摘(zhai)要
　　轉(zhuan)子流量(liang)計(ji) 用于(yu)氣體(ti)采樣(yang)測量(liang),其指(zhi)示(shi)值(zhi)與實(shi)際流量(liang)因氣壓(ya)、溫度的不同會有一(yi)定的誤差(cha),對流量(liang)計的指(zhi)示值(zhi)進行(hang)修正(zheng)後才能得到真(zhen)實流量(liang)值。本文(wen)介紹了(le)轉(zhuan)子流量計指示(shi)值在(zai)非标(biao)準大氣壓(ya)和抽氣(qi)中在流(liu)量計入口(kou)處出(chu)現負(fu)壓(ya)時兩種(zhong)情況下(xia)的(de)修正(zheng)方法,以及氣體(ti)采樣(yang)測量中的(de)注意(yi)事(shi)項。轉子(zi)流量計(ji)用(yong)于氣(qi)體采(cai)樣測量中(zhong)應注意的問題
1引言
　　轉子流量(liang)計是(shi)測定(ding)氣體(ti)流量(liang)(即(ji)流(liu)率)的(de)常用計量器具(ju),在使用中其讀(du)數值不一(yi)定等(deng)于實(shi)際的(de)流量(liang)值。從轉(zhuan)子(zi)流量(liang)計的(de)讀數獲得(de)正确(que)流(liu)量值有(you)一定(ding)條件,一個(ge)合格流量計的(de)刻度是在(zai)标準(zhun)狀态下(xia)得(de)到的(de),與标(biao)準狀态不(bu)同的(de)使(shi)用(yong)條件需要對讀數進(jin)行修正,關于影(ying)響讀(du)數修正的(de)使用條件(jian)以及(ji)怎樣(yang)才能獲得(de)正确(que)流量值是本文(wen)闡述的内(nei)容。這個(ge)問題似乎是(shi)老生常談(tan),但對某些進行放射(she)性氣體或(huo)氣溶膠的采樣測量(liang)的(de)工作者(zhe)卻時有(you)模糊,有(you)待注(zhu)意和澄清(qing)。
　　轉子流(liu)量(liang)計工(gong)作時(shi),轉子(zi)(也稱(cheng)爲浮子(zi))受(shou)到兩個力(li)的作用:一(yi)是垂直向(xiang)上的推動(dong)力(li),它(ta)等于(yu)流體流經(jing)轉子(zi)與錐(zhui)管間的環(huan)形截(jie)面(mian)形(xing)成的(de)壓力(li)差所産生(sheng)的浮力;另(ling)一是(shi)轉子(zi)本(ben)身垂直(zhi)向下(xia)的淨(jing)重力。當壓力(li)差與轉(zhuan)子的淨重力相等時(shi),轉子處于(yu)平衡狀态(tai),即停(ting)留在(zai)一定位置(zhi)上,轉子停留的高度(du)就反(fan)映了(le)流量的(de)大小。問(wen)題是(shi)這(zhe)停留高(gao)度與(yu)流(liu)量(liang)大小(xiao)兩者(zhe)之間的對(dui)應關系(xi)還(hai)與一(yi)系列條件(氣壓(ya)、溫度(du)、流體狀态(tai)等)有(you)關(guan),本(ben)文就(jiu)這些方(fang)面(mian)分别介紹。
2轉子流量(liang)計的氣壓(ya)(溫度(du))效應(ying)
　　轉子(zi)流量(liang)計的刻度示值是在(zai)标準狀态(tai)(101.3kPa,293K)下得(de)出的(de),當用(yong)于非(fei)标(biao)準狀态(tai)時使用條(tiao)件下的真實(shi)流(liu)量值(zhi)與讀數(shu)值是不同的(de),有以下關(guan)系[1]:

　　式中,QS爲使用(yong)條件下的真實(shi)流量值(zhi);QN爲(wei)流量計讀數(shu)(按流量(liang)計在(zai)标準條件下刻(ke)度的示值(zhi)讀出的);PN,PS分别爲(wei)标準狀态和使(shi)用條件的(de)絕對(dui)氣壓;TN,TS分(fen)别爲标(biao)準狀态(tai)和使用(yong)條件(jian)的絕對溫(wen)度。
　　例如:在(zai)烏魯木齊(qi),當轉子流(liu)量計(ji)用于氣壓(ya)約爲(wei)92.3kPa、氣溫293K條件(jian)下,若QN=0.85Lmin,則(ze)由式(1)得(de)QS=0.89Lmin,真實流量值大(da)于其讀數(shu)值。
　　在(zai)我國(guo)内地(di),氣壓(ya)一般(ban)與标(biao)準狀(zhuang)态相(xiang)近(PS≈PN,TS≈TN),此項修(xiu)正問題不(bu)大。但(dan)在氣體采樣中(zhong)如果流量(liang)計上(shang)遊連接有(you)過濾(lü)器或(huo)調節閥門(men),有可(ke)能使(shi)流量(liang)計入口氣(qi)壓顯(xian)著降(jiang)低,這是氣(qi)體采樣測量中(zhong)常出現的問題(ti),不可忽視(shi)。這種(zhong)情況(kuang)下,氣(qi)體真(zhen)實流(liu)量(liang)值(zhi)則按(an)下式(shi)計(ji)算:

　　式中(zhong),QS爲使用條(tiao)件下(xia)的真(zhen)實流量值(zhi);QS爲流量(liang)計(ji)讀數(shu);PN、Pλ分别(bie)爲标準狀(zhuang)态和流(liu)量(liang)計入(ru)口的絕(jue)對氣壓(ya);TN、Tλ分别爲标(biao)準狀态和流量計入(ru)口的絕(jue)對(dui)溫度(du)。情況(kuang)是(shi)否确實(shi)如此,下面(mian)用一(yi)實例(li)[2]予以說明(ming)。

　　圖1所(suo)示的氣(qi)流(liu)回路可定量(liang)觀(guan)測入(ru)口抽氣負(fu)壓對(dui)流量計(ji)指示值(zhi)引起的(de)測(ce)量誤(wu)差。在流量計入(ru)口端裝一隻調(diao)節閥(fa)門,啓(qi)動抽(chou)氣泵(beng)抽(chou)氣,用調(diao)節閥(fa)把轉(zhuan)子流(liu)量計調到(dao)不同(tong)的指示值(zhi),用串(chuan)接在氣(qi)路入口的煤(mei)氣(qi)表(或其(qi)他不受壓(ya)力影(ying)響的(de)氣動儀表(biao))測出(chu)相應(ying)的實(shi)際流(liu)量(這應視(shi)作進(jin)入氣(qi)路的(de)正确(que)流(liu)量(liang)),用壓(ya)差計(ji)同(tong)時(shi)測出(chu)調節(jie)閥兩(liang)端的(de)壓力差,從(cong)而确(que)定轉(zhuan)子(zi)流量計(ji)的實際入(ru)口氣壓。設環境氣壓(ya)等于(yu)标(biao)準(zhun)大氣(qi)壓,而(er)流(liu)量計入(ru)口氣壓等(deng)于标準大氣壓(101.3kPa)減去(qu)調節閥(fa)兩(liang)端的(de)壓差(cha)。表1列出了(le)一組觀測(ce)值。

