1、實(shí)驗(yàn)二 氣體流量測(cè)定與流量計(jì)標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臍怏w屬于可壓縮流體。氣體流量的測(cè)量，雖然有一些與用于不可壓縮流體相同的測(cè)量?jī)x表但也有不少專用于氣體的測(cè)量?jī)x表，在測(cè)量方法和檢定方法上也有一些特殊之處。顯然，氣體流量的測(cè)量與液體一樣，在工業(yè)生產(chǎn)上和科學(xué)研究中，都是十分重要的。尤其是在近代，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)摸的大型化和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化，往往這些流量、溫度、壓力等的檢測(cè)儀表就成為關(guān)鍵問(wèn)題。目前，工業(yè)用有LZB系列轉(zhuǎn)子流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)室用有LZW系列微型轉(zhuǎn)子流量計(jì)，可供選用。對(duì)于市售定型儀表，若流體種類和使用條件都按照規(guī)格規(guī)定，則讀出刻度就能知道流量。但從精度上考慮，仍有必要重新進(jìn)行校正。轉(zhuǎn)子流量計(jì)自制是有困難的，因

2、錐形玻璃管的錐度手工難于制作。但是，在科學(xué)研究中或其它某種場(chǎng)合，有時(shí)，不免還要根據(jù)某種特殊需要，創(chuàng)制一些新型測(cè)量?jī)x表和自制一些簡(jiǎn)易的流量計(jì)。不論是市售的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品還是自制的簡(jiǎn)易儀表，使用前，尤其是使用一段時(shí)間后，都需要進(jìn)行校正，這樣才能保證計(jì)量的準(zhǔn)確、可靠。氣體流量計(jì)的標(biāo)定，一般采用容積法，用標(biāo)準(zhǔn)容量瓶量體積，或者用校準(zhǔn)過(guò)的流量計(jì)作比較標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)室里，一般采用濕式氣體流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器。它屬于容積式儀表，事先應(yīng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)容量瓶校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)用的濕式流量計(jì)的額定流量，一般有0.2m3·h1和0.5m3·h1兩種。若要標(biāo)定更大流量的儀表，一般采用氣柜計(jì)量體積。實(shí)驗(yàn)室往往又需用微型

3、流量計(jì)，現(xiàn)時(shí)一般采用流量計(jì)來(lái)標(biāo)定。本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)系列中的轉(zhuǎn)子流量計(jì)和自制的毛細(xì)管流量計(jì)來(lái)測(cè)量空氣流量。并用經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)容量瓶直接校準(zhǔn)好的濕式流量作為標(biāo)準(zhǔn)，用比較法對(duì)上述兩種流量計(jì)進(jìn)行檢定，標(biāo)定出流量曲線.，對(duì)毛細(xì)管流量計(jì)標(biāo)定。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)氣體流量的測(cè)量方法，以及氣體流量計(jì)的原理、使用方法和檢定方法。同時(shí)，這些知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)學(xué)習(xí)者在進(jìn)行以下各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，肯定會(huì)有幫助，尤其時(shí)對(duì)今后所從事的各種實(shí)驗(yàn)研究工作，也是有益處的。二、實(shí)驗(yàn)原理1濕式氣體流量計(jì)該儀器屬于容積式流量計(jì)。它是實(shí)驗(yàn)室常用的一種儀器，其構(gòu)造主要由圓鼓形殼體、轉(zhuǎn)鼓及傳動(dòng)記數(shù)機(jī)構(gòu)所組成，如圖1所示。轉(zhuǎn)鼓是由圓筒及四個(gè)彎曲形狀的葉片所構(gòu)成。四個(gè)

4、葉片構(gòu)成四個(gè)體積相等的小室。轉(zhuǎn)鼓的下半部浸沒(méi)在水中。充水量由水位器指示。氣體從背部中間的進(jìn)氣管9處依次進(jìn)入一室，并相繼由頂部排出時(shí)，迫使轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動(dòng)。由轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，通過(guò)記數(shù)機(jī)構(gòu)，在表盤上計(jì)數(shù)器和指針顯示體積。它配合秒表工作時(shí)，可直接測(cè)定氣體流量。圖1 濕式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1溫度計(jì)；2壓差計(jì)；3水平儀；4排氣管；5轉(zhuǎn)鼓；6殼體；7水位儀；8可調(diào)支腳；9進(jìn)氣管工作時(shí)，依圖1位置所示，氣體由進(jìn)氣管進(jìn)入，B室正在進(jìn)氣，C室開始進(jìn)氣，而D室排氣將盡，濕氣氣體流量計(jì)可直接用于測(cè)量氣體流量，也可用來(lái)作標(biāo)準(zhǔn)儀器以檢定其他流量計(jì)。濕式氣體流量計(jì)一般用標(biāo)準(zhǔn)容量瓶進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)容量瓶的體積為VV。濕式氣體流量計(jì)體積示值為

