1 引 言
　　轉子流量(liàng)計和差壓式流(liu)量計是工業上(shang)和實驗室中的(de)流量計. 雖然都(dōu)是測量流🐇量♻️的(de)儀表，但是其原(yuan)理卻大相徑庭(tíng)，其流量基本方(fang)程的推導也不(bu)相同🔆，因此，導緻(zhì)儀表的特點和(hé)适用場合也有(you)所區别 .
2 流量計(jì)組成與流量測(ce)量原理
2.1 轉子流(liu)量計
　　轉子流量(liàng)計，是由一個自(zi)下往上逐漸擴(kuò)大的帶刻度⛹🏻‍♀️的(de)錐🈲形管和一個(ge)置于錐形管内(nèi)可以自由上下(xia)移動的轉子構(gòu)成. 工作時，被測(cè)流體由錐形管(guǎn)下端🐉進入，沿着(zhe)錐形管向上運(yun)動，流過轉子🐉與(yǔ)錐形管之間的(de)環隙，再從錐形(xíng)管上端流出 . 受(shou)流動流體帶動(dong)㊙️作用，轉子受到(dao)一個自下向上(shàng)流體對轉子的(de)動壓🧡力，正好等(děng)于轉子在被測(cè)流體㊙️中的重力(li)（即轉子自🧑🏽‍🤝‍🧑🏻身的(de)重力🔱減去流體(tǐ)對轉子的浮力(lì)）.

　　垂直(zhí)安裝流量計時(shí)，轉子重心就在(zài)錐形管中心軸(zhóu)線上，轉🏒子所🔞受(shòu)的三個力都平(ping)行于中心軸線(xian) . 當受力平👣衡時(shi)，轉子♋就穩定在(zai)錐管内某一位(wèi)置上 . 對于給定(ding)的轉子流量計(jì)，轉子的材料、大(dà)小🧡和形狀都可(ke)确定，所以🈲轉子(zi)在被測流體中(zhong)🍉的重力是已知(zhī)的，隻🤟有流體對(dui)轉子的動壓力(li)是随流體流💰速(su)大小而變化的(de) . 因此當流體流(liú)速變大或變小(xiao)時，轉子受到的(de)動壓力增大或(huo)減小，轉子将作(zuo)向上或向下的(de)移動，轉㊙️子與錐(zhuī)形管壁之⚽間的(de)環隙面積也發(fā)生變化，即👨‍❤️‍👨流動(dòng)截面🤞積也發生(sheng)變化，待變化到(dào)某一流速轉子(zi)受力平衡時，轉(zhuǎn)子就穩定在新(xin)的位置上 . 對于(yú)一台給定的轉(zhuan)子🌈流量計，轉子(zi)在錐管中平衡(heng)位置的高低反(fan)應了被測流體(tǐ)流經錐形管的(de)流量大小 .
2.2 差壓(ya)式流量計
　　差壓(ya)式流量計由三(sān)部分組成，即由(yóu)節流裝置、導壓(yā)管和差壓計 . 差(chà)壓式流量計是(shi)利用流體流動(dong)的節流原理來(lai)實現流量測量(liang)的.節流原理是(shì)流體在有節流(liu)裝‼️置的管⭕道中(zhōng)流動時，在節流(liú)裝置前後的管(guan)壁處，流體的靜(jing)壓力✌️産生差異(yì)的現象 .
　　流動流(liu)體的能量有靜(jìng)壓能和動能兩(liǎng)種形式.流體👅具(ju)有㊙️靜壓能是因(yin)爲有壓力，具有(you)動能是因爲有(you)流動速度，在一(yī)定條件下，這🏃🏻兩(liang)種形式的能量(liang)是可以相互轉(zhuǎn)化 . 根據能量守(shǒu)恒定律，在沒有(yǒu)外加能量的前(qian)提下，流體所具(jù)有的靜壓能和(hé)動能，再加上用(yòng)以克服流體流(liú)動阻力的能量(liàng)損失，其能量總(zong)和是相等的 . 圖(tu) 2 表示在節流裝(zhuang)置前後截面Ⅰ、Ⅱ及(ji)Ⅲ處流體壓力與(yu)速度的分布情(qíng)況 . 　流體在到達(da)截面Ⅰ之前，以一(yī)定的流速 v1流動(dòng)，此時靜壓力爲(wèi) p1. 在接近節流裝(zhuāng)置時，由于遇到(dào)節💯流裝置的阻(zu)♻️礙，使靠近管壁(bì)處的流體受🌐到(dao)節流裝置的阻(zǔ)擋作用，使部分(fen)動能轉化爲靜(jing)壓能，使得節流(liú)裝置入口端面(mian)靠近管壁處的(de)流體靜📧壓力升(sheng)高，并且遠大于(yu)管徑中心🌂處的(de)壓力，因此節‼️流(liu)裝置入口端面(miàn)處産生一徑向(xiàng)壓差 . 在徑向壓(yā)差的作用下，流(liu)體💋産生徑向加(jiā)速度，從而使靠(kào)近管壁🌈處的流(liú)體質點的流♈動(dong)方向傾斜于管(guǎn)道中心軸線，出(chu)現縮脈現象.由(you)于受到📐慣性作(zuò)用，流束的最小(xiao)截面并不在節(jiē)流裝置的孔口(kou)處，而是經過節(jie)🌏流裝置之後仍(réng)繼續收縮，到截(jie)面Ⅱ處流束達到(dao)😘最小，此時流速(sù)最大，即🙇🏻 v2，之後流(liu)束又逐漸🧑🏽‍🤝‍🧑🏻擴大(da)，至截面Ⅲ後完全(quan)恢複，流速逐漸(jian)降到原值，即 v3=v1.
　　由(you)于節流裝置産(chan)生流束的局部(bu)收縮現象，使流(liu)體🐕的❓流速🐕随之(zhī)變化，即動能也(ye)跟着變化 . 根據(ju)能量守恒定律(lǜ)，表征流體靜壓(yā)能㊙️的靜壓力也(ye)要變化 . 在截面(miàn)Ⅰ處，流體具有靜(jing)壓力 p1. 在截面Ⅱ處(chu)，流速增到最大(da) v2，靜壓力就降到(dao)最小 p2，而♍後又随(suí)着流束的恢複(fú)而恢複 . 由于在(zai)節流❓裝置端面(mian)處流通面突然(rán)縮小，而節流裝(zhuāng)置之後流通面(miàn)積突然又擴✔️大(dà)，使流體形成局(ju)部渦流，部分能(néng)量被消耗，同💞時(shi)流體流經孔闆(pǎn)時，爲克服摩擦(ca)力也需消耗⁉️能(néng)量，所以流體在(zài)🌈截面Ⅲ處的靜壓(ya)力 p3不能恢複到(dao)原值 p1，而産生永(yong)久的壓力損失(shī). 截面Ⅰ與Ⅱ處的壓(yā)差（δp=p1- p2）與流體在節(jie)流裝置前的流(liu)量有一一對應(ying)關系，隻要測出(chū)節流裝置前後(hòu)的壓差大小即(ji)可表示流量大(da)小 .

