0引言
   轉子流量(liàng)計 是常用的節(jiē)流式流量計之(zhi)一，具有結構簡(jiǎn)單、制造容易、測(ce)量♌範圍寬(量程(chéng)比可達 10:1)、測量精(jing)度較高(誤差±5％左(zuo)右)、示值直觀🧑🏾‍🤝‍🧑🏼、維(wéi)護🤟方便、壓損小(xiao)等優點，是現代(dai)生活和工業生(shēng)産中應用廣泛(fàn)的計量器具。
   在(zài)計量技術水平(ping)日益發展、測量(liàng)精度需求不斷(duàn)提高的今🔴天，計(jì)量工作者隻有(you)全面了解轉子(zǐ)流量計的結構(gòu)原理、流量計算(suan)、量值影響因素(sù)與修正方法、以(yi)及流量計的💔選(xuan)型、安裝要求，才(cai)能選出符合需(xū)求的計量儀表(biǎo)，實現測量效果(guo)。希✏️望本文給計(ji)量工作者帶來(lai)些許幫助。
1轉子(zǐ)流量計結構原(yuan)理簡析
1.1 結構分(fèn)析
   轉子流量計(jì)由兩部件組成(cheng)， 一是從下向上(shang)逐漸擴🌂張的錐(zhuī)形管，二是置于(yú)錐形管中，可沿(yán)管中心線上下(xia)移♊動、密度比流(liú)體稍大🌈的轉子(zǐ)（圖1 轉子流量計(ji)原理圖）。
   錐形管(guǎn)由玻璃、塑料或(huò)金屬材質制成(cheng)。 玻璃或塑料材(cái)質的錐形管上(shàng)刻有流量刻度(du)，透過錐管可看(kàn)到透明流體中(zhong)轉子的位置及(jí)所對應的刻度(dù)值； 金屬材質錐(zhui)形管中轉子位(wèi)置通過磁性耦(ǒu)合等方式傳遞(dì)管外，在面闆上(shang)顯💜示量值。
1.2 工作(zuò)原理
   當測量流(liú)體的流量時，流(liu)體從錐形管下(xià)端流入沖擊轉(zhuǎn)子，對它産生一(yi)個作用力，力的(de)大小随流量大(da)小而🚶‍♀️變化；當流(liú)量足夠大⛱️時，所(suǒ)産生作用力将(jiāng)轉子托起，使之(zhi)升高；流體經轉(zhuan)子與錐形管壁(bì)間的環形斷面(mian)從上端流出。 當(dāng)✏️流體對轉子的(de)作用力等于轉(zhuǎn)子重量時，轉子(zǐ)因受力平衡而(ér)停留在🛀🏻某一位(wei)置；這個位置與(yǔ)流量有相互對(duì)應的⛹🏻‍♀️關系，據此(cǐ)位置，即可求得(de)流量值。
1.3 流量計(jì)算
   流量計轉子(zi)在錐形管中受(shòu)三個力：重力、動(dòng)壓力和🛀浮力，三(san)♌力平衡時，轉子(zi)重力=動壓力+浮(fu)力。 當流速變大(dà)或變小時，轉子(zi)将👣向上或向下(xia)移動，流體流動(dong)的截面積也發(fā)生變化，直⁉️至達(dá)到平衡時對應(ying)的流速，轉子在(zài)新的位置上穩(wen)定。
因此，轉子穩(wěn)定時受力關系(xi)公式如下:

其中(zhōng)：ρt-轉 子密度 ；ρf- 流 體(ti)密度 ；g- 重 力加速(sù)度 ；V- 轉 子體積 ；△p-轉(zhuǎn)子前後♈壓差；A-轉(zhuǎn)子最大截面積(jī)。

結合公式(shi)（1），并參照孔闆流(liu)量計流量與節(jie)流壓差間的關(guan)系方😄程式：

得轉(zhuǎn)子流量計流量(liang)公式：

   其中：Qv-流量(liang)值；a0-流量系數（與(yu)轉子形狀、流體(ti)狀态、流量計結(jié)構🌂和流體物理(lǐ)性質等因素有(you)關， 隻能由實驗(yàn)來确💚定）；A0-環 隙面(miàn)積 ，對應于轉子(zi)高度 h；近似有：A0=ch；系(xì) 數 c 與轉子和錐(zhuī)形管⛷️的幾何💯形(xing)狀及🈚尺寸有關(guān)；ρt-轉子密度；ρf—流體(ti)密度；At-轉子最大(da)☀️截面積。
流量方(fang)程式可寫成：