5、VW，則兩者差值V為：V=Vv Vw （21）當(dāng)流量計(jì)指針旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，刻度盤上總體積為5升，一般配置1升容量瓶進(jìn)行5次校準(zhǔn)，流量計(jì)總體積示值為Vw，則平均校正系數(shù)為： （22）因此，經(jīng)校準(zhǔn)后，濕式氣體流量計(jì)的實(shí)際體積流量為VS與流量計(jì)示值VS之間的關(guān)系為： （23）2轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的構(gòu)造原理如圖2所示。它是由一根垂直的略顯錐形的玻璃管和轉(zhuǎn)子（或稱浮子）組成。錐形玻璃管截面積由上而下逐漸縮小。流體由下而上流過(guò)，由轉(zhuǎn)子的位置決定流體的流量。轉(zhuǎn)子流量計(jì)與孔板流量計(jì)雖都以節(jié)流作用為依據(jù)，但孔板流量計(jì)是截面積不變，流量與壓強(qiáng)差呈比例；而轉(zhuǎn)子流量計(jì)則是壓強(qiáng)差不變，流量與環(huán)隙截面積大小（即隨轉(zhuǎn)子位置而

6、變）成比例。在一定流量下，當(dāng)轉(zhuǎn)子上下產(chǎn)生的壓力差與轉(zhuǎn)子的凈重（重量-浮力）相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)子就停留在一定位置上。 （24）式中VR轉(zhuǎn)子的體積，m3；AR轉(zhuǎn)子的最大截面積，m2；轉(zhuǎn)子的密度，kg/m3；圖2 轉(zhuǎn)子流量計(jì)流體的密度，kg/m3；當(dāng)轉(zhuǎn)子停留在一定位置時(shí)，轉(zhuǎn)子與玻璃管間環(huán)隙面積是一定值，流速與靜壓強(qiáng)差的關(guān)系，與通過(guò)孔板流量計(jì)孔口時(shí)的情況是相似的。因此，可依照孔板流量計(jì)的流量公式寫出： （25）式中流體的體積流量，m3/s；轉(zhuǎn)子上下間流體的壓強(qiáng)差，Pa；被測(cè)流體的密度，kg/m3；SR轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的截面積，m2；CR轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量系數(shù)，與轉(zhuǎn)子的形狀以及流體通過(guò)環(huán)隙的Re數(shù)有關(guān)。其具體數(shù)

7、值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 由上述原理可知，式中環(huán)隙截面積SR隨流量而改變，而SR的大小也就表示轉(zhuǎn)子位置的高低。因此，流量與轉(zhuǎn)子位置保持一定關(guān)系。但式中p是不隨流量而改變的，只是與轉(zhuǎn)子的凈重量有關(guān)。標(biāo)定氣體流量計(jì)時(shí)，一般采用空氣作為標(biāo)定介質(zhì)，標(biāo)定溫度為20，壓力為760mmHg。當(dāng)實(shí)際測(cè)量時(shí)，氣體種類、溫度和壓力與標(biāo)定時(shí)可能不同，這就需要進(jìn)行換算。若被測(cè)氣體只是溫度和壓力改變，則可按下式換算： （26）式中被測(cè)氣體流量，m3/s；標(biāo)定氣體流量，m3/s；p1，T1標(biāo)定時(shí)的壓力，Pa，和溫度，K；p2，T2被測(cè)定時(shí)氣體的壓力，Pa，和溫度K。當(dāng)被測(cè)氣體種類改變時(shí)，而粘度與標(biāo)定介質(zhì)相近，流量系數(shù)CR可視為常數(shù)

8、，則可按下式換算： （27）式中標(biāo)定氣體的密度，kg/m3；被測(cè)氣體的密度，kg/m3。3毛細(xì)管流量計(jì)毛細(xì)管流量計(jì)用于實(shí)驗(yàn)室里測(cè)量小流量的氣體，較為方便。它是利用流體通過(guò)一小段毛細(xì)管，因阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降。測(cè)壓采用一種特殊裝置，可防止指示劑被沖走，其構(gòu)造如圖3所示。根據(jù)測(cè)量范圍，只要更換毛細(xì)管的粗細(xì)與長(zhǎng)短就可以了。一般采用水作為測(cè)壓管的指示液。毛細(xì)管流量計(jì)的構(gòu)造原理，與孔板流量計(jì)類似。因此，亦可依照孔板流量計(jì)列出流量公式： （28）式中CP毛細(xì)管流量計(jì)流量系數(shù)；Sp毛細(xì)管截面積，m2；圖3 毛細(xì)管流量計(jì)指示液的密度，kg/m3。實(shí)驗(yàn)室里，為了簡(jiǎn)便，通常將自制的毛細(xì)管流量計(jì)經(jīng)過(guò)直接標(biāo)定，繪制成流量q

