轉子流量(liang)計與差壓(yā)式流量計(jì)區别
1 引 言(yan) 轉子流量(liàng)計和差壓(ya)式流量計(ji)是工業上(shang)和實驗室(shì)中的流量(liang)計. 雖然都(dōu)是測量流(liú)量的儀表(biǎo)🏃,但❗是其原(yuan)理卻大相(xiàng)徑庭,其流(liú)量基本方(fāng)程的推導(dǎo)也不相同(tóng),因此,導緻(zhi)儀表的特(te)點和适用(yong)場合也有(you)所區别 . 2 流(liu)量計組成(chéng)與流量測(cè)量原理 2.1 轉(zhuan)子流量計(ji) 轉子流量(liang)計,是由一(yi)個自下往(wang)上逐漸擴(kuo)大的帶刻(kè)度的錐形(xing)管和一個(ge)置于錐形(xíng)管内可以(yi)自由上下(xià)‼️移動的轉(zhuan)子構成. 工(gōng)💃🏻作時,被測(cè)流體由錐(zhui)形管下端(duan)🔞進入,沿着(zhe)錐形管向(xiang)上運動,流(liu)過轉子💋與(yu)錐形管之(zhi)間的環隙(xi),再從錐形(xíng)管上端流(liú)出 . 受流動(dong)流體帶動(dong)作用,轉子(zi)受到一個(gè)自下向上(shàng)流體對轉(zhuǎn)子的動壓(yā)力,正好等(deng)于轉子在(zai)被測流體(tǐ)🧡中的重力(li)(即轉子自(zì)身的重力(li)減去流體(ti)對轉子的(de)浮力). 垂直安裝(zhuang)流量計時(shi),轉子重心(xīn)就在錐形(xing)管中心軸(zhou)線上,轉🏃子(zi)所📐受的三(sān)個力都平(ping)行于中心(xīn)軸線 . 當受(shou)力平衡時(shí),轉子就穩(wen)定在錐管(guǎn)内某一位(wèi)置上 . 對于(yu)給定的轉(zhuan)子流量計(ji),轉子的材(cái)料、大小和(hé)形狀都可(kě)确定,所以(yǐ)轉子在被(bèi)測流體中(zhong)的重力是(shi)已知的,隻(zhi)⁉️有流體對(duì)轉子的動(dong)壓力是随(sui)流體流速(su)大小而變(biàn)化的 . 因此(ci)當流體流(liú)速變大或(huò)💞變小時,轉(zhuan)子受到的(de)動壓力增(zeng)🔴大或減❓小(xiǎo),轉子将作(zuò)向上或向(xiang)下的移動(dòng),轉子與錐(zhui)形管壁之(zhi)間的環隙(xì)面積也發(fā)生變化,即(jí)流動截面(mian)積也發生(shēng)變化,待變(biàn)化到某一(yī)流速😄轉子(zi)受力平衡(heng)時,轉子就(jiu)穩定🏒在新(xīn)的位置上(shàng) . 對于一台(tái)給定的轉(zhuan)子流量計(ji),轉子在錐(zhui)管中平衡(heng)位置的高(gāo)🐆低反應了(le)被測流體(ti)流經錐形(xíng)🧑🏽🤝🧑🏻管的流量(liang)大小 . 2.2 差壓(yā)式流量計(jì) 差壓式流(liú)量計由三(sān)部分組成(cheng),即由節流(liu)裝置、導壓(ya)管和差壓(yā)計 . 差壓式(shi)流量計是(shì)利用流體(tǐ)流動的節(jie)流原🛀🏻理來(lái)實現🔞流量(liang)測量的.節(jiē)流原理是(shì)流體在有(yǒu)節流裝♈置(zhi)的管道中(zhong)流動時,在(zai)節流裝⭐置(zhì)前後的管(guǎn)🙇🏻壁處,流體(tǐ)的靜壓力(lì)産生差異(yi)的現象 . 流(liú)動流體的(de)能量有靜(jing)壓能和動(dòng)能兩種形(xing)式.流體具(ju)有靜壓能(neng)是因爲有(yǒu)壓力,具有(you)動能是因(yīn)爲有流🔴動(dong)速度,在一(yī)定條件下(xia),這🙇🏻兩種形(xíng)式的能量(liàng)是可以相(xiàng)互轉化 . 根(gēn)據能量守(shǒu)恒定律,在(zài)沒有外加(jia)能量的📧前(qian)提下,流⁉️體(tǐ)所具有的(de)靜壓能和(hé)動能,再加(jia)上用以❤️克(ke)服流體流(liú)🧡動阻力的(de)能量損失(shi),其能🐇量總(zǒng)和是相❄️等(děng)的 . 圖 2 表示(shì)在🌐節流裝(zhuāng)置前後截(jie)面Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ處流(liu)體🌂壓力與(yu)速度的分(fen)布情況 . 流(liu)體在到達(dá)截👅面Ⅰ之前(qián),以一定的(de)流速 v1流動(dòng),此時靜壓(ya)力爲 p1. 在接(jiē)近節流裝(zhuang)置時,由于(yu)遇到節流(liu)裝置的阻(zǔ)礙,使靠🏃近(jìn)管壁處的(de)流體受到(dao)節流裝置(zhì)的阻擋作(zuò)用,使部分(fen)動能轉化(hua)爲靜壓能(néng),使得節流(liú)裝置入口(kǒu)端面靠近(jin)管壁處的(de)流體靜壓(yā)力升高,并(bìng)且遠大于(yú)管徑中心(xin)處的壓力(lì),因此節流(liú)裝置入口(kou)端面處産(chǎn)生一徑向(xiàng)壓差 . 在🤟徑(jing)向壓差的(de)作用下,流(liú)體産生徑(jing)向加速度(dù),從🔞而使靠(kào)近管壁🙇♀️處(chù)的流體質(zhi)點的流動(dong)方向傾斜(xie)于管道中(zhōng)心軸線,出(chū)現🚶♀️縮脈現(xian)象.由于受(shòu)到慣性作(zuo)用,流束💃🏻的(de)最小截面(miàn)并不在節(jie)流裝置的(de)孔口處,而(ér)是經過節(jiē)流裝置之(zhi)後仍繼續(xù)收縮,到截(jie)面Ⅱ處流束(shu)達到最小(xiǎo),此🔞時流速(su)最大,即 v2,之(zhi)後流束又(yòu)逐漸擴大(da),至截面Ⅲ後(hòu)完全恢複(fu),流速逐漸(jian)降到原值(zhi),即 v3=v1. 由于節(jiē)流裝置産(chǎn)生流束的(de)局部收縮(suō)現象,使流(liu)體的流😄速(sù)随之變化(hua),即動能也(yě)跟着變化(huà) . 根據能量(liàng)守恒定律(lü),表⚽征流☂️體(ti)靜💞壓能💔的(de)靜壓力也(ye)要變化 . 在(zai)截面Ⅰ處,流(liu)體具有靜(jing)壓力🐇 p1. 在截(jie)面Ⅱ處,流速(su)增到最大(da) v2,靜壓力就(jiu)降到最小(xiao) p2,而後又随(sui)着流束的(de)恢複而恢(hui)複 . 由于在(zai)節流裝置(zhi)端面處流(liú)通面突然(ran)縮小,而節(jie)流🌈裝置之(zhi)後流☀️通面(mian)積突然又(yòu)擴大,使流(liú)體形成局(jú)部渦流,部(bù)分📐能量被(bèi)消耗,同時(shí)流體流🔞經(jīng)孔闆時,爲(wei)克服摩擦(cā)力也需消(xiāo)耗能量,所(suo)以流體在(zai)截面Ⅲ處的(de)靜壓力 p3不(bu)能恢複到(dao)原值😘 p1,而産(chan)生💋永久的(de)壓力損失(shī). 截面Ⅰ與Ⅱ處(chù)的壓差(δp=p1- p2)與(yǔ)✌️流體在節(jiē)流裝置前(qián)的😍流量有(you)一一對應(yīng)關系😘,隻要(yào)測出節流(liu)裝置前後(hou)的壓差大(dà)小👈即可表(biao)示流量大(da)小 . 2.3 總結 轉(zhuǎn)子流量計(ji)與差壓式(shi)流量計在(zài)工作原理(li)上是不相(xiàng)同的 . 