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(yuán)理卻大相徑庭(tíng)，其流量基本方(fang)程的推導也不(bú)相同，因此，導緻(zhi)儀表的特點和(he)适用場合也🏃‍♂️有(yǒu)所區别 .
2 流量計(ji)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(gè)置于錐形管内(nei)可以自由上下(xia)👌移動的轉💁子構(gou)成. 工作時，被測(cè)流體由錐形管(guan)下端進入，沿着(zhe)錐形管向上運(yùn)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(shòu)流動流體帶動(dong)㊙️作用，轉子受到(dao)一個自下向上(shang)流體對轉子的(de)動壓力，正好等(děng)于轉子在被測(ce)流體中的重力(lì)（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(shi)，轉子重心就在(zài)錐形管中心軸(zhóu)線上，轉子🤟所受(shou)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(zài)錐管内某一位(wei)置上 . 對于給定(ding)的轉子流量計(jì)，轉子的材料、大(da)小和形狀都可(ke)🤩确定，所以轉子(zi)在被測流體中(zhōng)的重力是已知(zhi)的，隻有流體對(duì)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(liu)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(zuò)向上或向下的(de)移動，轉子與錐(zhui)形管壁之💋間的(de)環隙面積也發(fa)生變化，即流動(dong)截面☁️積也發生(shēng)變化，待變化到(dào)某一流速✊轉子(zǐ)受力平衡時，轉(zhuan)子就穩定在新(xīn)的位置上 . 對于(yu)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(ti)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(ya)管🈲和✏️差壓計 . 差(chà)壓式流量計是(shì)利用流體流動(dong)的節流原理來(lái)實現流量測量(liang)❤️的.節流原理是(shi)流體在有節流(liú)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(jìng)壓力産生差異(yi)的現象 .
　　流動流(liú)體的能量有靜(jìng)壓能和動能兩(liang)種形式.流體具(ju)有靜壓能是因(yīn)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(liàng)是可以相互轉(zhuan)化 . 根據能量守(shou)🐕恒定律，在沒有(yǒu)⛹🏻‍♀️外加能量的🔴前(qian)提下，流體所具(ju)有的靜壓能🌈和(he)動能，再加上用(yòng)以💋克服流體流(liu)💯動阻力的能量(liang)損失，其能量總(zong)和是相等的 . 圖(tú) 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(qing)況 . 　流體在到達(dá)截面Ⅰ之前，以一(yī)定的流速 v1流動(dong)，此時靜壓力爲(wei) p1. 在接近節流裝(zhuang)置時，由于遇到(dao)節流裝置的阻(zǔ)礙，使靠近管壁(bi)處的流體受到(dao)節流裝置的阻(zu)🔱擋作用😄，使部分(fen)動能轉🚶‍♀️化爲靜(jìng)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(liú)裝置入🌐口端面(mian)處産生一徑向(xiàng)壓差 . 在徑向壓(ya)差的作用下，流(liu)體産生徑向加(jiā)速度，從而使靠(kao)近管壁處的流(liu)體質點的流動(dòng)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(zuo)用，流束✍️的最小(xiao)截面并不在節(jiē)流裝置的孔口(kǒu)處⛱️，而是經過節(jie)流裝置之後仍(reng)繼續收縮，到截(jié)面Ⅱ處流束達到(dào)最小，此時流速(sù)最大，即💃 v2，之後流(liu)束又逐漸擴大(dà)，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(chǎn)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(jù)能量守恒定律(lü)，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(jìng)壓力 p1. 在截面Ⅱ處(chù)，流速增到最大(dà) v2，靜壓力就降到(dao)最小 p2，而🥰後又随(sui)着流束的恢複(fu)而恢複 . 由于在(zài)節流裝置端面(mian)處流通面突然(ran)😄縮小，而節流😄裝(zhuang)置之後流通面(miàn)積突然又擴大(da)，使流體形成🍉局(jú)部☎️渦流，部分能(neng)量被消耗，同🙇‍♀️時(shí)流體流💰經孔闆(pǎn)時，爲克服摩擦(ca)力也需消耗能(neng)量，所以流體在(zai)截面Ⅲ處的靜壓(yā)力 p3不能恢複到(dào)原值 p1，而産生永(yǒng)久的壓力損🌈失(shī). 截面Ⅰ與Ⅱ處的壓(ya)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(chu)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(xiàng)同的 . 轉子式流(liú)量計，是在節流(liu)面積（如孔闆流(liú)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(chà)壓式流量計，卻(què)是以壓降不變(biàn)，利用節流面積(jī)的變化🐉來測量(liang)流量的大小👌.即(jí)轉子流量計的(de)測量原理可以(yǐ)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(biàn)壓降、恒節流 .
3 流(liu)量方程推導
3.1 轉(zhuǎn)子流量計
　　轉子(zǐ)流量計中當轉(zhuǎn)子穩定時，對轉(zhuǎn)子進行受力分(fèn)析：

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

　　式(shi)中，ф 爲儀表常數(shu)；h 爲轉子浮起的(de)高度 .由于轉子(zǐ)流量計在㊙️生産(chǎn)🌈中進行刻度的(de)時候，通常選擇(zé)在工業基準狀(zhuang)态（20℃，0.10133Mpa）下用水或者(zhe)空氣進行标定(dìng)的 . 所以，在實際(jì)使用時，如果被(bei)測介質的密🈲度(dù)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(zhao)實際被測介質(zhi)的密度、溫度、壓(yā)力等參數的具(jù)♊體情況進行修(xiū)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(shi)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(shui)的密度 .
　　如果被(bei)測介質不是水(shui)，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(cha)不大，可以近似(si)認爲 ф 是常數，有(yǒu)

　　式中，qvf爲被測介(jiè)質的實際流量(liang)；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(shí)的修正
　　當采用(yòng)轉子流量計進(jin)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(jiè)質的密度進行(hang)修正之外，還需(xu)要對被測介質(zhì)的工作溫度和(he)壓力進行修正(zheng)🔞 . 當已知儀表的(de)顯示刻度爲 qv0，則(zé)被測介質的實(shi)際流量（工業基(ji)準狀态）可按下(xia)式修正，即：

　　式中(zhōng)，qvf爲被測介質的(de)實際流量；ρ0和 ρf是(shì)空氣和被測介(jiè)質在标準狀态(tai)下的密度；Pf和 Tf分(fen)别爲被測介質(zhì)的絕對壓力和(hé)熱力學溫度；P0和(he)T0分别爲标準狀(zhuang)态下的絕♈對壓(ya)力和熱力學溫(wen)度🛀🏻（P0=0.10133Mpa，T0=293K）；qv0爲刻度流量(liàng)值。
3.2 差壓式流量(liang)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(běn)身也沒有溫度(du)變化 . 在管道内(nei)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(chéng)，現選截面🌏Ⅰ和Ⅱ（見(jian)圖 2）進行分析。
流(liú)體的伯努利方(fāng)程：

　　從上式可以(yǐ)看出：流量與壓(yā)力差 ΔP 的平方根(gen)成正比 .
　　對于可(kě)壓縮流體流量(liàng)監測，因其易發(fa)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(wei)：

