1 引 言
　　轉子流量計(ji)和差壓式流量計(jì)是工業上和實驗(yan)室中的流量計. 雖(suī)然都是測量流量(liàng)💰的🐆儀表，但🈲是其原(yuán)理卻大相徑庭，其(qi)流量基本方程的(de)推導也不相同，因(yin)此，導緻儀表的特(te)點和适用💛場合也(ye)有所區别 .
2 流量計(jì)組成與流量測量(liang)原理
2.1 轉子流量計(jì)
　　轉子流量計，是由(you)一個自下往上逐(zhú)漸擴大的帶刻度(du)的錐形管和一個(ge)置于錐形管内可(ke)以自由上下移動(dong)的轉子構成. 工♊作(zuo)時，被測流體由錐(zhuī)形管下端進入，沿(yán)着錐形管向上運(yùn)動，流過轉子❗與錐(zhuī)形管之🧡間的環隙(xì)🌂，再從錐形管上端(duān)流出 . 受流動流體(ti)帶動作用，轉子受(shou)📧到一個自下向上(shang)流體對轉子的動(dòng)壓力，正好等于轉(zhuan)子在被測流體中(zhōng)的重力（即轉子自(zì)身的重力減去流(liú)體對轉子的浮力(li)）.

　　垂直安裝(zhuāng)流量計時，轉子重(zhong)心就在錐形管中(zhong)心軸線上，轉子所(suǒ)受的三個力都平(ping)行于中心軸線 . 當(dang)受力平🐇衡時，轉子(zǐ)‼️就穩定在錐管内(nei)某一位置上 . 對于(yu)給定的轉子流量(liàng)計，轉子的材料、大(dà)小和形狀都可确(que)定，所以轉子在被(bèi)測流體中的重力(lì)是已知的，隻⚽有流(liú)體對轉子的動壓(ya)力是随流體流速(su)大小而變化的 . 因(yin)此當🥰流體流速變(biàn)大或變小時，轉子(zǐ)受到的動壓力增(zēng)大或減小，轉子将(jiāng)作向上💞或向下的(de)移動，轉子與錐形(xíng)管壁之間的環隙(xi)面積也發生變化(huà)，即流動截面❤️積也(ye)發生變🍉化，待變化(huà)到某一流速轉子(zǐ)受力平衡時，轉子(zǐ)就穩定❓在新的位(wei)置上 . 對于一台給(gei)定的轉子流量計(jì)，轉子💛在錐管中平(píng)衡位置的高低反(fǎn)💛應了被測流體流(liu)經錐形管的流量(liàng)大小 .
2.2 差壓式流量(liàng)計
　　差壓式流量計(jì)由三部分組成，即(ji)由節流裝置、導壓(ya)管和差壓計 . 差壓(yā)式流量計是利用(yòng)流體流動的節流(liú)原理來實現流量(liàng)測量的.節流原理(li)是流體在有🔞節流(liú)裝置的管道中流(liu)🌐動時，在節流裝置(zhì)前後的管壁處，流(liú)體的靜壓力㊙️産生(shēng)差異的現象 .
　　流動(dong)流體的能量有靜(jing)壓能和動能兩種(zhong)形式.流體具有靜(jing)壓能是因爲有壓(yā)力，具有動能是因(yīn)爲有流動速度，在(zai)一定🍉條件🧑🏽‍🤝‍🧑🏻下，這兩(liang)種形式的能量是(shì)可以相互轉化 . 根(gen)據能量守恒定律(lǜ)，在沒有外加能量(liàng)的前提下，流體所(suǒ)具有的靜壓能㊙️和(hé)動能，再加上用以(yǐ)克服流體流動阻(zu)力的能🔞量損失，其(qí)能😄量總和是相🏒等(děng)的 . 圖 2 表示在節流(liú)裝置前後🚶截面Ⅰ、Ⅱ及(jí)Ⅲ處流體壓力與速(su)度的分布情況 . 　流(liú)體🌍在到達截面Ⅰ之(zhī)前，以一定的流速(sù) v1流動，此時靜壓力(lì)爲 p1. 在接近節流✍️裝(zhuang)置時，由于遇到節(jiē)流裝置的阻礙，使(shǐ)靠近管壁處的流(liu)體受到節流裝置(zhì)的阻擋作用，使部(bù)分動能轉化爲靜(jìng)壓能，使得節流裝(zhuang)置入口端面🌍靠近(jin)管壁處的流體靜(jìng)🏃‍♀️壓力升高，并且遠(yuǎn)大于管徑中心處(chù)的壓力，因此節流(liú)裝置入😍口端面處(chu)産生一徑向壓差(cha) . 在💞徑向壓差的作(zuo)用下，流體産生徑(jing)向加速度，從而使(shǐ)靠近管壁處的流(liú)體質點的流動方(fāng)向傾👨‍❤️‍👨斜于管道中(zhōng)心軸線，出現縮脈(mo)現象.由于受到慣(guàn)性作用，流束的最(zui)小截面并不在節(jiē)流裝置的孔口處(chù)，而是經過節流裝(zhuāng)置之後仍繼續收(shou)縮，到截面Ⅱ處流束(shu)達✊到最小，此時流(liu)速最大，即 v2，之後流(liu)束又逐漸擴大，至(zhì)截面Ⅲ後完全恢複(fú)，流速逐漸降到原(yuán)🔴值，即 v3=v1.
　　由于節流裝(zhuāng)置産生流束的局(ju)部收縮現象，使流(liú)體的流⛹🏻‍♀️速随之變(bian)化，即動能也跟着(zhe)變化 . 根據能量守(shǒu)恒定♉律，表征流體(tǐ)靜⁉️壓能的靜壓力(lì)也要變化 . 在截面(miàn)Ⅰ處，流體具有靜壓(ya)力 p1. 在截面Ⅱ處，流速(su)增到最大 v2，靜壓力(lì)就降♍到最小 p2，而後(hòu)又随着流束的恢(huī)複而恢複♌ . 由于在(zài)節流裝置端面處(chu)🥰流通面突然縮小(xiǎo)，而節流🈲裝置之後(hòu)流通面積突然又(yòu)擴大，使流體形成(cheng)局部渦流，部分能(néng)量被🧑🏽‍🤝‍🧑🏻消耗，同🙇🏻時流(liu)體流經孔闆時，爲(wèi)克服摩擦力也需(xu)消耗能量，所以流(liu)體在截面Ⅲ處的靜(jing)壓力 p3不能恢複到(dào)原值✂️ p1，而産生永久(jiu)的壓力損失. 截🌏面(miàn)Ⅰ與Ⅱ處的壓差（δp=p1- p2）與流(liú)體在節流裝置前(qian)的流量有一一對(dui)應關系，隻要測出(chū)節流裝置前後的(de)壓差大小💋即可表(biao)示流量大小 .