2.3 總結
　　轉子流(liú)量計與差壓式(shì)流量計在工作(zuò)原理上是不💛相(xiang)同💋的 . 轉子式流(liú)量計，是在節流(liu)面積（如孔闆流(liu)通面積）不變的(de)條件下，以差👄壓(ya)變化來反映流(liu)量的大小；而差(cha)壓式流量計，卻(què)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼是以壓降不變(biàn)，利用節流面積(ji)的變化🈲來測量(liàng)流量的大小.即(jí)轉子流量計的(de)測🈲量原理可以(yi)簡化爲：恒壓降(jiàng)、變節流；差壓式(shi)流量計🥰的測量(liang)原理簡🥰化爲：變(bian)壓降、恒節流 .
3 流(liu)量方程推導
3.1 轉(zhuǎn)子流量計
　　轉子(zi)流量計中當轉(zhuan)子穩定時，對轉(zhuǎn)子進行受力分(fen)析：

　　其中：ρt爲轉子(zi)的密度；ρf爲流體(tǐ)的密度；V 爲轉子(zǐ)的體積；Δp 爲轉子(zi)前後的壓差（常(cháng)數）；A 爲轉子的最(zui)大截面積 .
　　轉子(zi)和錐形管間的(de)環隙面積相當(dang)于節流式流量(liang)計的✊節流面積(ji)，但它是變化的(de)，并與轉子高度(du) h成近似的🌈線性(xìng)關系，因此，轉子(zǐ)流量計的流量(liàng)可以表示爲：

