1 引 言(yán)
　　轉子流量(liàng)計和差壓(ya)式流量計(ji)是工業上(shang)和實驗室(shi)中的流量(liàng)計. 雖然都(dou)是測量流(liú)🏃量的儀表(biǎo)，但是其原(yuan)理卻大相(xiàng)徑庭，其流(liú)量基本方(fāng)🌍程的推導(dǎo)❤️也不相同(tóng)，因此，導緻(zhi)儀表的特(te)點和适用(yòng)場合也有(you)所區别 .
2 流(liú)量計組成(chéng)與流量測(cè)量原理
2.1 轉(zhuan)子流量計(ji)
　　轉子流量(liàng)計，是由一(yi)個自下往(wang)上逐漸擴(kuò)大的帶刻(kè)度的錐形(xíng)管和一個(gè)置于錐形(xíng)管内可以(yi)自由上下(xia)移動的轉(zhuan)子構成. 工(gōng)作時，被測(ce)流體由錐(zhuī)形管下端(duan)🚩進入，沿着(zhe)錐形管向(xiàng)上💔運動，流(liú)過轉子與(yu)錐形管之(zhī)間的環隙(xì)，再從錐形(xíng)管上端流(liú)出 . 受流動(dòng)流體帶動(dong)作用，轉子(zǐ)受到一個(gè)自下向上(shàng)流體對🤞轉(zhuǎn)子的動壓(yā)力，正好等(děng)于轉子在(zai)被測流體(ti)中的重力(lì)（即轉子自(zi)身的重力(lì)減去流🙇‍♀️體(tǐ)對轉子的(de)浮力）.

