转子气体流量计是怎么测流量的

节流式流量计是测量流体在经过节流元件前后的压差变化来反映流量大小的。 但在工程实验和工业生产中经常遇到小流量的测量，其流体的流速低，而节流式流量计对于管径小于50mm、低雷诺数的流体的测量精度低。 而转子流量计则特别适宜于测量管径在50mm以下的管道的流量，测量的流量可以小到每小时几升。

图2．32 转子流量计工作原理图

（1）测试原理

转子流量计与节流式流量计在测试原理上是不同的。节流式流量计是在节流面积（如孔板流通截面积）不变的条件下，以压差变化来反映流量的大小。 而转子流量计却是以压差不变利用流通面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变截面的流量测量方法。

转子流量的测试原理如图2．32所示。 转子流量计基本上由两部分组成：一个是由下往上逐渐扩大的锥形管，通常用玻璃制成，其锥度为40′～3°；另一个是放在锥形管内可以上下自由运动的转子。 工作时，被测流体由锥形管下端进入，沿着锥形管向上流动流过转子与锥形管之间的环隙，从锥形管的上端流出。 当流体流过锥形管时，位于锥形管中的转子受到向上的一个力的作用，使转子浮起。 当这个力正好等于浸没在流体中的转子的净重力（即转子受到的重力与浮力之差）时，则在竖直方向上转子处于力平衡，此时转子就停浮在一定高度处。 若流体通过转子流量计的流量突然增大，作用在转子上的向上的力增加，由于转子在流体中受到的净重力是不变的，所以转子上升。 但在转子上升过程中，转子的位置升高会造成转子与锥形管之间的环隙增大，即增大了流通截面，随着流通截面增大，流过环隙的流体流速变慢，因此使流体作用在转子上向上的力也随之变小，直到流体作用在转子上的向上的力再次等于转子的净重力，此时转子又停浮在一个新的高度上。 这样，转子在锥形管中的平衡位置的高低就与被测流体的流量大小相对应。 如果在锥形管外沿其高度刻上对应的流量值，就可以根据转子平衡的高度直接读出流量的大小。

转子流量计中转子的平衡条件为

Vf（ρf－ρ）g＝（p1－p2）Af（2．33）

式中 Vf——转子体积，m3；

ρf——转子材料的密度，kg／m3；

Af——转子的最大横截面积，m2；

ρ——被测流体密度，kg／m3；

p1，p2——转子前后流体的压强，Pa；

g——重力加速度，m／s2。

在测量过程中，由于Vf，Af，ρf，ρ，g等均为常数，所以由式（2．33）可知，（p1－p2）也应是常数。 即在转子流量计中流体的压降是固定不变的。 所以，转子流量计是以恒压降变截面积法来测定流量的。 这正好与节流式流量计的压差法测量流量的情况相反，节流式流量计测量流量时的压差是变化的，而节流面积却是固定不变的。

在式（2．33）中，（p1－p2）的实质是转子前后的动压强之差，其大小与流体在转子下端锥形管内的流速和转子上端流体在锥形管与转子间的环隙中的流速有关。从力平衡的角度看，（p1－p2）只由Vf，Af，ρf，ρ，g确定，因此，转子下端锥形管内的流速和转子上端流体在锥形管与转子间的环隙中的流速的平方差也是恒定的。 根据连续性方程，并考虑流体流过转子的能量损失，转子流量计的流量可以写为

式中 AR——转子与锥形管间环隙的环形截面积；

CR——转子流量计的流量系数，与Re及转子形状等有关，当Re大于一定值时，对确定

形状的转子而言，CR是常数，可以从有关仪器手册中查得或通过实验测定。

（2）转子流量计的指示值修正

转子流量计是一种非标准化仪表，在大多数情况下，需要按实际被测流体进行刻度。 但仪表厂为了便于成批生产，是在工业基准态（20℃，0．10133MPa）下用水或空气进行刻度的，即转子流量计的流量标尺上的刻度值。 对用于测量液体的转子流量计的刻度值是表示20℃时水的流量值，对用于测量气体的转子流量计的刻度值是代表20℃，0．10133MPa下空气的流量值。 因此，在实际测量中，如果被测流体的密度和与20℃的水或20℃，0．10133MPa下空气的密度不同，则必须对转子流量计的流量指示值按实际被测介质的密度、温度、压强等进行修正。

对用于测量液体流量的转子流量计，制造厂是在20℃下用水进行标定的。 如果使用时被测流体不是水，则由于密度的差异必须对流量刻度进行修正或重新标定。 对于一般的液体而言，当温度和压力改变时，对密度的影响不大。 如果被测液体的黏度与水的黏度相差不大（不超过0．03Pa·s），可以近似认为流量系数CR相等。

式中 ρW——20℃水的密度，kg／m3；

ρf——转子材料的密度，kg／m3；

ρ——实际测量的流体密度，kg／m3。

对用于测量气体流量的转子流量计，制造厂用20℃，0．10133MPa的空气进行标定。 在通常条件下，气体的密度远远小于转子的密度。 当转子停浮在同一刻度（高度）处时，在不计转子材料和几何尺寸的情况下，根据式（2．34），流量指示值Vs0和被测液体的实际流量Vs的关系为

式中 ρ0——20℃，0．10133MPa下空气的密度，kg／m3；

ρg——被测气体在实际工况的密度，kg／m3。

气体的密度受温度、压力的影响较大，应注意被测气体的实际状态。

（3）转子流量计的安装与维修

转子流量计读取流量方便，能量损失小，测量范围也宽，能用于腐蚀性流体的测量。 但由于转子流量计锥形管壁大多为玻璃制品，故不能经受高温高压。

转子流量计的测量是否准确，与其安装是否合理有关。 在安装转子流量计时，原则是：

①转子流量计应安装在垂直、无振动的流体向上流动的管道上，不允许有明显的倾斜，否则会造成测量误差；

②转子流量计前的直管段长度保证不少于5D（D为流量计的通径），为了便于维修，转子流量计应采取分路管道安装，如图2．33所示；

图2．33 转子流量计的安装

1—主管道；2—分管道；3—阀；4—转子流量计

③转子流量计在安装使用前，应检查流量的刻度值、工作压强是否与实际相符，其误差是否超过规定值。

为了保证转子流量计的测量精度，延长其使用寿命，因此在转子流量计的使用过程中，应正确使用转子流量计并加强对转子流量计的维护和维修。 应注意以下几个方面：

①转子流量计在每次开始使用时，应缓慢旋开阀门，以免流体冲击力过猛损坏锥形管、转子等元件；

②转子流量计的锥形管和转子要经常清洗，以避免污物改变环隙的截面积而影响测量精度；

③选用转子流量计应考虑转子和基座的材料，必须符合被测流体的要求，流量计的正常测量值最好选在测量上限的刻度1／3～2／3；

④转子流量计（特别是大口径的）在搬动时应将转子顶住，否则有可能将锥形管打坏。