　　式(shi)中，ф 爲儀表常數(shù)；h 爲轉子浮起的(de)高度 .由于轉子(zǐ)流🔴量計🐉在生🚶‍♀️産(chan)中進行刻度的(de)時候，通常選擇(ze)在工業基準狀(zhuàng)态🌂（20℃，0.10133Mpa）下用水或者(zhě)空氣進行标定(ding)的 . 所以，在實際(ji)使用時，如果被(bèi)測介質的密度(du)和工作狀态與(yu)刻度時的不一(yī)緻，就必須對流(liú)量指示值按照(zhào)實際被測介質(zhi)的密度、溫度、壓(yā)力等參數的具(ju)體情況進行修(xiu)正.
①液體流量測(cè)量時的修正
　　由(yóu)于測量液體的(de)轉子流量計是(shì)在常溫 20℃下用水(shuǐ)标💰定的，根據式(shi)（1）可寫爲：

　　式中，qv0爲(wei)用水标定時的(de)流量刻度；ρw是水(shuǐ)的密度 .
　　如果被(bei)測介質不是水(shuǐ)，則需要對流量(liang)刻度進行重新(xin)🍉修正.如🛀果被測(ce)介質的黏度和(hé)水的黏度相差(chà)不大，可以近似(sì)認爲 ф 是常數，有(you)

　　式中，qvf爲被測介(jie)質的實際流量(liàng)；ρf是被測介質的(de)密度 .
　　式（5）和式（4）相(xiang)除，整理後得：

②氣(qi)體流量測量時(shi)的修正
　　當采用(yòng)轉子流量計進(jìn)行氣體流量測(ce)量時，對其流‼️量(liang)值也要🔴進行修(xiu)正，除了被測介(jie)質的密度進行(háng)修正之外，還✉️需(xū)要🌂對被測介質(zhì)的工作溫度和(hé)壓力進♋行修正(zhèng) . 當已知儀表的(de)⛷️顯示刻度爲 qv0，則(zé)🔱被測介質的實(shí)際流量（工業基(ji)準狀态）可按🥵下(xia)式修正，即：

　　式中(zhong)，qvf爲被測介質的(de)實際流量；ρ0和 ρf是(shi)空氣和被測介(jie)質🛀在标準狀态(tài)下的密度；Pf和 Tf分(fèn)别爲被測介質(zhì)的絕對壓力和(hé)熱力學溫度；P0和(hé)T0分别爲标準狀(zhuang)态下的絕對壓(yā)力和熱力學溫(wēn)度（P0=0.10133Mpa，T0=293K）；qv0爲刻度流量(liang)值。
3.2 差壓式流量(liàng)計
　　流體流經節(jie)流裝置時，不對(dui)外做功，沒有外(wài)加能量，流體本(ben)身也沒有溫度(du)變化 . 在管道内(nèi)流動的流體，對(duì)于管道中任意(yi)兩♻️個截面都符(fu)合伯努利方程(cheng)，現選截面Ⅰ和Ⅱ（見(jian)圖 2）進行分析。
流(liu)體的伯努利方(fang)程：

　　從上式可以(yi)看出：流量與壓(yā)力差 ΔP 的平方根(gēn)成正比 .
　　對于可(kě)壓縮流體流量(liang)監測，因其易發(fā)生體積變化，所(suo)以在流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量方程(cheng)中要引入膨脹(zhàng)系數 ε，則流量基(jī)本方程可寫爲(wèi)：