　　垂直安裝(zhuang)流量計時(shi)，轉子重心(xin)就在錐形(xing)管中心軸(zhou)線上⭐，轉子(zǐ)所受的三(san)個力都平(píng)行于中心(xin)軸線 . 當受(shòu)🔞力平衡時(shí)，轉子就穩(wen)⁉️定在錐管(guǎn)内某一位(wèi)置上 . 對于(yú)給定的轉(zhuǎn)子流量計(ji)，轉子的材(cái)料、大小和(he)形狀都可(ke)确定，所以(yǐ)轉子在被(bei)測流體中(zhong)的重力是(shi)已知的，隻(zhi)有流體對(duì)轉子的動(dong)壓力是随(sui)流體流速(sù)大小而變(biàn)⛷️化的 . 因此(ci)當流體流(liu)速變大或(huo)變小時，轉(zhuǎn)子受到的(de)動壓力增(zeng)大或減小(xiǎo)，轉子将作(zuò)向上🌐或向(xiàng)下的移動(dòng)，轉子與錐(zhuī)形管壁之(zhī)間的環隙(xi)面積也發(fa)🌂生變化，即(ji)流動截面(mian)積也發生(shēng)變化，待變(bian)化到某一(yi)流速轉子(zǐ)💋受力平衡(heng)時，轉子就(jiù)穩定在新(xīn)的位置上(shàng) . 對于一台(tái)⚽給定的轉(zhuǎn)子流量計(ji)，轉子在錐(zhuī)管中平衡(heng)位置的高(gao)🤞低反應了(le)被測流體(ti)流經🧡錐形(xíng)🔱管的流量(liang)大小 .
2.2 差壓(yā)式流量計(ji)
　　差壓式流(liu)量計由三(san)部分組成(chéng)，即由節流(liu)裝置、導壓(ya)管和差壓(ya)計 . 差壓式(shì)流量計是(shì)利用流體(tǐ)流動的節(jie)流原理來(lái)實現流量(liang)測量的.節(jiē)流原理是(shì)流體在有(yǒu)節流裝置(zhi)的管㊙️道中(zhong)流動時，在(zai)節流裝置(zhì)前後的管(guǎn)壁處，流體(ti)的靜壓力(li)✂️産生差異(yì)的現象 .
　　流(liú)動流體的(de)能量有靜(jing)壓能和動(dong)能兩種形(xíng)式.流體🏃‍♀️具(ju)有❓靜壓能(neng)是因爲有(yǒu)壓力，具有(you)動能是因(yīn)爲有流動(dong)速度，在一(yī)定條件下(xià)，這兩種形(xing)式的能量(liang)是可以🐕相(xiàng)互轉化 . 根(gēn)據能量守(shǒu)恒定律，在(zài)沒有外加(jiā)能量的前(qian)提下，流體(tǐ)所具有的(de)靜壓能和(hé)動能，再加(jiā)上用以🎯克(kè)服流體流(liu)💋動阻力的(de)能✍️量損失(shi)，其能量總(zong)和是相等(děng)的 . 圖 2 表示(shi)在節流裝(zhuang)置前後截(jié)面Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ處流(liú)體壓力與(yu)速度的分(fen)布情況 . 　流(liú)體在到達(dá)截📞面Ⅰ之前(qian)，以一定的(de)流速 v1流動(dong)，此時靜壓(ya)力爲 p1. 在接(jie)近節流裝(zhuang)置時，由于(yú)遇到節流(liu)裝置的阻(zǔ)礙，使靠近(jìn)管壁處的(de)流體受到(dao)節流裝置(zhi)的阻擋作(zuo)用，使部分(fen)動能轉化(huà)爲靜壓能(neng)，使得節流(liú)裝置入口(kǒu)端🐆面🤩靠近(jin)管壁處的(de)流體靜壓(ya)力升高，并(bing)且遠大于(yu)管徑中🔱心(xīn)處的壓力(li)，因此節流(liú)裝置入口(kou)端面處産(chan)生一徑向(xiàng)壓差 . 在👨‍❤️‍👨徑(jing)向壓差💃的(de)作用下，流(liú)體産生徑(jing)向加速度(dù)，從而使靠(kao)近管壁處(chù)的流體質(zhì)點的流動(dong)方向傾斜(xié)于管㊙️道中(zhōng)心軸線🎯，出(chu)現縮脈現(xiàn)象.由于受(shou)到慣性作(zuo)用，流束的(de)最小截面(mian)并不在節(jie)流裝置的(de)孔口處🐉，而(er)是經過節(jiē)流裝置之(zhī)後仍繼續(xu)收縮，到截(jie)面Ⅱ處流束(shu)達到最小(xiao)，此時流速(sù)最大，即 v2，之(zhī)後流束又(yòu)逐漸擴大(da)，至截面Ⅲ後(hòu)完全🐆恢😄複(fu)，流速逐漸(jiàn)降到原㊙️值(zhi)，即 v3=v1.
　　由于節(jiē)流裝置産(chan)生流束的(de)局部收縮(suō)現象，使流(liú)體的流速(sù)随之變化(huà)，即動能也(ye)跟着變化(hua) . 根據能量(liàng)守恒定✍️律(lü)，表征流✨體(ti)靜壓能的(de)靜壓力也(yě)要變化 . 在(zài)截面Ⅰ處，流(liu)體具有靜(jìng)壓力 p1. 在截(jié)面Ⅱ處，流速(su)增到最大(dà) v2，靜👄壓力就(jiù)降📧到最小(xiao) p2，而後又随(sui)着流束的(de)恢複而恢(huī)複⁉️ . 由于在(zài)節流裝置(zhi)端面處流(liu)通面突然(rán)縮小，而節(jiē)流🔞裝置之(zhī)後流通面(miàn)積突然又(yòu)擴大，使流(liú)體形成💃🏻局(jú)部🌐渦流，部(bu)分能量被(bei)消耗，同時(shí)流體流經(jing)孔闆時，爲(wèi)克服👉摩擦(cā)力也需消(xiāo)耗能量，所(suǒ)以流體在(zai)截🤩面Ⅲ處的(de)靜壓力 p3不(bú)能恢複到(dào)原值 p1，而産(chǎn)生永久的(de)壓力損失(shi). 截面Ⅰ與Ⅱ處(chù)的壓差（δp=p1- p2）與(yǔ)流體在節(jiē)流裝置前(qian)的流量有(you)一一對應(ying)關系，隻要(yao)測出節流(liu)裝置前後(hòu)的壓差大(dà)小即可表(biǎo)示流量大(da)小 .

