示。

當(dāng)流量增加時(shí)，轉(zhuǎn)子接受流體自下而上的沖力將增加，因而被沖向上方，一到達(dá)上面，由于流通截面增加，流速減小，沖力也隨之減小。當(dāng)沖力和差壓對轉(zhuǎn)子截面構(gòu)成的作用力以及粘滯摩擦力等的合力與轉(zhuǎn)子本身在流體中重量相等時(shí)，轉(zhuǎn)子即處于一平衡狀態(tài)，不再上升或下降，這個(gè)位置就表示新的流量值。

1.2 計(jì)算公式

設(shè)轉(zhuǎn)子的顯示重量為Wf（N），流體對轉(zhuǎn)子的作用力為F（N），錐形管與轉(zhuǎn)子間環(huán)形截面為Sa（m2），轉(zhuǎn)子處zui大截面積為Sf（m2），轉(zhuǎn)子體積Vf（m3），轉(zhuǎn)子密度為ρf（Kg/m3），轉(zhuǎn)子長度為L（m），流體介質(zhì)的密度為ρ（Kg/m3），重力加速度為g（m/s2），則

因?yàn)閙=ρVf =ρSfL代入（1）式中，整理后得

考慮到實(shí)際情況的因素，加一校正系數(shù)k變?yōu)椋?/p>

（2）

式中：qm——為質(zhì)量流量；qv——為體積流量；ψ——為流量系數(shù)。ψ與轉(zhuǎn)子形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，Sa與轉(zhuǎn)子高度有關(guān)。錐管形轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子的幾何形狀和選用的材料及被測流體一定時(shí)，式（2）等式右邊平方根內(nèi)的值為一常數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)大于一定的界限值時(shí)，ψ為一常數(shù)，這樣qm正比于Sa。

1.3 不同測量介質(zhì)的換算方法

在實(shí)際使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)過程中，由于被測物體的物性（密度、粘度等）和狀態(tài)（溫度、壓力等）與實(shí)驗(yàn)流體的物性和狀態(tài)不同，所以必須對測量儀表進(jìn)行刻度換算和粘度修正，以保證度。

1.3.1 液體流量測量的刻度換算

通常測量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度，都是用水在20℃，1個(gè)大氣壓下標(biāo)定的。按照下式進(jìn)行刻度換算：

（3）

式中：Q1——標(biāo)定時(shí)水的體積流量；Q2——使用時(shí)被測液體的體積流量；ρf——轉(zhuǎn)子的材質(zhì)密度；ρ1——標(biāo)定時(shí)的水密度；ρ2—使用時(shí)的被測液體密度；a1——水的流量系數(shù)；a2——被測粘性液體的流量系數(shù)。

當(dāng)被測液體的密度和水的密度不同但是兩者粘度系數(shù)相差甚微，即可忽略粘度變化對流量系數(shù)造成的影響，a2/a1可以當(dāng)作1來計(jì)算。

1.3.2 氣體流量測量的刻度換算

測量氣體的浮子流量計(jì)通常都是在低壓、恒溫20℃狀態(tài)下用壓縮空氣進(jìn)行標(biāo)定的，然后在換算到標(biāo)準(zhǔn)壓力為101325Pa、溫度為20℃時(shí)的流量值對儀表刻度。當(dāng)儀表用來測量某一工作狀態(tài)下，任意一種氣體的體積流量時(shí)，需將儀表所示刻度值換算為工作狀態(tài)的實(shí)際流量值。于氣體，可以按照下面公式換算：

（4）

式中：Qn——標(biāo)定空氣在pn，Tn狀態(tài)下的體積流量，即儀表刻度流量值；Q——被測氣體由P，T狀態(tài)下的體積流量，即儀表刻度流量值；pn=101325Pa，Tn=293.15k（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力和溫度）；p，T——被測氣體在工作狀態(tài)下的壓力和熱力學(xué)溫度；

pnZn——分別為標(biāo)定空氣在pn，Tn狀態(tài)下的密度和壓縮系數(shù)；ρ，Z——分別為標(biāo)定空氣p， T在狀態(tài)下的密度和壓縮系數(shù)。

當(dāng)被測氣體的濕度較大時(shí)，應(yīng)考慮水分含量的影響，氣體密度ρ按下式計(jì)算：

式中：ρg——為測量條件下干燥氣體密度；Φ——為測量條件下相對濕度；ρsmax——為測量條件下飽和水汽的密度。

金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有相同的測量原理，不同的是其錐管由金屬制成，這樣不僅耐高溫、高壓，而且能選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)以適合各種腐蝕性介質(zhì)的流量。流量計(jì)采用可變面積式測量原理，應(yīng)用現(xiàn)代高技術(shù)手段及先進(jìn)的元件和器件。流量計(jì)主要由三大基本部分組成：測量管；錐形浮子或靶式浮子；指示器。浮子的位移量與流量的大小成比例，通過磁耦合系統(tǒng)，以不同接觸方式，將浮子位移量傳給指示器指示出流量的大小。也可配裝不同的轉(zhuǎn)換器，將流量值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電遠(yuǎn)傳信號，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示、記錄、積算和控制功能。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)在指示器的設(shè)計(jì)上可以為各種應(yīng)用場合提供可靠適用的功能組合，如現(xiàn)場指針顯示、LCD顯示瞬時(shí)和累計(jì)流量等。在指示器供電選擇方面有電池供電、24VDC供電、220VAC供電，方式根據(jù)現(xiàn)場情況選擇。