1 引(yǐn) 言
　　轉子流量(liàng)計和差壓式(shi)流量計是工(gōng)業上和實驗(yan)室中的流量(liang)計. 雖然都是(shi)測量流量❗的(de)儀㊙️表，但是其(qi)原理卻大相(xiang)徑庭，其流量(liàng)基本方程的(de)推導☎️也不相(xiang)同，因此，導緻(zhi)儀表的特點(dian)和适用場合(hé)也有所區别(bie) .
2 流量計組成(chéng)與流量測量(liàng)原理
2.1 轉子流(liú)量計
　　轉子流(liu)量計，是由一(yi)個自下往上(shàng)逐漸擴大的(de)帶刻度❄️的錐(zhuī)形管和一個(ge)置于錐形管(guǎn)内可以自由(yóu)上下移動的(de)轉子構成. 工(gong)作時，被測流(liu)體由錐形管(guan)下端進入，沿(yan)着錐形管向(xiang)上運動，流過(guò)轉子與錐形(xing)管之間的環(huan)隙，再從錐形(xíng)管上端流出(chū) . 受流動🚶流體(ti)帶動作用，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)自下向上流(liú)體對轉子的(de)動壓力，正好(hǎo)等于轉⭕子在(zai)被測流體中(zhōng)的重力（即轉(zhuǎn)子自🔞身的重(zhòng)力減去流體(ti)對轉子的浮(fu)力）.