2.3 總結
　　轉(zhuan)子流量計(jì)與差壓式(shi)流量計在(zài)工作原理(lǐ)上是不相(xiàng)❌同的 . 轉子(zǐ)✌️式流量計(jì)，是在節流(liu)面積（如孔(kong)闆流通面(mian)積）不變的(de)條件下，以(yǐ)差壓變化(hua)來反映流(liú)量的大❗小(xiǎo)；而差壓式(shì)流量計，卻(què)是以壓降(jiang)不變，利用(yòng)節流面積(jī)的變化💞來(lái)測量流量(liang)的大小.即(jí)轉子流量(liàng)計的測量(liàng)原理可以(yǐ)簡化爲：恒(héng)壓降、變節(jie)流；差📧壓式(shi)流量計的(de)測量原理(lǐ)💰簡化爲：變(bian)壓降、恒節(jiē)流 .
3 流量方(fāng)程推導
3.1 轉(zhuǎn)子流量計(ji)
　　轉子流量(liàng)計中當轉(zhuan)子穩定時(shi)，對轉子進(jin)行受力分(fen)析：

　　其中：ρt爲(wèi)轉子的密(mì)度；ρf爲流體(tǐ)的密度；V 爲(wei)轉子的體(ti)積；Δp 爲轉✨子(zi)前後的壓(ya)差（常數）；A 爲(wèi)轉子的最(zuì)大截面積(ji) .
　　轉子和錐(zhui)形管間的(de)環隙面積(ji)相當于節(jiē)流式流量(liàng)計的節流(liú)面積，但它(ta)是變化的(de)，并與轉子(zi)高度 h成近(jin)似的線性(xing)關系，因此(ci)，轉子流量(liàng)計的流量(liang)可以表示(shi)爲：

　　式中，ф 爲(wei)儀表常數(shù)；h 爲轉子浮(fu)起的高度(du) .由于轉子(zǐ)流量計在(zai)‼️生産中進(jin)行刻度的(de)時候，通常(chang)選擇在工(gōng)業基準狀(zhuàng)态（20℃，0.10133Mpa）下用水(shuǐ)或者空氣(qì)進行标定(ding)的 . 所以，在(zài)實際使用(yòng)時，如果被(bei)測介質的(de)密度和工(gong)作狀态與(yu)刻度時的(de)不♈一緻，就(jiu)必🎯須對流(liu)量指示值(zhi)按照實際(ji)被測介質(zhi)的密度、溫(wēn)度、壓力等(deng)參數的具(ju)體情況進(jin)行🏃‍♀️修正.
①液(yè)體流量測(cè)量時的修(xiū)正
　　由于測(cè)量液體的(de)轉子流量(liàng)計是在常(cháng)溫 20℃下用水(shuǐ)标定的，根(gen)據式（1）可寫(xiě)爲：

　　式中，qv0爲(wei)用水标定(ding)時的流量(liang)刻度；ρw是水(shui)的密度 .
　　如(ru)果被測介(jiè)質不是水(shuǐ)，則需要對(dui)流量刻度(du)進行重新(xīn)修正😄.如果(guǒ)被測介質(zhi)的黏度和(he)水的黏度(du)相差不大(dà)，可以近🈲似(sì)認爲 ф 是常(chang)數，有

　　式中(zhong)，qvf爲被測介(jie)質的實際(jì)流量；ρf是被(bèi)測介質的(de)密度 .
　　式（5）和(he)式（4）相除，整(zheng)理後得：

②氣(qi)體流量測(ce)量時的修(xiū)正
　　當采用(yong)轉子流量(liang)計進行氣(qi)體流量測(ce)量時，對其(qi)流✊量值❌也(yě)💛要進行修(xiū)正，除了被(bei)測介質的(de)密度進行(háng)修正之😘外(wai)，還需要對(duì)被測介質(zhi)的工作溫(wen)度和壓力(lì)進🛀行修正(zheng)🌈 . 當已知儀(yí)表的顯示(shi)刻度爲 qv0，則(ze)🔞被測介質(zhì)的實際流(liú)量👣（工業基(jī)準狀态）可(ke)按下式修(xiū)正，即：