2.3 總結
　　轉子(zi)流量計與差壓式(shi)流量計在工作原(yuan)理上是不✏️相❗同的(de) . 轉子式流量計，是(shì)在節流面積（如孔(kong)闆流通面積）不變(bian)的條件下，以差壓(yā)變化來反映流量(liang)的大小；而差壓式(shi)流量計，卻是以壓(ya)降不變，利用節流(liu)面🌂積的變化來測(ce)量流📐量的大小.即(ji)轉子流量計的測(ce)💔量原理可以簡化(huà)爲：恒壓降、變節流(liú)；差壓式流量計的(de)測量原理簡化爲(wèi)：變壓降、恒節流 .
3 流(liu)量方程推導
3.1 轉子(zi)流量計
　　轉子流量(liang)計中當轉子穩定(dìng)時，對轉子進行受(shòu)力分析：

　　其中：ρt爲轉(zhuan)子的密度；ρf爲流體(tǐ)的密度；V 爲轉子的(de)體積；Δp 爲轉子前後(hòu)的壓差（常數）；A 爲轉(zhuǎn)子的最大截面積(ji) .
　　轉子和錐形管間(jian)的環隙面積相當(dang)于節流式流量計(ji)的❤️節流面🏃‍♂️積，但它(ta)是變化的，并與轉(zhuǎn)子高度 h成近似的(de)線性關系，因此，轉(zhuan)子流量計的流量(liang)可以表示爲：