轉子(zi)式流量計(jì),是在節流(liú)面積(如孔(kǒng)闆流通面(miàn)積)不變♋的(de)條件下,以(yi)差🚩壓變化(huà)來反映流(liu)量的大小(xiao);而差壓式(shì)流量計,卻(què)是以壓降(jiang)不變,利用(yòng)節流面積(ji)的變化來(lái)測量流量(liàng)的大小.即(jí)轉子流量(liàng)計的測量(liàng)原理可以(yǐ)簡化爲:恒(heng)壓降、變節(jie)流;差壓式(shì)流量計的(de)測量原理(lǐ)簡💋化爲:變(biàn)壓降、恒節(jie)流 . 3 流量方(fāng)程推導 3.1 轉(zhuǎn)子流量計(ji) 轉子流量(liang)計中當轉(zhuan)子穩定時(shi),對轉子進(jìn)行受力分(fen)析: 其中:ρt爲(wèi)轉子的密(mì)度;ρf爲流體(tǐ)的密度;V 爲(wèi)轉子的體(tǐ)積;Δp 爲轉子(zi)前後的壓(yā)差(常數);A 爲(wèi)轉子的最(zui)大截面積(jī) . 轉子和錐(zhui)形管間的(de)環隙面積(ji)相當于節(jie)流式流量(liàng)計的🎯節☎️流(liu)面積,但它(tā)是變化的(de),并與轉子(zǐ)高度 h成近(jìn)似的線性(xìng)關系,因此(ci),轉子😄流量(liàng)計的流量(liàng)可以表示(shi)㊙️爲: 式中,ф 爲(wèi)儀表常數(shu);h 爲轉子浮(fú)起的高度(dù) .由于轉子(zǐ)流量計☁️在(zai)生産中進(jìn)行刻度的(de)時候,通常(cháng)選擇在工(gōng)業基準狀(zhuàng)态(20℃,0.10133Mpa)下用🧑🏾🤝🧑🏼水(shuǐ)或🈲者空☁️氣(qi)進行标定(dìng)的 . 所以,在(zai)實際使用(yong)時,如果被(bèi)測介質的(de)密度和工(gōng)♌作狀态與(yu)刻度時的(de)不🌐一緻,就(jiù)必須對流(liu)量指示值(zhí)按💘照實際(ji)被測介質(zhì)的密度、溫(wēn)度、壓力等(deng)參數的具(jù)體情況進(jin)行🌈修正. ①液(ye)體流量測(ce)量時的修(xiū)正 由于測(ce)量液體的(de)轉子流量(liang)計是在常(chang)溫 20℃下用水(shui)标定🈲的,根(gēn)據式(1)可寫(xie)爲: 式中,qv0爲(wèi)用水标定(ding)時的流量(liàng)刻度;ρw是水(shui)的密度 . 如(rú)果被測介(jie)質不是水(shui),則需要對(duì)流量刻度(dù)進行重新(xin)♈修正.如果(guo)被測介質(zhi)的黏度和(he)水的黏度(dù)相差不大(dà),可以近似(sì)認爲 ф 是常(cháng)數,有 式中(zhong),qvf爲被測介(jie)質的實際(ji)流量;ρf是被(bei)測介質的(de)密度✊ . 式(5)和(he)式(4)相除,整(zheng)理後得: ②氣(qì)體流量測(cè)量時的修(xiū)正 當采用(yong)轉子流量(liang)計進行氣(qi)體流量測(cè)量時,對其(qi)流👈量💃值也(yě)要進行修(xiū)正,除了被(bèi)測介質的(de)密度進行(hang)修正之外(wài),還需要對(duì)被🚶♀️測介質(zhì)的工作溫(wen)度和壓力(lì)進行修正(zhèng) . 當已知儀(yi)表的顯示(shi)刻度爲 qv0,則(ze)被測介質(zhì)的實際流(liú)量🤟(工業基(ji)準狀态)可(kě)按下式修(xiu)正,即: 式中(zhōng),qvf爲被測介(jie)質的實際(ji)流量;ρ0和 ρf是(shì)空氣和被(bei)測介質在(zài)标準狀🤞态(tai)下的密度(du);Pf和 Tf分别爲(wèi)被測介質(zhì)的絕對壓(ya)🔴力和熱力(lì)學溫度;P0和(he)T0分别爲标(biāo)準狀态下(xià)的絕對壓(ya)力和熱力(li)學溫度(P0=0.10133Mpa,T0=293K);qv0爲(wèi)刻度流量(liàng)值。 