研究非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算要素

王智宇

摘 要：簡要分析了非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算問題，研究了氣體轉(zhuǎn)子流量計的使用原理和應(yīng)用情況可知，轉(zhuǎn)子在垂直錐形管中，并且隨著流量的變化而升降。同時，詳細(xì)闡述了非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算要素，其中主要有標(biāo)況流量，轉(zhuǎn)子流量傳感器流出系數(shù)標(biāo)定，應(yīng)用分析等，以期為相關(guān)工作者提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣體轉(zhuǎn)子流量計；流量換算；轉(zhuǎn)子流量傳感器；錐形管

中圖分類號：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.119

1 流量換算概述

氣體轉(zhuǎn)子流量計是將某種氣體當(dāng)作介質(zhì)，按照某一狀態(tài)下的標(biāo)況刻度的。如果被測介質(zhì)與實際工況、刻度時的介質(zhì)工作狀態(tài)一致，那么，轉(zhuǎn)子流量計輸出的刻度就是實際流量，這種情況就不需要對其進(jìn)行換算。但是，在實際測量過程中，因為氣體介質(zhì)或者相應(yīng)的工作狀態(tài)、刻度時之間存在一定的差異，所以，轉(zhuǎn)子在測量管中相同位置代表的流量值和刻度時也是不同的。要想正確運用氣體流量計，就一定要了解它們之間的換算關(guān)系。

在實際范圍內(nèi)，一般情況下，氣體轉(zhuǎn)子流量計是將空氣作為介質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、標(biāo)況體積流量下進(jìn)行刻度的。在世界范圍內(nèi)，對于標(biāo)準(zhǔn)定義有2種，我國采用的是101.325 kPa、20e（20 ℃），國外采的是101.325 kPa、0e（0 ℃）。鑒于這種情況，在《轉(zhuǎn)子流量計檢定規(guī)程》中詳細(xì)說明了流量換算方式。在這種情況下對氣體流量計進(jìn)行刻度，并不是根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。例如，刻度的介質(zhì)并不是空氣，刻度狀態(tài)并不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，將用戶實際測量的氣體集合實際工況下的標(biāo)況體積流量實施刻度，有時利用一種氣體介質(zhì)實施刻度，但是，在實際的使用過程中，所使用的氣體卻是另一種，例如氮氣或者氧氣等。

2 氣體轉(zhuǎn)子流量計的使用原理及應(yīng)用

在使用轉(zhuǎn)子流量計的過程中，轉(zhuǎn)子在垂直錐形管中，并且隨著流量的變化而升降，其流通面積有了一定的改變，所以，測量體積的儀表也變成了浮子流量計。氣體轉(zhuǎn)子流量計基本工作流程可以通過式（1）表示：

在使用氣體轉(zhuǎn)子流量計的過程中，當(dāng)流量發(fā)生變化時，浮子可能會在垂直的錐形管內(nèi)上下浮動。這時，椎管與浮子之間形成的環(huán)形流通面積便會發(fā)生一定的變化，即基于這一原理實現(xiàn)對流量的測量。因為這種儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，加工也十分邊界，工作較為穩(wěn)定，具備較高的可靠性，所以，在其使用過程中，損失的壓力也比較小，最重要的是其可以測量低雷諾書小流量介質(zhì)，或者被廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中。

椎管轉(zhuǎn)子流量計是由一個錐形管和一個可以在錐形管中上下浮動的轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在底部一般與垂直管段的法蘭連接，這些流體從上往下的流過計量器，這時轉(zhuǎn)子會上下運動。如果管中的流體是自下而上的，當(dāng)流過轉(zhuǎn)子和錐管時，流體便會被轉(zhuǎn)子截流，轉(zhuǎn)子上游與下游之間承受的壓力會有所不同，轉(zhuǎn)子上截面和下截面會產(chǎn)生一定的壓力差。這時的轉(zhuǎn)子會受到流體為轉(zhuǎn)子帶來的壓力、轉(zhuǎn)子在流體中承受的浮力和重力3種壓力。

3 非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算

3.1 標(biāo)況流量

在分析其適應(yīng)性時，假定氣體轉(zhuǎn)子流量計是將某種氣體作為介質(zhì)的，按照某種狀態(tài)下的標(biāo)況體積流量來確定，那么，儀表輸出則是刻度狀態(tài)下的標(biāo)況流量，其公式為：

式（2）中：Qcn為刻度氣體在刻度裝填下的標(biāo)況流量，Nm3/h；Qc為刻度氣體在刻度狀態(tài)下的工況流量，m3/h；Pc為刻度狀態(tài)下產(chǎn)生的絕對壓力，kPa；Pn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所存在的絕對壓力，101.325 kPa；TC為刻度狀態(tài)下的絕對溫度；TN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對溫度。

3.2 轉(zhuǎn)子流量傳感器流出系數(shù)標(biāo)定

通過相應(yīng)的推導(dǎo)，詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)子的第二次節(jié)流造成的能量變化黏滯阻力能量損耗問題，同時，在流量系數(shù)中添加了損耗節(jié)流黏滯阻力能的系數(shù)。推導(dǎo)出的流量方程充分考慮了工作機(jī)理和工作特性，通過轉(zhuǎn)子流量器數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出來的結(jié)果的正確性得到了有效的提升，但是，分析其在實際中的應(yīng)用問題，利用數(shù)學(xué)模型計算出來的黏滯壓力損失系數(shù)K不是十分標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，K值是通過實流標(biāo)定實驗方法得到的，因此，不單獨計算這一損失系數(shù)。為了使轉(zhuǎn)子流量器數(shù)學(xué)模型中位置參數(shù)的個數(shù)保持穩(wěn)定，主要是將節(jié)流黏滯阻力壓力帶來的損失影響歸入到留出系數(shù)并體現(xiàn)出來，采取這樣的方式就能減少未知數(shù)的個數(shù)。通過實流實驗，利用測得的流量和浮子所產(chǎn)生的高度可以確定流量方程中僅有的一個未知數(shù)，這一未知數(shù)也就是留出系數(shù)，同時，還能獲取流量和轉(zhuǎn)子的高度所一一對應(yīng)的轉(zhuǎn)子流量傳感器所對應(yīng)的流量方程。

3.3 應(yīng)用分析

某進(jìn)口氣體轉(zhuǎn)子流量計是將二氧化氮作為介質(zhì)的，其按照800 kPa和50 ℃刻度狀態(tài)下的標(biāo)況體積流量QCN0對其進(jìn)行相應(yīng)的度量?，F(xiàn)在測量氮氣在工作裝填下（P，T）標(biāo)況（101.325 kPa、20 e）的流量QN20。這里所指的刻度狀態(tài)是：PC=（800+1 011 325）kPa；TC=50+273 115 K。

4 結(jié)束語

總而言之，非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算工程看似簡單，但在實際應(yīng)用過程中，需要詳細(xì)分析各項相關(guān)因素，并分析使用過程中的各種影像因素，從而得出精準(zhǔn)的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

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（編輯：白潔）