　　式中(zhong)，ф 爲儀表常數；h 爲轉(zhuan)子浮起的高度 .由(yóu)于轉子流量計在(zài)生産🏃中進行刻度(dù)的時候，通常選擇(zé)在工業基準狀态(tài)（20℃，0.10133Mpa）下用水或者空氣(qi)進行标定的 . 所以(yǐ)，在實際使用時，如(ru)果🤟被測介⛱️質的密(mì)度和工🤟作狀态與(yǔ)刻✉️度時的不一緻(zhì)，就必🔱須對流量指(zhǐ)示值按照實際被(bèi)測介質的密度、溫(wēn)度、壓力等參數的(de)具🐉體情況進行🆚修(xiu)正.
①液體流量測量(liang)時的修正
　　由于測(ce)量液體的轉子流(liú)量計是在常溫 20℃下(xià)用水标定的👌，根據(jù)式🔴（1）可寫爲：

　　式中，qv0爲(wèi)用水标定時的流(liu)量刻度；ρw是水的密(mì)度 .
　　如果被測介質(zhì)不是水，則需要對(duì)流量刻度進行重(zhong)新修正.如果被測(cè)介質的黏度和水(shui)的黏度相差不大(da)，可以近似認爲 ф 是(shì)常數，有

　　式中，qvf爲被(bei)測介質的實際流(liu)量；ρf是被測介質的(de)密度 .
　　式（5）和式（4）相除(chú)，整理後得：

②氣體流(liú)量測量時的修正(zheng)
　　當采用轉子流量(liang)計進行氣體流量(liàng)測量時，對其流量(liang)值也🌐要進行修正(zhèng)，除了被測介質的(de)密度進行修正之(zhī)外，還需要對被📞測(cè)介質的工作溫度(dù)和壓力進行修正(zheng) . 當已知💋儀表的顯(xiǎn)示刻❄️度爲 qv0，則被測(ce)介質的實際流量(liang)📱（工業基準狀态）可(kě)按下式修正，即：

　　式(shi)中，qvf爲被測介質的(de)實際流量；ρ0和 ρf是空(kōng)氣和被測介質⭐在(zài)🛀标準狀态下的密(mì)度；Pf和 Tf分别爲被測(cè)介質的絕對壓⛷️力(li)和熱力學溫度；P0和(he)T0分别爲标準狀态(tai)下的絕對壓力和(he)熱力🙇‍♀️學溫度（P0=0.10133Mpa，T0=293K）；qv0爲刻(ke)度流量值。
3.2 差壓式(shi)流量計
　　流體流經(jīng)節流裝置時，不對(duì)外做功，沒有外加(jia)能量，流體本身也(yě)沒有溫度變化 . 在(zai)管道内流動的流(liú)體，對于管道👈中任(ren)意兩個截🛀面都符(fú)合伯努利方程，現(xiàn)💯選截面🐇Ⅰ和Ⅱ（見圖 2）進(jìn)行分析。
流體的伯(bo)努利方程：

　　從上式(shi)可以看出：流量與(yǔ)壓力差 ΔP 的平方根(gēn)成正比 .
　　對于可壓(ya)縮流體流量監測(cè)，因其易發生體積(ji)變化，所以在流量(liang)方程中要引入膨(peng)脹系數 ε，則流量基(jī)本方程可寫爲：