　　垂直安裝(zhuang)流量計時，轉(zhuan)子重心就在(zài)錐形管中心(xin)軸線上，轉🔞子(zi)所受的三個(gè)力都平行于(yu)中心軸線 . 當(dang)受❤️力平衡時(shí)，轉子就穩定(dìng)在錐管内某(mou)一位置上 . 對(duì)于給定的轉(zhuan)子流量計，轉(zhuan)子的材料、大(da)小🥵和形狀都(dōu)可确定，所以(yǐ)轉子在被測(ce)流體中的重(zhòng)力是已知的(de)，隻⛷️有流體對(duì)轉子的動壓(ya)力是随流體(tǐ)流速大小而(ér)變化的 . 因此(ci)當流㊙️體流速(sù)變大或變小(xiao)時，轉子受到(dào)的動壓力增(zeng)大或減💯小，轉(zhuan)子将作向上(shàng)💜或向下的移(yí)動，轉子與錐(zhuī)形管壁之♌間(jian)的環隙面積(ji)也發生變化(huà)，即👣流動截面(miàn)積也發生變(biàn)化，待變化到(dào)某一流速轉(zhuan)子受力平衡(héng)時，轉子就穩(wen)定在新的位(wei)置上 . 對于一(yi)台☔給定的轉(zhuan)子流量計，轉(zhuǎn)子在錐管中(zhong)平衡位置的(de)高低反應了(le)被測流體流(liú)經錐形管🆚的(de)流量大小 .
2.2 差(chà)壓式流量計(ji)
　　差壓式流量(liang)計由三部分(fèn)組成，即由節(jiē)流裝置、導壓(yā)管🚶‍♀️和差壓🙇‍♀️計(ji) . 差壓式流量(liàng)計是利用流(liú)體流動的節(jiē)流原理來🌈實(shi)現流量測量(liang)的.節流原理(li)是流體在有(you)節流裝置的(de)管道中流💃🏻動(dong)時，在節流裝(zhuang)置前後的管(guan)🥰壁處，流體的(de)靜壓力産生(sheng)差異的現象(xiang) .
　　流動流體的(de)能量有靜壓(yā)能和動能兩(liǎng)種形式.流體(tǐ)具有靜壓👉能(neng)是因爲有壓(yā)力，具有動能(neng)是因爲有流(liú)🏒動速度，在一(yī)定條件下，這(zhè)兩種形式的(de)能量是可以(yi)相互轉化 . 根(gen)據能量守恒(heng)定律，在沒有(yǒu)♈外加能量的(de)前提下，流體(tǐ)所具有的靜(jing)壓能和動能(neng)，再加上用以(yǐ)克服流體流(liu)🔞動阻力的能(néng)量損失，其能(neng)量總和是相(xiang)等的 . 圖 2 表示(shi)在🐅節流裝置(zhi)前後截面Ⅰ、Ⅱ及(jí)Ⅲ處流體壓力(li)與速度的分(fen)布情況 . 　流體(ti)在到達截面(mian)Ⅰ之前，以一定(dìng)的流速 v1流動(dòng)，此時靜🏃‍♂️壓力(li)爲 p1. 在接近節(jie)流裝置時，由(yóu)于遇到節流(liu)裝置的阻礙(ài)，使靠近管壁(bì)處的流體受(shou)🛀🏻到節流裝置(zhi)的阻擋作用(yong)，使部分動能(neng)轉👣化爲靜壓(yā)🔞能，使得節流(liu)裝置入口端(duan)面靠近管壁(bì)處的流體靜(jing)壓力🏒升高，并(bìng)且遠大于管(guan)徑中心處的(de)壓力，因此節(jiē)流裝置入📐口(kou)端面處産生(shēng)一徑向壓差(chà) . 在徑向壓差(cha)的作用下，流(liú)體🐅産生徑向(xiàng)加速度，從而(er)使靠近管壁(bi)處的流體質(zhì)點的流動方(fang)向傾斜于管(guan)道中心軸線(xiàn)🈲，出現縮脈現(xiàn)象.由于受到(dao)慣性作用，流(liú)束🏃‍♂️的最小截(jie)面并不在節(jie)流裝置的孔(kong)口處，而是經(jīng)過節🈲流裝置(zhì)之後仍繼續(xu)收縮，到截面(miàn)Ⅱ處流束達到(dào)最小，此時流(liu)速最大，即 v2，之(zhī)後流束又逐(zhu)漸擴大，至截(jie)面Ⅲ後完全恢(hui)📧複，流速逐漸(jian)降到原值，即(ji) v3=v1.
　　由于節流裝(zhuang)置産生流束(shu)的局部收縮(suo)現象，使流體(tǐ)的流速☂️随之(zhī)變化，即動能(neng)也跟着變化(hua) . 根據能量守(shǒu)恒定律，表征(zhēng)流體靜壓能(néng)的靜壓力也(ye)要變化 . 在截(jié)面Ⅰ處，流體具(ju)有靜壓力 p1. 在(zài)截面Ⅱ處，流速(sù)增到最大 v2，靜(jing)🌈壓力就降到(dao)最小 p2，而後又(yòu)随着流束的(de)恢複而恢複(fu) . 由于在節流(liú)裝置端面處(chu)流通面突然(ran)縮小，而節流(liu)💃裝置之後流(liú)通面積突然(ran)又擴大，使流(liú)體形成局部(bu)渦流，部分能(néng)量被消耗，同(tong)⛱️時流體流經(jing)孔闆時，爲克(ke)服🔴摩擦力也(yě)需消耗能量(liàng)，所以流體在(zài)截面Ⅲ處的靜(jìng)壓力 p3不能恢(hui)複到原值 p1，而(ér)産生永久的(de)壓力損♍失. 截(jié)面Ⅰ與Ⅱ處的壓(yā)差（δp=p1- p2）與💔流體在(zài)節流裝置前(qian)的流量有一(yī)一對應關系(xi)，隻要測出節(jie)🏃流⛷️裝置前後(hòu)的壓差大小(xiǎo)即可表示流(liu)量大小 .

