摘要
　　轉子(zi)流量計 用(yong)于氣體采(cai)樣測量,其(qi)指示值與(yu)實際流量(liang)因氣壓、溫(wen)度的不同(tong)⭕會有一定(ding)的誤差,對(dui)流量計的(de)指示值進(jin)行修正後(hou)才能得到(dao)真實流量(liang)值。本文介(jie)紹了轉🔴子(zi)流量計指(zhi)示值在非(fei)标準大氣(qi)壓和抽氣(qi)中在流量(liang)計入口處(chu)出現負🛀🏻壓(ya)時兩種情(qing)況下的修(xiu)正方法🐆,以(yi)及氣體采(cai)樣測量中(zhong)的注意事(shi)項。轉子流(liu)量計用于(yu)氣體采樣(yang)🔞測🏃🏻‍♂️量中應(ying)注意的問(wen)題
1引言
　　轉(zhuan)子流量計(ji)是測定氣(qi)體流量(即(ji)流率)的常(chang)用計量器(qi)具,在使用(yong)中其讀數(shu)值不一定(ding)等于實際(ji)的流量值(zhi)。從轉子流(liu)量🏃‍♂️計的讀(du)數❤️獲得正(zheng)确流量值(zhi)有一定🧑🏾‍🤝‍🧑🏼條(tiao)件,一個合(he)格流量計(ji)的刻度是(shi)在标💯準狀(zhuang)态下得到(dao)的,與标準(zhun)狀态不同(tong)的使用條(tiao)件需要🐇對(dui)讀數進行(hang)修正,關于(yu)影響讀數(shu)修正的使(shi)用條件以(yi)及怎樣才(cai)能獲得正(zheng)确流量值(zhi)是本文闡(chan)述的内容(rong)。這🏃🏻個問題(ti)似乎是㊙️老(lao)生常談,但(dan)對🐇某些進(jin)行放射性(xing)氣體或氣(qi)溶膠的采(cai)樣測量的(de)工作者卻(que)時有模糊(hu),有待注意(yi)和澄清。
　　轉(zhuan)子流量計(ji)工作時,轉(zhuan)子(也稱爲(wei)浮子)受到(dao)兩個力的(de)🚶作📐用:一是(shi)垂直向上(shang)的推動力(li),它等于流(liu)體流經轉(zhuan)子😄與錐管(guan)間的環形(xing)截面形成(cheng)的壓力差(cha)所産生的(de)浮力;另一(yi)是轉子本(ben)身垂直向(xiang)下的淨重(zhong)力。當壓力(li)差與轉子(zi)的淨重力(li)相等時,轉(zhuan)子處于平(ping)衡狀态,即(ji)停留在一(yi)定位置上(shang),轉🤟子停留(liu)的高度就(jiu)反映了🐇流(liu)量的大小(xiao)。問題是這(zhe)停留高度(du)與流量大(da)小兩者之(zhi)間的對應(ying)關系還與(yu)一系列條(tiao)件(氣壓、溫(wen)度、流體狀(zhuang)态等)有關(guan),本文就這(zhe)些方面分(fen)别介紹。
2轉(zhuan)子流量計(ji)的氣壓(溫(wen)度)效應
　　轉(zhuan)子流量計(ji)的刻度示(shi)值是在标(biao)準狀态(101.3kPa,293K)下(xia)得出的😍,當(dang)用于非标(biao)準狀态時(shi)使用條件(jian)下的真實(shi)流量值♻️與(yu)讀數值是(shi)不同的,有(you)以下關系(xi)[1]:

　　式中,QS爲使(shi)用條件下(xia)的真實流(liu)量值;QN爲流(liu)量計讀數(shu)(按流💰量計(ji)在标準條(tiao)件下刻度(du)的示值讀(du)出的);PN,PS分别(bie)爲标準狀(zhuang)态和使用(yong)條件的絕(jue)對氣壓;TN,TS分(fen)别爲标準(zhun)狀态和✨使(shi)用條件的(de)絕對溫度(du)。
　　例如:在烏(wu)魯木齊,當(dang)轉子流量(liang)計用于氣(qi)壓約爲92.3kPa、氣(qi)溫293K條件🌏下(xia),若QN=0.85Lmin,則由式(shi)(1)得QS=0.89Lmin,真實流(liu)量值大于(yu)其讀數值(zhi)。
　　在我國内(nei)地,氣壓一(yi)般與标準(zhun)狀态相近(jin)(PS≈PN,TS≈TN),此項修正(zheng)問題❌不💯大(da)。但在氣體(ti)采樣中如(ru)果流量計(ji)上遊連接(jie)㊙️有過❤️濾器(qi)🍓或調🚶‍♀️節閥(fa)門,有可能(neng)使流量計(ji)入口氣壓(ya)顯著降低(di),這是氣體(ti)采樣測量(liang)中常出現(xian)的問題,不(bu)可忽視。這(zhe)種情況下(xia),氣體真實(shi)⛷️流量值則(ze)按下式計(ji)算:

　　式中,QS爲(wei)使用條件(jian)下的真實(shi)流量值;QS爲(wei)流量計讀(du)數;PN、Pλ分别爲(wei)标準狀态(tai)和流量計(ji)入口的絕(jue)對氣壓;TN、Tλ分(fen)别爲标準(zhun)狀态和流(liu)量計入口(kou)的絕對溫(wen)度。情況是(shi)否🧑🏽‍🤝‍🧑🏻确實如(ru)此,下面用(yong)一實例[2]予(yu)以說明。

　　圖1所示(shi)的氣流回(hui)路可定量(liang)觀測入口(kou)抽氣負壓(ya)對流量計(ji)指示值引(yin)起的測量(liang)誤差。在流(liu)量計入口(kou)端裝一✨隻(zhi)調節閥門(men),啓動抽氣(qi)泵抽氣,用(yong)調節閥把(ba)轉子流量(liang)⁉️計調到不(bu)同的指示(shi)值🥰,用串接(jie)在氣路入(ru)口的煤氣(qi)表㊙️(或其他(ta)不受壓力(li)影響的氣(qi)動儀表)測(ce)出相應的(de)實際流量(liang)(這應視作(zuo)進入氣路(lu)的正确流(liu)量),用壓差(cha)計同時測(ce)出調節閥(fa)兩端的壓(ya)力差,從而(er)确定轉子(zi)流量計的(de)⭐實際入口(kou)氣壓。設環(huan)境氣壓等(deng)于标準大(da)氣壓,而流(liu)量計入口(kou)氣壓等于(yu)标👈準大氣(qi)壓(101.3kPa)減去調(diao)節閥兩端(duan)的壓差。表(biao)1列出了一(yi)組觀測值(zhi)。

　　由表1可見(jian),調節閥門(men)置于轉子(zi)流量計的(de)入口端,因(yin)⁉️給流量計(ji)造成了抽(chou)氣負壓,使(shi)流量計入(ru)口氣壓低(di)于标♈準大(da)🙇‍♀️氣壓,其指(zhi)示值與煤(mei)氣表測得(de)的實際流(liu)量相比總(zong)是偏高,偏(pian)高多少與(yu)閥門的開(kai)合程度(實(shi)✍️際是氣路(lu)阻力大小(xiao)🌐)引起的抽(chou)😄氣負壓大(da)💛小有關。閥(fa)㊙️門關得越(yue)小,引起得(de)抽氣負壓(ya)越大,偏高(gao)的比例越(yue)🐉大。當用式(shi)(2)修正🌏後就(jiu)與煤氣表(biao)的測定值(zhi)在誤差範(fan)圍内一緻(zhi)❄️了。
　　必須注(zhu)意的是,式(shi)(2)與式(1)表面(mian)上看很相(xiang)似,其實在(zai)根号中分(fen)數線上下(xia)的有關氣(qi)壓、溫度是(shi)颠倒的。這(zhe)兩個公式(shi)是有區别(bie)的,又是相(xiang)聯系的,式(shi)(2)可從式(1)導(dao)出如下:
　　首(shou)先應明确(que),通常所謂(wei)氣體流量(liang)都是體積(ji)流量(單🐆位(wei)時間流過(guo)⛱️的氣體體(ti)積),而非質(zhi)量流量(單(dan)位時間流(liu)過的氣體(ti)質量)。氣體(ti)體積是随(sui)氣壓和溫(wen)度的變化(hua)而變化的(de)。在使用條(tiao)✊件下,人們(men)通常關心(xin)的是當地(di)氣壓、溫⛷️度(du)下的體積(ji)或體積流(liu)量即使用(yong)條件下的(de)真實流量(liang)。結合到圖(tu)1的情況,人(ren)們關心的(de)是環境氣(qi)壓、溫度下(xia)的體積流(liu)量,而非流(liu)量計入口(kou)負壓下📞的(de)體積流量(liang)。
将式(1)應用(yong)于圖1的情(qing)況,可得到(dao)流量計在(zai)有入口負(fu)壓(相🥰當于(yu)入口氣壓(ya)低于标準(zhun)大氣壓)下(xia)的入口體(ti)🔅積流量Qλ。對(dui)Qλ可類似寫(xie)成:

将式(3)代(dai)入式(5),即得(de)到式(2)。
　　用表(biao)1第一列爲(wei)例,可用數(shu)字表達上(shang)述關系。入(ru)口氣壓爲(wei)💯91.4kPa下的流🐉量(liang)計指示流(liu)量爲108.0Lmin,對應(ying)此負壓下(xia)的體積流(liu)量,可按式(shi)🔆(3)計算得:

　　即(ji)爲表1中修(xiu)正後的流(liu)量值。可見(jian),在氣路中(zhong)轉子流量(liang)計入㊙️口👌有(you)入口負壓(ya)的情況下(xia),用式(2)可直(zhi)接對流量(liang)讀數值修(xiu)正得到真(zhen)實流量值(zhi)。
　　以上說明(ming)了轉子流(liu)量計的氣(qi)壓效應的(de)表現與規(gui)律,由此提(ti)🌈出在使用(yong)中針對氣(qi)壓效應如(ru)何獲得真(zhen)實流量值(zhi)的一些方(fang)法和注意(yi)事項。
3氣體(ti)采樣測量(liang)中的注意(yi)事項
3.1避免(mian)流量計入(ru)口負壓
　　将(jiang)圖1中的采(cai)樣裝置和(he)流量調節(jie)閥放在流(liu)量計出😍口(kou)端的下遊(you)将會避免(mian)産生入口(kou)負壓。
　　當有(you)些采樣對(dui)象(如氣溶(rong)膠、氡子體(ti)等)會在流(liu)量計🔞中🈲沉(chen)積或污染(ran)流量計影(ying)響采樣時(shi),采樣裝置(zhi)隻能放在(zai)流量計的(de)上遊。這樣(yang)流量計的(de)指示值與(yu)實際流量(liang)必然會有(you)誤差。這種(zhong)誤差有多(duo)大視入口(kou)負壓而定(ding),入口負壓(ya)越大🐪,流量(liang)計指示值(zhi)就偏高的(de)誤差💞越大(da)。
3.2穩定脈動(dong)氣流
　　用轉(zhuan)子流量計(ji)測量氣體(ti)采樣流量(liang)時對氣流(liu)的要求是(shi)均勻而穩(wen)定,若是脈(mo)動氣流,轉(zhuan)子流量計(ji)指示值總(zong)是偏高于(yu)實際💰流量(liang)值,其偏高(gao)的誤差有(you)時可達40%[2]。造(zao)成脈動氣(qi)流主要是(shi)抽氣泵(取(qu)樣泵)的性(xing)能。此外,還(hai)可在采樣(yang)氣路中采(cai)取穩流措(cuo)施,例如在(zai)采樣氣路(lu)中串接緩(huan)沖器等,使(shi)得脈動氣(qi)流變爲穩(wen)定氣流。
　　這(zhe)裏推薦一(yi)個好方法(fa),在轉子流(liu)量計的出(chu)口端串接(jie)一個過👄濾(lü)器,裏面的(de)慮膜能增(zeng)加氣路中(zhong)氣流的阻(zu)力✨,較好地(di)将✔️脈動氣(qi)流變爲穩(wen)定氣流。
　　在(zai)用皂膜流(liu)量計校準(zhun)轉子流量(liang)計中,對在(zai)氣路中串(chuan)接🚩和🔴未串(chuan)🌈接過濾器(qi)進行比較(jiao),結果見表(biao)2。

　　表2可見,使(shi)用了過濾(lü)器降低了(le)轉子流量(liang)計偏高指(zhi)示誤差,說(shuo)明過濾器(qi)起到了穩(wen)流作用,提(ti)高了校準(zhun)精度。
3.3修正(zheng)流量值
　　使(shi)用時測量(liang)環境氣壓(ya)和流量計(ji)入口氣壓(ya),根據式(1)和(he)(2)計算修🌈正(zheng)♋,這是得到(dao)真實流量(liang)值最好的(de)辦法。
4結語(yu)
　　轉子流量(liang)計廣泛用(yong)于氣體采(cai)樣測量。在(zai)轉子流量(liang)⛷️計刻度或(huo)檢驗時的(de)條件是氣(qi)流穩定、标(biao)準大氣壓(ya)和标準溫(wen)度,而🆚在使(shi)用時卻不(bu)能保證,因(yin)而對讀數(shu)🥵值進行修(xiu)正是必然(ran)的。轉子流(liu)量計在非(fei)标準狀态(tai)使用條件(jian)🈚下用式(1)對(dui)其讀數值(zhi)修正可得(de)到真實流(liu)量值,對于(yu)流量計入(ru)口有負壓(ya)時則用式(shi)(2)對其讀數(shu)🧡值修正可(ke)得到真實(shi)流量值。在(zai)采樣過程(cheng)中,使用穩(wen)流措施是(shi)🔞必要的,并(bing)且選⁉️擇脈(mo)動氣☂️流小(xiao)的抽氣泵(beng)和負載能(neng)力強的泵(beng)電源,也可(ke)降低脈動(dong)🌐氣流,能保(bao)證轉子流(liu)量計在氣(qi)體采樣測(ce)⛱️量中的精(jing)度。

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