[科普中国]-转子流量计测量

转子流量计测量又称浮子流量计测量，经典的转子流量计是由浮子流量传感器部分、位移—角度转换机构部分以及信息转换处理部分三个单元组成。转子流量计(又称浮子流量计)是一种传统的可变面积式流量测量装置，当流量发生改变时浮子在垂直锥形管内上下移动时，锥管和浮子之间形成的环行流通面积发生改变，它是以此原理实现对流量测量的体积式流量仪表。

由于转子流量计具有机械结构简单，加工方便，工作稳定、可靠性高及压力损小等优点，尤其是可以测量低雷诺书小流量介质的特点，所以在气体、液体的流量测量和自动控制系统中被广泛应用。

金属锥管浮子流量计在浮子流量计中具有使用温度和压力范围宽的优势，得到越来越多的重视。因此研究如何提高浮子流量计的测量精度和提高浮子流量计对环境的适应性对于金属管浮子流量计的广泛使用具有重要的意义。锥管浮子流量计由以个锥形管和一个可以在锥管中上下浮动的浮子构成，结构如图所示。底部通常和垂直管段的法兰连接，流体白下而上地流过流量计，使浮子上下运动。流体的流向一般是自下而上，当流经浮子和锥管时，流体被浮子截流，浮子上、下游之间受到的压力不同，浮子上下截面将产生压力差，这时浮子受到以下三种力：流体对浮子的压力、浮子在流体中的浮力和重力。当流体对浮子的动压力与浮子在流体中所受的浮力之和等于浮子的重力时，浮子就平稳地浮在某一位置上。通过确定浮子的悬浮位置就可以得到此时的流量，所以浮子悬浮的高度h与通过流量计的流量之间成单值函数关系。

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将衔接上透明的水管，用水柱高坐压力，用高灵敏度数字万用表测量电压，传感器接上12v电压。记录数据。如成线性关系，则表示性能稳定，可以使用。差压式压力传感器通过气管被连在两取压管上。当有液体流过导液管时，输入管与输出管之间会产生的压力差，输入管压力大于输出管的压力。由差压式传感器检测这个压力差，并转换成电压信号。

转子流量计的调试期故障调试期待故障一般出现在仪表安装调试阶段，一经排除，在以后相同条件下一般不会再出现。常见的调试期故障一般由安装不妥、环境干扰以及流体特性影响等原因引起。输出信号亦会有一定程度波动。两种或两种以上液体作管道混合工艺时，若两种液体电导率（或各自与电极间电位）有差异，在混合未均匀前即进入流量传感器进行流量测量，输出信号亦会产生波动。传感器可以水平和垂直安装，但是应该确保避免沉积物和气泡对测量电极的影响，电极轴向保持水平为好。垂直安装时，流体应自下而上流动。传感器不能安装在管道的最高位置，这个位置容易积聚气泡。

用转子流量计测定某种气体的流量，只有在使用状态与校准状态完全相同时，根据转子的上升位置从校准曲线上查出来的流量才是使用状态的真实流量.否则，它就不是真实流量.鉴于空气的状态时时刻刻都在变化，所以在进行空气监测时不能，也没有必要在任何状态下都把转子流量计校准一遍，因为对同一种气体(指化学组成相同)而言，只要在一个状态下校准了流量，其他状态下的流量就可以换算出来。

若用一个转子流量计去测定某种气体的流量，该流量计曾在状态1(压力P1，温度T1，此时气体密度ρ1)下校准，而在状态2(压力P2，温度T2，此时气体密度为ρ2)下使用.当转子稳定在某一高度时，两种状态下的流量Q1和Q2有如下关系：

因状态不同引起的流量测量的相对误差RE为

在考查转子流量计的测量误差时，必须综合考虑压力和温度的共同作用.比如严冬季节，在我国高纬度地区，因有取暖设施，室内外温差较大.如果校准转子流量计那天的大气压力为98kPa，室温为15℃(即T1=288k)，而采集空气样品那天的气压为103kPa，户外的气温为-25℃(即T2=248K)，当系统阻力均为8kPa时，P1=90kPa，P2=95kPa.由式知，由温度变化产生的误差为6.9%，由压力变化产生的误差为2.8%，样流量的总相对误差为9.7%。忽略这样大的误差是不适宜的，更不用说比这更不利的情况了.因此，在转子流量计的使用状态与校准状态不一致时，原则上应按式修正流量，至少也应依不同的准确度要求对测量误差有一个限制，即在某个限度内可以不加修正，超过了这个限度则必须加以修正。2

用转子流量计测量空气流量，必需判明进入流量计的气流是均匀的稳定气流，还是有振动的脉动气流。在气路中，气流是否有脉动主要决定于抽气装置(抽气泵)。例如，不采取稳流措施的隔膜泵，给出的抽吸气流就是脉动气流。对于脉动气田流，原则上不能用转子流量计测量，否则将会造成严重误差。图示出了无稳流措施的隔膜泵抽气时的脉动式进气过程，图中示出一了脉动气流的峰值、有效值及用转子流量计测定流量时的可能指示值。如图所示，流量指示值偏高于实际有效值，因而转子流量计的指示流量不能代表真实的进气流量。这种偏高指示的偏离程度视气流的脉动频率、脉动流峰值与最低值之差等多种因素而定。

图是用隔膜泵作抽气装置并用转子流量计测量流量时，检测进入采样装置的有效流量是否与转子流量计的指示流量一致的气路连接图。在采样装置的入口端连接一只皂膜式流量计，以检测进入采样装置的实际有效流量。检测中发现，如果隔膜泵装有稳流装置.其抽吸气流是无脉动的稳定气流，转子流量计的指示流量与皂膜流量计测得的实际流量是一致的；反之，转子流量计总是指示偏高。用转子流量计测定脉动气流流量时，其偏高指示误差几乎可达40%。因此，用可能引起气流脉动的抽气泵作抽气装置时，应对抽吸气流采取稳流措施(例如在泵体或气路中配置缓冲室)，使抽吸的气流变为稳定气流以后，才能用转子流量计测量，这首先是抽气泵的设计者应注意的问题。另一方面，转子流量计的使用者也要注意判别，不要以为不管什么气流，只要接上转子流量计就一定能测得真实的流量。3

在科学研究、工业生产流程、能源精确测量及日常生活等领域中，流量计量与温度、液位、重量、压力、物位等一样，都是需要精确测量和控制的。流量计量，与国民经济、民生安全、科学探索都有紧密的联系。而提高流量计量精度，对于提高产品质量、确保生活安全、提高劳动效率、改进工艺流程、促进社会发展等都方面有重大意义，起到至关重要的作用。尤其是在节能降耗、工业加工自动化程度日益提高的今天，流量计量在国民经济中的地位与用途将更加明显。

流动体特征、流动状态、流场条件以及测量机理的复杂性，导致了当今流量测量仪表的复杂性、多样化、专用性和价格悬殊的差异性。流量计的信息处理单元，电子信息处理单元已经在很大程度上取代了传统的机械表头，能够实现就地显示、采集，系统控制和信号远传。随着现场控制的需要和芯片半导体技术的迅猛发展，已经实现了数字化、智能化、多功能化、网络化，很多公司都有自己的专利技术与计算转换软件，例如德国Krohne公司，日本Yokogawa公司，日本Toyokeiso公司等，用以提高仪表的工况适应性和测量精度。流量传感器的精度、稳定性、可靠性及适应工作环境的能力、智能化水平和性价比高低等指标都在很大程度上影响了社会各行各业的进步。

日前工业领域应用的流量计有很多种，按照结构和其工作原理大体可以分为体积式流量计、质量式流量计，电磁式流量计和差压式流量计等。针对不同的被测介质、不同的流体流场和不同的测量环境，可以选择不同类型的流量计，各种特定的流量计有不同的特点，在流体雷诺数不同的情况下，例如在流速较高情况下孔板、涡街、涡轮等利用压差原理测量的流量计能够达到准确测量的目的，而浮子流量计适合在低流速流体流量测量特别是低雷诺数情况下的微小流量测量的工况。1