氣體流量測定與流量計標(biāo)定

1、實驗二 氣體流量測定與流量計標(biāo)定一、實驗?zāi)康臍怏w屬于可壓縮流體。 氣體流量的測量， 雖然有一些與用于不可壓縮流體相同的 測量儀表但也有不少專用于氣體的測量儀表， 在測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)實驗的微型化，往往這些流量、 溫度、壓力等的檢測儀表就成為關(guān)鍵問題。目前，工業(yè)用有LZB系列轉(zhuǎn)子流量計，實驗室用有LZW系列微型轉(zhuǎn)子流量計，可供選用。對于市售定型儀表，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

2、量計自制是有困難的， 因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合，有時，不 免還要根據(jù)某種特殊需要， 創(chuàng)制一些新型測量儀表和自制一些簡易的流量計。 不論是 市售的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品還是自制的簡易儀表，使用前，尤其是使用一段時間后，都需要 進(jìn)行校正，這樣才能保證計量的準(zhǔn)確、可靠。氣體流量計的標(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)過的流 量計作比較標(biāo)定。在實驗室里，一般采用濕式氣體流量計作為標(biāo)準(zhǔn)計量器。它屬于容 積式儀表，事先應(yīng)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)容量瓶校準(zhǔn)。實驗用的濕式流量計的額定流量，一般有0.2m3 h 1和0.5m3 h 1兩種。若要標(biāo)定更大流量的儀表，一般采用氣柜計量體積

3、。 實驗室往往又需用微型流量計，現(xiàn)時一般采用皂膜流量計來標(biāo)定。本實驗采用標(biāo)準(zhǔn)系列中的轉(zhuǎn)子流量計和自制的毛細(xì)管流量計來測量空氣流量。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)， 用比較法對上述兩種流量計進(jìn)行檢 定，標(biāo)定出流量曲線 . ，對毛細(xì)管流量計標(biāo)定。通過本實驗學(xué)習(xí)氣體流量的測量方法， 以及氣體流量計的原理、使用方法和檢定方法。同時，這些知識和實驗方法對學(xué)習(xí)者 在進(jìn)行以下各項實驗時，肯定會有幫助，尤其時對今后所從事的各種實驗研究工作， 也是有益處的。二、實驗原理1濕式氣體流量計該儀器屬于容積式流量計。 它是實驗室常用的一種儀器， 其構(gòu)造主要由圓鼓形殼體、轉(zhuǎn)鼓及傳動記數(shù)機(jī)構(gòu)所組成，如圖 所構(gòu)

4、成。四個葉片構(gòu)成四個體積相 等的小室。轉(zhuǎn)鼓的下半部浸沒在水 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，迫使轉(zhuǎn) 鼓轉(zhuǎn)動。由轉(zhuǎn)動的次數(shù)，通過記數(shù) 機(jī)構(gòu)，在表盤上計數(shù)器和指針顯示 體積。它配合秒表工作時，可直接 測定氣體流量。工作時，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 氣氣體流量計可直接用于測量氣體 流量，也可用來作標(biāo)準(zhǔn)儀器以檢定 其他流量計。濕式氣體流量計一般用標(biāo)準(zhǔn)容量瓶 進(jìn)行校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)容量瓶的體積為 Vv1所示。轉(zhuǎn)鼓是由圓筒及四個彎曲形狀的葉片圖1濕式流量計結(jié)構(gòu)簡圖1 溫度計；2壓差計；3 水平儀

5、；4排氣 管；5 轉(zhuǎn)鼓；6殼體；7 水位儀；8可調(diào) 支腳；9進(jìn)氣管濕式氣體流量計體積示值為 Vw則兩者差值 V為:(2 1) V=Vv Vw當(dāng)流量計指針旋轉(zhuǎn)一周時，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)，流量計總體積示值為刀 Vw,則平均校正系數(shù)為:(2 2)因此，經(jīng)校準(zhǔn)后，濕式氣體流量計的實際體積流量為Vs與流量計示值 Vs'之間的 關(guān)系為:Vs V SCWVS(2 3)2.轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計的構(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，由轉(zhuǎn) 子的位置決定流體的流量。轉(zhuǎn)子流量計與孔

