摘(zhai)要
轉子流量(liàng)計
用于氣體(tǐ)采樣測量,其(qí)指示值與實(shí)際流量因氣(qì)壓、溫度的不(bú)同會有一定(ding)的誤差,對流(liu)量計的指示(shì)值進行✉️修正(zheng)後才能得到(dào)真實流量值(zhí)。本文介紹了(le)轉子流量計(jì)指示值在非(fei)标準大氣壓(ya)和抽氣中在(zai)流量計入口(kou)處出現負壓(yā)時兩種情況(kuang)下的修正方(fāng)法,以及氣體(ti)采樣測量中(zhōng)的👣注意事項(xiàng)。轉子流量計(ji)用于氣體采(cǎi)樣測量中應(yīng)注意的問題(ti)
1引言
轉子流(liú)量計是測定(dìng)氣體流量(即(ji)流率)的常用(yong)計量器💰具,在(zai)使用⛹🏻♀️中其讀(du)數值不一定(dìng)等于實際的(de)流量值。從轉(zhuan)子❌流量🚶♀️計的(de)讀數獲得正(zhèng)确流量值有(you)一定條件,一(yi)♋個合格流量(liàng)計的刻度是(shì)在标準狀态(tài)下得⚽到的,與(yu)标準狀态不(bú)同的使用條(tiao)件需要對讀(dú)數進行修正(zheng),關于影響讀(dú)數修正的使(shǐ)用條件以及(ji)怎樣💋才能獲(huo)得正确流量(liàng)值是本文❤️闡(chǎn)述的内容。這(zhè)個問題似乎(hu)是老生常✍️談(tan),但對某些進(jin)行放射性氣(qì)體或氣溶膠(jiao)的采樣測量(liang)的工作者卻(que)時有模糊,有(you)待注意和澄(chéng)清。
轉子流量(liàng)計工作時,轉(zhuan)子(也稱爲浮(fu)子)受到兩個(ge)力的作用:一(yi)是❌垂直向上(shàng)的推動力,它(tā)等于流體流(liu)經轉子與錐(zhui)管間的環形(xing)截🔴面形成的(de)壓力差所産(chan)生的浮力;另(lìng)一是轉子本(běn)身垂直向下(xià)的⚽淨重力。當(dang)壓♻️力差與轉(zhuǎn)子的淨重力(li)相等時,轉子(zǐ)處于平衡狀(zhuàng)态,即停留在(zai)一定位置上(shang),轉子停留的(de)高㊙️度就反映(ying)了流量的大(da)小。問題是這(zhè)停留高度與(yǔ)流量大小😄兩(liang)者之間的對(duì)應關系還與(yǔ)一系列條件(jiàn)(氣壓、溫度、流(liú)體狀态等)有(yǒu)關,本文就🏃♂️這(zhe)些方面分别(bie)介紹。
2轉子流(liu)量計的氣壓(ya)(溫度)效應
轉(zhuan)子流量計的(de)刻度示值是(shi)在标準狀态(tai)(101.3kPa,293K)下得出的,當(dāng)💛用♈于非📧标準(zhun)狀态時使用(yong)條件下的真(zhen)實流量值與(yu)讀數值🌐是不(bu)同的,有以下(xia)關系[1]:
式中,QS爲(wei)使用條件下(xia)的真實流量(liàng)值;QN爲流量計(ji)讀數(按流量(liang)計在标準條(tiáo)件下刻度的(de)示值讀出的(de));PN,PS分别爲标☎️準(zhǔn)狀态和使用(yòng)條件的絕對(duì)氣壓;TN,TS分别爲(wei)标準狀态和(hé)使用條件的(de)絕對溫度。
例(lì)如:在烏魯木(mu)齊,當轉子流(liu)量計用于氣(qì)壓約爲92.3kPa、氣溫(wen)293K條💰件👉下,若QN=0.85Lmin,則(zé)由式(1)得QS=0.89Lmin,真實(shi)流量值大于(yu)其讀數值。
在(zài)我國内地,氣(qi)壓一般與标(biāo)準狀态相近(jìn)(PS≈PN,TS≈TN),此項修正問(wen)題🌏不🙇♀️大。但在(zài)氣體采樣中(zhong)如果流量計(jì)上遊連接有(yǒu)過🔞濾器👌或調(diao)🆚節閥⚽門,有可(ke)能使流量計(ji)入口氣壓顯(xian)著降低,這是(shi)氣體采樣測(ce)量中常出現(xian)的問題,不可(kě)忽視。這種情(qíng)況下,氣體真(zhēn)實流量值則(zé)按下式計算(suan):
式中,QS爲使用(yòng)條件下的真(zhen)實流量值;QS爲(wei)流量計讀數(shu);PN、Pλ分别爲标準(zhun)⭐狀态和流量(liàng)計入口的絕(jué)對氣壓;TN、Tλ分别(bie)爲标♻️準狀态(tài)和流量💚計入(rù)口的絕對溫(wēn)度。情況是否(fou)确實如此,下(xia)面用一實例(lì)[2]予以說明。
圖1所示的(de)氣流回路可(ke)定量觀測入(ru)口抽氣負壓(ya)對👣流量計指(zhǐ)🐇示值引起的(de)測量誤差。在(zài)流量計入口(kǒu)端裝一隻調(diao)🌏節閥門,啓動(dong)抽❗氣泵抽氣(qi),用調節閥把(bǎ)轉子流量計(jì)調到不同的(de)指示值,用串(chuàn)接在氣路入(ru)口👌的煤氣表(biao)(或其他不受(shòu)壓力影響的(de)氣動儀表)測(ce)出📧相應的實(shí)際流量(這應(yīng)視作進入氣(qi)路的正确流(liu)量),用壓差計(ji)同🏃♂️時測出調(diào)節閥兩端的(de)壓力差,從而(er)确定轉子流(liu)量計的實際(ji)入口氣壓。設(she)環境氣壓等(deng)于🌈标準大氣(qi)壓,而流量🏃♂️計(jì)入口氣壓等(deng)于标準大氣(qi)壓(101.3kPa)減去調節(jiē)閥兩端的壓(yā)差。表1列出了(le)一組觀測值(zhi)。
由表1可見,調(diao)節閥門置于(yú)轉子流量計(ji)的入口端,因(yīn)⛷️給⛱️流🌈量計造(zào)成了抽氣負(fù)壓,使流量計(jì)入口氣壓低(dī)于标🈲準大氣(qì)壓,其指示值(zhi)與煤氣表測(ce)得的實際流(liú)量相比總是(shì)偏高,偏高多(duō)少與閥門的(de)開合程度(實(shi)際是氣路阻(zu)力大小)引起(qi)的抽氣負壓(yā)大🏃🏻♂️小有關。閥(fa)門關得越小(xiao),引起得抽氣(qi)🔴負壓越大,偏(piān)高的比例越(yuè)大。當用式(2)修(xiu)正後就與煤(mei)氣表的測定(dìng)值在誤🔞差範(fàn)圍内一緻了(le)。
必須注意的(de)是,式(2)與式(1)表(biao)面上看很相(xiàng)似,其實在根(gen)号中分數線(xiàn)上下的有關(guan)氣壓、溫度是(shi)颠倒的。這兩(liang)個公式是有(you)區别的,又是(shì)相聯系的,式(shì)(2)可從式(1)導出(chū)如下:
首先應(yīng)明确,通常所(suǒ)謂氣體流量(liàng)都是體積流(liu)量(單⭐位時間(jian)流過的氣體(ti)體積),而非質(zhì)量流量(單位(wèi)時間流過的(de)氣體質量)。氣(qi)體體積是随(suí)氣壓和溫度(dù)的變化而變(bian)化的。在使用(yong)條件下,人們(men)通常關心的(de)是當地氣壓(ya)、溫度下的體(ti)積或體積流(liú)量即使用條(tiáo)件下的真實(shí)流量。結合到(dao)圖1的情況,人(ren)們關心的是(shi)環境💁氣壓、溫(wen)度下的體積(jī)流量,而非流(liú)量計入口負(fu)壓下的體積(jī)流量。
将式(1)應(ying)用于圖1的情(qing)況,可得到流(liu)量計在有入(ru)口負壓💋(相當(dang)于入♍口氣壓(yā)低于标準大(da)氣壓)下的入(ru)口體積流量(liang)Qλ。對Qλ可類似寫(xiě)成:
将式(3)代入(rù)式(5),即得到式(shì)(2)。
用表1第一列(lie)爲例,可用數(shu)字表達上述(shù)關系。入口氣(qi)壓爲👈91.4kPa下的流(liú)量計指示流(liu)量爲108.0Lmin,對應此(cǐ)負壓下的體(tǐ)積流量,可按(an)式🈚(3)計算得:
即(jí)爲表1中修正(zhèng)後的流量值(zhí)。可見,在氣路(lu)中轉子流量(liàng)👨❤️👨計入口💋有入(rù)口負壓的情(qíng)況下,用式(2)可(ke)直接對流量(liàng)讀🛀數值♈修正(zhèng)✌️得到真實🙇🏻流(liu)量值。
以上說(shuō)明了轉子流(liú)量計的氣壓(ya)效應的表現(xian)與規律,由此(cǐ)提出在使用(yòng)中針對氣壓(ya)效應如何獲(huo)得真實流量(liang)值的一些方(fang)法和注意事(shi)項。
3氣體采樣(yàng)測量中的注(zhu)意事項
3.1避免(miǎn)流量計入口(kǒu)負壓
将圖1中(zhong)的采樣裝置(zhi)和流量調節(jie)閥放在流量(liang)計出口端的(de)下遊将會避(bì)免産生入口(kou)負壓。
當有些(xiē)采樣對象(如(rú)氣溶膠、氡子(zǐ)體等)會在流(liú)量計中🚶沉積(ji)💛或🆚污染流量(liang)計影響采樣(yang)時,采樣裝置(zhì)隻能放在流(liu)量計的上遊(you)。這樣流量計(ji)的指示值與(yu)實際流量必(bì)然會有誤差(chà)。這種誤差有(you)多大視入口(kǒu)負壓而定,入(ru)口負壓越大(dà),流量計指示(shì)值就偏高的(de)誤差越大。
3.2穩(wen)定脈動氣流(liú)
用轉子流量(liang)計測量氣體(ti)采樣流量時(shi)對氣流的要(yao)求是均勻而(ér)穩定,若是脈(mo)動氣流,轉子(zi)流量計指示(shì)📐值總是偏高(gāo)于實際💜流量(liang)🏒值,其偏高的(de)誤差有時可(ke)達40%[2]。造成脈動(dòng)氣💘流主要是(shì)抽氣泵(取樣(yàng)泵)的性能。此(ci)外,還可在采(cǎi)樣氣路中采(cǎi)取穩流措施(shi),例如在采樣(yang)氣路中串接(jie)緩沖器等,使(shi)得脈動氣流(liú)變爲穩定氣(qì)流。
這裏推薦(jian)一個好方法(fǎ),在轉子流量(liàng)計的出口端(duan)串接一個過(guò)濾器,裏面的(de)慮膜能增加(jiā)氣路中氣流(liú)的阻力,較好(hao)地将脈動氣(qi)流♍變爲穩定(dìng)氣流。
在用皂(zào)膜流量計校(xiao)準轉子流量(liang)計中,對在氣(qi)路中串接💯和(he)未串💰接過濾(lǜ)器進行比較(jiao),結果見表2。
表(biao)2可見,使用了(le)過濾器降低(di)了轉子流量(liang)計偏高指👌示(shì)誤差,說明過(guò)濾器起到了(le)穩流作用,提(tí)高了校準精(jing)度✊。
3.3修正流量(liàng)值
使用時測(cè)量環境氣壓(yā)和流量計入(rù)口氣壓,根據(jù)式(1)和(2)計算修(xiū)正♋,這是得到(dao)真實流量值(zhi)最好的辦法(fǎ)。
4結語
轉子流(liú)量計廣泛用(yòng)于氣體采樣(yàng)測量。在轉子(zi)流量計刻度(dù)或檢驗時的(de)條件是氣流(liú)穩定、标準大(da)氣壓😍和标準(zhǔn)溫度,而在使(shi)👣用時📞卻不能(neng)保證,因而對(duì)讀數值進行(háng)㊙️修正是必然(ran)的。轉子流量(liàng)計在非标準(zhǔn)狀态👉使用條(tiáo)件下用式(1)對(duì)其讀數值修(xiu)正可得到真(zhen)實流量值,對(duì)于流量計入(ru)口有負壓時(shí)則用式(2)對其(qí)讀數💯值修正(zhèng)可得到真實(shí)流量值。在采(cǎi)樣過程中,使(shi)用穩流措施(shi)是必要的,并(bìng)且選🐕擇脈動(dòng)氣流小的抽(chōu)氣泵和負載(zai)能力強的泵(bèng)👅電源,也可降(jiang)低脈動🔅氣流(liú),能保證轉子(zi)流量計在氣(qì)體采樣測🏃🏻量(liang)中的精度。
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