　　式中：qv、qm分别爲被(bèi)測介質的體積(ji)流量和質量流(liú)量；A0節流裝置㊙️的(de)✂️開孔截面積；ρ 節(jiē)流裝置前的流(liu)體密度 .
　　式（13）、（14）爲節(jiē)流式流量計的(de)流量方程，即壓(ya)差和流量間的(de)定量關系 .
　　由流(liu)量基本方程可(ke)以看出，在其他(tā)條件不變的前(qian)提下，流量㊙️與壓(yā)差的平方根成(cheng)正比，要知道流(liu)量與壓力差的(de)真實🈲關系，關鍵(jiàn)在于 α 的取值 .α 是(shi)受許多因素影(yǐng)響的綜合性系(xì)數，對于标準節(jie)流裝置，其值可(ke)以從有關手冊(ce)中查出；對于非(fei)标準節流裝置(zhi)，其值主要由實(shí)驗方法得到 .
3.3 總(zǒng)結
　　兩種流量計(jì)依據的原理不(bu)同，得到的流量(liàng)方程截然不同(tóng) . 轉子流量計的(de)流量基本方程(chéng)主要是根據轉(zhuan)子受力平衡進(jìn)行🧑🏾‍🤝‍🧑🏼推導而得到(dào)的，而差壓式流(liú)量計的流量基(ji)本方程主要是(shì)根據伯努利方(fang)程和流體連續(xu)性方程進行推(tui)導而得到的 .
4 流(liu)量計的特點
4.1 轉(zhuan)子流量計
　　轉子(zǐ)流量計用以測(cè)量單相非脈動(dong)流體(液體或氣(qì)體 ) 的流量，廣泛(fàn)應用于化工、石(shi)油、輕工、醫藥、環(huan)保、食品及計量(liang)🐆測試、科學研究(jiū)等部門 .
4.1.1 轉子流(liu)量計的優點 ：
① 轉(zhuan)子流量計适用(yong)于小管徑和低(dī)流速 . 常用轉子(zi)流量計口🌈徑💜在(zai)💔 40-50mm 以下，最小口徑(jìng)可達1.5-4mm. 在測量液(ye)體流速時，口徑(jing) 10mm 以下玻璃管轉(zhuan)子流量計徑，流(liu)速隻在0.2-0.6m/s之間，甚(shèn)至低于 0.1m/s；金屬管(guan)轉子流量計👌和(he)口徑💰大于 15mm的玻(bō)璃管轉子流量(liàng)計，流速💔在 0.5-1.5m/s 之間(jiān) .
② 轉子流量計可(ke)用于較低雷諾(nuo)數，在轉子與管(guan)壁的環隙處🧡流(liu)動的流體雷諾(nuo)數隻要大于 40 或(huo)500，即使雷諾數變(bian)化流量系數也(ye)要保持常數，即(ji)流體粘度對流(liú)量系數無影響(xiǎng).這數值遠低于(yú)節流差壓式儀(yi)表最低雷諾數(shù) 104-105 的要求 .
③ 大部分(fen)轉子流量計沒(méi)有上遊直管段(duàn)要求，對安裝條(tiáo)件要🤞求🐅較低 .
④ 轉(zhuǎn)子流量計流量(liàng)測量範圍較廣(guǎng)，一般爲10:1，最低爲(wèi) 5:1，最高爲 25:1.
⑤ 與節流(liu)式流量計相比(bi)，轉子流量計壓(ya)力損失較低 .
⑥ 玻(bo)璃管轉子流量(liang)計結構簡單，價(jia)格低廉，使用方(fang)便✍️ .
4.1.2 轉子流量計(jì)的缺點：
① 轉子流(liú)量計用來檢測(ce)的流體，若與出(chu)廠标定時使🥵用(yòng)的流體不同，則(ze)需作流量示值(zhí)修正 . 測量液體(tǐ)的轉子流量計(ji)通✊常以🤞水标定(ding)，氣體用空氣标(biao)定，如實際使用(yòng)流體密度、粘度(du)與之不🏃🏻同，流量(liàng)要偏離原分度(du)值，要作👄換算修(xiu)正 . 因此，測量精(jing)度受流體物理(li)參數變化的影(yǐng)響 .
② 玻璃轉子流(liu)量計因爲有玻(bo)璃管，所以存在(zai)易碎的風險，尤(yóu)其是用來檢🌂測(cè)❤️氣體💋流量的無(wú)導向結構轉子(zi) .
③ 大部分結構轉(zhuǎn)子流量計隻能(neng)用于自下向上(shang)垂直流的管道(dào)安🈲裝 .
④ 轉子流量(liang)計應用僅适合(hé)于于中小管徑(jìng)，普通全流型轉(zhuan)⁉️子流量計不适(shì)用于大管徑，玻(bō)璃管轉子流量(liang)計适用的最大(dà)口徑爲 150mm，金屬轉(zhuǎn)子流量計适用(yong)的最大口徑爲(wèi) 200mm.
4.2 差壓式流量計(jì)