2.3 總結
　　轉子流(liu)量計與差壓(ya)式流量計在(zài)工作原理上(shàng)是不相同的(de)⛱️ . 轉子式流量(liàng)計，是在節流(liu)面積（如孔闆(pǎn)流通🌏面積）不(bú)變的條件下(xia)，以差🍓壓變化(huà)來反映流量(liang)的大小；而差(cha)壓式流量計(ji)，卻是以壓降(jiang)不變，利用節(jie)流面積的變(bian)化來測量流(liu)量的大小.即(jí)轉子流量計(ji)的測量原理(li)可以🌏簡化爲(wei)：恒壓🐅降、變節(jie)流；差壓式流(liu)量計的測量(liàng)原理簡化爲(wèi)：變壓降、恒節(jiē)流 .
3 流量方程(cheng)推導
3.1 轉子流(liú)量計
　　轉子流(liu)量計中當轉(zhuan)子穩定時，對(duì)轉子進行受(shòu)力分☀️析：

　　其中(zhong)：ρt爲轉子的密(mì)度；ρf爲流體的(de)密度；V 爲轉子(zi)的體積；Δp 爲轉(zhuan)🏒子‼️前後的壓(ya)差（常數）；A 爲轉(zhuǎn)子的最大截(jie)面積 .
　　轉子和(hé)錐形管間的(de)環隙面積相(xiang)當于節流式(shi)流量計的節(jie)流面積，但它(tā)是變化的，并(bing)與轉子高度(dù) h成近似的線(xiàn)性關系，因此(cǐ)🔴，轉子流量計(jì)的流量可以(yi)表示爲：

　　式中(zhong)，ф 爲儀表常數(shu)；h 爲轉子浮起(qǐ)的高度 .由于(yu)轉子流量計(jì)在生産中進(jìn)行刻度的時(shi)候，通常選擇(ze)在工業基準(zhun)狀态（20℃，0.10133Mpa）下用☔水(shuǐ)或者空氣進(jìn)行标定的 . 所(suǒ)以，在實際使(shǐ)用時，如果被(bèi)測介🏃‍♂️質的密(mi)度和工🌂作狀(zhuàng)态與刻度時(shí)的不⚽一緻，就(jiu)必須對流量(liang)🔅指示值按照(zhao)實際被✌️測介(jiè)質的密💘度、溫(wen)度、壓力等參(cān)數的具💜體情(qing)況進行修正(zhèng).
①液體流量測(ce)量時的修正(zhèng)
　　由于測量液(ye)體的轉子流(liu)量計是在常(chang)溫 20℃下用水标(biao)定的，根據式(shi)（1）可寫爲：

　　式中(zhōng)，qv0爲用水标定(ding)時的流量刻(kè)度；ρw是水的密(mi)度 .
　　如果被測(cè)介質不是水(shuǐ)，則需要對流(liú)量刻度進行(hang)重新修正.如(rú)⭐果被測介質(zhi)的黏度和水(shuǐ)的黏度相差(chà)不大，可🔞以近(jìn)似認爲 ф 是常(chang)數，有

　　式中，qvf爲(wèi)被測介質的(de)實際流量；ρf是(shi)被測介質的(de)密度 .
　　式（5）和式(shi)（4）相除，整理後(hòu)得：

②氣體流量(liang)測量時的修(xiu)正
　　當采用轉(zhuan)子流量計進(jìn)行氣體流量(liang)測量時，對其(qi)流量值也要(yao)進行修正，除(chu)了被測介質(zhì)的密度進行(hang)修正之外，還(hai)需要🈲對被測(ce)介質的工作(zuo)溫度和壓力(li)進行修正 . 當(dāng)已知儀表的(de)顯示刻🔴度爲(wèi) qv0，則被測介質(zhi)的實際流量(liang)（工業基準㊙️狀(zhuang)态）可按下式(shì)修正，即：

