1前言
轉(zhuǎn)子流量計(jì)是實(shí)驗(yàn)中常用來測(cè)定液體或氣體流量的一種計(jì)量器具,它在工業(yè)及科研實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用已有一百五十多年的歷史。以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀取流量方便、且又不易發(fā)生故障而為人們所樂于采用。在有關(guān)教材和資料對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的計(jì)算式中川,當(dāng)用同一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量不同液體時(shí),有一個(gè)密度的修正式,但未見在對(duì)不同粘度液體的流量測(cè)定中加以修正,在本實(shí)驗(yàn)中用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)定乙酸乙醋和丁內(nèi)醋的流量時(shí),發(fā)現(xiàn)從轉(zhuǎn)子流量計(jì)上讀得的流量與實(shí)際流量相差懸殊。如果按密度進(jìn)行修正,乙酸乙醋、丁內(nèi)醋與水的密度相差不多(5%一10%),其修正值很小。因此在使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)必須重視液體粘度對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)的影響.
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
轉(zhuǎn)子流量計(jì)常見的轉(zhuǎn)子形狀如圖1所示,左邊圖形的轉(zhuǎn)子用廣泛,為錐形轉(zhuǎn)子;右邊的圖形為圓珠形,為球形轉(zhuǎn)子。用這兩種轉(zhuǎn)子流量計(jì),經(jīng)過測(cè)量,得到下列較為幾個(gè)典型的圖例。在錐型轉(zhuǎn)子流量計(jì)中,粘度為0.52mpa.s、密度為900kg·m-3’的液體乙酸乙醋的實(shí)測(cè)結(jié)果見圖2,粘度為1.gmPa·s、密度為1050kg·m-3的丁內(nèi)醋的實(shí)測(cè)結(jié)果見圖3,圖中所示的密度修正流量曲線指的是僅以密度進(jìn)行修正的曲線,其修正公式為。
式中：VS′—實(shí)際的體積流量：Vs—流量計(jì)顯示的體積流量；ρ—水的密度；ρf—轉(zhuǎn)子材料的密度；ρ′—被測(cè)流體的密度。由圖可知，在錐形轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，粘度小（大）于水的液體其實(shí)際流量值要比理論流量值大（小），且兩條曲線基本平行，實(shí)際流量的線性度較好。
用球形轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量乙酸乙醋的結(jié)果見圖4,由圖可知,球形轉(zhuǎn)子流量計(jì)的這種類型,粘度對(duì)其的影響非常之大,且實(shí)際流量的線性度也極差。所以在實(shí)驗(yàn)中絕對(duì)不可忽視粘度對(duì)示值的影響。
3對(duì)問題的簡(jiǎn)析
轉(zhuǎn)子流量計(jì)的原理如圖5所示,為一微呈倒錐形玻璃管與轉(zhuǎn)子組成,由于流體穿過轉(zhuǎn)子與壁的環(huán)隙時(shí)速度增大造成轉(zhuǎn)子下面與上面的壓差使轉(zhuǎn)子上浮。在用柏努利方程推導(dǎo)時(shí)先忽略了流體穿過環(huán)隙的阻力,然后引人了涉及轉(zhuǎn)子形狀和阻力損失(即粘度的影響)的校正系數(shù)C,,即
式中：Vf—轉(zhuǎn)子體積；Af—轉(zhuǎn)子最大截面積；Ao—轉(zhuǎn)子所處位置的環(huán)隙面積（即所處玻璃管截面積與Af之差）。對(duì)于一定形狀的轉(zhuǎn)子，CR就取決于阻力損失，
不同粘度的液體通過環(huán)隙時(shí)阻力可以相差很大,因而測(cè)量時(shí)的讀數(shù)與實(shí)際值有明顯偏差,粘度對(duì)阻力損失的影響體現(xiàn)在求取環(huán)隙阻力系數(shù)ζ的雷諾數(shù)Re。中(為與管道流體的雷諾數(shù)進(jìn)行區(qū)分,特將環(huán)隙流體的雷諾數(shù)用Re。表示),盡管在有關(guān)教材中對(duì)不同轉(zhuǎn)子類型的CR與Re。之間有圖可查,但要找到流量測(cè)定值與液體粘度的關(guān)系就不如密度變化那么簡(jiǎn)單了。
對(duì)于一定形狀的轉(zhuǎn)子,式(2)中的CR可由圖6所示曲線查得。從圖可看出,隨著Re。的增大,CR的增大由陡峭而逐漸平緩;當(dāng)Re。超過一定值后, CR就基本不變了定義該值為Reoc。所以當(dāng)流體通過轉(zhuǎn)子與壁間環(huán)隙的Re。超過Reoc后,可以認(rèn)為CR是一常數(shù),因此當(dāng)Reo> Reoc后,液體粘度的變化不會(huì)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響,不必對(duì)粘度的變化進(jìn)行修正;當(dāng)Reo＜Reoc時(shí),液體粘度的變化對(duì)讀數(shù)的影響是很明顯的,必須加以校正,但是粘度的變化與密度的變化不同,后者的修正很簡(jiǎn)單,一般教材上都有修正式,而粘度則無法用簡(jiǎn)單的計(jì)算式來表示,因?yàn)橐环矫鎸?shí)際操作時(shí)很難計(jì)算Re。,另一方面沿轉(zhuǎn)子流量計(jì)上下的Re。也是不同的。因此當(dāng)Re。＜Reoc,時(shí)只能用實(shí)際液體加以標(biāo)定。
本實(shí)驗(yàn)中乙酸乙醋、丁內(nèi)醋和水,它們的密度相差不大,而轉(zhuǎn)子流量計(jì)同示值刻度上的實(shí)際流量卻相差很大,圖6所示曲線可以判斷出:在實(shí)際操作中Re。一定工作在小于或遠(yuǎn)小于Re。。的區(qū)域范圍中。
4結(jié)論
粘度對(duì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值所產(chǎn)生的影響不可忽視,所以在實(shí)驗(yàn)之前,對(duì)不熟悉的介質(zhì)一定要首先對(duì)流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量校對(duì),根據(jù)作出的實(shí)際流量曲線再繼續(xù)下一步實(shí)驗(yàn),以免造成不必要的實(shí)驗(yàn)誤差。
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