　　式(shì)中：qv、qm分别爲被測介(jiè)質的體積流量和(hé)質量流量；A0節流❓裝(zhuāng)置的👈開孔截面積(ji)；ρ 節流裝置前的流(liú)體密度 .
　　式（13）、（14）爲節流(liú)式流量計的流量(liàng)方程，即壓差和流(liú)量間的定量關系(xì) .
　　由流量基本方程(cheng)可以看出，在其他(tā)條件不變的前提(ti)下，流❤️量與壓差的(de)平方根成正比，要(yào)知道流量與壓力(li)✨差的📐真實關系，關(guān)鍵在于 α 的取值 .α 是(shi)受許多因🈲素影響(xiang)的綜合性系數🚶，對(dui)于标準節流裝置(zhì)，其值可以從有關(guān)手冊中查出；對于(yu)非标準節流裝置(zhi)，其值主要由實驗(yàn)方法得到 .
3.3 總結
　　兩(liang)種流量計依據的(de)原理不同，得到的(de)流量方程截🤩然不(bú)同 . 轉子流量計的(de)流量基本方程主(zhǔ)要是根據轉子受(shòu)力平衡進行推導(dǎo)而得到的，而差壓(yā)式流量計的流量(liang)基本方程主要是(shì)根📧據伯努♍利方程(chéng)和流體連續性📐方(fāng)程進行推導而得(dé)🔞到的 .
4 流量計的特(tè)點
4.1 轉子流量計
　　轉(zhuan)子流量計用以測(cè)量單相非脈動流(liu)體(液體或氣☁️體👄 ) 的(de)流量，廣泛應用于(yu)化工、石油、輕工、醫(yī)藥、環保、食品及計(jì)量測試、科學研究(jiū)等部門 .
4.1.1 轉子流量(liang)計的優點 ：
① 轉子流(liú)量計适用于小管(guan)徑和低流速 . 常用(yong)轉子流量計口徑(jing)在 40-50mm 以下，最小口徑(jing)可達1.5-4mm. 在測量液體(tǐ)流速時，口徑 10mm 以下(xia)玻璃管轉子流量(liang)計徑，流速隻在0.2-0.6m/s之(zhi)間，甚至低于 0.1m/s；金屬(shu)管轉子流量計和(hé)口徑大于 15mm的玻璃(li)管轉子流量計，流(liu)速在 0.5-1.5m/s 之間 .
② 轉子流(liú)量計可用于較低(dī)雷諾數，在轉子與(yu)管壁的環🎯隙處🚶‍♀️流(liu)💚動的流體雷諾數(shu)隻要大于 40 或500，即使(shi)雷諾數變化流量(liàng)系數也要保持常(cháng)數，即流體粘度對(duì)流❓量系數無影響(xiang).這數值遠低于節(jiē)流差壓式儀表最(zuì)低雷諾數 104-105 的要求(qiú) .
③ 大部分轉子流量(liang)計沒有上遊直管(guǎn)段要求，對安裝條(tiáo)件要求較低 .
④ 轉子(zǐ)流量計流量測量(liàng)範圍較廣，一般爲(wèi)10:1，最低爲 5:1，最高爲🥰 25:1.
⑤ 與(yǔ)節流式流量計相(xiàng)比，轉子流量計壓(yā)力損失較低 .
⑥ 玻璃(li)管轉子流量計結(jie)構簡單，價格低廉(lian)，使用方便 .
4.1.2 轉子流(liú)量計的缺點：
① 轉子(zi)流量計用來檢測(cè)的流體，若與出廠(chang)标定時使用🏃‍♂️的流(liú)體不同，則需作流(liú)量示值修正 . 測量(liàng)液體的⭐轉子流量(liang)計通常以水标定(dìng)，氣體用空氣标定(dìng)，如實際使用流體(tǐ)密度、粘度與之不(bu)🤞同，流量要偏離原(yuan)分度值，要作換算(suan)修正 . 因此，測量精(jīng)度受流體物理參(cān)數變化的影響 .
② 玻(bo)璃轉子流量計因(yīn)爲有玻璃管，所以(yǐ)存在易碎的風險(xiǎn)，尤其是用來檢測(cè)🚩氣體流量的無導(dao)向結構轉子 .
③ 大部(bù)分結構轉子流量(liàng)計隻能用于自下(xia)向上垂直流🈲的管(guǎn)道安裝 .
④ 轉子流量(liang)計應用僅适合于(yú)于中小管徑，普通(tōng)全流型轉子流🐪量(liàng)🏃🏻‍♂️計不适用于大管(guan)徑，玻璃管轉子流(liú)量計适‼️用的最大(da)口徑👉爲 150mm，金屬轉子(zi)流量計适用的最(zuì)大口徑爲 200mm.
4.2 差壓式(shì)流量計
