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詳解寶德流量計原理及分類標準

更新時間:2021-09-08      瀏覽次數(shù):597

詳解寶德流量計原理及分類標準

寶德流量計結(jié)構(gòu)和原理的基礎上,結(jié)合其技術(shù)特點和應用需求,從流量計算、量值修正以及流量計技術(shù)選型和安裝要求等方面進行了較為系統(tǒng)的論述和研究。 希望能為廣大計量工作者更好的掌握轉(zhuǎn)子流量計應用技術(shù),實現(xiàn)對流量的準確測量提供幫助。
寶德流量計是常用的節(jié)流式流量計之,具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、測量范圍寬 ( 量程比可達 10:1) 、測量度較高 ( 誤差 ±5% 左右 ) 、示值直觀、維護方便、壓損小等優(yōu)點,是現(xiàn)代生活和工業(yè)中應用廣泛的計量器具。
在計量技術(shù)水平日益發(fā)展、測量精度需求不斷提高的今天,計量工作者只有全面了解轉(zhuǎn)子流量計的結(jié)構(gòu)原理、流量計算、量值影響因素與修正方法、以及流量計的選型、安裝要求,才能選出需求的計量儀表,實現(xiàn)測量效果。 作者希望本文給計量工作者帶來些許幫助。
寶德流量計由兩部件組成, 是從下向上逐漸擴張的錐形管,二是置于錐形管中,可沿管中心線上下移動、密度比流體稍大的轉(zhuǎn)子(圖1 轉(zhuǎn)子流量計原理圖)。錐形管由玻璃、塑料或金屬材質(zhì)制成。 玻璃或塑料材質(zhì)的錐形管上刻有流量刻度,透過錐管可看到透明流體中轉(zhuǎn)子的位置及所對應的刻度值; 金屬材質(zhì)錐形管中轉(zhuǎn)子位置通過磁性耦合等方式傳遞管外,在面板上顯示量值。
當測量流體的流量時,流體從錐形管下端流入沖擊轉(zhuǎn)子,對它產(chǎn)生個作用力,力的大小隨流量大小而變化;當流量足夠大時,所產(chǎn)生作用力將轉(zhuǎn)子托起,使之升高;流體經(jīng)轉(zhuǎn)子與錐形管壁間的環(huán)形斷面從上端流出。 當流體對轉(zhuǎn)子的作用力等于轉(zhuǎn)子重量時,轉(zhuǎn)子因受力平衡而停留在某位置;這個位置與流量有相互對應的關系,據(jù)此位置,即可求得流量值。
寶德流量計轉(zhuǎn)子在錐形管中受三個力:重力、動壓力和浮力,三力平衡時,轉(zhuǎn)子重力 = 動壓力 + 浮力。 當流速變大或變小時,轉(zhuǎn)子將向上或向下移動,流體流動的截面積也發(fā)生變化,直達到平衡時對應的流速,轉(zhuǎn)子在新的位置上穩(wěn)定。因此,轉(zhuǎn)子穩(wěn)定時受力關系公式如下:V ( ρ t -ρ f ) g=△p · A ( 1 )其中: ρ t - 轉(zhuǎn)子密度; ρ f - 流體密度; g-  重力加速度; V- 轉(zhuǎn)子體積;△p- 轉(zhuǎn)子前后壓差; A- 轉(zhuǎn)子大截面積。
寶德流量計結(jié)合公式( 1 ),并參照孔板流量計流量與節(jié)流壓差間的關系方程式:得轉(zhuǎn)子流量計流量公式:其中: Q v - 流量值; a 0 - 流量系數(shù)(與轉(zhuǎn)子形狀、流體狀態(tài)、流量計結(jié)構(gòu)和流體物理性質(zhì)等因素有關, 只能由實驗來確定); A 0 - 環(huán)隙面積,對應于轉(zhuǎn)子高度 h ;近似有: A 0 =ch ;系數(shù) c 與轉(zhuǎn)子和錐形管的幾何形狀及尺寸有關; ρ t - 轉(zhuǎn)子密度; ρ f -流體密度; A t - 轉(zhuǎn)子大截面積。流量方程式可寫成:公式3【公式3】
由公式( 4 )可知,轉(zhuǎn)子的停浮高度 h 與流量 q v 成對應關系;根據(jù)高度的不同來標刻流量值,即可在實際應用中即時讀取流量值。從式( 4 )可知,被測流體的密度不同,流量大小與轉(zhuǎn)子高度之間的對用關系也不同。 因受標定設備的限制,廠商不可能對所有流量計都做實液標定,故測量非標定介質(zhì)時,應對讀出的測量值進行修正,以保證度。
對于液體,其密度為常數(shù),只需修正被測液體和標定液體不同造成的影響即可;而氣體因具有可壓縮性,還應考慮標定狀態(tài)和實際狀態(tài)不同時溫度和壓力的影響。通常,標定狀態(tài)默認為:溫度 T=293.16K ,壓力 p=101325Pa 。根據(jù)流量計算公式,進行如下分析:
寶德流量計液體流量的測量值修正:
流量計對液態(tài)類流體的測量示數(shù)通常采用水為參照流體,在標定狀態(tài)下進行標定。 實際測量非水液體流量時,只需修正被測液體和標定液體(水)之間密度差異而造成的影響,即可按( 8 )式進行修正換算。此時, ρ 0 為標定流體的密度, ρ 為被測流體的密度。
寶德流量計氣體流量的測量值修正:
流量計對氣態(tài)類流體的測量示數(shù)采用空氣為參照物,在標定狀態(tài)下進行標定。由于氣體的密度受溫度、壓力變化的影響較大,故不僅應隨著被測氣體與標定氣體之間的密度不同進行換算,而且要隨工作狀態(tài)時溫度和壓力與標定狀態(tài)的不同進行修正換算。為簡化氣體流量值的修正,一般可以忽略黏度對流量系數(shù)的影響。
寶德流量計測量非標定狀態(tài)下的空氣流量時,可直接使用式( 9 )計算。但 ρ 為被測氣體在工作狀態(tài)下的密度,實際使用起來較為不便。為此,可以將流體密度和所處狀態(tài)分開修正,即先在標定狀態(tài)下對被測流體的密度進行修正,然后再進行狀態(tài)修正。 后的修正公式為:公式10其中: p 0 - 標定狀態(tài)下的壓力; p- 工作狀態(tài)下的壓力; T 0 -標定狀態(tài)下的溫度; T- 工作狀態(tài)下的溫度; ρ′- 被測氣體在標定狀態(tài)下的密度。
寶德流量計可以看出,流量系數(shù)也是影響測定結(jié)果的個重要參數(shù)。它因轉(zhuǎn)子的形狀不同而有所不同。雖然轉(zhuǎn)子形狀是制造廠按儀表結(jié)構(gòu)和流量測量范圍選擇合適形狀而設計的, 不屬于使用者考慮的范疇,但使用者應了解轉(zhuǎn)子形狀與測量值準確程度的關系。般情況而言,測量同種流體時,哪種形狀的轉(zhuǎn)子在錐形管中的高度越高,則使用這種轉(zhuǎn)子的流量計的流量系數(shù)就越小,其測量精度就越高。 可根據(jù)這特點,選擇更為適合自身需求的轉(zhuǎn)子流量計。

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