9、V與測(cè)壓管液柱高度R之間的關(guān)系曲線。三、實(shí)驗(yàn)裝置和流程這套裝置分兩部分：一部分是標(biāo)準(zhǔn)容量瓶校準(zhǔn)濕式氣體流量計(jì)，裝置主要部分是標(biāo)準(zhǔn)容量瓶（1000mL）、平衡瓶和濕式氣體流量計(jì)，如圖4所示。圖4 濕式流量計(jì)校正的實(shí)驗(yàn)裝置1濕式流量計(jì)；2平衡瓶；3標(biāo)準(zhǔn)容量瓶；4三通閥另一部分是用濕式氣體流量計(jì)分別標(biāo)定轉(zhuǎn)子流量計(jì)和毛細(xì)管流量計(jì)。裝置主要部分是氣源、緩沖罐和濕式氣體流量計(jì)，在中間并聯(lián)連接轉(zhuǎn)子和毛細(xì)管兩種流量計(jì)。具體裝置流程如圖5所示。圖5 流量計(jì)校正和標(biāo)定流程圖1濕式氣體流量計(jì)；2毛細(xì)管流量計(jì)；3轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4三通旋塞；5緩沖罐；6氣源主要設(shè)備及儀表參考規(guī)格(1) 氣源：流量3.6m3/h 1臺(tái)(2)

10、 濕式氣體流量計(jì)：額定流量0.5m3/h 1臺(tái)(3) 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)：LZB-6 1臺(tái)(4) 毛細(xì)管流量計(jì)： 1臺(tái)(5) 標(biāo)準(zhǔn)容量瓶： 1個(gè)四、實(shí)驗(yàn)方法1濕式氣體流量計(jì)的校準(zhǔn)檢查三通閥的通向，使容量瓶與大氣相通，而與濕式流量計(jì)斷開。調(diào)正濕式流量計(jì)的水平：轉(zhuǎn)動(dòng)支腳螺絲，直至水平儀內(nèi)氣泡居中為準(zhǔn)。向流量計(jì)內(nèi)注入蒸餾水，其水位高低必須保持水位器中液面與針尖重合。平衡瓶?jī)?nèi)注入蒸餾水后，提高其位置，向容量瓶?jī)?nèi)注水，使水面與上刻度線重合。這時(shí)，便可開始校正試驗(yàn)。先轉(zhuǎn)動(dòng)三通旋塞，使容量瓶與濕式流量計(jì)接通，緩慢放下平衡瓶，使容量瓶?jī)?nèi)液面與下刻度線一齊，氣體體積恰好為一升，然后記下流量計(jì)的體積示數(shù)、溫度和壓力。

11、濕式流量計(jì)指針旋轉(zhuǎn)一圈為5升，故需依次對(duì)每一升重復(fù)上述操作一次，共作5組數(shù)據(jù)，求得其平均校正系數(shù)。2轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校檢先將緩沖罐上的放空閥完全打開，同時(shí)關(guān)閉出氣閥，然后才能啟動(dòng)氣源。待氣源運(yùn)行正常后，再將三通閥旋至與轉(zhuǎn)子流量計(jì)系統(tǒng)相通。緩慢的調(diào)節(jié)放空閥，使氣體流量調(diào)到所需要數(shù)值。濕式流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)周后，便可開始測(cè)定。讀取轉(zhuǎn)子流量計(jì)示數(shù)，用秒表和濕式流量計(jì)測(cè)量流量值。在轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)取56組數(shù)據(jù)。3毛細(xì)管流量計(jì)的標(biāo)定毛細(xì)管流量計(jì)的校檢流程與轉(zhuǎn)子流量計(jì)是并聯(lián)的，因此，實(shí)驗(yàn)方法完全相同。這里不再重述。根據(jù)濕式流量計(jì)和秒表計(jì)數(shù)所求流量給毛細(xì)管流量標(biāo)記刻度。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)注意下列事項(xiàng)：（1）在實(shí)

12、驗(yàn)過(guò)程中，要經(jīng)常注意濕式氣體流量計(jì)的水位器和水平儀，不符合要求時(shí)要隨時(shí)調(diào)整，以保證測(cè)量準(zhǔn)確。（2）校驗(yàn)氣體流量計(jì)時(shí)，因?yàn)樾?zhǔn)介質(zhì)是可壓縮流體，所以校準(zhǔn)時(shí)的溫度和壓力一定要記準(zhǔn)，切勿疏忽。（3）氣源為容積式設(shè)備，在啟動(dòng)前一定要打開放空閥，并用其來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入設(shè)備的氣體流量。（4）管道連接一定要嚴(yán)密，切勿有泄露之處，否則測(cè)量準(zhǔn)確度成問(wèn)題。（5）實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)，可用從小流量到大流量，再?gòu)拇蟮叫。瑑纱螖?shù)據(jù)取其平均值。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理1濕式氣體流量計(jì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)容量瓶體積真值VV /m3溫度t/壓力p/kPa流量計(jì)體積示值Vw/m3體積修正值DV=VV Vw12345平均修正系數(shù)=2轉(zhuǎn)子流量計(jì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值/m3溫度t/壓力p/kPa流動(dòng)時(shí)間t /s濕式流量計(jì)示