　　差壓式流(liu)量計應用廣泛、曆(lì)史悠久，在各類流(liú)量儀🐉表中其使用(yong)量大. 近來，各種新(xīn)型流量計的出現(xian)，緻使它的用💔量有(you)所下💚降，但💛差壓式(shì)流量計目前仍在(zài)整個流量計量領(ling)域起着作用，廣泛(fàn)應用于石油、化工(gong)、冶金、電力、輕工等(děng)各部門 .
4.2.1 差壓式流(liu)量計的優點：
① 标準(zhun)差壓式流量計應(ying)用廣泛，結構簡單(dan)牢固，性能📐穩定可(ke)靠，使用壽命長，安(ān)裝方便，适用于大(dà)流量的測量 .
② 标準(zhun)節流裝置适用于(yu)測量管道直徑大(dà)于50mm，雷諾數在指數(shù) 104-105以上，流體應當清(qīng)潔且充滿全部管(guan)道，同時不發生相(xiang)變 .
4.2.2 差壓式流量計(jì)的缺點：
① 差壓式流(liú)量計的測量精度(dù)偏低，測量的重複(fu)性、精🌏度在👨‍❤️‍👨流量計(ji)㊙️中處于中等水平(píng)，由于各種因素的(de)綜合影響，其精度(du)難以㊙️提高 .
② 流量測(cè)量範圍度窄，由于(yu)流量與儀表信号(hào)( 差壓 ) 的平方根💋成(cheng)正✌️比關系，範圍度(dù)一般僅 3:1-4:1.
③ 現場安裝(zhuāng)條件要求較高，爲(wei)保證流體在節流(liú)裝置前㊙️後爲穩定(dìng)的流動狀态，在節(jie)流裝置的上、下遊(yóu)必須配置一🌈定長(zhǎng)度的直管段 (指孔(kǒng)闆，噴嘴)，一般難以(yi)滿足 .
④ 差壓式流量(liang)計的壓損較大，孔(kǒng)闆流量計的壓損(sǔn)最大，噴嘴流量計(ji)次之，文丘裏管流(liu)量計最小，當不允(yun)許有較大的管道(dao)壓🛀損時，不宜采用(yòng) .
⑤ 檢測件與差壓顯(xiǎn)示儀表之間的引(yin)壓管線容易産生(sheng)洩漏、堵塞、凍結及(ji)信号失真等故障(zhàng) .
4.3 總結
　　差壓式流量(liàng)計僅适用于測量(liàng)管道直徑大于50mm，雷(lei)諾數在指數 104-105以🤞上(shàng)的流體，而轉子流(liu)量計适用于小管(guǎn)徑、低♌流速、較低雷(léi)諾數的流速測量(liang) . 差壓式流量計 ( 指(zhi)孔闆，噴嘴 )，爲保證(zhèng)流體在節流裝置(zhi)前後爲穩定🤞的流(liu)動狀态，需在節流(liu)裝置的上、下遊必(bi)💚須配置一定長度(du)的直管段，而轉子(zi)流量計對上♌遊直(zhí)管段要求不高，其(qi)現場👣安裝條件要(yào)求較低. 差壓式流(liu)量計㊙️的壓損較大(dà)，而轉😄子流量計壓(ya)力損失較低 .
5 結 論(lùn)
　　從對轉子流量計(ji)與差壓式流量計(ji)工作原理的分♻️析(xi)、流✉️量🔞基本方程的(de)推導及優缺點分(fèn)析中得到如下體(tǐ)會：
　　轉子流量計是(shi)一種恒壓降、變節(jiē)流面積的流量儀(yi)❌表，轉💃子♌流量😄計在(zai)出廠前是在工業(yè)基準狀态（20℃，0.10133Mpa）下用水(shui)或者空氣進行刻(ke)度的，其流量基本(běn)方程在使用時需(xu)進行修正，适用于(yú)小管徑、低流速🛀和(hé)低雷諾數，壓力損(sǔn)失較小 .
　　差壓式流(liu)量計是一種恒節(jie)流、變壓降的流量(liàng)儀表☀️，由流量基本(ben)方程可以看出，在(zai)流量系數、膨脹系(xi)數及節流面🏃‍♀️積不(bú)變的前提下，流量(liang)與壓差的平方根(gen)成正比，該壓力✔️計(ji)應用廣泛，結構簡(jian)單牢固，性能穩定(dìng)可靠，使用壽命長(zhang)，安裝方便🏃‍♂️，适用于(yu)大👉流量的測‼️量，壓(yā)損較大 .
　　在化工生(shēng)産中使用時應根(gēn)據現場要求，再結(jié)合各儀表的特點(dian)，選擇使用哪種流(liu)量計來進行測量(liàng) .

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