寶德流量計結構原理、流量計算和選型安裝論述

    寶德流量計結構原理、流量計算和選型安裝論述
        寶德流量計結構和原理的基礎上，結合其技術特點和應用需求，從流量計算、量值修正以及流量計技術選型和安裝要求等方面進行了較為系統的論述和研究。 希望能為廣大計量工作者更好的掌握轉子流量計應用技術，實現對流量的準確測量提供幫助。
    0 引言
        寶德流量計是常用的節流式流量計之，具有結構簡單、制造容易、測量范圍寬 ( 量程比可達 10:1) 、測量度較高 ( 誤差 ±5％ 左右 ) 、示值直觀、維護方便、壓損小等優點，是現代生活和工業中應用廣泛的計量器具。
    在計量技術水平日益發展、測量精度需求不斷提高的今天，計量工作者只有全面了解轉子流量計的結構原理、流量計算、量值影響因素與修正方法、以及流量計的選型、安裝要求，才能選出需求的計量儀表，實現測量效果。 作者希望本文給計量工作者帶來些許幫助。
    1 德流量計結構原理簡析
    1.1 結構分析
        寶德流量計由兩部件組成， 是從下向上逐漸擴張的錐形管，二是置于錐形管中，可沿管線上下移動、密度比流體稍大的轉子（圖1 轉子流量計原理圖）。錐形管由玻璃、塑料或金屬材質制成。 玻璃或塑料材質的錐形管上刻有流量刻度，透過錐管可看到透明流體中轉子的位置及所對應的刻度值； 金屬材質錐形管中轉子位置通過磁性耦合等方式傳遞管外，在面板上顯示量值。
    1.2 工作原理
    當測量流體的流量時，流體從錐形管下端流入沖擊轉子，對它產生個作用力，力的大小隨流量大小而變化；當流量足夠大時，所產生作用力將轉子托起，使之升高；流體經轉子與錐形管壁間的環形斷面從上端流出。 當流體對轉子的作用力等于轉子重量時，轉子因受力平衡而停留在某位置；這個位置與流量有相互對應的關系，據此位置，即可求得流量值。
    1.3 流量計算
   寶德流量計轉子在錐形管中受三個力：重力、動壓力和浮力，三力平衡時，轉子重力 = 動壓力 + 浮力。 當流速變大或變小時，轉子將向上或向下移動，流體流動的截面積也發生變化，直達到平衡時對應的流速，轉子在新的位置上穩定。因此，轉子穩定時受力關系公式如下：
    V （ ρ t －ρ f ） g＝△p · A （ 1 ）
    其中： ρ t - 轉子密度； ρ f - 流體密度； g-  重力加速度； V- 轉子體積；△p- 轉子前后壓差； A- 轉子大截面積。
    寶德流量計結合公式（ 1 ），并參照孔板流量計流量與節流壓差間的關系方程式：
    公式1【公式1】
    得轉子流量計流量公式：
    公式2【公式2】
    其中： Q v - 流量值； a 0 - 流量系數（與轉子形狀、流體狀態、流量計結
    構和流體物理性質等因素有關， 只能由實驗來確定）； A 0 - 環隙面積，對應于轉子高度 h ；近似有： A 0 =ch ；系數 c 與轉子和錐形管的幾何形狀及尺寸有關； ρ t - 轉子密度； ρ f —流體密度； A t - 轉子大截面積。
    流量方程式可寫成：公式3【公式3】
    由公式（ 4 ）可知，轉子的停浮高度 h 與流量 q v 成對應關系；根據高度的不同來標刻流量值，即可在實際應用中即時讀取流量值。
    2 測量值的流體相關性修正
    2.1 測量值修正分析
    從式（ 4 ）可知，被測流體的密度不同，流量大小與轉子高度之間的對用關系也不同。 因受標定設備的限制，廠商不可能對所有流量計都做實液標定，故測量非標定介質時，應對讀出的測量值進行修正，以保證度。
    對于液體，其密度為常數，只需修正被測液體和標定液體不同造成的影響即可；而氣體因具有可壓縮性，還應考慮標定狀態和實際狀態不同時溫度和壓力的影響。
    通常，標定狀態默認為：溫度 T=293.16K ，壓力 p=101325Pa 。根據流量計算公式，進行如下分析：
    方面，設定在標定狀態下，測量標定流體的流量公式為：
    2.2.1 液體流量的測量值修正
    流量計對液態類流體的測量示數通常采用水為參照流體，在標定狀態下進行標定。 實際測量非水液體流量時，只需修正被測液體和標定液體（水）之間密度差異而造成的影響，即可按（ 8 ）式進行修正換算。此時， ρ 0 為標定流體的密度， ρ 為被測流體的密度。
    2.2.2 氣體流量的測量值修正
    流量計對氣態類流體的測量示數采用空氣為參照物，在標定狀態下進行標定。由于氣體的密度受溫度、壓力變化的影響較大，故不僅應隨著被測氣體與標定氣體之間的密度不同進行換算，而且要隨工作狀態時溫度和壓力與標定狀態的不同進行修正換算。為簡化氣體流量值的修正，般可以忽略黏度對流量系數的影響，而且，對于氣體來說，由于 ρ t ＞＞ρ 0 ， ρ t ＞＞ρ ，則由（ 8 ）式可得：
    寶德流量計測量非標定狀態下的空氣流量時，可直接使用式（ 9 ）計算。但 ρ 為被測氣體在工作狀態下的密度，實際使用起來較為不便。為此，可以將流體密度和所處狀態分開修正，即在標定狀態下對被測流體的密度進行修正，然后再進行狀態修正。 后的修正公式為：
    公式10
    其中： p 0 - 標定狀態下的壓力； p- 工作狀態下的壓力； T 0 -標定狀態下的溫度； T- 工作狀態下的溫度； ρ′- 被測氣體在標定狀態下的密度。
    2.3 流量系數修正
    2.3.1 流量系數與轉子形狀的相關性
    寶德流量計由式 (4) 可以看出，流量系數也是影響測定結果的個重要參數。它因轉子的形狀不同而有所不同。雖然轉子形狀是制造廠按儀表結構和流量測量范圍選擇合適形狀而設計的， 不屬于使用者考慮的范疇，但使用者應了解轉子形狀與測量值準確程度的關系。般情況而言，測量同種流體時，哪種形狀的轉子在錐形管中的高度越高，則使用這種轉子的流量計的流量系數就越小，其測量精度就越高。 可根據這特點，選擇更為適合自身需求的轉子流量計。