　　式中(zhōng)，qvf爲被測介(jie)質的實際(ji)流量；ρ0和 ρf是(shì)空氣和被(bei)測介質在(zài)☀️标準狀❤️态(tài)下的密度(du)；Pf和 Tf分别爲(wei)被測介質(zhi)的絕對壓(yā)👉力和熱力(li)學溫度；P0和(he)🈚T0分别爲标(biao)準狀态下(xia)的絕🤟對壓(yā)力和熱力(lì)學溫度（P0=0.10133Mpa，T0=293K）；qv0爲(wei)刻度流量(liàng)值。
3.2 差壓式(shi)流量計
　　流(liu)體流經節(jie)流裝置時(shí)，不對外做(zuò)功，沒有外(wài)加能量，流(liu)體本身也(yě)沒有溫度(dù)變化 . 在管(guǎn)道内流動(dòng)的流體，對(dui)于✔️管道♈中(zhong)任意兩個(gè)截面都符(fú)合伯努利(lì)方程，現選(xuan)截面Ⅰ和Ⅱ（見(jian)圖 2）進行分(fèn)析。
流體的(de)伯努利方(fang)程：

　　從上式(shi)可以看出(chu)：流量與壓(ya)力差 ΔP 的平(ping)方根成正(zheng)比✊ .
　　對于可(kě)壓縮流體(ti)流量監測(cè)，因其易發(fā)生體積變(biàn)化，所以在(zai)流量方程(cheng)中要引入(ru)膨脹系數(shù) ε，則流量基(ji)本方程可(ke)寫爲：