6、板流量計雖都以節(jié)流作用為依據(jù)，但孔板流量計是截面積不變， 流量與壓強(qiáng)差呈比例；而轉(zhuǎn)子流量計則是壓強(qiáng)差不變，流量與環(huán)隙截面積大?。措S轉(zhuǎn)子位置而變）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，轉(zhuǎn)子就停留在一定位置上。pAR VR Rg VR g（ 2 4）式中VR轉(zhuǎn)子的體積，mi5；Ar轉(zhuǎn)子的最大截面積，mi；3r轉(zhuǎn)子的密度，kg/m ；流體的密度， kg/m3；圖2轉(zhuǎn)子流量計qv2g pgCrSr(2 5)當(dāng)轉(zhuǎn)子停留在一定位置時，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，與通過孔板流量計孔口時的情況是相似的。因此，可 依照孔板流量計的流量公式寫出

7、:式中qv 流體的體積流量，m/s ； p 轉(zhuǎn)子上下間流體的壓強(qiáng)差，Pa;3被測流體的密度，kg/m ；Sr轉(zhuǎn)子與玻璃管環(huán)隙的截面積，卅；C轉(zhuǎn)子流量計的流量系數(shù)，與轉(zhuǎn)子的形狀以及流體通過環(huán)隙的Re數(shù)有關(guān)。其具體數(shù)值由實驗測定。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,20 C,壓力為只是與轉(zhuǎn)子的凈重量有關(guān)。標(biāo)定氣體流量計時，一般采用空氣作為標(biāo)定介質(zhì)，標(biāo)定溫度為760mmHg當(dāng)實際測量時，氣體種類、溫度和壓力與標(biāo)定時可能不同，這就需要進(jìn)行 換算。若被測氣體只是溫度和壓力改變，則可按下式換

8、算:P1T2qV2 qV1( 2 6)V P2T1式中qv2 被測氣體流量，m/s ；3qV1標(biāo)定氣體流量，m/s ；pi，Ti標(biāo)定時的壓力，Pa,和溫度，K;P2，T2被測定時氣體的壓力，Pa，和溫度當(dāng)被測氣體種類改變時，而粘度與標(biāo)定介質(zhì)相近，流量系數(shù)G可視為常數(shù)，則可按下式換算：qv2qvi J R1( 2 7)( R 1)23式中i標(biāo)定氣體的密度，kg/m ；32 被測氣體的密度，kg/m。3.毛細(xì)管流量計毛細(xì)管流量計用于實驗室里測量小流量的氣體,較為方便。它是利用流體通過一小段毛細(xì)管，因阻力產(chǎn)生壓強(qiáng)降。測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)測量范圍，只要更換毛

9、細(xì)管的 粗細(xì)與長短就可以了。一般采用水作為測壓管的指示 液。毛細(xì)管流量計的構(gòu)造原理，與孔板流量計類似。因此，亦可依照孔板流量計列出流量公式：Vs CpSp 2 H小 c f2gR( i)CpSpi(2式中Cp毛細(xì)管流量計流量系數(shù)；2Sp毛細(xì)管截面積， m;3i 指示液的密度，kg/m。圖3毛細(xì)管流量計實驗室里，為了簡便，通常將自制 的毛細(xì)管流量計經(jīng)過直接標(biāo)定，繪制成 流量qv與測壓管液柱高度 R之間的關(guān)系 曲線。三、實驗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，裝置主要 部分是標(biāo)準(zhǔn)容量瓶 (lOOOmQ、平衡瓶和 濕式氣體流量計，如圖 4所示。另一部分是用濕式氣體流量