　　式中(zhōng)，qvf爲被測介質(zhi)的實際流量(liàng)；ρ0和 ρf是空氣和(hé)被測介質在(zài)标準✊狀态下(xia)的密度；Pf和 Tf分(fèn)别爲被測介(jiè)質的絕對壓(yā)力和熱力學(xué)溫度；P0和T0分别(bie)爲标準狀态(tai)下的絕對壓(yā)力和熱力學(xue)溫度（P0=0.10133Mpa，T0=293K）；qv0爲刻度(du)流量值。
3.2 差壓(yā)式流量計
　　流(liú)體流經節流(liu)裝置時，不對(duì)外做功，沒有(yǒu)外加能量，流(liu)體👌本🈚身也沒(méi)有溫度變化(huà) . 在管道内流(liú)動的流體，對(dui)于管道中任(ren)意兩♻️個截面(mian)都符合伯努(nu)利方程，現選(xuǎn)截面Ⅰ和Ⅱ（見圖(tu) 2）進行分析。
流(liu)體的伯努利(li)方程：

　　從上式(shi)可以看出：流(liú)量與壓力差(cha) ΔP 的平方根成(cheng)正比 .
　　對于可(ke)壓縮流體流(liu)量監測，因其(qi)易發生體積(jī)變化，所以在(zài)流量📧方程中(zhong)要引入膨脹(zhang)系數 ε，則流量(liang)基本方程可(kě)寫爲：

