氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值的密度、溫度、壓力修正公式的推導(dǎo)方法,從理論上證明了修正公式中ρo、ρ1的取值狀態(tài)。
1前言
轉(zhuǎn)子流量計(jì)由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、反應(yīng)靈敏、量程寬示值清晰、可測腐蝕性介質(zhì),流量、壓力損失小且恒定等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)室或一些儀器裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種非標(biāo)準(zhǔn)化儀表,就其測量原理看,宜個(gè)別地按照實(shí)際被測介質(zhì)及工作狀態(tài)進(jìn)行刻度。但儀表制造廠家為了便于批量生產(chǎn)，都是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，0.10133MPa)下用水或空氣進(jìn)行刻度的，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)尺上的刻度值,對(duì)于測量液體來講是代表20℃時(shí)水的流量值,對(duì)于測量氣體來講則是代表20℃,0.10133MPa下空氣的流量值。因此,在實(shí)際使用時(shí),如果被測介質(zhì)的密度及工作狀態(tài)不同于刻度條件時(shí),必須對(duì)流量計(jì)算值按實(shí)際被測介質(zhì)的密度、溫度、壓力等參數(shù)的具體情況進(jìn)行修正。對(duì)此,一般的教材及儀表使用說明書中均給出了修正公式,不同的書中給出的修正公式相同,但意義卻有所差別。例如:
公式(1)、(2)中:
Q。-儀表標(biāo)尺示值;
P。、To-刻度狀態(tài)下的絕對(duì)壓力(0.10133MPa)和絕對(duì)溫度(293K);
P1.T1-工作狀態(tài)F的絕對(duì)壓力和絕對(duì)溫度:
公式(1)中:Q，表示被測介質(zhì)在實(shí)際工作狀態(tài)下的體積流量;
而公式(2)中的Q1則是表示被測介質(zhì)流量折算成刻度狀態(tài)下的體積流量值。
對(duì)于ρo、ρ1說法不一,某些書中規(guī)定為刻度狀態(tài)(293K、0.10133MPa)下的空氣密度或被測氣體的密度;某些書中規(guī)定為273K.0.10133MPa下的密度。因而,在實(shí)際使用氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí),必須對(duì)其示值加以修正,從而得出較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。為此,就氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值的密度、溫度、壓力修正公式的推導(dǎo)方法加以論述,供氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)使用者參考。
2示值的修正
2.1基本流量方程式
轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
式中:
Q一被測介質(zhì)的體積流量;
C一儀表常數(shù):
Vr-轉(zhuǎn)子體積;
ρr-轉(zhuǎn)子材料的密度
ρ一被測介質(zhì)的密度;
Ar-轉(zhuǎn)子最大截面積;.
H一轉(zhuǎn)子停留的高度。
2.2氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度
前己敘述,用于測量氣體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)出廠時(shí)是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)(293K,0.10133MPa)下用空氣作為介質(zhì)進(jìn)行刻度的。根據(jù)(3)式可得出:
式中:
Q0---刻度狀態(tài)293K.0.10133MPa下空氣的體積流量;
Po---20℃,0.10133MPa下空氣的密度。
2.3密度的修正
當(dāng)被測介質(zhì)為293K,0.10133MPa狀態(tài)下的非空氣氣體時(shí)，雖然:工作狀態(tài)與刻度狀態(tài)相同,但由于介質(zhì)密度不同于空氣的密度,必須對(duì)流量計(jì)的示值加以修正。
根據(jù)(3)式,此時(shí)可寫成:
2.4溫度、壓力影響的修正
當(dāng)工作狀態(tài)不同于刻度狀態(tài)時(shí),由于空氣的密度受溫度、壓力影響變化較大,故此必須對(duì)其示值進(jìn)行修正(其實(shí)質(zhì).上仍為對(duì)密度進(jìn)行修正)。根據(jù)(3)式,工作狀態(tài)下的流量方程可以寫
式中:
Q1-工作狀態(tài)下空氣的體積流量;
Qo-流量計(jì)示值。
但一般情況下,流量大小都依刻度狀態(tài)為基準(zhǔn)。故此,應(yīng)將I作狀態(tài)下的流量值折算為刻度狀態(tài)下的流量值,其折算原則是根據(jù)兩種狀態(tài)下氣體質(zhì)量相等,即:
式中:
Q1一工作狀態(tài)下空氣的體積流量折算為刻度狀態(tài)(20℃,0.10133MPa)下的體積流量值;
ρo--20℃,0.10133MPa下空氣密度。
將(8)式代入(10)式中.得:
式中:
Qo-流量計(jì)的指示值;
Q1一被測介質(zhì)工作狀態(tài)下折算成刻度狀態(tài)下的體積流量;
Q1-工作狀態(tài)下被測介質(zhì)的實(shí)際體積流量;
Po.To、Po-刻度狀態(tài)下的絕對(duì)壓力(0.10133MPa).絕對(duì)溫度(293K)和空氣在該狀態(tài)下的密度(1.205kg/m3);
ρ1一被測氣體在293K,0.10133MPa下的密度;
PI、T1-工作狀態(tài)下的絕對(duì)壓力和絕對(duì)溫度。
3結(jié)束語
因?yàn)闅怏w轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠時(shí)都是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)(293K,0.10133MPa)下用空氣作為介質(zhì)進(jìn)行刻度的。所以,基本流量公式中介質(zhì)密度ρ即為空氣在293K、0.10133MPa下的密度.即ρ=1.205kg/m3。
通過上述對(duì)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值的密度、壓力、溫度修正公式的推導(dǎo)過程及結(jié)果,則可以斷定:ρo、ρ1定義為20℃,0.10133MPa狀態(tài)下的空氣密度和被測氣體的密度為確切。
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