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宝德流量计结构原理、流量计算和选型安装论述
点击次数:168 发布时间:2018-11-12

    宝德流量计结构原理、流量计算和选型安装论述
        宝德流量计结构和原理的基础上,结合其技术特点和应用需求,从流量计算、量值修正以及流量计技术选型和安装要求等方面进行了较为系统的论述和研究。 希望能为广大计量工作者更好的掌握转子流量计应用技术,实现对流量的准确测量提供帮助。
    0 引言
        宝德流量计是最常用的节流式流量计之一,具有结构简单、制造容易、测量范围宽 ( 量程比可达 10:1) 、测量精确度较高 ( 误差 ±5% 左右 ) 、示值直观、维护方便、压损小等优点,是现代生活和工业生产中应用最广泛的计量器具。
    在计量技术水平日益发展、测量精度需求不断提高的今天,计量工作者只有全面了解转子流量计的结构原理、流量计算、量值影响因素与修正方法、以及流量计的选型、安装要求,才能选出需求的计量仪表,实现测量效果。 作者希望本文给计量工作者带来些许帮助。
    1 德流量计结构原理简析
    1.1 结构分析
        宝德流量计由两部件组成, 一是从下向上逐渐扩张的锥形管,二是置于锥形管中,可沿管中心线上下移动、密度比流体稍大的转子(图1 转子流量计原理图)。锥形管由玻璃、塑料或金属材质制成。 玻璃或塑料材质的锥形管上刻有流量刻度,透过锥管可看到透明流体中转子的位置及所对应的刻度值; 金属材质锥形管中转子位置通过磁性耦合等方式传递管外,在面板上显示量值。
    1.2 工作原理
    当测量流体的流量时,流体从锥形管下端流入冲击转子,对它产生一个作用力,力的大小随流量大小而变化;当流量足够大时,所产生作用力将转子托起,使之升高;流体经转子与锥形管壁间的环形断面从上端流出。 当流体对转子的作用力等于转子重量时,转子因受力平衡而停留在某一位置;这个位置与流量有相互对应的关系,据此位置,即可求得流量值。
    1.3 流量计算
   宝德流量计转子在锥形管中受三个力:重力、动压力和浮力,三力平衡时,转子重力 = 动压力 + 浮力。 当流速变大或变小时,转子将向上或向下移动,流体流动的截面积也发生变化,直至达到平衡时对应的流速,转子在新的位置上稳定。因此,转子稳定时受力关系公式如下:
    V ( ρ t -ρ f ) g=△p · A ( 1 )
    其中: ρ t - 转子密度; ρ f - 流体密度; g-  重力加速度; V- 转子体积;△p- 转子前后压差; A- 转子最大截面积。
    宝德流量计结合公式( 1 ),并参照孔板流量计流量与节流压差间的关系方程式:
    公式1【公式1】
    得转子流量计流量公式:
    公式2【公式2】
    其中: Q v - 流量值; a 0 - 流量系数(与转子形状、流体状态、流量计结
    构和流体物理性质等因素有关, 只能由实验来确定); A 0 - 环隙面积,对应于转子高度 h ;近似有: A 0 =ch ;系数 c 与转子和锥形管的几何形状及尺寸有关; ρ t - 转子密度; ρ f —流体密度; A t - 转子最大截面积。
    流量方程式可写成:公式3【公式3】
    由公式( 4 )可知,转子的停浮高度 h 与流量 q v 成对应关系;根据高度的不同来标刻流量值,即可在实际应用中即时读取流量值。
    2 测量值的流体相关性修正
    2.1 测量值修正分析
    从式( 4 )可知,被测流体的密度不同,流量大小与转子高度之间的对用关系也不同。 因受标定设备的限制,生产厂商不可能对所有流量计都做实液标定,故测量非标定介质时,应对读出的测量值进行修正,以保证精确度。
    对于液体,其密度为常数,只需修正被测液体和标定液体不同造成的影响即可;而气体因具有可压缩性,还应考虑标定状态和实际状态不同时温度和压力的影响。
    通常,标定状态默认为:温度 T=293.16K ,绝对压力 p=101325Pa 。根据流量计算公式,进行如下分析:
    一方面,设定在标定状态下,测量标定流体的流量公式为:
    2.2.1 液体流量的测量值修正
    流量计对液态类流体的测量示数通常采用水为参照流体,在标定状态下进行标定。 实际测量非水液体流量时,只需修正被测液体和标定液体(水)之间密度差异而造成的影响,即可按( 8 )式进行修正换算。此时, ρ 0 为标定流体的密度, ρ 为被测流体的密度。
    2.2.2 气体流量的测量值修正
    流量计对气态类流体的测量示数采用空气为参照物,在标定状态下进行标定。由于气体的密度受温度、压力变化的影响较大,故不仅应随着被测气体与标定气体之间的密度不同进行换算,而且要随工作状态时温度和压力与标定状态的不同进行修正换算。为简化气体流量值的修正,一般可以忽略黏度对流量系数的影响,而且,对于气体来说,由于 ρ t >>ρ 0 , ρ t >>ρ ,则由( 8 )式可得:
    宝德流量计测量非标定状态下的空气流量时,可直接使用式( 9 )计算。但 ρ 为被测气体在工作状态下的密度,实际使用起来较为不便。为此,可以将流体密度和所处状态分开修正,即先在标定状态下对被测流体的密度进行修正,然后再进行状态修正。 最后的修正公式为:
    公式10
    其中: p 0 - 标定状态下的绝对压力; p- 工作状态下的绝对压力; T 0 -标定状态下的绝对温度; T- 工作状态下的绝对温度; ρ′- 被测气体在标定状态下的密度。
    2.3 流量系数修正
    2.3.1 流量系数与转子形状的相关性
    宝德流量计由式 (4) 可以看出,流量系数也是影响测定结果的一个重要参数。它因转子的形状不同而有所不同。虽然转子形状是制造厂按仪表结构和流量测量范围选择合适形状而设计的, 不属于使用者考虑的范畴,但使用者应了解转子形状与测量值准确程度的关系。一般情况而言,测量同种流体时,哪种形状的转子在锥形管中的高度越高,则使用这种转子的流量计的流量系数就越小,其测量精度就越高。 可根据这一特点,选择更为适合自身需求的转子流量计。

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沪公网安备 31011402005371号

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