　　式中：qv、qm分(fen)别爲被測介(jie)質的體積流(liú)量和質量流(liú)量；A0節流裝置(zhì)的開孔截面(mian)積；ρ 節流裝置(zhi)前的流體密(mi)度 .
　　式（13）、（14）爲節流(liu)式流量計的(de)流量方程，即(jí)壓差和流量(liàng)間的🔴定量關(guan)🚶‍♀️系 .
　　由流量基(ji)本方程可以(yǐ)看出，在其他(tā)條件不變的(de)前提下，流🌐量(liang)與壓差的平(ping)方根成正比(bǐ)，要知道流量(liàng)與📞壓力差的(de)真實關系，關(guān)鍵在于 α 的取(qu)值 .α 是受許多(duo)因素影響的(de)綜合性系數(shù)，對于标☂️準節(jie)流裝置，其值(zhi)可🍓以從有關(guān)手冊中查出(chū)；對于非标準(zhun)節流裝置，其(qi)值👉主要由實(shí)驗方法得到(dao) .
3.3 總結
　　兩種流(liu)量計依據的(de)原理不同，得(de)到的流量方(fāng)程截然不同(tong)✔️ . 轉子♌流量計(jì)的流量基本(ben)方程主要是(shì)根據轉子受(shou)力平衡👉進行(hang)推導☔而得到(dao)的，而差壓式(shì)流量計的流(liú)🏃🏻量基本方程(cheng)主要是根據(jù)伯努利方程(cheng)和流體連續(xù)性方程進行(háng)👅推導而得到(dào)的 .
4 流量計的(de)特點
4.1 轉子流(liu)量計
　　轉子流(liú)量計用以測(cè)量單相非脈(mo)動流體(液體(tǐ)或氣體🔞 ) 的流(liu)量，廣泛應用(yòng)于化工、石油(you)、輕工、醫藥、環(huán)保、食品及計(ji)量測試、科學(xue)♊研究等部門(men) .
4.1.1 轉子流量計(jì)的優點 ：
① 轉子(zǐ)流量計适用(yong)于小管徑和(hé)低流速 . 常用(yong)轉子流量計(jì)口徑在 40-50mm 以下(xia)，最小口徑可(kě)達1.5-4mm. 在測量液(yè)體流速時，口(kǒu)徑 10mm 以下玻璃(lí)管轉子流量(liang)計徑，流速隻(zhī)在0.2-0.6m/s之間💛，甚至(zhi)低于 0.1m/s；金屬☀️管(guǎn)轉子流量計(ji)和口徑大于(yú) 15mm的玻璃管轉(zhuǎn)子流量計，流(liu)速在 0.5-1.5m/s 之間 .
② 轉(zhuan)子流量計可(kě)用于較低雷(lei)諾數，在轉子(zi)與管壁的環(huán)隙處㊙️流動的(de)流體雷諾數(shu)隻要大于 40 或(huo)500，即使雷諾數(shu)變化流量系(xì)數也要保持(chí)常數，即流體(ti)粘度對流量(liàng)系數⚽無影響(xiang).這數值遠低(di)于節流差壓(yā)式儀表最✨低(dī)雷諾數🔞 104-105 的要(yao)求 .
③ 大部分轉(zhuan)子流量計沒(mei)有上遊直管(guǎn)段要求，對安(ān)裝條件要👉求(qiu)較低 .
④ 轉子流(liu)量計流量測(ce)量範圍較廣(guang)，一般爲10:1，最低(dī)爲 5:1，最高爲 25:1.
⑤ 與(yǔ)節流式流量(liàng)計相比，轉子(zǐ)流量計壓力(li)損失較低 .
⑥ 玻(bō)璃管轉子流(liú)量計結構簡(jian)單，價格低廉(lian)，使用方便 .
4.1.2 轉(zhuan)子流量計的(de)缺點：
① 轉子流(liu)量計用來檢(jiǎn)測的流體，若(ruo)與出廠标定(dìng)時使用的🐇流(liu)體不同，則需(xū)作流量示值(zhi)修正 . 測量液(yè)體的轉子流(liu)量計通📐常以(yǐ)水标定，氣體(ti)用空氣标定(ding)，如實際使用(yòng)流體密度、粘(zhān)度🐉與之不同(tong)，流量❌要偏離(li)原分度值，要(yào)作換算修正(zheng) . 因此，測量🈲精(jing)度受流體物(wù)理參數變化(huà)的影響 .
② 玻璃(li)轉子流量計(ji)因爲有玻璃(lí)管，所以存在(zai)易碎的風險(xian)，尤其是用來(lái)檢測氣體流(liu)🔞量的無導向(xiang)結構轉子 .
③ 大(dà)部分結構轉(zhuan)子流量計隻(zhi)能用于自下(xia)向上垂直流(liú)的管⛷️道安裝(zhuāng) .
④ 轉子流量計(ji)應用僅适合(hé)于于中小管(guan)徑，普通全流(liu)型轉子流量(liang)計不适用于(yú)大管徑，玻璃(li)管轉子流量(liàng)✔️計适用的最(zui)大口徑爲 150mm，金(jin)屬轉子流量(liàng)計适用的最(zui)大口徑爲 200mm.
4.2 差(chà)壓式流量計(jì)
