氣體轉(zhuǎn)子流量計是以某種氣體為介質(zhì)按必定狀況下的標(biāo)況體積流量來刻度的(關(guān)于玻璃轉(zhuǎn)子流量計刻度的是表明刻度條件下標(biāo)況流量的刻度標(biāo)尺,關(guān)于金屬轉(zhuǎn)子流量計刻度的是表明刻度條件下標(biāo)況流量的模擬或數(shù)字輸出信號)。如果被測介質(zhì)和實踐工況與刻度時的介質(zhì)和作業(yè)狀況一致,轉(zhuǎn)子流量計的刻度輸出就是實踐測得的標(biāo)況體積流量,不需要換算。可是,因為實踐丈量時氣體介質(zhì)或作業(yè)狀況與刻度時不同,轉(zhuǎn)子在丈量管中的同一位置所代表的流量值和刻度時是不同的,要想正確使用氣體轉(zhuǎn)子流量計,就須***知道它們之間的流量換算關(guān)系。
在******上,氣體轉(zhuǎn)子流量計一般是以空氣為介質(zhì)按規(guī)范狀況下的標(biāo)況體積流量來進行刻度的。可是******上對規(guī)范狀況的界說有兩種:國內(nèi)一般選用101.325kPa、20℃(293.15K);國外一般選用101.325kPa、0℃(273.15K)。在這種規(guī)范刻度情況下的流量換算在JJG25721994《轉(zhuǎn)子流量計檢定規(guī)程》[1]以及大多參考書上都有詳細介紹。可是,在某些情況下,氣體轉(zhuǎn)子流量計并不是按以上規(guī)范來刻度的,比方:
①刻度介質(zhì)不是空氣;
②刻度狀況不是規(guī)范狀況;
③以用戶實踐丈量的氣體按實踐工況下的標(biāo)況體積流量來進行刻度(國外進口的轉(zhuǎn)子流量計居多);
④有時選用一種氣體介質(zhì)(比方空氣)進行刻度,而實踐使用的介質(zhì)是另一種氣體(如氮氣、氧氣、二氧化氮等)。
下面主要介紹在這些非標(biāo)刻度情況下標(biāo)況流量的換算。
2 氣體轉(zhuǎn)子流量計的作業(yè)原理
轉(zhuǎn)子流量計是以轉(zhuǎn)子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降,改變它們之間的流轉(zhuǎn)面積來進行丈量的體積流量外表,又稱浮子流量計。氣體轉(zhuǎn)子流量計的基本流量方程式為[2,3]:
(1)
式中:Q———氣體體積流量,m3/h;CR———流量系數(shù),與流體的流動形態(tài)和轉(zhuǎn)子的形狀等要素有關(guān);AR———轉(zhuǎn)子與錐形管間的環(huán)形面積,m2;Af———轉(zhuǎn)子的***大截面積,m2;g———重力加速度,9.81m/s2; Vf———轉(zhuǎn)子的體積,m3;ρf———轉(zhuǎn)子的密度,kg/m3;ρ———被測介質(zhì)的密度,kg/m3。
關(guān)于同一個氣體轉(zhuǎn)子流量計,在同一刻度下,由式(1)可得兩種氣體的流量關(guān)系為:
(2)
式中:Q1———第一種氣體的體積流量,m3/h;Q2———第二種氣體的體積流量,m3/h;ρ1———第一種氣體的密度,kg/m3;ρ2———第二種氣體的密度,kg/m3。
因為ρf>>ρ1,ρf>>ρ2,式(2)可簡化為:
(3)
3 非標(biāo)刻度氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算
考慮到普遍適應(yīng)性,假定氣體轉(zhuǎn)子流量計是以某種氣體為介質(zhì)(密度為ρC)按某一狀況(壓力為PC,溫度為TC)下的標(biāo)況體積流量來刻度的。外表輸出為刻度狀況下的標(biāo)況流量,即:
(4)
式中:QCN———刻度氣體在刻度狀況下的標(biāo)況流量,Nm3/h;QC———刻度氣體在刻度狀況下的工況流量,m3/h;PC———刻度狀況下的肯定壓力,kPa;PN———規(guī)范狀況下的肯定壓力,101.325kPa;TC———刻度狀況下的肯定溫度,K;TN———規(guī)范狀況下的肯定溫度,國內(nèi)293.15K,國外273.15K。
由式(4)轉(zhuǎn)換為刻度狀況下的工況流量為:
(5)
由式(3)和式(5)得被測氣體在作業(yè)狀況下的工況流量為:
(6)
式中:Q———被測氣體在作業(yè)狀況下的工況流量,m3/h;ρ———被測氣體在作業(yè)狀況下的密度,kg/m3。
由式(6)可得被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量為:
(7)
式中:QN———被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量,Nm3/h;P———被測氣體在作業(yè)狀況下的肯定壓力,kPa;T———被測氣體在作業(yè)狀況下的肯定溫度,K。
由氣體狀況方程(被測氣體不必定與刻度氣體是同種氣體),可得:
(8)
式中:ρN———被測氣體在規(guī)范狀況下的密度,kg/m3;ρCN———刻度氣體在規(guī)范狀況下的密度,kg/m3。
由式(7)和式(8)得被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量為:
(9)
如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體,則
4 兩種規(guī)范狀況的流量換算
關(guān)于國產(chǎn)外表,因為國內(nèi)規(guī)范狀況一般選用101.325kPa、20℃,由式(9)得被測氣體在作業(yè)狀況下的國內(nèi)標(biāo)況流量為:
(12)
式中:QN20——被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量(101.325kPa、20℃),Nm3/h;QCN20———刻度氣體在刻度狀況下的標(biāo)況流量(101.325kPa、20℃),Nm3/h。
如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體,由式(11)得:
(13)
關(guān)于進口外表,因為國外規(guī)范狀況一般選用101.325kPa、0℃,由式(9)得被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況(101.325kPa、0℃)流量為:
(14)
式中:QN0———被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量(101.325kPa、0℃),Nm3/h;QCN0———刻度氣體在刻度狀況下的標(biāo)況流量(101.325kPa、20℃),Nm3/h。
關(guān)于進口外表,在國內(nèi)使用時,一般還需將被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量從規(guī)范狀況(101.325kPa、0℃)轉(zhuǎn)換成規(guī)范狀況(101.325kPa、20℃):
(15)
如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體,由式(11)得:
(16)
5 應(yīng)用舉例
某進口氣體轉(zhuǎn)子流量計是以二氧化氮為介質(zhì)按800kPa(表壓)、50℃的刻度狀況下的標(biāo)況(101.325kPa、0℃)體積流量QCN0來刻度的。現(xiàn)在用來丈量氮氣在作業(yè)狀況下(P,T)的標(biāo)況(101.325kPa、20℃)流量QN20。
這里刻度狀況為:PC=800+101.325kPa,TC=50+273.15K。
查表可得:
二氧化氮在規(guī)范狀況(101.325kPa、0℃)下的密度ρCN0=1.997kg/m3,
氮氣在規(guī)范狀況(101.325kPa、0℃)下的密度ρN0=1.25kg/m3,
由式(15)可得氮氣在作業(yè)狀況下(P,T)的標(biāo)況(101.325kPa、20℃)流量為:
6 結(jié)束語
熟練掌握氣體轉(zhuǎn)子流量計的流量換算對正確選表和用表至關(guān)重要。在******上,氣體轉(zhuǎn)子流量計一般是以空氣為介質(zhì)按規(guī)范狀況下的標(biāo)況體積流量來進行刻度的。可是,當(dāng)氣體轉(zhuǎn)子流量計選用非標(biāo)刻度時,須***選用相應(yīng)的換算公式進行密度、溫度、壓力三參數(shù)的批改,才能得到被測氣體在作業(yè)狀況下的標(biāo)況流量。關(guān)于進口外表,還要留意國內(nèi)外規(guī)范狀況的界說不同,須***換算到國內(nèi)規(guī)范狀況。