　　式中(zhong)：qv、qm分别爲被(bèi)測介質的(de)體積流量(liàng)和質量流(liú)量；A0節流裝(zhuang)置的開孔(kǒng)截面積；ρ 節(jiē)流裝置前(qián)的流體密(mì)度 .
　　式（13）、（14）爲節(jiē)流式流量(liang)計的流量(liàng)方程，即壓(ya)差和流量(liang)間的定量(liàng)關系 .
　　由流(liú)量基本方(fāng)程可以看(kan)出，在其他(tā)條件不變(bian)的前提下(xià)，流👄量與壓(yā)差的平方(fang)根成正比(bi)，要知道流(liú)量與壓力(li)差的真實(shi)關系，關鍵(jiàn)在于 α 的取(qu)值 .α 是受許(xu)多因素影(yǐng)響🐕的綜合(he)性系數，對(dui)于标準節(jiē)流裝置，其(qi)值可🚶以從(cong)有關手冊(ce)中查出；對(duì)于非标準(zhun)節流🔞裝置(zhì)，其值㊙️主要(yào)由實驗方(fang)法得到 .
3.3 總(zong)結
　　兩種流(liú)量計依據(ju)的原理不(bú)同，得到的(de)流量方程(chéng)截然不同(tóng)♍ . 轉子🔞流量(liang)計的流量(liang)基本方程(cheng)主要是根(gēn)據轉子受(shou)力平衡進(jìn)行推導🐕而(ér)得到的，而(er)差壓式流(liu)量計的流(liu)量基本方(fāng)程主要是(shì)根據伯努(nu)利方程和(hé)流體連續(xu)性方程進(jin)行☎️推導而(er)得到的 .
4 流(liú)量計的特(te)點
4.1 轉子流(liú)量計
　　轉子(zi)流量計用(yong)以測量單(dān)相非脈動(dong)流體(液體(tǐ)或氣體🌈 ) 的(de)🔞流㊙️量，廣泛(fan)應用于化(hua)工、石油、輕(qing)工、醫藥、環(huan)保、食品及(ji)計量測試(shì)、科學👉研究(jiu)等部門 .
4.1.1 轉(zhuan)子流量計(ji)的優點 ：
① 轉(zhuan)子流量計(ji)适用于小(xiao)管徑和低(di)流速 . 常用(yong)轉子流量(liàng)計口徑🌂在(zài) 40-50mm 以下，最小(xiao)口徑可達(da)1.5-4mm. 在測量液(yè)體流速時(shí)，口徑 10mm 以🌈下(xià)玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)徑，流速隻(zhi)在0.2-0.6m/s之間，甚(shen)至低于 0.1m/s；金(jīn)屬管轉子(zi)流量計和(hé)口徑大于(yu) 15mm的玻璃管(guǎn)轉子流☔量(liàng)計，流速在(zai) 0.5-1.5m/s 之間 .
② 轉子(zǐ)流量計可(ke)用于較低(di)雷諾數，在(zai)轉子與管(guan)壁的環隙(xì)處❗流動的(de)流體雷諾(nuo)數隻要大(dà)于 40 或500，即使(shi)雷諾數變(bian)化流量系(xi)數也要保(bǎo)持常數，即(ji)流體粘度(du)對流量系(xì)數☀️無影響(xiǎng).這數值🌈遠(yuǎn)低于節流(liú)差壓式儀(yí)表最低雷(léi)諾數 104-105 的要(yào)求 .
③ 大部分(fèn)轉子流量(liàng)計沒有上(shang)遊直管段(duan)要求，對安(an)裝條件要(yào)求較低 .
④ 轉(zhuan)子流量計(ji)流量測量(liang)範圍較廣(guǎng)，一般爲10:1，最(zui)低爲 5:1，最㊙️高(gāo)爲🏃🏻 25:1.
⑤ 與節流(liu)式流量計(jì)相比，轉子(zi)流量計壓(yā)力損失較(jiao)低 .
⑥ 玻璃管(guan)轉子流量(liang)計結構簡(jian)單，價格低(dī)廉，使用方(fang)便 .
4.1.2 轉子流(liu)量計的缺(quē)點：
① 轉子流(liu)量計用來(lai)檢測的流(liu)體，若與出(chu)廠标定時(shi)使🐆用的流(liú)體不同，則(ze)需作流量(liàng)示值修正(zhèng) . 測量液體(tǐ)的轉子流(liu)量計通常(chang)以⚽水标👉定(ding)，氣體用空(kōng)氣标定，如(ru)實際使用(yòng)流體密度(du)、粘度✌️與之(zhi)不同，流量(liàng)要偏離原(yuan)分度值，要(yào)作換算修(xiu)正 . 因此，測(ce)量精度受(shòu)流體物理(li)參🏃‍♀️數變化(hua)的影響 .
② 玻(bō)璃轉子流(liú)量計因爲(wèi)有玻璃管(guǎn)，所以存在(zài)易碎的風(feng)險，尤其是(shì)用來檢測(ce)氣體流☂️量(liàng)的無導向(xiang)結構轉子(zǐ) .
③ 大部分結(jie)構轉子流(liú)量計隻能(néng)用于自下(xia)向上垂直(zhi)🏃🏻‍♂️流的管道(dào)安裝 .
④ 轉子(zi)流量計應(ying)用僅适合(he)于于中小(xiao)管徑，普通(tōng)全流型轉(zhuǎn)子流👣量計(ji)不适用于(yu)大管徑，玻(bo)璃管轉子(zi)流量計适(shi)♍用的最大(da)⛹🏻‍♀️口徑爲 150mm，金(jin)屬轉子流(liú)量計适用(yong)的最大口(kou)徑爲 200mm.
4.2 差壓(yā)式流量計(jì)