3.2 差壓式(shì)流量計 流(liú)體流經節(jiē)流裝置時(shi),不對外做(zuo)功,沒有外(wài)加能量,流(liu)體本身也(ye)🍉沒有溫度(du)變化 . 在管(guan)道内流動(dòng)的流體,對(duì)于管道中(zhōng)任意兩個(ge)截面都符(fú)合伯努利(lì)方程,現選(xuǎn)截面Ⅰ和Ⅱ(見(jian)圖👣 2)進行分(fèn)析。 流體的(de)伯努利方(fang)程: 從上式(shì)可以看出(chū):流量與壓(ya)力差 ΔP 的平(píng)方根成正(zheng)比 . 對于可(kě)壓縮流體(ti)流量監測(ce),因其易發(fa)生體積變(bian)化,所以在(zai)流🔞量方程(chéng)中要引入(ru)膨脹系數(shu) ε,則流量基(jī)本方程可(kě)寫♋爲: 式中(zhong):qv、qm分别爲被(bei)測介質的(de)體積流量(liàng)和質量流(liú)量;A0節流裝(zhuāng)置的開孔(kong)截面積;ρ 節(jie)流裝置前(qián)的流體密(mì)度 . 式(13)、(14)爲節(jiē)流式流量(liang)計的流量(liàng)方程,即壓(yā)差和流量(liang)間的♋定💔量(liang)關系 . 由流(liú)量基本方(fāng)程可以看(kan)出,在其他(ta)條件不變(bian)的前🌈提下(xia),流量與壓(ya)差的平方(fang)根成正比(bǐ),要知道流(liú)量與🥵壓力(li)差的真實(shí)關系,關鍵(jian)在于 α 的取(qǔ)值 .α 是受許(xu)多因素影(ying)響的綜合(he)性系數,對(duì)于标準節(jiē)流裝置,其(qi)值可以從(cóng)有關🏃♂️手冊(ce)中查出;對(dui)于非标準(zhun)節流裝置(zhì),其值主要(yao)由實驗方(fāng)法得到 . 3.3 總(zǒng)結 兩種流(liú)量計依據(ju)的原理不(bú)同,得到的(de)流量方程(chéng)截然不同(tong) . 轉子流量(liang)計的流量(liàng)基本方程(chéng)主要是根(gēn)據轉子受(shou)力平衡進(jin)行推導而(er)得到的,而(er)差壓式流(liu)量計的流(liu)量基本方(fang)程主要是(shi)根據伯努(nǔ)利方程和(hé)流體連續(xù)性❌方程進(jin)行推導而(er)得到的 . 4 流(liu)量計的特(te)點 4.1 轉子流(liu)量計 轉子(zi)流量計用(yòng)以測量單(dan)相非脈動(dòng)流體(液體(tǐ)或氣✌️體 ) 的(de)流量,廣泛(fàn)應用于化(hua)工、石油、輕(qing)工、醫藥、環(huán)保、食品及(jí)💰計量測試(shì)、科學研究(jiū)🈲等部門 . 4.1.1 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的優點 : ① 轉(zhuǎn)子流量計(ji)适用于小(xiǎo)管徑和低(di)流速 . 常用(yong)轉子流‼️量(liàng)計口徑在(zai) 40-50mm 以下,最小(xiǎo)口徑可達(da)1.5-4mm. 在測量液(yè)體流速時(shi),口徑 10mm 以下(xià)玻璃管📧轉(zhuǎn)子流量計(jì)徑,流速隻(zhi)在0.2-0.6m/s之間,甚(shen)至低于 0.1m/s;金(jin)屬管轉子(zǐ)流量計和(he)口徑大于(yu) 15mm的玻璃管(guan)轉子流量(liang)計,流速在(zai) 0.5-1.5m/s 之間 . ② 轉子(zǐ)流量計可(ke)用于較低(di)雷諾數,在(zai)轉子與管(guǎn)壁的🈚環✨隙(xì)🔴處流動的(de)流體雷諾(nuo)數隻要大(dà)于 40 或500,即使(shi)雷諾數變(bian)化流量系(xì)數也要保(bǎo)🧑🏽🤝🧑🏻持常數,即(ji)流體粘度(du)對流🤟量系(xi)數無影響(xiǎng)⛹🏻♀️.