　　差壓式流量計(jì)應用廣泛、曆史(shǐ)悠久，在各類流(liú)量儀表中其使(shi)用量大. 近來，各(gè)種新型流量計(ji)的出現，緻使它(tā)的用量有所下(xia)降，但差壓式流(liú)量計目前仍在(zai)整個流量計量(liang)領域起💋着作用(yong)，廣泛應🌈用于石(shi)油、化👈工、冶金、電(dian)力、輕工等各部(bù)門 .
4.2.1 差壓式流量(liang)計的優點：
① 标準(zhǔn)差壓式流量計(jì)應用廣泛，結構(gòu)簡單牢固，性能(néng)穩定✉️可靠，使用(yòng)壽命長，安裝方(fang)便，适用于大流(liú)量的⛱️測量 .
② 标準(zhun)節流裝置适用(yong)于測量管道直(zhí)徑大于50mm，雷諾數(shu)在指✉️數 104-105以上，流(liu)體應當清潔且(qiě)充滿全部管道(dào)，同時不發生相(xiàng)變 .
4.2.2 差壓式流量(liang)計的缺點：
① 差壓(ya)式流量計的測(ce)量精度偏低，測(ce)量的重複性、精(jing)度在☁️流量計⭐中(zhōng)處于中等水平(ping)，由于各種因素(su)的綜合影響，其(qí)精度難以⛷️提高(gao) .
② 流量測量範圍(wei)度窄，由于流量(liang)與儀表信号( 差(cha)壓 ) 的✍️平方根成(cheng)正比關系，範圍(wéi)度一般僅 3:1-4:1.
③ 現場(chang)安裝條件要求(qiú)較高，爲保證流(liu)體在節流裝置(zhì)💰前後爲穩定的(de)流動狀态，在節(jiē)流裝置的上、下(xià)遊必須配置一(yī)定長度的直管(guǎn)💯段 (指孔闆，噴嘴(zui))，一般難以滿足(zú) .
④ 差壓式流量計(ji)的壓損較大，孔(kǒng)闆流量計的壓(ya)損最😄大，噴嘴♻️流(liu)量計次之，文丘(qiu)裏管流量計最(zui)小，當不允許有(yǒu)♌較大的管道壓(yā)損時💋，不宜采用(yong) .
⑤ 檢測件與差壓(ya)顯示儀表之間(jiān)的引壓管線容(rong)易産生洩漏、堵(du)塞、凍結及信号(hao)失真等故障 .
4.3 總(zong)結
　　差壓式流量(liang)計僅适用于測(ce)量管道直徑大(da)于50mm，雷諾數🈚在⛷️指(zhǐ)數 104-105以上的流體(ti)，而轉子流量計(jì)适用于小管🍉徑(jing)、低流速、較低🆚雷(lei)諾數的流速測(cè)量 . 差壓式流量(liang)計 ( 指孔闆🌈，噴嘴(zuǐ) )，爲保證流體在(zài)節🔆流裝置前後(hòu)爲穩定的流動(dòng)狀态，需在節流(liu)裝置的上、下遊(you)必🈲須配置一💚定(ding)長度的直管段(duàn)，而轉子流量計(ji)對上❗遊直管段(duan)要求不高，其現(xiàn)場🏃🏻安裝條件要(yao)求👨‍❤️‍👨較低. 差壓式(shì)流量計的壓損(sǔn)較大，而轉子流(liu)量🤟計壓力損💃失(shī)較低 .
5 結 論
　　從對(duì)轉子流量計與(yǔ)差壓式流量計(ji)工作原理的分(fèn)析、流量基🎯本方(fang)程的推導及優(you)缺點分析中得(dé)到如下體會：
　　轉(zhuǎn)子流量計是一(yi)種恒壓降、變節(jiē)流面積的流量(liang)儀表😄，轉子流量(liang)☂️計在出廠前是(shi)在工業基準狀(zhuang)态（20℃，0.10133Mpa）下用水或者(zhe)空氣進✂️行刻度(du)的☀️，其流量基本(běn)方程在使用時(shí)需進行修正，适(shì)用于小管徑🌈、低(di)流速和低雷諾(nuo)數，壓力損失較(jiào)小 .
　　差壓式流量(liang)計是一種恒節(jiē)流、變壓降的流(liú)量儀表，由📱流量(liang)基本方程可以(yǐ)看出，在流量系(xì)數、膨脹系數及(ji)節流面❄️積不變(biàn)的前提下，流量(liang)與壓差的平方(fang)根成正比，該壓(yā)力計應用廣泛(fàn)，結構簡單牢固(gù)，性能穩定可靠(kào)，使用壽命長，安(ān)裝方便，适用于(yu)大流量的測⭐量(liàng)，壓損較大 .
　　在化(huà)工生産中使用(yòng)時應根據現場(chang)要求，再結合各(gè)儀表的特點，選(xuǎn)擇使用哪種流(liu)量計來進行測(ce)量 .

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