0引(yin)言
   轉子流(liu)量計 是常(chang)用的節流(liu)式流量計(ji)之一，具有(you)結構簡單(dan)、制造容🚶易(yi)💔、測量範圍(wei)寬(量程比(bi)可達 10:1)、測量(liang)精度較高(gao)(誤差±5％左右(you)🙇🏻)、示值直觀(guan)、維護方便(bian)、壓損小等(deng)優點，是現(xian)代生活和(he)工業生産(chan)中應用🤟廣(guang)泛的⛱️計量(liang)器具。
   在計(ji)量技術水(shui)平日益發(fa)展、測量精(jing)度需求不(bu)斷提高的(de)今天，計🈲量(liang)工作者隻(zhi)有全面了(le)解轉子流(liu)量計的結(jie)構原理、流(liu)☂️量計算、量(liang)值影響因(yin)素與修正(zheng)方法、以及(ji)流量計的(de)選型、安裝(zhuang)要求，才能(neng)選出符合(he)需求的計(ji)量儀表，實(shi)現測🔴量效(xiao)果。希望本(ben)文給計量(liang)工作者帶(dai)來些許幫(bang)助。
1轉子流(liu)量計結構(gou)原理簡析(xi)
1.1 結構分析(xi)
   轉子流量(liang)計由兩部(bu)件組成， 一(yi)是從下向(xiang)上逐漸擴(kuo)張㊙️的錐形(xing)管，二是置(zhi)于錐形管(guan)中，可沿管(guan)中心線上(shang)💯下移動、密(mi)度比流體(ti)🌏稍大的轉(zhuan)子（圖1 轉子(zi)流量計原(yuan)♍理圖）。
   錐形(xing)管由玻璃(li)、塑料或金(jin)屬材質制(zhi)成。 玻璃或(huo)塑料材質(zhi)的錐形管(guan)上刻有流(liu)量刻度，透(tou)過錐管可(ke)看到透明(ming)流體中轉(zhuan)🏃🏻‍♂️子的位置(zhi)及所對應(ying)的刻度值(zhi)； 金屬材質(zhi)錐💁形管中(zhong)☂️轉子位置(zhi)通過磁性(xing)耦合等方(fang)式傳遞管(guan)外，在面闆(pan)上顯示量(liang)值。
1.2 工作原(yuan)理
   當測量(liang)流體的流(liu)量時，流體(ti)從錐形管(guan)下端流入(ru)沖擊轉子(zi)，對它産生(sheng)一個作用(yong)力，力的大(da)小随流量(liang)大小而☂️變(bian)化；當流量(liang)足夠大時(shi)，所産生作(zuo)用力将轉(zhuan)子💋托起，使(shi)之升高；流(liu)體經轉子(zi)與🔅錐形管(guan)壁間的環(huan)形斷面從(cong)上端流出(chu)。 當流體對(dui)轉子的作(zuo)用力等于(yu)轉子重量(liang)時，轉子因(yin)受力平衡(heng)而停留在(zai)🙇🏻某一位置(zhi)；這👨‍❤️‍👨個位置(zhi)與流量有(you)相互對應(ying)的關系，據(ju)此位置，即(ji)可求得流(liu)量🈲值。
1.3 流量(liang)計算
   流量(liang)計轉子在(zai)錐形管中(zhong)受三個力(li)：重力、動壓(ya)力和浮㊙️力(li)，三力平衡(heng)時，轉子重(zhong)力=動壓力(li)+浮力。 當流(liu)速變大或(huo)變小時，轉(zhuan)子将向上(shang)☔或向下移(yi)動，流體流(liu)動的截面(mian)積🌍也發生(sheng)變化，直至(zhi)達到平衡(heng)時對應的(de)流速，轉子(zi)在新的位(wei)置上穩定(ding)。
因此，轉子(zi)穩定時受(shou)力關系公(gong)式如下:

其(qi)中：ρt-轉 子密(mi)度 ；ρf- 流 體密(mi)度 ；g- 重 力加(jia)速度 ；V- 轉 子(zi)體積 ；△p-轉💋子(zi)前後壓差(cha)；A-轉子最大(da)截面積。

結(jie)合公式（1），并(bing)參照孔闆(pan)流量計流(liu)量與節流(liu)壓差間的(de)關系方程(cheng)❓式：

得轉子(zi)流量計流(liu)量公式：

   其(qi)中：Qv-流量值(zhi)；a0-流量系數(shu)（與轉子形(xing)狀、流體狀(zhuang)态、流量計(ji)🍓結💃🏻構和流(liu)體物理性(xing)質等因素(su)有關， 隻能(neng)由實驗來(lai)确定）；A0-環🤞 隙(xi)面積 ，對應(ying)于轉子高(gao)度 h；近似有(you)：A0=ch；系 數 c 與轉(zhuan)子和錐形(xing)管的幾何(he)形狀及尺(chi)寸有關；ρt-轉(zhuan)子密度；ρf—流(liu)體密度；At-轉(zhuan)子最大截(jie)面積。
流量(liang)方程式可(ke)寫成：

   由公(gong)式（4）可知，轉(zhuan)子的停浮(fu)高度 h 與流(liu)量 qv成對應(ying)關系；根✌️據(ju)高度的🐕不(bu)同來标刻(ke)流量值，即(ji)可在實際(ji)應用中即(ji)時讀取流(liu)量值。
2測量(liang)值的流體(ti)相關性修(xiu)正
2.1 測量值(zhi)修正分析(xi)
   從式（4）可知(zhi)，被測流體(ti)的密度不(bu)同，流量大(da)小與轉子(zi)高度之間(jian)的對用關(guan)系也不同(tong)。 因受标定(ding)設備的限(xian)制，生産廠(chang)商不📞可能(neng)對所有流(liu)量計都做(zuo)實液标定(ding)，故測量非(fei)标定介質(zhi)時，應對讀(du)出的測量(liang)值進行修(xiu)正，以保證(zheng)📧精度。
   對于(yu)液體，其密(mi)度爲常數(shu)，隻需修正(zheng)被測液體(ti)和标定液(ye)🈚體不同造(zao)成的影響(xiang)即可；而氣(qi)體因具有(you)可壓🔴縮性(xing)🐆，還應考慮(lü)标定狀态(tai)和實際狀(zhuang)态不同時(shi)溫度和壓(ya)力☂️的影響(xiang)。
通常，标定(ding)狀态默認(ren)爲：溫度 T=293.16K，絕(jue)對壓力 p=101325Pa。根(gen)據流量計(ji)算㊙️公⛷️式，進(jin)行如下分(fen)析：
一方面(mian)，設定在标(biao)定狀态下(xia)，測量标定(ding)流體的流(liu)量公式爲(wei)：

式中：Qv0-标定(ding)狀态下标(biao)定流體的(de)流量示值(zhi) ；a0-标定狀态(tai)标♋定流體(ti)的流量系(xi)數；ρ0-流體在(zai)标定狀态(tai)下的密度(du)。
另一方面(mian)，設定流量(liang)計在工作(zuo)狀态下，測(ce)量被測流(liu)體🙇‍♀️的🌈流量(liang)公式爲：

式(shi)中：Qv-工作狀(zhuang)态下被測(ce)流體的流(liu)量示值；a-工(gong)作狀态被(bei)測流體的(de)流量系數(shu)；ρ-流體在工(gong)作狀态下(xia)的密度。
由(you)式（5）和式（6）可(ke)以看出，在(zai)實際工作(zuo)狀态下，被(bei)測流體的(de)實際流量(liang)爲 qv，但轉子(zi)在高度 h 處(chu)，轉子流量(liang)計的顯示(shi)仍然是 qv0。 比(bi)較式（5）和式(shi)（6），可以得出(chu) Qv和 Qv0之間的(de)關系，即流(liu)量修⚽正公(gong)式爲:

實驗(yan)表明，流量(liang)系數 a 與雷(lei)諾數 Re 和流(liu)量計結構(gou)有關，當被(bei)測流體的(de)黏度與标(biao)定流體的(de)黏度相差(cha)不大時，或(huo)在流量系(xi)數 a 爲常數(shu)🈲的流量範(fan)圍内，可不(bu)考慮♋ a 的影(ying)響♻️，即可以(yi)認爲 a＝a0，所以(yi)（7）式可以簡(jian)化爲：

若被(bei)測流體的(de)黏度相對(dui)标定流體(ti)的黏度相(xiang)差較大，則(ze)應✌️考慮黏(nian)度差異對(dui)實際流量(liang)系數 a 與标(biao)定流量系(xi)數 a0間的差(cha)異，參🐇照式(shi)（8）進行修正(zheng)或進行實(shi)際标🈲定，不(bu)能簡單地(di)認爲 a＝a0。
2.2 流體(ti)密度修正(zheng)
2.2.1 液體流量(liang)的測量值(zhi)修正
   流量(liang)計對液态(tai)類流體的(de)測量示數(shu)通常采用(yong)水爲參照(zhao)流體，在标(biao)定狀态下(xia)進行标定(ding)。 實際測量(liang)非水液體(ti)🔴流量時，隻(zhi)需修正被(bei)測液體和(he)标定液體(ti)（水）之間密(mi)度差異而(er)造成的影(ying)響，即可按(an)（8）式進行修(xiu)正換算。此(ci)時，ρ0爲标定(ding)流體🏃‍♂️的密(mi)度，ρ 爲被測(ce)流體的密(mi)度。
2.2.2 氣體流(liu)量的測量(liang)值修正
   流(liu)量計對氣(qi)态類流體(ti)的測量示(shi)數采用空(kong)氣爲參照(zhao)物，在标定(ding)狀态下進(jin)行标定。由(you)于氣體的(de)密度受溫(wen)度、壓力☔變(bian)化的影響(xiang)較大，故不(bu)僅應随着(zhe)被測氣體(ti)與标定氣(qi)體💁之間的(de)🥰密度不同(tong)進行換算(suan)，而且要随(sui)工作狀态(tai)時溫度和(he)壓力與标(biao)定狀态♋的(de)不同進☔行(hang)修正換算(suan)。爲簡化氣(qi)體流量值(zhi)的修正，一(yi)般可以⛹🏻‍♀️忽(hu)略黏度對(dui)流量系數(shu)的影響㊙️，而(er)且，對于氣(qi)體來說，由(you)于 ρt＞＞ρ0，ρt＞＞ρ，則由（8）式(shi)可得:

   測量(liang)非标定狀(zhuang)态下的空(kong)氣流量時(shi)，可直接使(shi)用式（9）計算(suan)。但💔 ρ 爲被測(ce)氣體在工(gong)作狀态下(xia)的密度，實(shi)際使用起(qi)來較爲不(bu)便。爲此，可(ke)以将流體(ti)密度和所(suo)處狀态分(fen)開修正，即(ji)先在标定(ding)狀态下對(dui)被測流體(ti)的密度進(jin)行修正，然(ran)後再㊙️進行(hang)狀态㊙️修正(zheng)。 最後的修(xiu)正公👌式爲(wei)：

