转子流量计工作原理
转子流量计又称浮子流量计,是变面积式流量计的一种,它是由一个锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子(也称浮子)构成。转子流量计本体可以用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接,垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时,被转子截流,这样在转子上、下游之间产生压力差,转子在压力差的作用下上升,这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力(向上)、转子在流体中的浮力(向上)和转子自身的重力(向下)。
流量计垂直安装时,转子重心与锥管管轴会相重合,作用在转子上的三个力都平行于管轴。当这三个力达到平衡时,转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。此时,重力=动压力+浮力。对于给定的转子流量计,转子大小和形状己经确定,因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知的常量,唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时,转子将作向上或向下的移动,相应位置的流动截面积也发生变化,直到流速变成平衡时对应的速度,转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计,转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是转子流童计的计量原理。
转子稳定时公式:
(1-1)
其中:
为转子的密度;
为流体的密度;
为转子的体积;
为转子前后的压差(
是一常数);
为转子的最大截面积。
图1 转子流量计测量原理
其具体工作过程为:流量增加→浮子节流作用产生的压差力也增加→浮子上升→浮子与锥形管壁间的环形流通面积增大→流过此环隙的流速降低→压差力随之下降,直到其恢复为原来的压差数值为止→转子就平衡在比原来高的位置上了。因此,浮子的停浮高度与流量大小成对应关系。
已知稳定时公式(1-1),再由流量方程式
(1-2)
得流量公式
(1-3)
其中:
—环隙面积,对应于转子高度
;
—流量系数;近似有:
;系数
与转子和锥管的几何形状及尺寸有关。
流量方程式可写成:
(1-4)
令
(仪表常数)。由公式(1-4)可知,浮子的停浮高度
与流量
成对应关系。
图2为玻璃转子流量计的外观简图。图3为金属转子流量计的外观简图。
图2 玻璃转子流量计外观图
图3 金属转子流量计外观图
下面为转子流量计工作原理的动画演示
转子流量计工作原理动画演示
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