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化工常见物理量的测量方法

发布时间：2009/6/15 阅读次数：655 字体大小: 【小】【中】【大】

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湿式气体流量计

湿式气体流量计是一种液封式流量计。常用于测量低气压、小流量、非腐蚀性气体的流量。它广泛用于冶金工业、煤气工业、化学工业及科研部门。它由转鼓、壳体及转动记数装置组成。转鼓的轴水平地安装在壳体的轴心位置上，同传动记数装置和指针相连，用以指示气体流过的体积数。转鼓为一圆筒，由四个斗状叶片分隔成四个容积相等的小室。每个小室在靠近轴心处各有一个进气口，同进气管相通；在转鼓外侧各有一个出气口，同排气管相通。在被测气体的压差作用下，叶片绕轴旋转。只要记录叶片转动次数就可以求得通过流量计的气体总量。转鼓旋转带动记数装置及指针，用来指示气体的体积数。如果配用秒表记时，可测气体的流量。如SQL-2型流量计，转鼓每转1周即相当于5 L气体流过。这种流量计的结构原理如图2-3-4所示。图中所示的位置表明：A室即将开始进气，B室正在进气，C室正在排气，D室排气即将完毕。

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图2-3-4湿式流量计原理

湿式流量计在使用前应根据流量计顶部的水平器，用两只可调支脚来校正仪器的水平。为了避免由于仪器安装及环境条件等因素改变而引起测量误差，在使用前，一般都应进行校准。

转子流量计

转子流量计属于定压差流量计，它是通过改变流体通道截面积的方法测定流体流量的，广泛用于测定各种单相气体和液体的流量。它具有结构简单，维修方便，价格便宜，测量范围大，可直接读数等优点。若选用的材料适当，还可用于测量腐蚀性流体的流量。

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图2-3-5转子流量计基本构造

转子流量计的主要部件是一支垂直安装的锥形玻璃管和一枚置于锥管内的转子。锥形玻璃管上大下小，但锥度一般不大；转子有各种形式，其最大直径略小于锥形管的最小直径，制作材料依被测流体的性质和流量范围而定，常用的材料有塑料、硬铅、玻璃、不锈钢、玛瑙等。转子流量计用法兰或螺纹连接件与流体管道相连接。

当被测流体以一定的流量由下而上流经转子与锥形管之间的环隙时，由于通道缩小，流速增大，静压强降低，在转子的顶部和底部产生压差，形成对转子的托力，使转子上升。与此同时，环隙也随之增大，致使通过环隙的流速减小，转子流量计顶、底之间的压强差亦相应降低，当转子上升到某一高度时，由于转子上、下平面间的压强差所产生的托力同转子在被测流体中的重力平衡，则转子在此平衡位置上转动，而不再上升或下降。转子所处的平衡位置愈高，其环隙面积愈大，相应通过的流量也愈大。因此，转子所处的位置同流体的流量大小相对应，故转子平衡位置的高低即可指示流量的大小。

根据力平衡原理，当转子处于平衡位置时，流体作用于转子上的力（p₁－p₂）A_f应等于转子在流体中的重量V_fg（ρ_f－ρ），即

（p₁－p₂）A_f=V_fg（ρ_f－ρ） (2-3-4)

式中：A_f——转子最大横截面积（m²）；

V_f——转子的体积（m³）；

ρ_f——转子的密度（kg·m^－3）；

ρ——流体的密度（kg·m^－3）。

从式（2-3-4）可以看出，转子的大小和重量不变，等式右边应为常数，所以压差p₁－p₂也应恒定不变，故转子流量计是一个定压差流量计。但转子处于不同位置时，转子与管壁间的环隙面积改变，流量与环隙面积的大小成正比例。

若转子停留在某一平衡位置，则转子与锥形管之间的环隙面积为一定值，此时流体流量与环隙前后静压强差的关系，则与流体通过孔板流量计孔口时的情况相似。因此，转子流量计也可以看成是一个可变孔径的孔板流量计。仿照孔板流量计的公式：

