转子流量计的原理及计算

　　1　概述

　　转子流量计(Rotometer),又称浮子流量计(FloatType Flowmeter),在工业中得到广泛的应用。它可测量液体、气体和蒸气的流量,宜测中小管径(DN4~250)的流量。压力损失小且恒定,测量范围比较宽,量程比1:10,工作可靠且刻度线性,使用维修方便,对仪表前后直管段长度要求不高。其测量精确度为±2%左右,受被测液体的密度、粘度、纯净度以及温度、压力的影响,也受安装垂直度的影响。玻璃管浮子流量计结构简单,成本低,易制成防腐蚀性仪表,但其强度低。金属管浮子流量计可输出标准信号,耐高压,能实现流量的指示、积算、记录、控制和报警等多种功能。

　　1. 1　原理及结构

　　1. 1. 1　冲量定理及应用

　　设一物体的质量为m,作用其上的力为F,实际上流体的速度v,物体变化路程为L。那么根据冲量定理可推出

　　1. 1. 2　测量原理及结构

　　如果将阻挡体置于直立且具有锥度(上大下小)的管道中,就形成转子式的流量计,它的工作原理如图1所示。

　　当流量增加时,转子接受流体自下而上的冲力将增加,因而被冲向上方,一到达上面,由于流通截面增加,流速减小,冲力也随之减小。当冲力和差压对转子截面构成的作用力以及粘滞摩擦力等的合力与转子本身在流体中重量相等时,转子即处于一平衡状态,不再上升或下降,这个位置就表示新的流量值。

　　1. 2　计算公式

　　设转子的显示重量为W_f(N),流体对转子的作用力为F(N),锥形管与转子间环形截面为S_a(m²),转子处最大截面积为S_f(m²),转子体积V_f(m³),转子密度为ρ_f(Kg/m³),转子长度为L(m),流体介质的密度为ρ(Kg/m³),重力加速度为g(m/s²),则

　　式中:q_m—为质量流量;q_v—为体积流量;ψ—为流量系数。ψ与转子形状和雷诺数有关,S_a与转子高度有关。锥管形转子流量计转子的几何形状和选用的材料及被测流体一定时,式(2)等式右边平方根内的值为一常数。当雷诺数大于一定的界限值时,ψ为一常数,这样q_m正比于S_a。

　　1. 3　不同测量介质的换算方法

　　在实际使用转子流量计过程中,由于被测物体的物性(密度、粘度等)和状态(温度、压力等)与实验流体的物性和状态不同,所以必须对测量仪表进行刻度换算和粘度修正,以保证精确度。

　　1. 3. 1　液体流量测量的刻度换算

　　通常测量液体的转子流量计的刻度,都是用水在20℃, 1个大气压下标定的。按照下式进行刻度换算: