摘要(yao)
　　轉子流(liu)量計 用(yong)于氣體(ti)采樣測(ce)量,其指(zhi)示值與(yu)實際流(liu)量因氣(qi)壓、溫度(du)的不同(tong)會有一(yi)定的誤(wu)差,對流(liu)量計的(de)指示值(zhi)進行修(xiu)正後才(cai)能得到(dao)真實流(liu)量值。本(ben)文介紹(shao)了轉子(zi)流量計(ji)指示值(zhi)在非标(biao)準大氣(qi)壓和抽(chou)氣中在(zai)流量計(ji)入口處(chu)出現負(fu)壓時兩(liang)種情況(kuang)下的修(xiu)正方法(fa),以及氣(qi)體采樣(yang)測量中(zhong)的注意(yi)事項。轉(zhuan)✊子流量(liang)計用于(yu)氣體采(cai)樣♉測量(liang)中應注(zhu)意的問(wen)題
1引言(yan)
　　轉子流(liu)量計是(shi)測定氣(qi)體流量(liang)(即流率(lü))的常用(yong)計量器(qi)具,在使(shi)👅用中其(qi)讀數值(zhi)不一定(ding)等于實(shi)際的流(liu)量🏃🏻‍♂️值。從(cong)轉子🐕流(liu)量計的(de)⛷️讀數獲(huo)得正确(que)流量值(zhi)有一定(ding)條件,一(yi)個合格(ge)流量計(ji)的刻度(du)是在标(biao)準狀态(tai)下得到(dao)的,與标(biao)準狀态(tai)不同的(de)使用條(tiao)件需要(yao)對讀數(shu)進行修(xiu)正,關于(yu)影響讀(du)數修正(zheng)的使用(yong)條件以(yi)及怎樣(yang)才能獲(huo)得正确(que)流量值(zhi)是本文(wen)闡述的(de)内容。這(zhe)個問題(ti)似乎是(shi)💃老生常(chang)談,但對(dui)某些進(jin)行放射(she)性氣體(ti)或氣溶(rong)膠的采(cai)樣測量(liang)的工作(zuo)者卻時(shi)有模糊(hu),有待注(zhu)意和澄(cheng)清。
　　轉子(zi)流量計(ji)工作時(shi),轉子(也(ye)稱爲浮(fu)子)受到(dao)兩個力(li)的作用(yong):一是垂(chui)直向上(shang)的推動(dong)力,它等(deng)于流體(ti)流經轉(zhuan)子與錐(zhui)管間的(de)環形截(jie)面形成(cheng)的壓力(li)差所産(chan)生的浮(fu)力;另一(yi)是🍓轉子(zi)本❌身垂(chui)直向下(xia)的淨重(zhong)力。當壓(ya)力差與(yu)轉子的(de)淨重力(li)相等時(shi),轉子處(chu)于平衡(heng)狀态,即(ji)停留在(zai)一📐定位(wei)置上,轉(zhuan)子停留(liu)的高度(du)就反映(ying)了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流量(liang)的大小(xiao)。問🔞題是(shi)這停留(liu)高度與(yu)流量大(da)小兩者(zhe)⭕之間的(de)對應關(guan)系🥰還與(yu)一系列(lie)條件🈲(氣(qi)壓、溫度(du)、流體狀(zhuang)🐉态等)有(you)關,本文(wen)就這些(xie)方面分(fen)别介紹(shao)。
2轉子流(liu)量計的(de)氣壓(溫(wen)度)效應(ying)
　　轉子流(liu)量計的(de)刻度示(shi)值是在(zai)标準狀(zhuang)态(101.3kPa,293K)下得(de)出的✍️,當(dang)用📧于非(fei)标準狀(zhuang)态時使(shi)用條件(jian)下的真(zhen)實流量(liang)值與讀(du)數值是(shi)不同的(de),有以下(xia)關系[1]:

　　式(shi)中,QS爲使(shi)用條件(jian)下的真(zhen)實流量(liang)值;QN爲流(liu)量計讀(du)數(按流(liu)👨‍❤️‍👨量⭐計在(zai)㊙️标準條(tiao)件下刻(ke)度的示(shi)值讀出(chu)的);PN,PS分别(bie)🚶‍♀️爲标🐇準(zhun)狀🚩态和(he)使用條(tiao)件的絕(jue)對氣壓(ya);TN,TS分别爲(wei)标準💚狀(zhuang)态和使(shi)用條🈚件(jian)的絕對(dui)溫度。
　　例(li)如:在烏(wu)魯木齊(qi),當轉子(zi)流量計(ji)用于氣(qi)壓約爲(wei)92.3kPa、氣溫293K條(tiao)件🐆下⛹🏻‍♀️,若(ruo)QN=0.85Lmin,則由式(shi)(1)得QS=0.89Lmin,真實(shi)流量值(zhi)大于其(qi)讀數值(zhi)。
　　在我國(guo)内地,氣(qi)壓一般(ban)與标準(zhun)狀态相(xiang)近(PS≈PN,TS≈TN),此項(xiang)修正問(wen)題不大(da)✏️。但在氣(qi)體采樣(yang)中如果(guo)流量計(ji)上遊連(lian)接有過(guo)濾器🔴或(huo)調節閥(fa)門,有可(ke)能使流(liu)量計入(ru)口氣壓(ya)❗顯著降(jiang)低,這是(shi)氣體采(cai)樣測量(liang)中常出(chu)現的問(wen)題,不可(ke)忽視。這(zhe)種情況(kuang)下,氣體(ti)真實🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liu)量值則(ze)按下式(shi)計算:

　　式(shi)中,QS爲使(shi)用條件(jian)下的真(zhen)實流量(liang)值;QS爲流(liu)量計讀(du)數;PN、Pλ分别(bie)爲标準(zhun)⚽狀态和(he)流量計(ji)入口的(de)絕對氣(qi)壓;TN、Tλ分别(bie)爲标🍉準(zhun)狀态和(he)流量💘計(ji)入口的(de)絕對溫(wen)度。情況(kuang)是否确(que)實如此(ci),下面用(yong)一實例(li)[2]予以♉說(shuo)明。

　　圖(tu)1所示的(de)氣流回(hui)路可定(ding)量觀測(ce)入口抽(chou)氣負壓(ya)對流量(liang)計🌂指示(shi)值引起(qi)的測量(liang)誤差。在(zai)流量計(ji)入口端(duan)裝一隻(zhi)調節閥(fa)門,啓🈲動(dong)抽氣泵(beng)抽氣,用(yong)調節閥(fa)把轉子(zi)流量計(ji)調到不(bu)同的指(zhi)示值,用(yong)串接在(zai)氣路入(ru)口的煤(mei)氣表🥰(或(huo)其他不(bu)受壓力(li)影✏️響的(de)氣動儀(yi)表)測出(chu)相應的(de)實際流(liu)量(這應(ying)視作進(jin)入氣路(lu)✏️的正确(que)流量💔),用(yong)壓差計(ji)同時測(ce)出調節(jie)閥兩端(duan)的壓力(li)差,從而(er)确定轉(zhuan)子流量(liang)計的實(shi)際入口(kou)氣壓。設(she)環境氣(qi)壓等于(yu)标準大(da)氣壓,而(er)流量計(ji)入口氣(qi)壓等于(yu)标準大(da)氣壓(101.3kPa)減(jian)去調節(jie)閥兩端(duan)的壓✨差(cha)。表1列出(chu)了一組(zu)觀測值(zhi)。