(2-3-5)

将Δp=（p₁－p₂）代入上式，得

(2-3-6)

式中：Δp——流体经过环隙产生的压差（Pa）；

ρ_f——转子的密度（kg·m^－3）；

ρ——流体的密度（kg·m^－3）；

A_R——转子与玻璃管间的环隙面积（m²）；

C_R——转子流量计的流量系数，由实验测定。

测量气体的转子流量计在出厂前，要用空气或被测量气体进行标定，标定温度为293.15K，压强为101325Pa；测量液体的转子流量计，则多用水作为标定介质，标定温度为293.15K。

在实际使用过程中，若被测介质的密度与标定介质不同，而粘度与标定介质相近，流量系数C_R可视为常数，则可按下式换算：

(2-3-7)

式中：q_V2——被测介质流量（m³·s^－1）；

q_V1——标定介质流量（m³·s^－1）；

ρ₂——被测流体的密度（kg·m^－3）；

ρ₁——标定流量计时所用流体的密度（kg·m^－3）；

ρ_f——转子的密度（kg·m^－3）。

若被测气体的温度和压强与标定条件不同，则应按下式换算：

(2-3-8)

式中：q_V2——实际状态下的气体流量（m³·s^－1）；

q_V1——标定状态下的气体流量（m³·s^－1）；

p₁，T₁——标定状态下的绝对压强（Pa）和温度（K）；

p₂，T₂——被测气体的绝对压强（Pa）和温度（K）。

读取不同形状转子的流量计刻度时，均应以转子最大截面处作为读数基准，参见图2-3-6。

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图2-3-6不同转子流量计的正确读数位置

目前，工业上已有定型的LZB系列转子流量计产品，实验室用的有定型的LZW系列微型转子流量计产品。对于市售定型转子流量计，若流体种类和使用条件都符合流量计出厂标定条件，则可直接读数得到流体的流量。但从保证流量计的准确性、可靠性考虑，仍有必要重新进行校准。

各种流量计简介

1.转子流量计

转子流量计又称浮子流量计，是目前工业上或实验室常用的一种流量计。其结构如图Ⅱ-2-9所示。它是由一根锥形的玻璃管和一个能上下移动的浮子所组成。当气体自下而上流经锥形管时，被浮子节流，在浮子上下端之间产生一个压差。浮子在压差作用下上升，当浮子上、下压差与其所受的粘性力之和等于浮子所受的重力时，浮子就处于某一高度的平衡位置，当流量增大时，浮子上升，浮子与锥形管间的环隙面积也随之增大，则浮子在更高位置上重新达到受力平衡。因此流体的流量可用浮子升起的高度表示。

点击图片可在新窗口打开图Ⅱ-2-9 转子流量计

这种流量计很少自制，市售的标准系列产品，规格型号很多，测量范围也很广，流量每分钟几毫升至几十毫升。这些流量计用于测量哪一种流体，如气体或液体，是氮气或氢气，市售产品均有说明，并附有某流体的浮子高度与流量的关系曲线。若改变所测流体的种类，可用皂膜流量计或湿式流量计另行标定。

使用转子流量计需注意几点：

(1) 流量计应垂直安装;(2)要缓慢开启控制阀;(3)待浮子稳定后再读取流量;(4)避免被测流体的温度、压力突然急剧变化;(5)为确保计量的准确、可靠，使用前均需进行校正。

点击图片可在新窗口打开图Ⅱ-2-10 毛细管流量计

2.毛细管流量计

毛细管流量计的外表形式很多，图Ⅱ-2-10所示是其中的一种。它是根据流体力学原理制成的。当气体通过毛细管时，阻力增大，线速度(即动能)增大，而压力降低(即位能减小)，这样气体在毛细管前后就产生压差，借流量计中两液面高度差(Δｈ)显示出来。当毛细管长度L与其半径之比等于或大于100时，气体流量Ｖ与毛细管两端

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