　　差壓式流(liú)量計應用(yong)廣泛、曆史(shi)悠久，在各(ge)類流量儀(yi)表中🧑🏾‍🤝‍🧑🏼其使(shi)用✨量大. 近(jìn)來，各種新(xin)型流量計(ji)的出現，緻(zhi)使它的用(yong)🏃‍♀️量有所下(xià)降，但差壓(ya)式流量計(jì)目前仍在(zài)🛀🏻整個流量(liang)計量領域(yù)起着作用(yòng)，廣泛應用(yòng)于石油、化(hua)工、冶金、電(dian)力、輕工等(deng)各部門 .
4.2.1 差(cha)壓式流量(liàng)計的優點(dian)：
① 标準差壓(ya)式流量計(ji)應用廣泛(fan)，結構簡單(dan)牢固，性能(neng)穩定可靠(kào)❤️，使用壽命(ming)長，安裝方(fāng)便，适用于(yú)大流量的(de)測量 .
② 标準(zhǔn)節流裝置(zhì)适用于測(cè)量管道直(zhí)徑大于50mm，雷(lei)諾數🎯在指(zhǐ)數 104-105以上，流(liu)體應當清(qīng)潔且充滿(mǎn)全部管道(dào)，同時不發(fā)生相變 .
4.2.2 差(cha)壓式流量(liàng)計的缺點(diǎn)：
① 差壓式流(liu)量計的測(cè)量精度偏(pian)低，測量的(de)重複性、精(jing)度在流量(liàng)計🔞中處于(yu)中等水平(píng)，由于各種(zhong)因素的綜(zōng)合影響，其(qi)精度🔞難以(yi)提高🔞 .
② 流量(liang)測量範圍(wei)度窄，由于(yú)流量與儀(yí)表信号( 差(chà)壓 ) 的平方(fang)根成正比(bǐ)關系，範圍(wéi)度一般僅(jǐn) 3:1-4:1.
③ 現場安裝(zhuang)條件要求(qiu)較高，爲保(bǎo)證流體在(zài)節流裝置(zhì)前後爲穩(wěn)定的流動(dong)狀态，在節(jiē)流裝置的(de)上、下遊必(bi)須配置一(yī)定長度的(de)直管段 (指(zhǐ)孔闆，噴嘴(zui))，一般難以(yǐ)滿足 .
④ 差壓(ya)式流量計(jì)的壓損較(jiào)大，孔闆流(liú)量計的壓(yā)損最大，噴(pen)嘴🎯流量❌計(ji)次之，文丘(qiū)裏管流量(liàng)計最小，當(dāng)不允許有(you)❗較大的管(guan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻道壓損時(shí)，不宜采用(yòng) .
⑤ 檢測件與(yu)差壓顯示(shi)儀表之間(jian)的引壓管(guan)線容易産(chan)🈲生洩💋漏🏃‍♂️、堵(du)塞、凍結及(ji)信号失真(zhen)等故障 .
4.3 總(zong)結
　　差壓式(shì)流量計僅(jǐn)适用于測(ce)量管道直(zhi)徑大于50mm，雷(léi)諾數🔅在指(zhǐ)數 104-105以上的(de)流體，而轉(zhuan)子流量計(jì)适用于小(xiǎo)管徑、低流(liu)速、較低雷(léi)諾數的流(liú)速測量 . 差(cha)壓式流量(liang)計 ( 指孔闆(pan)，噴嘴 )，爲保(bǎo)證流體在(zai)節流裝置(zhi)前後爲穩(wěn)定的流動(dòng)狀态，需在(zài)節🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流裝置(zhì)的上、下遊(yóu)必須配置(zhì)一定長度(du)的直管段(duàn)，而轉子流(liú)量計對上(shang)遊直管段(duan)要求不高(gao)，其現場安(ān)裝條件要(yào)求較低. 差(chà)壓式流量(liàng)計的壓損(sǔn)較大，而轉(zhuǎn)子流量計(ji)壓力損失(shī)較低 .
5 結 論(lun)
　　從對轉子(zǐ)流量計與(yǔ)差壓式流(liu)量計工作(zuò)原理的分(fèn)🍉析、流量基(jī)本方程的(de)推導及優(yōu)缺點分析(xi)中得到如(rú)♋下體會：
　　轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種恒(heng)壓降、變節(jiē)流面積的(de)流量儀表(biǎo)，轉子流量(liàng)計在出廠(chǎng)前是在工(gong)業基準狀(zhuàng)态（20℃，0.10133Mpa）下用水(shuǐ)或🌈者空氣(qi)進行刻度(dù)的，其流量(liàng)基本方程(chéng)在使用✉️時(shi)需進🆚行修(xiū)正，适用于(yu)小管徑、低(dī)流速和低(di)雷諾數，壓(yā)力損失較(jiao)小 .
　　差壓式(shi)流量計是(shì)一種恒節(jie)流、變壓降(jiang)的流量儀(yí)表，由流量(liàng)基本方程(cheng)可以看出(chu)，在流量系(xì)數、膨脹系(xì)數及節流(liu)面積不變(bian)的前提下(xia)，流量與壓(yā)差的平方(fāng)根成正比(bǐ)，該壓力計(ji)應用廣泛(fan)，結構簡單(dan)🌏牢固，性能(néng)穩定可靠(kào)，使用壽命(mìng)長，安裝方(fāng)便，适用于(yú)大流量的(de)測量，壓損(sun)較大🌈 .
　　在化(hua)工生産中(zhong)使用時應(ying)根據現場(chǎng)要求，再結(jié)合各儀🔞表(biao)的特點，選(xuǎn)擇使用哪(nǎ)種流量計(ji)來進行測(cè)量 .

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