1、實驗二 氣體流量測定與流量計標定一、實驗目的氣體屬于可壓縮流體。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，在工業生產上和科學研究中，都是十分重要的。尤其是在近代，工業生產規摸的大型化和科學實驗的微型化，往往這些流量、溫度、壓力等的檢測儀表就成為關鍵問題。目前，工業用有LZB系列轉子流量計，實驗室用有LZW系列微型轉子流量計，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格規定，則讀出刻度就能知道流量。但從精度上考慮，仍有必要重新進行校正。轉子流量計自制是有困難的，因

2、錐形玻璃管的錐度手工難于制作。但是，在科學研究中或其它某種場合，有時，不免還要根據某種特殊需要，創制一些新型測量儀表和自制一些簡易的流量計。不論是市售的標準系列產品還是自制的簡易儀表，使用前，尤其是使用一段時間后，都需要進行校正，這樣才能保證計量的準確、可靠。氣體流量計的標定，一般采用容積法，用標準容量瓶量體積，或者用校準過的流量計作比較標定。在實驗室里，一般采用濕式氣體流量計作為標準計量器。它屬于容積式儀表，事先應經標準容量瓶校準。實驗用的濕式流量計的額定流量，一般有0.2m3·h1和0.5m3·h1兩種。若要標定更大流量的儀表，一般采用氣柜計量體積。實驗室往往又需用微型

3、流量計，現時一般采用流量計來標定。本實驗采用標準系列中的轉子流量計和自制的毛細管流量計來測量空氣流量。并用經標準容量瓶直接校準好的濕式流量作為標準，用比較法對上述兩種流量計進行檢定，標定出流量曲線.，對毛細管流量計標定。通過本實驗學習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習者在進行以下各項實驗時，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，其構造主要由圓鼓形殼體、轉鼓及傳動記數機構所組成，如圖1所示。轉鼓是由圓筒及四個彎曲形狀的葉片所構成。四個

4、葉片構成四個體積相等的小室。轉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氣管9處依次進入一室，并相繼由頂部排出時，迫使轉鼓轉動。由轉動的次數，通過記數機構，在表盤上計數器和指針顯示體積。它配合秒表工作時，可直接測定氣體流量。圖1 濕式流量計結構簡圖1溫度計；2壓差計；3水平儀；4排氣管；5轉鼓；6殼體；7水位儀；8可調支腳；9進氣管工作時，依圖1位置所示，氣體由進氣管進入，B室正在進氣，C室開始進氣，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，也可用來作標準儀器以檢定其他流量計。濕式氣體流量計一般用標準容量瓶進行校準。標準容量瓶的體積為VV。濕式氣體流量計體積示值為

5、VW，則兩者差值V為：V=Vv Vw （21）當流量計指針旋轉一周時，刻度盤上總體積為5升，一般配置1升容量瓶進行5次校準，流量計總體積示值為Vw，則平均校正系數為： （22）因此，經校準后，濕式氣體流量計的實際體積流量為VS與流量計示值VS之間的關系為： （23）2轉子流量計轉子流量計的構造原理如圖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，由轉子的位置決定流體的流量。轉子流量計與孔板流量計雖都以節流作用為依據，但孔板流量計是截面積不變，流量與壓強差呈比例；而轉子流量計則是壓強差不變，流量與環隙截面積大小（即隨轉子位置而

6、變）成比例。在一定流量下，當轉子上下產生的壓力差與轉子的凈重（重量-浮力）相平衡時，轉子就停留在一定位置上。 （24）式中VR轉子的體積，m3；AR轉子的最大截面積，m2；轉子的密度，kg/m3；圖2 轉子流量計流體的密度，kg/m3；當轉子停留在一定位置時，轉子與玻璃管間環隙面積是一定值，流速與靜壓強差的關系，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： （25）式中流體的體積流量，m3/s；轉子上下間流體的壓強差，Pa；被測流體的密度，kg/m3；SR轉子與玻璃管環隙的截面積，m2；CR轉子流量計的流量系數，與轉子的形狀以及流體通過環隙的Re數有關。其具體數