   由(you)公式（4）可知，轉子(zǐ)的停浮高度 h 與(yǔ)流量 qv成對應關(guān)系；根據高🥵度的(de)不同來标刻流(liu)量值，即可在實(shi)際應用🔅中即時(shi)讀取流量值🔴。
2測(ce)量值的流體相(xiang)關性修正
2.1 測量(liàng)值修正分析
   從(cong)式（4）可知，被測流(liú)體的密度不同(tong)，流量大小與轉(zhuǎn)子🏒高度之間的(de)對用關系也不(bu)同。 因受标定設(she)備的限制，生産(chǎn)廠商不可能對(dui)所有流量計都(dōu)做實液标定，故(gu)測量非标定🌈介(jiè)質時，應對讀出(chū)的測量值進行(hang)修正，以保證精(jīng)度。
   對于液體，其(qí)密度爲常數，隻(zhī)需修正被測液(ye)體和标定液體(tǐ)☔不同造成的影(yǐng)響即可；而氣體(ti)因具有可壓😘縮(suo)性，還應考慮标(biāo)定狀态和實際(ji)狀态不同時溫(wēn)度和壓力的影(yǐng)響🈲。
通常，标定狀(zhuang)态默認爲：溫度(du) T=293.16K，絕對壓力 p=101325Pa。根據(jù)流量計🚩算🤟公式(shi)，進🧡行如下分析(xī)：
一方面，設定在(zài)标定狀态下，測(ce)量标定流體的(de)流量公式爲🔱：

式(shi)中：Qv0-标定狀态下(xià)标定流體的流(liu)量示值 ；a0-标定狀(zhuàng)态标定流體的(de)流量系數；ρ0-流體(ti)在标定狀态下(xià)的密度。
另一方(fang)面，設定流量計(ji)在工作狀态下(xià)，測量被測流體(ti)的流量公🔴式爲(wei)：

式中：Qv-工作狀态(tai)下被測流體的(de)流量示值；a-工作(zuò)狀态被測流體(tǐ)的🍉流量系數；ρ-流(liú)體在工作狀态(tai)下的密度🔆。
由式(shi)（5）和式（6）可以看出(chu)，在實際工作狀(zhuang)态下，被測流體(ti)的實際流量爲(wei) qv，但轉子在高度(du) h 處，轉子流量計(jì)的顯示仍🤟然是(shì) qv0。 比較式（5）和式（6），可(kě)以得出 Qv和 Qv0之間(jian)的關系，即流量(liang)修正公式爲:

實(shi)驗表明，流量系(xì)數 a 與雷諾數 Re 和(hé)流量計結構有(yǒu)關🎯，當被測流✉️體(tǐ)的黏度與标定(dìng)流體的黏度相(xiang)差不大時，或在(zài)流量系數 a 爲常(chang)數的流量範圍(wei)内，可不考慮 a 的(de)影響，即可以認(ren)爲 a＝a0，所以（7）式可以(yǐ)簡化爲：

若被測(ce)流體的黏度相(xiang)對标定流體的(de)黏度相差較🚩大(dà)，則應考慮黏度(du)差異對實際流(liú)量系數 a 與标定(ding)流量系數 a0間的(de)差⛷️異，參照式（8）進(jìn)行修正或進行(háng)實際标定，不能(neng)簡單地認爲 a＝a0。
2.2 流(liú)體密度修正
2.2.1 液(ye)體流量的測量(liàng)值修正
   流量計(jì)對液态類流體(ti)的測量示數通(tōng)常采用水爲參(cān)照流體，在标定(dìng)狀态下進行标(biāo)定。 實際測量非(fei)水液體🔞流量時(shí)，隻🏃🏻‍♂️需修正被測(cè)液體和标定液(ye)體（水）之間密度(du)差異而造成的(de)影響，即可按（8）式(shi)進行修正換算(suan)。此時，ρ0爲标定流(liu)體的密度，ρ 爲被(bei)測流體的密度(dù)。
2.2.2 氣體流量的測(cè)量值修正
   流量(liàng)計對氣态類流(liú)體的測量示數(shu)采用空氣爲參(can)照物，在标定狀(zhuang)态下進行标定(dìng)。由于氣體的密(mì)度受溫度、壓力(li)👈變化的影響較(jiao)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼大，故不僅應随(suí)着被測氣體與(yu)标定氣體之間(jiān)的✍️密度不同進(jin)行換算，而且要(yào)随工作狀态時(shí)溫度和壓力與(yǔ)标定狀态的不(bu)同進行修正換(huan)算。爲簡化氣體(ti)📧流量值的修正(zhèng)，一般可以忽略(lue)黏度對👄流量系(xi)數的影響，而且(qiě)，對于氣體來說(shuo)，由于 ρt＞＞ρ0，ρt＞＞ρ，則由（8）式可(kě)得🌈:

   測量非标定(dìng)狀态下的空氣(qì)流量時，可直接(jie)使用式（9）計算🚶。但(dàn) ρ 爲被測氣體在(zài)工作狀态下的(de)密度，實際使用(yòng)起🈲來較爲不便(biàn)。爲此，可👈以将流(liú)體密度和所處(chu)狀态分開修正(zheng)，即先在标定狀(zhuàng)态下對被測流(liu)體的密度進行(háng)修正，然後再進(jin)行狀态修正。 最(zui)後的修正公式(shi)爲：

   其中：p0-标定狀(zhuàng)态下的絕對壓(ya)力；p-工作狀态下(xia)的絕對☂️壓🔱力 ；T0-标(biao)定狀态下的絕(jué)對溫度；T-工作狀(zhuàng)态下的絕對🈲溫(wēn)度；ρ′-被測氣體在(zài)标⛹🏻‍♀️定狀态下的(de)密度。2.3 流量系數(shu)修正
2.3.1 流量系數(shù)與轉子形狀的(de)相關性
   由式(4)可(kě)以看出，流量系(xi)數也是影響測(ce)定結果的一個(ge)重要參數。它因(yin)轉子的形狀不(bú)同而有所不同(tong)。雖然轉子形狀(zhuàng)是制造廠按儀(yí)表結構和流量(liàng)測量範圍選擇(zé)合适形狀而設(she)計的， 不屬于使(shi)用者考慮的範(fan)疇，但使💃用者應(ying)了解轉子形狀(zhuàng)與測量🔅值準确(que)程度的關系。
   一(yi)般情況而言，測(ce)量同種流體時(shí)，哪種形狀的轉(zhuǎn)子在🤩錐形管中(zhōng)的高度越高，則(zé)使用這種轉子(zǐ)的流量計的流(liu)量系數就越小(xiǎo)，其測量精度就(jiu)越高。 可根據這(zhè)一特點，選擇更(gèng)爲适合自身需(xu)求的轉子流量(liang)計。
2.3.2 流量系數與(yu)雷諾數的相關(guan)性
   當流量計的(de)轉子和結構一(yī)定時，流量系數(shu)主要受🔞雷諾數(shu) Re 影響。當雷諾數(shu) Re 較小時，流量系(xì)數随雷諾數 Re 變(biàn)化而變化，此時(shi)需要對進行關(guān)于流量系數的(de)修🔱正（見式 7）；當雷(lei)諾數達到一定(ding)值 Remin（臨界雷諾數(shù)）後，流量🏒系數基(ji)本保持平穩，可(ke)視爲常數，不需(xū)做關于流量🌏系(xì)數的修正計算(suàn)。不同的流量計(ji)很難找到一個(gè)通用的理論公(gōng)式來描述流量(liang)系數和雷諾數(shù)的關系。
   由于流(liú)體的多樣性和(hé)環境的複雜性(xìng)， 流量系數修正(zheng)存在諸多困難(nan)。 如果需要進行(hang)準确的計量，使(shi)用者可💁讓制造(zào)商用實際流體(ti)對流量計刻度(dù)進行校準，如此(cǐ)可直接得到工(gōng)作環境下的真(zhēn)實量值，不必⚽再(zai)進行各種修正(zheng)。
3選型與安裝技(jì)術分析
3.1 轉子流(liú)量計的種類
   按(àn)錐形管材質的(de)不同，大體可分(fèn)三類。其中： 玻璃(li)管轉子流量計(jì) 結構簡單，成本(ben)低，易制成防腐(fǔ)蝕性儀表，還具(jù)有透明度高、讀(du)✂️數直觀、不易破(pò)裂、重量輕、壽命(mìng)長、安裝連接方(fang)😄便等優點。 塑料(liào)管轉子流量計(ji) 則具有體積小(xiao)、重量輕、錐管不(bu)易破碎、耐腐蝕(shí)等特點。
   金屬管(guan)浮子流量計 可(ke)測量液體、氣體(tǐ)流量，特别适宜(yi)低流速小流量(liang)的介質測量，可(kě)提供瞬時流量(liang)、累積流量顯示(shi)，或通過輸出标(biāo)準信号💋，實現流(liu)量🔞指示、積算、記(ji)錄、控制和報警(jing)等功能。
3.2 選型分(fèn)析
爲保證測量(liang)數據的精度，使(shi)用者應根據安(an)裝環境、流🏃🏻體物(wu)理和化學特性(xing)等因素，選擇流(liú)量儀表。
（1）若流體(ti)爲中小流量 ，壓(yā) 力小于 1MPa，溫 度低(dī)于 100℃，透 明無毒，無(wu)😘燃燒爆炸危險(xian)，對玻璃無腐蝕(shi)無粘附，一般可(kě)采用玻璃管轉(zhuan)子流量計。
（2）在空(kōng)間相對較小 ，撐(cheng)重力弱的管路(lu)環境 ，流體爲中(zhōng)小流量🛀 、壓力較(jiao)小、溫度較低，可(ke)選用塑料管轉(zhuan)子流量計🔴。
（3）若流(liú)體爲中小流量(liang) 、易汽化 （或易凝(ning)結 ）、有毒易燃易(yì)爆🌂 ，不含磁性✊物(wù)質、纖維和磨損(sun)物質，對不鏽鋼(gāng)無腐蝕性,可選(xuan)普通👌型金屬管(guan)轉子流量計；若(ruo)流體有腐蝕性(xing)，應🐉采用防腐型(xing)金屬管轉子流(liu)量計；若流體易(yi)結晶或汽化或(huo)高粘度，應選用(yong)♋帶夾套并帶伴(bàn)熱或冷卻接口(kou)的 金屬管轉子(zǐ)流量計 。在高溫(wēn)或高寒、高壓、有(you)毒環境，應選用(yong)具遠傳信息🈲功(gōng)能🤞的金屬管轉(zhuan)子流量計。
（4）若流(liu)體壓力不穩定(ding)，尤其用于氣體(ti)測量時，應選具(jù)阻🔆尼結構的轉(zhuan)子流量計。
3.3 安裝(zhuāng)技術要求
正确(que)安裝是流量計(jì)正常工作、準确(què)測量的必要條(tiao)件。 一☂️般⭕應遵循(xun)如下要求：
（1）轉子(zi)流量計須垂直(zhí)安裝，流體自下(xia)而上流過流量(liàng)計,垂直度優于(yú) 2°。
（2）進口應有 5 倍管(guǎn)道直徑以上的(de)直管段，出口應(ying)有 250mm 直管段。
（3）安裝(zhuang)位置适當加裝(zhuang)管道支撐。
（4）流量(liang)計旁應加裝旁(páng)路管道和旁路(lù)閥，在下遊安裝(zhuang)單向閥。
（5）測量流(liu)體若爲髒污 介(jiè)質或含有固體(ti)雜質,須在進口(kou)處加🚶裝過濾器(qì)和定期清洗裝(zhuang)置。
（6）測量流體中(zhong)若含有鐵磁性(xing)物質，應安裝磁(ci)過濾器。
（7）帶液晶(jing)或锂電池供電(diàn)的流量計盡量(liang)避免陽光直射(she)和高溫環境 （≥65℃）。
（8）測(ce)量氣體的工作(zuò)壓力應不小于(yu)流量計壓損的(de) 5 倍⛹🏻‍♀️。
4總結
  轉子流(liú)量計結構簡單(dan)，原理亦不複雜(zá)，但是，由于流量(liang)計量特性與流(liú)體屬性的相關(guān)性、以及流體物(wu)理性質的千差(chà)萬别，使得流量(liàng)計量技術應用(yong)變得非常複雜(za)。 不僅流體存在(zài)黏度的💋差異，而(er)且氣體類流🌂體(tǐ)的可壓🥵縮性及(ji)熱♍膨脹性，更加(jiā)大了流體測量(liang)的難度。因此，本(ben)🌈文隻是作者一(yi)些經驗認🔞識和(he)技術分析的歸(guī)納整理，有關更(gèng)加深入的研究(jiu)，期待衆多的流(liu)體計量科研人(rén)員提供更有價(jia)值的真知灼見(jian)。

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