這數值遠(yuǎn)低于節流(liu)差壓式儀(yi)表最低雷(lei)諾數 104-105 的要(yao)求 . ③ 大部分(fen)轉子流量(liang)計沒有上(shang)遊直管段(duàn)要求,對安(an)裝🐉條件☔要(yào)♉求較低 . ④ 轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量測量(liàng)範圍較廣(guǎng),一般爲10:1,最(zuì)低爲 5:1,最高(gao)爲 25:1. ⑤ 與節流(liu)式流量計(jì)相比,轉子(zi)流量計壓(yā)力損失較(jiao)低 . ⑥ 玻璃管(guǎn)轉子流量(liàng)計結構簡(jiǎn)單,價格低(di)廉,使用方(fang)便 . 4.1.2 轉子流(liu)量計的缺(quē)點: ① 轉子流(liu)量計用來(lái)檢測的流(liú)體,若與出(chu)廠标定時(shi)使用的流(liu)體不同,則(ze)需作流量(liang)示值修正(zheng) . 測量液體(ti)的轉子流(liu)量計通常(chang)以水标💋定(ding),氣體用空(kōng)氣标定,如(ru)實際使用(yòng)流體密度(du)、粘度與之(zhī)不同,流量(liang)要偏離原(yuán)分度值,要(yào)作換算修(xiu)正 . 因此,測(ce)量精度受(shou)流體物理(lǐ)參🔆數變化(hua)的影響 . ② 玻(bō)璃轉子流(liu)量計因爲(wei)有玻璃管(guǎn),所以存在(zài)易碎的風(feng)險,尤其是(shì)用來檢測(ce)氣體❓流🔞量(liàng)的無導向(xiàng)結構轉子(zǐ) . ③ 大部分結(jie)構轉子流(liú)量計隻能(néng)用于自下(xia)向上垂直(zhi)流的管道(dào)👉安裝 . ④ 轉子(zi)流量計應(yīng)用僅适合(he)于于中小(xiao)管徑,普通(tong)全流型轉(zhuan)子流量計(jì)不适用于(yú)大管徑,玻(bo)璃管轉子(zi)流量計适(shì)用的最大(dà)口徑爲 150mm,金(jīn)屬轉子流(liú)量計适用(yong)的最大口(kou)徑爲 200mm. 4.2 差壓(yā)式流量計(ji) 差壓式流(liu)量計應用(yòng)廣泛、曆史(shi)悠久,在各(gè)類流量儀(yi)📱表中其使(shi)用量大. 近(jìn)來,各種新(xīn)型流量計(ji)的出現,緻(zhi)使它的用(yòng)量有所下(xia)降,但🚶差壓(ya)式流量計(ji)目前仍在(zai)整個流量(liàng)計量🈚領域(yù)起着作用(yòng),廣泛應用(yong)于石油、化(hua)工、冶金、電(dian)力、輕工等(děng)各部門 . 4.2.1 差(cha)壓式流量(liàng)計的優點(dian): ① 标準差壓(yā)式流量計(ji)應用廣泛(fan),結構簡單(dān)牢固,性能(néng)穩定可靠(kào),使用壽命(mìng)長,安裝方(fāng)便,适用于(yu)大流量的(de)測量 . ② 标準(zhun)節流裝置(zhì)适用于測(ce)量管道直(zhi)徑大于50mm,雷(léi)諾數在指(zhǐ)㊙️數 104-105以上,流(liu)體應當清(qīng)潔且充滿(man)全部管道(dào),同時✔️不發(fā)生相變 . 