　　差壓式流量(liang)計應用廣泛(fan)、曆史悠久，在(zai)各類流量儀(yi)表中⁉️其使用(yong)量大. 近來，各(gè)種新型流量(liang)計的出現，緻(zhi)使它的用量(liàng)有所下降，但(dan)差壓式流量(liàng)計目前仍在(zài)🏃‍♂️整個流量計(jì)量領域起🌐着(zhe)作用，廣泛應(ying)用于石油、化(hua)工、冶金、電力(li)、輕工等🈲各部(bu)門 .
4.2.1 差壓式流(liú)量計的優點(diǎn)：
① 标準差壓式(shi)流量計應用(yong)廣泛，結構簡(jiǎn)單牢固，性能(néng)穩定可靠，使(shǐ)用壽命長，安(ān)裝方便，适用(yong)于大流量的(de)測量 .
② 标準節(jiē)流裝置适用(yòng)于測量管道(dao)直徑大于50mm，雷(lei)諾數📱在指♻️數(shù) 104-105以上，流體應(yīng)當清潔且充(chōng)滿全部管道(dào)，同時不發👅生(sheng)相變 .
4.2.2 差壓式(shì)流量計的缺(que)點：
① 差壓式流(liu)量計的測量(liang)精度偏低，測(cè)量的重複性(xing)、精度在流量(liàng)計中處于中(zhōng)等水平，由于(yú)各種因素的(de)綜合影響，其(qi)精度難以提(tí)高 .
② 流量測量(liàng)範圍度窄，由(yóu)于流量與儀(yí)表信号( 差壓(yā) ) 的平⭐方根成(cheng)正🈲比關系，範(fan)圍度一般僅(jin) 3:1-4:1.
③ 現場安裝條(tiao)件要求較高(gao)，爲保證流體(tǐ)在節流裝置(zhì)前後🍉爲穩定(ding)的流動狀态(tài)，在節流裝置(zhi)的上、下遊必(bì)須配置一定(dìng)長度的直管(guan)段 (指孔闆，噴(pēn)嘴)，一般難以(yi)滿足 .
④ 差壓式(shi)流量計的壓(yā)損較大，孔闆(pan)流量計的壓(yā)損最大，噴嘴(zuǐ)流量計次之(zhi)，文丘裏管流(liu)量計最小，當(dang)不允許有較(jiào)大的管道壓(ya)😘損時，不宜采(cai)用 .
⑤ 檢測件與(yu)差壓顯示儀(yí)表之間的引(yǐn)壓管線容易(yì)産生💃🏻洩漏🏃、堵(du)塞、凍結及信(xìn)号失真等故(gù)障 .
4.3 總結
　　差壓(ya)式流量計僅(jǐn)适用于測量(liang)管道直徑大(dà)于50mm，雷諾數在(zài)指🚩數 104-105以上的(de)流體，而轉子(zi)流量計适用(yong)于小管徑、低(dī)流速、較低⛷️雷(léi)諾數的流速(sù)測量 . 差壓式(shì)流量計 ( 指孔(kong)闆，噴嘴 )，爲保(bǎo)證流體在節(jiē)流裝置前後(hòu)爲穩定的流(liú)動狀态，需在(zài)節流裝置的(de)上、下遊必須(xū)配置一定長(zhǎng)度的直管段(duàn)，而轉子流量(liàng)計對上✔️遊直(zhi)管段要求不(bú)高，其現場安(ān)裝條件要求(qiú)較低. 差壓式(shi)流量計的壓(yā)損較大，而轉(zhuǎn)子流量計壓(ya)力損失較低(dī) .
5 結 論
　　從對轉(zhuǎn)子流量計與(yu)差壓式流量(liàng)計工作原理(lǐ)的分析㊙️、流量(liang)基本方程的(de)推導及優缺(quē)點分析中得(de)到如下體會(huì)：
　　轉子流量計(jì)是一種恒壓(yā)降、變節流面(miàn)積的流量儀(yí)表，轉子流量(liàng)計在出廠前(qián)是在工業基(jī)準狀态（20℃，0.10133Mpa）下用(yòng)水或者空氣(qì)進🔴行刻度的(de)，其流量基本(běn)方程在使用(yong)時需進行修(xiu)正，适用于小(xiao)管徑、低流速(sù)和低雷諾數(shu)，壓力損失💚較(jiào)小 .
　　差壓式流(liú)量計是一種(zhong)恒節流、變壓(ya)降的流量儀(yí)表，由流量基(jī)本方程可以(yǐ)看出，在流量(liang)系數、膨脹系(xi)數及節🍉流面(mian)積不變的前(qian)提下，流量與(yu)壓差的平方(fang)根成正比，該(gāi)壓力計應用(yong)廣泛，結💘構簡(jiǎn)單牢固，性能(néng)穩定可靠，使(shi)用壽命長，安(an)裝方便，适用(yòng)于大流量的(de)測量，壓損較(jiào)大 .
　　在化工生(shēng)産中使用時(shí)應根據現場(chang)要求，再結合(hé)各儀⭕表的📱特(tè)點，選擇使用(yong)哪種流量計(ji)來進行測量(liang) .

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