10、計分別 標(biāo)定轉(zhuǎn)子流量計和毛細(xì)管流量計。裝置 主要部分是氣源、緩沖罐和濕式氣體流 量計，在中間并聯(lián)連接轉(zhuǎn)子和毛細(xì)管兩種流 量計。具體裝置流程如圖 5所示。圖4濕式流量計校正的實驗裝置1濕式流量計；2平衡瓶；3標(biāo)準(zhǔn)容 量瓶；4三通閥圖5流量計校正和標(biāo)定流程圖1 濕式氣體流量計；2毛細(xì)管流量計；3轉(zhuǎn)子流量計;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3(1) 氣源：流量3.6m /h 1 臺(2) 濕式氣體流量計：額定流量0.5m3/h 1 臺(3)玻璃轉(zhuǎn)子流量計：LZB-6 1 臺(4)毛細(xì)管流量計：1 臺(5)標(biāo)準(zhǔn)容量瓶： 1個四、實驗方法1濕式氣體流量計的校準(zhǔn) 檢查三通閥的通向，使容量

11、瓶與大氣相通，而與濕式流量計斷開。 調(diào)正濕式流量計的水平：轉(zhuǎn)動支腳螺絲，直至水平儀內(nèi)氣泡居中為準(zhǔn)。 向流量計內(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。 平衡瓶內(nèi)注入蒸餾水后， 提高其位置， 向容量瓶內(nèi)注水， 使水面與上刻度線重合。 這時，便可開始校正試驗。先轉(zhuǎn)動三通旋塞，使容量瓶與濕式流量計接通，緩慢 放下平衡瓶，使容量瓶內(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 計的體積示數(shù)、溫度和壓力。濕式流量計指針旋轉(zhuǎn)一圈為 5 升，故需依次對每一升重復(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)子流量計的校檢 先將緩沖罐上的放空閥完全打開，同時關(guān)閉出氣閥，然后才能

12、啟動氣源。 待氣源運行正常后， 再將三通閥旋至與轉(zhuǎn)子流量計系統(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。濕式流量計運轉(zhuǎn)數(shù)周后，便可開始測定。讀取轉(zhuǎn)子流量 計示數(shù)，用秒表和濕式流量計測量流量值。在轉(zhuǎn)子流量計測量范圍內(nèi)，測取 56 組數(shù)據(jù)。3毛細(xì)管流量計的標(biāo)定 毛細(xì)管流量計的校檢流程與轉(zhuǎn)子流量計是并聯(lián)的，因此，實驗方法完全相同。這 里不再重述。根據(jù)濕式流量計和秒表計數(shù)所求流量給毛細(xì)管流量標(biāo)記刻度。在實驗過程中，應(yīng)注意下列事項：（ 1）在實驗過程中，要經(jīng)常注意濕式氣體流量計的水位器和水平儀，不符合要求 時要隨時調(diào)整，以保證測量準(zhǔn)確。（ 2）校驗氣體流量計時，因為校準(zhǔn)介質(zhì)是可壓縮流體，所以校準(zhǔn)時的溫度和壓力 一定要記準(zhǔn)，切勿疏忽。3）氣源為容積式設(shè)備，在啟動前一定要打開放空閥，并用其來調(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，否則測量準(zhǔn)確度成問題。(5) 實驗測定時，可用從小流量到大流量，再從大到小，兩次數(shù)據(jù)取其平均值。五、實驗結(jié)果整理1 .濕式氣體流量計校準(zhǔn)數(shù)據(jù)實驗序號容量瓶體積真值VV/m3溫度t/ °C壓力p/kPa流量計體積示值vw/m體積修正值V=V Vw12345平均修正系數(shù)=2轉(zhuǎn)子流量計校準(zhǔn)數(shù)據(jù)實驗序號轉(zhuǎn)子流量計示值/m3溫度t/ C壓力p/kPa流動時