　　由表1可(ke)見,調節(jie)閥門置(zhi)于轉子(zi)流量計(ji)的入口(kou)端,因🤟給(gei)流量計(ji)造♍成了(le)抽氣負(fu)壓,使流(liu)量計入(ru)口氣壓(ya)低于标(biao)準大氣(qi)壓,其指(zhi)示值與(yu)煤氣表(biao)測得的(de)實際流(liu)量相比(bi)總是偏(pian)高,偏高(gao)多少與(yu)閥門的(de)開合程(cheng)度(實際(ji)是氣路(lu)✍️阻力大(da)小)引起(qi)的抽氣(qi)負壓大(da)小有關(guan)。閥門關(guan)得越小(xiao),引起得(de)抽氣負(fu)壓越大(da),偏高的(de)比例越(yue)☔大。當用(yong)式(2)修正(zheng)後就與(yu)煤氣表(biao)的測定(ding)值在誤(wu)差範圍(wei)内一緻(zhi)👨‍❤️‍👨了。
　　必須(xu)注意的(de)是,式(2)與(yu)式(1)表面(mian)上看很(hen)相似,其(qi)實在根(gen)号中分(fen)數線上(shang)下的有(you)關氣壓(ya)、溫度是(shi)颠倒的(de)。這兩個(ge)公式是(shi)有區别(bie)的,又是(shi)相聯系(xi)的,式(2)可(ke)從式(1)導(dao)出如下(xia):
　　首先應(ying)明确,通(tong)常所謂(wei)氣體流(liu)量都是(shi)體積流(liu)量(單位(wei)時間流(liu)過的氣(qi)體體積(ji)),而非質(zhi)量流量(liang)(單位時(shi)間流過(guo)的氣體(ti)質量)。氣(qi)體體積(ji)是随氣(qi)壓和溫(wen)度的變(bian)化而變(bian)化的。在(zai)使用條(tiao)件下,人(ren)們通常(chang)關心的(de)是當地(di)氣壓、溫(wen)度下的(de)體積或(huo)體積流(liu)量即使(shi)🧡用條件(jian)下㊙️的真(zhen)實流量(liang)。結合到(dao)圖1的情(qing)況,人們(men)關心的(de)是環境(jing)氣壓、溫(wen)度下的(de)體積流(liu)量,而非(fei)流量計(ji)入口負(fu)壓下的(de)體積流(liu)🤩量。
将式(shi)(1)應用于(yu)圖1的情(qing)況,可得(de)到流量(liang)計在有(you)入口負(fu)壓(相當(dang)于入口(kou)氣壓低(di)于标準(zhun)大氣壓(ya))下的入(ru)口體積(ji)流⛹🏻‍♀️量Qλ。對(dui)Qλ可類❗似(si)寫成:

将(jiang)式(3)代入(ru)式(5),即得(de)到式(2)。
　　用(yong)表1第一(yi)列爲例(li),可用數(shu)字表達(da)上述關(guan)系。入口(kou)氣壓爲(wei)91.4kPa下的流(liu)量計指(zhi)示流量(liang)爲108.0Lmin,對應(ying)此負壓(ya)下的體(ti)積流量(liang),可按式(shi)(3)計算得(de):