   其中：p0-标定(ding)狀态下的(de)絕對壓力(li)；p-工作狀态(tai)下的絕對(dui)壓力 ；T0-标定(ding)狀态下的(de)絕對溫度(du)；T-工作狀态(tai)下的絕對(dui)溫度；ρ′-被測(ce)氣體在标(biao)定狀态下(xia)的密度。2.3 流(liu)量系數修(xiu)正
2.3.1 流量系(xi)數與轉子(zi)形狀的相(xiang)關性
   由式(shi)(4)可以看出(chu)，流量系數(shu)也是影響(xiang)測定結果(guo)的一🌐個重(zhong)要參數🤞。它(ta)因轉子的(de)形狀不同(tong)而有所不(bu)同。雖然轉(zhuan)子形狀是(shi)制造廠按(an)儀表結構(gou)和流量測(ce)量範圍選(xuan)擇合适形(xing)狀而設計(ji)的， 不屬于(yu)使用者考(kao)慮的範疇(chou)，但使用者(zhe)應了解轉(zhuan)子形狀與(yu)測量值準(zhun)确程度的(de)關系。
   一般(ban)情況而言(yan)，測量同種(zhong)流體時，哪(na)種形狀的(de)轉子在錐(zhui)形🏒管中的(de)高度越高(gao)，則使用這(zhe)種轉子的(de)流量🤟計的(de)流量系數(shu)就越小，其(qi)測量精度(du)就越高。 可(ke)根據這一(yi)特🌍點，選擇(ze)更爲适合(he)自身需求(qiu)的轉子流(liu)量計。
2.3.2 流量(liang)系數與雷(lei)諾數的相(xiang)關性
   當流(liu)量計的轉(zhuan)子和結構(gou)一定時，流(liu)量系數主(zhu)要受雷諾(nuo)🔞數 Re 影😄響。當(dang)雷諾數 Re 較(jiao)小時，流量(liang)系數随雷(lei)諾數 Re 變化(hua)而變化，此(ci)時需要對(dui)♻️進行關于(yu)流量系數(shu)的修🐕正（見(jian)式 7）；當雷諾(nuo)數達到一(yi)定值 Remin（臨界(jie)雷諾數）後(hou)，流量系數(shu)基本保持(chi)平穩♻️，可視(shi)爲常數，不(bu)需做關于(yu)流量系數(shu)的修正計(ji)算。不同的(de)流量計很(hen)難🙇🏻找到一(yi)個通用的(de)理論公👈式(shi)來描述流(liu)量系數和(he)雷諾數的(de)關系。
   由于(yu)流體的多(duo)樣性和環(huan)境的複雜(za)性， 流量系(xi)數修正存(cun)在諸多困(kun)難。 如果需(xu)要進行準(zhun)确的計量(liang)，使用者可(ke)讓制造商(shang)用實際流(liu)⭕體對流量(liang)計刻度進(jin)行校準，如(ru)此🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可直接(jie)得到工作(zuo)環境下的(de)真實量值(zhi)，不必👉再進(jin)行各種修(xiu)正。
3選型與(yu)安裝技術(shu)分析
3.1 轉子(zi)流量計的(de)種類
   按錐(zhui)形管材質(zhi)的不同，大(da)體可分三(san)類。其中： 玻(bo)璃管轉子(zi)流量計 結(jie)構簡單，成(cheng)本低，易制(zhi)成防腐蝕(shi)性儀表，還(hai)具有透明(ming)度✨高、讀數(shu)直觀、不易(yi)破裂、重量(liang)輕、壽命長(zhang)、安裝連接(jie)方便等優(you)點。 塑料管(guan)轉子流量(liang)計 則具有(you)體積小、重(zhong)量輕、錐管(guan)不易破碎(sui)、耐腐蝕等(deng)特點。
   金屬(shu)管浮子流(liu)量計 可測(ce)量液體、氣(qi)體流量，特(te)别适宜低(di)流速小流(liu)量的介質(zhi)🔴測量，可提(ti)供瞬時流(liu)量、累積流(liu)量顯示，或(huo)通過輸出(chu)标準信号(hao)，實現流量(liang)指示、積算(suan)、記錄、控制(zhi)和報🈚警等(deng)功能。
3.2 選型(xing)分析