7、值由實驗測定。 由上述原理可知，式中環隙截面積SR隨流量而改變，而SR的大小也就表示轉子位置的高低。因此，流量與轉子位置保持一定關系。但式中p是不隨流量而改變的，只是與轉子的凈重量有關。標定氣體流量計時，一般采用空氣作為標定介質，標定溫度為20，壓力為760mmHg。當實際測量時，氣體種類、溫度和壓力與標定時可能不同，這就需要進行換算。若被測氣體只是溫度和壓力改變，則可按下式換算： （26）式中被測氣體流量，m3/s；標定氣體流量，m3/s；p1，T1標定時的壓力，Pa，和溫度，K；p2，T2被測定時氣體的壓力，Pa，和溫度K。當被測氣體種類改變時，而粘度與標定介質相近，流量系數CR可視為常數

8、，則可按下式換算： （27）式中標定氣體的密度，kg/m3；被測氣體的密度，kg/m3。3毛細管流量計毛細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管，因阻力產生壓強降。測壓采用一種特殊裝置，可防止指示劑被沖走，其構造如圖3所示。根據測量范圍，只要更換毛細管的粗細與長短就可以了。一般采用水作為測壓管的指示液。毛細管流量計的構造原理，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： （28）式中CP毛細管流量計流量系數；Sp毛細管截面積，m2；圖3 毛細管流量計指示液的密度，kg/m3。實驗室里，為了簡便，通常將自制的毛細管流量計經過直接標定，繪制成流量q

9、V與測壓管液柱高度R之間的關系曲線。三、實驗裝置和流程這套裝置分兩部分：一部分是標準容量瓶校準濕式氣體流量計，裝置主要部分是標準容量瓶（1000mL）、平衡瓶和濕式氣體流量計，如圖4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標準容量瓶；4三通閥另一部分是用濕式氣體流量計分別標定轉子流量計和毛細管流量計。裝置主要部分是氣源、緩沖罐和濕式氣體流量計，在中間并聯連接轉子和毛細管兩種流量計。具體裝置流程如圖5所示。圖5 流量計校正和標定流程圖1濕式氣體流量計；2毛細管流量計；3轉子流量計；4三通旋塞；5緩沖罐；6氣源主要設備及儀表參考規格(1) 氣源：流量3.6m3/h 1臺(2)

10、 濕式氣體流量計：額定流量0.5m3/h 1臺(3) 玻璃轉子流量計：LZB-6 1臺(4) 毛細管流量計： 1臺(5) 標準容量瓶： 1個四、實驗方法1濕式氣體流量計的校準檢查三通閥的通向，使容量瓶與大氣相通，而與濕式流量計斷開。調正濕式流量計的水平：轉動支腳螺絲，直至水平儀內氣泡居中為準。向流量計內注入蒸餾水，其水位高低必須保持水位器中液面與針尖重合。平衡瓶內注入蒸餾水后，提高其位置，向容量瓶內注水，使水面與上刻度線重合。這時，便可開始校正試驗。先轉動三通旋塞，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、溫度和壓力。

11、濕式流量計指針旋轉一圈為5升，故需依次對每一升重復上述操作一次，共作5組數據，求得其平均校正系數。2轉子流量計的校檢先將緩沖罐上的放空閥完全打開，同時關閉出氣閥，然后才能啟動氣源。待氣源運行正常后，再將三通閥旋至與轉子流量計系統相通。緩慢的調節放空閥，使氣體流量調到所需要數值。濕式流量計運轉數周后，便可開始測定。讀取轉子流量計示數，用秒表和濕式流量計測量流量值。在轉子流量計測量范圍內，測取56組數據。3毛細管流量計的標定毛細管流量計的校檢流程與轉子流量計是并聯的，因此，實驗方法完全相同。這里不再重述。根據濕式流量計和秒表計數所求流量給毛細管流量標記刻度。在實驗過程中，應注意下列事項：（1）在實

12、驗過程中，要經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整，以保證測量準確。（2）校驗氣體流量計時，因為校準介質是可壓縮流體，所以校準時的溫度和壓力一定要記準，切勿疏忽。（3）氣源為容積式設備，在啟動前一定要打開放空閥，并用其來調節進入設備的氣體流量。（4）管道連接一定要嚴密，切勿有泄露之處，否則測量準確度成問題。（5）實驗測定時，可用從小流量到大流量，再從大到小，兩次數據取其平均值。五、實驗結果整理1濕式氣體流量計校準數據實驗序號容量瓶體積真值VV /m3溫度t/壓力p/kPa流量計體積示值Vw/m3體積修正值DV=VV Vw12345平均修正系數=2轉子流量計校準數據實驗序號轉子流量計示值/m3溫度t/壓力p/kPa流動時間t /s濕式流量計示