转子流量计的工作原理及优点

( 一) 结构与测量原理

转子流量计的结构如图1 -30 所示，是由一段上粗下细的锥形玻璃管( 锥角约为4°) 和一个能上下移动、比流体重的转子( 或称浮子) 所构成的。流体自玻璃管底部流入，经过转子和管壁间的环隙，再从顶部流出。

管中无流体通过时，转子沉于管底部。当被测流体以一定的流量流经转子与管壁之间的环隙时，由于流道截面减小，流速增大，压力必随之降低，于是在转子上、下端面形成一个压差，转子借此压差被“浮起”。随转子的上浮，环隙面积逐渐增大，流速减小，转子两端的压差也随之降低。当转子上浮至某一定高度时，转子两端面压差造成的升力恰好等于转子的重力，转子不再上升，并悬浮在该高度。

当流量增加时，环隙流速随之增大，转子两端压差也随之增大，而转子的重力并未变化，转子在原有位置的受力平衡被破坏，转子将上升，直至另一高度重新达到平衡。反之，若流量减小，转子将下降，在某一较低位置达到平衡。由此可见，转子的平衡位置( 即悬浮高度) 随流量变化而变化。转子流量计玻璃管外表面上刻有流量值，根据转子平衡时其上端平面所处的位置，即可读取相应的流量。

( 二) 流量方程

转子流量计的流量方程可根据转子受力平衡导出。

在图1 -31 所示1 -1′和0 -0′截面间列柏努利方程:

图1-30　转子流量计

1—锥形玻璃管 2—转子 3—刻度

图1-31　转子平衡示意图

设流体体积流量为Vs( m3/s) ，则:

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转子在任何位置，压力差都服从式(1 -47) ，将式(1 -47) 代入式(1 -46) 得:

式中: Vf ——转子的体积，m3;

ρf ——转子的密度，kg/m3;

Af ——转子的大端面积截面面积，m2;

ρ——流体密度，kg/m3。

由式(1 -48) 可以看出，对于一定的转子( Vf，Af，ρf) 和流体( ρ) ，流体的体积流量( Vs) 正比于环隙面积AR ，AR 越大，即转子上升越高，流量也越大。而当流量改变时，力平衡关系式并未改变，也即转子上、下端面的压差为常数，所以，转子流量计的特点为恒压差、恒环隙流速且变流通面积，属截面式流量计。

生产厂家在转子流量计出厂前，一般用20℃的水标定转子流量计的刻度。若使用单位测定流量的流体是水，则刻度值即为流量实际值;若使用单位测定流量的流体不是水，是油或是其他流体( 密度为ρa) ，则Va 为:

用式(1 -49) 除以式(1 -48) 得:

转子流量计必须垂直安装在管路上，为便于检修，常设置如图1 -32 所示的支路。

转子流量计的优点为读数方便，流动阻力小，测量范围宽，对不同流体适应性广。缺点为玻璃管不能承受高温和高压，在安装和使用过程中容易破碎。

图1-32　转子流量计安装示意