　　即爲表(biao)1中修正(zheng)後的流(liu)量值。可(ke)見,在氣(qi)路中轉(zhuan)子流量(liang)🈲計入口(kou)有入口(kou)負壓的(de)情況下(xia),用式(2)可(ke)直接對(dui)流😄量讀(du)數值修(xiu)正得到(dao)🌈真實流(liu)量值。
　　以(yi)上說明(ming)了轉子(zi)流量計(ji)的氣壓(ya)效應的(de)表現與(yu)規律,由(you)此提出(chu)💞在使用(yong)中針對(dui)氣壓效(xiao)應如何(he)獲得真(zhen)實流量(liang)值的一(yi)些方法(fa)和注意(yi)事項。
3氣(qi)體采樣(yang)測量中(zhong)的注意(yi)事項
3.1避(bi)免流量(liang)計入口(kou)負壓
　　将(jiang)圖1中的(de)采樣裝(zhuang)置和流(liu)量調節(jie)閥放在(zai)流量計(ji)出口💋端(duan)的下遊(you)将會避(bi)免産生(sheng)入口負(fu)壓。
　　當有(you)些采樣(yang)對象(如(ru)氣溶膠(jiao)、氡子體(ti)等)會在(zai)流量計(ji)中沉積(ji)或污染(ran)流量計(ji)影響采(cai)樣時,采(cai)樣裝置(zhi)隻能放(fang)在流量(liang)計的上(shang)遊。這樣(yang)流量計(ji)的指示(shi)值與實(shi)際⛷️流量(liang)必🐇然會(hui)有誤差(cha)。這種誤(wu)差有多(duo)大☎️視入(ru)口負壓(ya)🚶‍♀️而定,入(ru)口❓負壓(ya)越大,流(liu)量計指(zhi)示值就(jiu)偏高的(de)誤差😄越(yue)大。
3.2穩定(ding)脈動氣(qi)流
　　用轉(zhuan)子流量(liang)計測量(liang)氣體采(cai)樣流量(liang)時對氣(qi)流的要(yao)求是均(jun)🥰勻而穩(wen)定,若是(shi)脈動氣(qi)流,轉子(zi)流量計(ji)指示☎️值(zhi)總是偏(pian)高于💁實(shi)際🏃🏻流量(liang)值,其偏(pian)高的誤(wu)差有時(shi)可達40%[2]。造(zao)成脈動(dong)氣流主(zhu)要是抽(chou)氣🐅泵(取(qu)樣泵)的(de)性能。此(ci)外,還可(ke)在采樣(yang)氣路中(zhong)采取穩(wen)流措施(shi),例如在(zai)采樣氣(qi)路中串(chuan)接🐇緩沖(chong)器等,使(shi)得脈動(dong)氣流變(bian)爲穩定(ding)氣😄流。
　　這(zhe)裏推薦(jian)一個好(hao)方法,在(zai)轉子流(liu)量計的(de)出口端(duan)串接♋一(yi)個過濾(lü)🌍器,裏面(mian)的慮膜(mo)能增加(jia)氣路中(zhong)氣流的(de)阻力,較(jiao)好地将(jiang)🐉脈動氣(qi)流變爲(wei)穩定氣(qi)流。
　　在用(yong)皂膜流(liu)量計校(xiao)準轉子(zi)流量計(ji)中,對在(zai)氣路中(zhong)串接🈚和(he)未💃串接(jie)過濾器(qi)進行比(bi)較,結果(guo)見表2。

　　表(biao)2可見,使(shi)用了過(guo)濾器降(jiang)低了轉(zhuan)子流量(liang)計偏高(gao)指示誤(wu)差,說明(ming)過濾器(qi)起到了(le)穩流作(zuo)用,提高(gao)了校準(zhun)精度。
3.3修(xiu)正流量(liang)值
　　使用(yong)時測量(liang)環境氣(qi)壓和流(liu)量計入(ru)口氣壓(ya),根據式(shi)(1)和(2)計算(suan)🌂修正,這(zhe)是得到(dao)真實流(liu)量值最(zui)好的辦(ban)法。
4結語(yu)
　　轉子流(liu)量計廣(guang)泛用于(yu)氣體采(cai)樣測量(liang)。在轉子(zi)流量計(ji)刻度或(huo)檢驗時(shi)的條件(jian)是氣流(liu)穩定、标(biao)準大氣(qi)壓和标(biao)準溫度(du),而在使(shi)用時卻(que)不能保(bao)證,因而(er)對讀數(shu)值進行(hang)修正是(shi)必然的(de)。轉子流(liu)量計在(zai)🍓非标準(zhun)狀态使(shi)用條件(jian)下用式(shi)(1)對其讀(du)數值修(xiu)正可得(de)到真實(shi)流量值(zhi),對于流(liu)量計入(ru)口有負(fu)壓時則(ze)用式(2)對(dui)其讀數(shu)值修正(zheng)可得到(dao)真實流(liu)量值。在(zai)采樣過(guo)程中,使(shi)用穩流(liu)措施是(shi)必要的(de),并且選(xuan)擇脈動(dong)氣流小(xiao)的抽氣(qi)泵💋和負(fu)載能力(li)強的泵(beng)電源,也(ye)可降低(di)脈動氣(qi)流,能保(bao)證轉子(zi)流🏃🏻‍♂️量計(ji)在氣體(ti)采樣測(ce)量中的(de)精度。

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