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特殊刻度气体金属转子流量计的检定推导及计算
发布日期:2018/12/24 9:22:29
特殊刻度气体金属转子流量计的检定推导及计算,转子流量计是在一根截面积自下而上逐渐扩大的垂直锥形玻璃管内,装有一个能够旋转自如的由金属或其它材质制成的转子(或称浮子),被测流体从玻璃管底部进入,从底部流出。当流体自下而超过垂直的锥形管时,转子受到两个力的作用:是垂直向上的推动力,它等于流体流经转子与锥管间的环形截面所产生的压力差;二是垂直向下的净重力,它等盂转子所受的重力减去流体对转子的浮力。当流量加大使压力差大于转子的净重力时,转子就上升;当流量减小使压力差小于转子的净重力时,转子就下沉;当压力差与转子的净重力相等时,转子处于平衡状态,即停留在一定位置上。在玻璃管外表面上刻有读数,根据转子的停留位置,即可读出被测流体的流量。
      金属浮子流量计,金属管浮子流量计,金属转子流量计
      转子与锥管之间有环形截面,流体流经环形截面所产生的压强差为△P。当转子在流体中处于平衡状态时,有:转子承受的压力差 = 转子所受的重力 - 流体对转子的浮力。于是:
      △PAf=Vfρfg - Vfρg      (1)
      式中:Af— 转子的截面积;
               Vf— 转子的体积;
               ρf— 转子材质的密度;
               ρ — 流体的密度。
      当转子停留在某固定位置时,转子与玻璃管之间的环形面积为固定值,转子流量计的流量公式为:
      将式(1)代入上式,可得:
      式中:AR— 转子与玻璃管的环形截面积;C — 转子流量计的流量系数,由实验测定或从有关仪表手册中查得。
      2 特殊刻度气体转子流量计的检定计算
      2.1 气体流量与密度的关系
      由式(3)可知,对于某一转子流量计,如果在所有测量的范围内,流量系数C为常数时,则流量只随环形截面积Ag而变。由于玻璃管是上大下小的锥体。所以环形截面积的大小随转子所处的位置而变,因而可用转子所处位置的高低来反映流量的大小。转子流量计的刻度与被测流体的密度有关。对于同一个气体转子流量计,在同一刻度下,两种气体的流量关系为:
      式中:ρ1— 一种气体的密度;
               ρ2— 第二种气体的密度。
      因转子材质密度ρf比任何气体的密度都要大得多,故上式可简化为:
      任何气体的密度都与气体的压力及气体的密度有关,将气体作为理想状态气体处理,对于一定质量的气体,由理想气体状态方程:
      则有
      式中:ρ、ρ0—分别为两种状态气体的密度;
               P、P0—分别为两种状态气体的高压力;
               T、T0—分别为两种状态气体的热力学温度。
      2.2 特殊刻度气体转子流量计的检定计算
      按照JJG257-94《转子流量计检定规程》中所规定的检定方法,对气体转子流量计用钟罩式气体流量标准装置进行检定,检定介质为空气。在实际检定中,经常会遇到特殊刻度气体的转子流量计,这里所指的特殊刻度气体是指刻度状态不是标准状态或标定介质不是空气。这时,在对某一检定点进行检定时就要将在检定条件下的实际流量换算为在特殊刻度气体状态下的流量。
      利用排气法进行检定,检定介质从钟罩经过被检流量计排出,测量排出气体的体积,排出的时间,以及装置内和流量计前的气体压力和温度。将检定介质作为理想气体处理,由理想气体状态方程:
      则有
      式中:V — 钟罩排出气体体积;
               t  — 排出时间;
               Ps、Pm — 钟罩内和被检流量计前的气体高压力;
               Ts、Tm — 钟罩内和被检流量计前的气体热力学温度。
      由(5)、(6)式可以得到
      式中:ρ0— 检定介质在高压力为P0、热力学温度为T0状态时的密度;
               ρ10— 刻度介质在高压力为P10、热力学温度为T10状态时的密度;
               P刻、T刻— 被检流量计的刻度时高压力及热力学温度;
      ρ0及ρ10通过查气体标准密度表得到,标准状态为P0=P10=101.325 kPa,T0=T10=293.15K,由(8)式可以得到
      用单位时间的流量表示即有
      将(7)式代入(10)式有
      (11)式即为JJG257-94 检定规程中的(2)式。
      由(11)式得,如果检定介质与刻度介质为同种介质,有ρ0=ρ10,刻度状态为标准状态时,即T刻=TN=293.15K,P刻=PN=101.325 kPa,则有
      (12)式即为JJG257-94 检定规程中的(3)式,它是(11)式的特殊情况。
      在实际检定过程中存在刻度状态为特殊介质在一定刻度温度及压力情况下,但刻度指示为标准状态的情况,这时就要将检定过程读出的钟罩实际流量转换为刻度气体在标准状态下的流量,这时(11)式变为
      3 结束语
      在实际检定过程中应用以上计算流程进行处理可以大大提高工作效率,但应用该程序进行处理时,一定要保证输入被检气体金属转子流量计刻度信息正确,否则会导致错误判断。
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