　　由(you)表1可(ke)見(jian),調(diao)節閥(fa)門置(zhi)于轉(zhuan)子流量計(ji)的(de)入口端(duan),因給流量(liang)計造成了抽氣負壓(ya),使流量計(ji)入口氣壓(ya)低于(yu)标準(zhun)大氣(qi)壓,其指示值與(yu)煤氣表測(ce)得的(de)實(shi)際(ji)流量相比(bi)總是(shi)偏高(gao),偏高多少與閥(fa)門的開合程度(du)(實際是(shi)氣(qi)路阻(zu)力大小)引起的(de)抽氣負(fu)壓大小有關(guan)。閥門關得(de)越小,引起得抽(chou)氣負壓(ya)越(yue)大,偏(pian)高的比例(li)越大。當用(yong)式(shi)(2)修正後(hou)就與煤(mei)氣表的(de)測定(ding)值(zhi)在誤差(cha)範圍内(nei)一(yi)緻了(le)。
　　必須注意的是(shi),式(2)與式(shi)(1)表(biao)面上看很(hen)相似(si),其實(shi)在根(gen)号中(zhong)分數(shu)線上下(xia)的有關(guan)氣壓、溫(wen)度是颠倒的(de)。這兩個公(gong)式是(shi)有區别的(de),又是(shi)相(xiang)聯系的(de),式(2)可(ke)從(cong)式(1)導出(chu)如下(xia):
　　首先應明(ming)确,通常所(suo)謂氣體流(liu)量都是體(ti)積流(liu)量(單(dan)位時(shi)間流(liu)過的氣體(ti)體積),而非(fei)質量(liang)流量(單位時間(jian)流過的氣(qi)體質(zhi)量)。氣體體(ti)積是(shi)随氣壓(ya)和(he)溫度的變(bian)化而(er)變化(hua)的。在使用(yong)條件(jian)下,人們通常關(guan)心的(de)是(shi)當(dang)地氣(qi)壓、溫度下(xia)的體(ti)積或體(ti)積(ji)流量(liang)即使用(yong)條件下(xia)的真實(shi)流量。結合到(dao)圖1的情況(kuang),人們(men)關心(xin)的是(shi)環境(jing)氣壓、溫度(du)下的(de)體(ti)積(ji)流量,而非(fei)流(liu)量(liang)計入(ru)口負(fu)壓下(xia)的體(ti)積流量。
将式(1)應(ying)用于圖(tu)1的情況,可得(de)到流量計(ji)在有(you)入(ru)口負壓(ya)(相當(dang)于入口氣(qi)壓低于标(biao)準大氣壓)下的入口(kou)體積(ji)流量Qλ。對Qλ可(ke)類似(si)寫(xie)成:

将式(shi)(3)代入(ru)式(5),即(ji)得到式(2)。
　　用(yong)表1第一列(lie)爲例,可(ke)用(yong)數字(zi)表達(da)上述(shu)關系(xi)。入口(kou)氣(qi)壓(ya)爲91.4kPa下(xia)的流(liu)量計指示(shi)流量爲(wei)108.0Lmin,對(dui)應此負壓(ya)下的體積(ji)流量,可按(an)式(3)計算得(de):

