詳細(xì)闡述非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量換算要素

上海上儀股份公司分析了非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量換算問題，研究了氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用原理和應(yīng)用情況可知，轉(zhuǎn)子在垂直錐形管中，并且隨著流量的變化而升降。同時(shí)，詳細(xì)闡述了非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量換算要素，其中主要有標(biāo)況流量，轉(zhuǎn)子流量傳感器流出系數(shù)標(biāo)定，應(yīng)用分析等，以期為相關(guān)工作者提供一定的理論依據(jù)。

1 流量換算概述

氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)是將某種氣體當(dāng)作介質(zhì)，按照某一狀態(tài)下的標(biāo)況刻度的。如果被測(cè)介質(zhì)與實(shí)際工況、刻度時(shí)的介質(zhì)工作狀態(tài)一致，那么，轉(zhuǎn)子流量計(jì)輸出的刻度就是實(shí)際流量，這種情況就不需要對(duì)其進(jìn)行換算。但是，在實(shí)際測(cè)量過程中，因?yàn)闅怏w介質(zhì)或者相應(yīng)的工作狀態(tài)、刻度時(shí)之間存在一定的差異，所以，轉(zhuǎn)子在測(cè)量管中相同位置代表的流量值和刻度時(shí)也是不同的。要想正確運(yùn)用氣體流量計(jì)，就一定要了解它們之間的換算關(guān)系。在實(shí)際范圍內(nèi)，一般情況下，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)是將空氣作為介質(zhì)，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下、標(biāo)況體積流量下進(jìn)行刻度的。在世界范圍內(nèi)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)定義有 2 種，我國采用的是 101.325 kPa、20e（20 ℃），國外采的是 101.325kPa、0e（0 ℃）。鑒于這種情況，在《轉(zhuǎn)子流量計(jì)檢定規(guī)程》中詳細(xì)說明了流量換算方式。在這種情況下對(duì)氣體流量計(jì)進(jìn)行刻度，并不是根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的。例如，刻度的介質(zhì)并不是空氣，刻度狀態(tài)并不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，將用戶實(shí)際測(cè)量的氣體集合實(shí)際工況下的標(biāo)況體積流量實(shí)施刻度，有時(shí)利用一種氣體介質(zhì)實(shí)施刻度，但是，在實(shí)際的使用過程中，所使用的氣體卻是另一種，例如氮?dú)饣蛘哐鯕獾取?/span>

2 氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的使用原理及應(yīng)用

在使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)的過程中，轉(zhuǎn)子在垂直錐形管中，并且隨著流量的變化而升降，其流通面積有了一定的改變，所以，測(cè)量體積的儀表也變成了浮子流量計(jì)。氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)基本工作流程可以通過式（1）表示：式（1）中：Q 為氣體體積流量。

在使用氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的過程中，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，浮子可能會(huì)在垂直的錐形管內(nèi)上下浮動(dòng)。這時(shí)，椎管與浮子之間形成的環(huán)形流通面積便會(huì)發(fā)生一定的變化，即基于這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。因?yàn)檫@種儀表的機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，加工也十分邊界，工作較為穩(wěn)定，具備較高的可靠性，所以，在其使用過程中，損失的壓力也比較小，非常重要的是其可以測(cè)量低雷諾書小流量介質(zhì)，或者被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。椎管轉(zhuǎn)子流量計(jì)是由一個(gè)錐形管和一個(gè)可以在錐形管中上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。在底部一般與垂直管段的法蘭連接，這些流體從上往下的流過計(jì)量器，這時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)上下運(yùn)動(dòng)。如果管中的流體是自下而上的，當(dāng)流過轉(zhuǎn)子和錐管時(shí)，流體便會(huì)被轉(zhuǎn)子截流，轉(zhuǎn)子上游與下游之間承受的壓力會(huì)有所不同，轉(zhuǎn)子上截面和下截面會(huì)產(chǎn)生一定的壓力差。這時(shí)的轉(zhuǎn)子會(huì)受到流體為轉(zhuǎn)子帶來的壓力、轉(zhuǎn)子在流體中承受的浮力和重力 3種壓力。

3 非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量換算

3.1 標(biāo)況流量

在分析其適應(yīng)性時(shí)，假定氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)是將某種氣體作為介質(zhì)的，按照某種狀態(tài)下的標(biāo)況體積流量來確定，那么，儀表輸出則是刻度狀態(tài)下的標(biāo)況流量，其公式為：式（2）中：Q cn 為刻度氣體在刻度裝填下的標(biāo)況流量，Nm 3 /h；Q c為刻度氣體在刻度狀態(tài)下的工況流量，m 3 /h；P c 為刻度狀態(tài)下產(chǎn)生的絕對(duì)壓力，kPa；P n 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所存在的絕對(duì)壓力，101.325 kPa；TC 為刻度狀態(tài)下的絕對(duì)溫度；T N 為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度。

3.2 轉(zhuǎn)子流量傳感器流出系數(shù)標(biāo)定

通過相應(yīng)的推導(dǎo)，詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)子的第二次節(jié)流造成的能量變化黏滯阻力能量損耗問題，同時(shí)，在流量系數(shù)中添加了損耗節(jié)流黏滯阻力能的系數(shù)。推導(dǎo)出的流量方程充分考慮了工作機(jī)理和工作特性，通過轉(zhuǎn)子流量器數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出來的結(jié)果的正確性得到了有效的提升，但是，分析其在實(shí)際中的應(yīng)用問題，利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出來的黏滯壓力損失系數(shù)K 不是十分標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，K 值是通過實(shí)流標(biāo)定實(shí)驗(yàn)方法得到的，因此，上海上儀股份公司不單獨(dú)計(jì)算這一損失系數(shù)。為了使轉(zhuǎn)子流量器數(shù)學(xué)模型中位置參數(shù)的個(gè)數(shù)保持穩(wěn)定，主要是將節(jié)流黏滯阻力壓力帶來的損失影響歸入到留出系數(shù)并體現(xiàn)出來，采取這樣的方式就能減少未知數(shù)的個(gè)數(shù)。通過實(shí)流實(shí)驗(yàn)，利用測(cè)得的流量和浮子所產(chǎn)生的高度可以確定流量方程中僅有的一個(gè)未知數(shù)，這一未知數(shù)也就是留出系數(shù)，同時(shí)，還能獲取流量和轉(zhuǎn)子的高度所一一對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子流量傳感器所對(duì)應(yīng)的流量方程。

某進(jìn)口氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)是將二氧化氮作為介質(zhì)的，其按照800 kPa 和 50 ℃刻度狀態(tài)下的標(biāo)況體積流量 Q CN0對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的度量。現(xiàn)在測(cè)量氮?dú)庠诠ぷ餮b填下（P，T）標(biāo)況（101.325 kPa、20 e）的流量Q N20 。這里所指的刻度狀態(tài)是：P C ＝（800＋1 011 325）kPa；T C＝50＋273 115 K。

4 結(jié)束語

總而言之，非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量換算工程看似簡單，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要詳細(xì)分析各項(xiàng)相關(guān)因素，并分析使用過程中的各種影像因素，從而得出精準(zhǔn)的結(jié)果。