　　式中：qv、qm分别爲被(bèi)測介質的體積(jī)流量和質量流(liú)量；A0節流裝置的(de)開👅孔截面積；ρ 節(jie)流裝置前的流(liú)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(liú)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(ya)差的平方根成(cheng)正比，要知道流(liú)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(ying)響的綜合性系(xì)數👄，對于标📞準節(jiē)流裝置，其值可(kě)以從有關💛手冊(cè)中查出；對于非(fei)标準節流裝置(zhì)，其值🍓主要由實(shí)驗方法得到 .
3.3 總(zǒng)結
　　兩種流量計(ji)依據的原理不(bu)同，得到的流量(liàng)方程截😄然不同(tong) . 轉子流量計的(de)流量基本方程(cheng)主要是根據轉(zhuǎn)子受力平衡進(jin)行推導而得到(dao)的，而差壓式流(liú)量計的流量基(jī)本方程主要是(shì)根據伯努利方(fāng)程和流體連續(xu)性方程進行推(tuī)導而得到的 .
4 流(liu)量計的特點
4.1 轉(zhuan)子流量計
　　轉子(zi)流量計用以測(cè)量單相非脈動(dòng)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(huán)保、食品及計量(liang)測試、科學研究(jiū)等部門 .
4.1.1 轉子流(liú)量計的優點 ：
① 轉(zhuan)子流量計适用(yong)于小管徑和低(di)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(jìng) 10mm 以下玻🚶璃管轉(zhuǎn)子流量計徑，流(liu)速隻在0.2-0.6m/s之間，甚(shen)至低👅于 0.1m/s；金屬管(guǎn)轉子流量計和(he)口徑大于 15mm的玻(bo)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(kě)用于較低雷諾(nuo)數，在轉子與管(guǎn)壁的環隙處流(liú)🤟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(yě)要保😘持常數，即(ji)流體粘度對流(liu)量系數無影響(xiang).這數值👅遠低于(yú)節流差壓式儀(yí)表最低雷諾數(shù) 104-105 的要求 .
③ 大部分(fèn)轉子流量計沒(méi)有上遊直管段(duan)要求，對安裝條(tiáo)件要求較低 .
④ 轉(zhuan)子流量計流量(liang)測量範圍較廣(guang)，一般爲10:1，最低爲(wei) 5:1，最高🏃‍♂️爲 25:1.
⑤ 與節流(liú)式流量計相比(bǐ)，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(fāng)便 .
4.1.2 轉子流量計(jì)的缺點：
① 轉子流(liú)量計用來檢測(cè)的流體，若與出(chu)廠标定時使用(yong)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(jì)通👌常以水标定(ding)，氣體用空氣标(biāo)定，如實際使用(yong)流體密度、粘度(dù)與之不同，流量(liang)🈲要偏離原分度(du)值，要作換算修(xiū)正 . 因此，測量精(jīng)度受流體物理(lǐ)參🔞數變化的影(ying)響 .
② 玻璃轉子流(liu)量計因爲有玻(bo)璃管，所以存在(zài)易碎的風險，尤(you)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(shàng)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(zhuǎn)子流量計不适(shi)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(zhuan)子流量計适用(yong)的最大口徑爲(wei) 200mm.
4.2 差壓式流量計(ji)
　　差壓式流量計(ji)應用廣泛、曆史(shǐ)悠久，在各類流(liu)量儀表中其使(shǐ)用量大. 近來，各(ge)種新型流量計(jì)的出現，緻使它(ta)的用量有所下(xià)♌降，但差壓式流(liu)量計目前仍在(zài)整個流量計量(liàng)領域起着作用(yòng)，廣泛應🐉用于石(shi)油、化工、冶金、電(diàn)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(gou)簡單牢固，性能(neng)穩定可靠，使用(yong)壽命長，安裝方(fang)便，适用于大流(liu)量的測量☀️ .
② 标準(zhun)節流裝置适用(yòng)于測量管道直(zhi)徑大于50mm，雷諾數(shù)在指數 104-105以上，流(liú)體應當清潔且(qie)充滿全部管道(dao)，同時不發生相(xiang)變 .
4.2.2 差壓式流量(liàng)計的缺點：
① 差壓(ya)式流量計的測(ce)量精度偏低，測(cè)量的重複性、精(jing)☂️度📱在流量計中(zhong)處于中等水平(ping)，由于各種因素(su)的綜合影✊響，其(qi)精度難以提高(gāo) .
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(chǎng)安裝條件要求(qiú)較高，爲保證流(liú)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(guan)段 (指孔闆，噴嘴(zuǐ))，一般難以🏃‍♂️滿足(zu) .
④ 差壓式流量計(jì)的壓損較大，孔(kǒng)闆流量計的壓(yā)損最大，噴嘴🤩流(liú)量計次之，文丘(qiu)裏管流量計最(zui)小，當不允許有(you)較大的管道壓(ya)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(róng)易産生洩漏、堵(dǔ)塞、凍結及信号(hào)失真等故障 .
4.3 總(zǒng)結
　　差壓式流量(liang)計僅适用于測(ce)量管道直徑大(dà)于50mm，雷諾👉數在指(zhǐ)數 104-105以上的流體(tǐ)，而轉子流量計(jì)适用于小管徑(jing)、低流速、較低雷(léi)諾數的流速測(ce)量 . 差壓式流量(liàng)計 ( 指孔闆，噴嘴(zui) )，爲保證流體在(zai)節流裝置前後(hou)爲穩定的流動(dong)狀态，需在節流(liu)裝置的上、下遊(you)必須配置一定(dìng)長度的直管段(duàn)，而轉子流量計(ji)對上🈲遊直管段(duàn)要⛹🏻‍♀️求不高，其現(xian)場安裝條件要(yao)求較低. 差壓式(shì)流量計的壓損(sun)較大，而轉子流(liu)量計壓力損👌失(shī)較低 .
5 結 論
　　從對(dui)轉子流量計與(yǔ)差壓式流量計(jì)工作原理的分(fèn)析、流量基♊本方(fāng)程的推導及優(you)缺點分析中得(de)到如下體會：
　　轉(zhuan)子流量計是一(yi)種恒壓降、變節(jiē)流面積的流量(liàng)儀表，轉子流量(liàng)計在出廠前是(shi)在工業基準狀(zhuang)态（20℃，0.10133Mpa）下用⁉️水或者(zhě)空👉氣進行刻度(dù)的，其流量基本(ben)方程在使用時(shi)需進行修正，适(shì)用于小管徑、低(di)流速和低雷諾(nuò)數，壓力損失較(jiào)小 .
　　差壓式流量(liàng)計是一種恒節(jiē)流、變壓降的流(liú)量儀表，由流量(liàng)基本㊙️方程可以(yi)看出，在流量系(xì)數、膨脹系數及(ji)節🛀🏻流面積不變(bian)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(kao)，使用壽命長，安(an)裝方便，适用于(yú)大流量的測🔞量(liang)，壓損較大 .
　　在化(hua)工生産中使用(yong)時應根據現場(chǎng)要求，再結合各(ge)儀🏃🏻‍♂️表的特🤩點，選(xuan)擇使用哪種流(liu)量計來進行測(cè)量 .

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