4.2.2 差(chà)壓式流量(liang)計的缺點(dian): ① 差壓式流(liu)量計的測(cè)量精度偏(piān)低,測量的(de)重複性、精(jīng)度🌏在流量(liàng)🈲計🈚中處于(yu)中等水平(píng),由于各種(zhǒng)因素的綜(zōng)合影🎯響,其(qi)💞精度☔難以(yǐ)🔱提高🏃🏻 . ② 流量(liang)測量範圍(wei)度窄,由于(yú)流量與儀(yí)表信号( 差(cha)壓 ) 的平🛀方(fāng)根成正📱比(bǐ)關系,範圍(wéi)度一般僅(jin) 3:1-4:1. ③ 現場安裝(zhuang)條件要求(qiu)較高,爲保(bǎo)證流體在(zai)節流裝置(zhì)前☁️後爲穩(wěn)🔴定🌈的流動(dòng)狀态,在節(jie)流裝置的(de)上、下遊必(bì)💜須配置一(yi)定長度的(de)直管段 (指(zhi)孔闆,噴嘴(zuǐ)),一般難以(yi)滿足 . ④ 差壓(ya)式流量計(ji)的壓損較(jiào)大,孔闆流(liu)量計的壓(yā)損最大,噴(pēn)嘴🥰流量🌈計(ji)次之,文丘(qiu)裏管流量(liang)計最小,當(dang)不允許有(yǒu)較大的管(guǎn)道壓損時(shí)🏃🏻♂️,不宜采用(yòng) . ⑤ 檢測件與(yu)差壓顯示(shi)儀表之間(jian)的引壓管(guan)線容易産(chan)生洩漏、堵(du)塞、凍結及(jí)信号失真(zhen)等故障 . 4.3 總(zong)結 差壓式(shi)流量計僅(jǐn)适用于測(cè)量管道直(zhi)徑大于50mm,雷(lei)諾數在指(zhǐ)⭕數 104-105以上的(de)流體,而轉(zhuan)子流量計(jì)适用于小(xiǎo)管徑、低流(liú)速、較低雷(léi)諾數的流(liú)速測量 . 差(cha)壓式流量(liang)計 ( 指孔闆(pǎn),噴嘴 ),爲保(bǎo)證流體在(zài)節流裝置(zhi)前後爲穩(wěn)定👅的流動(dòng)狀态,需在(zài)節流裝置(zhì)的上、下遊(yóu)必須配置(zhì)一定長度(dù)的直管段(duan),而轉子流(liú)量計對上(shàng)遊直管段(duan)要求不高(gao),其現場安(ān)裝條件要(yào)求較低. 差(chà)壓式流🈲量(liang)計的壓損(sǔn)較大,而轉(zhuǎn)子流量計(ji)壓力損失(shī)較低 . 5 結 論(lun) 從對轉子(zi)流量計與(yu)差壓式流(liú)量計工作(zuò)原理的分(fen)🐇析、流量基(ji)本方程的(de)推導及優(you)缺點分析(xī)中得到如(rú)下體會: 轉(zhuǎn)子流量計(ji)是一種恒(héng)壓降、變節(jie)流面積的(de)流量儀表(biao),轉子♻️流⛹🏻♀️量(liang)計在出廠(chang)前是在工(gōng)業基準狀(zhuang)态(20℃,0.10133Mpa)下用水(shui)或者空氣(qì)進行刻度(dù)的,其流量(liàng)基本方程(cheng)在使用時(shí)需進行修(xiu)正,适用于(yu)小管徑、低(dī)流速和低(dī)雷諾數,壓(yā)力損失較(jiao)小 . 差壓式(shì)流量計是(shì)一種恒節(jie)流、變壓降(jiang)的流量儀(yi)表,由流量(liàng)基🏃♂️本方程(cheng)可以看出(chu),在流量系(xì)數、膨脹系(xi)數及節流(liu)面♉積不變(biàn)的前提下(xia),流量與壓(ya)差的平方(fang)根成正比(bǐ),該壓力計(jì)應用廣泛(fan),結構簡單(dān)牢固,性能(néng)穩⚽定可靠(kào),使用壽命(mìng)長🌈,安裝方(fāng)便,适用于(yú)大流量的(de)測🙇♀️量,壓損(sǔn)較大 . 在化(huà)工生産中(zhōng)使用時應(yīng)根據現場(chang)要求,再結(jie)合各👨❤️👨儀表(biao)的特點,選(xuan)擇使用哪(nǎ)種流量計(ji)來進行測(ce)量 .
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