爲保(bao)證測量數(shu)據的精度(du)，使用者應(ying)根據安裝(zhuang)環境、流體(ti)物理🥰和化(hua)學特性等(deng)因素，選擇(ze)流量儀表(biao)。
（1）若流體爲(wei)中小流量(liang) ，壓 力小于(yu) 1MPa，溫 度低于(yu) 100℃，透 明無毒(du)，無燃燒⭐爆(bao)炸危險，對(dui)玻璃無腐(fu)蝕無粘附(fu)，一般可采(cai)用玻⛹🏻‍♀️璃管(guan)轉子流量(liang)計。
（2）在空間(jian)相對較小(xiao) ，撐重力弱(ruo)的管路環(huan)境 ，流體爲(wei)中小🐆流量(liang) 、壓力較小(xiao)、溫度較低(di)，可選用塑(su)料管轉子(zi)流量計。
（3）若(ruo)流體爲中(zhong)小流量 、易(yi)汽化 （或易(yi)凝結 ）、有毒(du)易燃易爆(bao) ，不含磁🔴性(xing)物質、纖維(wei)和磨損物(wu)質，對不鏽(xiu)鋼無腐蝕(shi)性🌈,可選普(pu)通型金屬(shu)管🈚轉子流(liu)量計；若流(liu)體有腐☂️蝕(shi)性，應🐕采用(yong)防腐型金(jin)屬管轉子(zi)流量✊計；若(ruo)流體易🎯結(jie)晶或汽化(hua)或高粘📐度(du)，應選用☁️帶(dai)夾套并帶(dai)伴熱或冷(leng)卻接口的(de) 金屬管轉(zhuan)子流量計(ji) 。在高溫或(huo)高寒、高壓(ya)、有毒環境(jing)，應選用具(ju)遠傳信息(xi)功能的金(jin)屬管轉子(zi)流量計。
（4）若(ruo)流體壓力(li)不穩定，尤(you)其用于氣(qi)體測量時(shi)，應選具阻(zu)尼😄結構的(de)轉子流量(liang)計。
3.3 安裝技(ji)術要求
正(zheng)确安裝是(shi)流量計正(zheng)常工作、準(zhun)确測量的(de)必要條🔞件(jian)。 一🏒般應遵(zun)循如下要(yao)求：
（1）轉子流(liu)量計須垂(chui)直安裝，流(liu)體自下而(er)上流過流(liu)量計,垂🥰直(zhi)度優于 2°。
（2）進(jin)口應有 5 倍(bei)管道直徑(jing)以上的直(zhi)管段，出口(kou)應有 250mm 直管(guan)段。
（3）安裝位(wei)置适當加(jia)裝管道支(zhi)撐。
（4）流量計(ji)旁應加裝(zhuang)旁路管道(dao)和旁路閥(fa)，在下遊安(an)裝單向閥(fa)。
（5）測量流體(ti)若爲髒污(wu) 介質或含(han)有固體雜(za)質,須在進(jin)口🔞處加裝(zhuang)過濾器和(he)定期清洗(xi)裝置。
（6）測量(liang)流體中若(ruo)含有鐵磁(ci)性物質，應(ying)安裝磁過(guo)濾器✔️。
（7）帶液(ye)晶或锂電(dian)池供電的(de)流量計盡(jin)量避免陽(yang)光直射和(he)高溫環境(jing) （≥65℃）。
（8）測量氣體(ti)的工作壓(ya)力應不小(xiao)于流量計(ji)壓損的 5 倍(bei)。
4總結
  轉子(zi)流量計結(jie)構簡單，原(yuan)理亦不複(fu)雜，但是，由(you)于流量計(ji)量特性🌈與(yu)流體屬性(xing)的相關性(xing)、以及流體(ti)物理性質(zhi)的千差萬(wan)别，使得流(liu)量計量技(ji)術應用變(bian)得非常複(fu)雜。 不僅流(liu)體存在黏(nian)度的差異(yi)，而且氣體(ti)類流體的(de)可壓縮性(xing)及熱膨脹(zhang)性，更加大(da)了流👣體測(ce)量的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻難度(du)。因此，本文(wen)隻是作者(zhe)一些經驗(yan)認識和技(ji)術分析的(de)歸納整理(li)，有關更加(jia)深入🔞的研(yan)究，期待衆(zhong)多的流體(ti)計量科研(yan)人員提供(gong)更有價值(zhi)的真知灼(zhuo)見。

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