　　即(ji)爲表1中(zhong)修正(zheng)後的(de)流量值。可見,在(zai)氣路(lu)中轉(zhuan)子流量計入口(kou)有(you)入口負(fu)壓的情況(kuang)下,用(yong)式(2)可直接(jie)對流(liu)量讀(du)數值修正(zheng)得到(dao)真實流量(liang)值。
　　以上說明了(le)轉子(zi)流量(liang)計的(de)氣壓(ya)效(xiao)應(ying)的表現與(yu)規律(lü),由此(ci)提出在使用中(zhong)針對氣(qi)壓效應(ying)如何獲得(de)真實流量(liang)值的一些(xie)方法和(he)注(zhu)意事項。
3氣(qi)體采樣測(ce)量中的注(zhu)意事(shi)項
3.1避(bi)免(mian)流量計(ji)入口負壓(ya)
　　将圖(tu)1中的(de)采樣裝置(zhi)和流量調(diao)節閥放在流(liu)量計出(chu)口端的下遊将(jiang)會避(bi)免産生入(ru)口負(fu)壓。
　　當(dang)有些采樣對象(xiang)(如氣(qi)溶膠(jiao)、氡子(zi)體等(deng))會在(zai)流量計中(zhong)沉積(ji)或污染流(liu)量計(ji)影響采樣(yang)時,采樣裝置隻(zhi)能放(fang)在(zai)流量計(ji)的上遊。這樣流(liu)量計(ji)的(de)指(zhi)示值(zhi)與實際流(liu)量必(bi)然會(hui)有(you)誤差。這(zhe)種誤差有(you)多大視入(ru)口負(fu)壓而(er)定,入(ru)口(kou)負(fu)壓越(yue)大,流(liu)量計指示(shi)值就偏高的誤(wu)差越(yue)大(da)。
3.2穩定脈(mo)動氣(qi)流(liu)
　　用(yong)轉子流量(liang)計測量氣(qi)體采樣流量時(shi)對氣(qi)流(liu)的(de)要求(qiu)是均勻而穩定,若是脈動(dong)氣流(liu),轉子流(liu)量(liang)計指(zhi)示值(zhi)總(zong)是(shi)偏高(gao)于實際(ji)流量值,其偏(pian)高的誤差(cha)有時(shi)可達(da)40%[2]。造成(cheng)脈動(dong)氣(qi)流主要(yao)是抽氣泵(beng)(取樣(yang)泵)的(de)性能。此外(wai),還可在(zai)采樣氣(qi)路中(zhong)采(cai)取穩流(liu)措施,例(li)如(ru)在采樣氣路(lu)中串接(jie)緩沖器等(deng),使得(de)脈動(dong)氣流變爲(wei)穩定氣流(liu)。
　　這裏推薦(jian)一個好方(fang)法,在轉(zhuan)子(zi)流量(liang)計的出(chu)口端串(chuan)接一個過濾器(qi),裏面(mian)的(de)慮膜能(neng)增加(jia)氣路中氣(qi)流的(de)阻(zu)力,較好(hao)地将脈動氣流(liu)變爲(wei)穩(wen)定氣流(liu)。
　　在用皂(zao)膜(mo)流量(liang)計校(xiao)準轉子流(liu)量計(ji)中,對在氣路中串接(jie)和未(wei)串接過(guo)濾(lü)器進(jin)行比(bi)較,結果見(jian)表2。

　　表2可(ke)見,使用(yong)了過濾器(qi)降低(di)了轉子流(liu)量計(ji)偏高(gao)指示誤差(cha),說明過濾器起(qi)到了(le)穩流作用(yong),提高了校準精(jing)度。
3.3修(xiu)正流量值(zhi)
　　使用時(shi)測(ce)量環(huan)境氣壓和流量(liang)計入口氣(qi)壓,根(gen)據式(shi)(1)和(2)計算修(xiu)正,這(zhe)是得到真(zhen)實流(liu)量值最好(hao)的辦法。
4結(jie)語
　　轉(zhuan)子流量計(ji)廣泛(fan)用于(yu)氣體(ti)采樣測量(liang)。在轉子流(liu)量計(ji)刻度或檢(jian)驗時(shi)的條(tiao)件是(shi)氣流(liu)穩定(ding)、标準大氣(qi)壓和(he)标準(zhun)溫度,而(er)在使用(yong)時卻(que)不能(neng)保證(zheng),因而對讀(du)數值進行(hang)修(xiu)正(zheng)是必(bi)然的。轉(zhuan)子(zi)流量計在(zai)非标(biao)準狀(zhuang)态使(shi)用條(tiao)件下(xia)用式(1)對(dui)其讀數(shu)值修正可(ke)得到真實(shi)流(liu)量值,對(dui)于流(liu)量(liang)計(ji)入口(kou)有負壓時則用(yong)式(2)對其讀(du)數值(zhi)修正(zheng)可得到真(zhen)實流量值(zhi)。在采(cai)樣過(guo)程(cheng)中,使用(yong)穩流措施(shi)是必(bi)要的(de),并且(qie)選擇(ze)脈動氣(qi)流(liu)小的抽氣(qi)泵和負載(zai)能力強的(de)泵電源,也(ye)可降低脈(mo)動氣流,能(neng)保證(zheng)轉子流(liu)量(liang)計在(zai)氣體(ti)采(cai)樣(yang)測量(liang)中的精度。

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