1、簡介
1.1、（浮動(dòng)）子流量計(jì)的1個(gè)特性及其應(yīng)用
　　旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)是常用的氣流測(cè)量裝置。它結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，對(duì)儀器前后直管長度要求低，壓力損失小，測(cè)量范圍寬，運(yùn)行可靠，適用性廣。15305232668和其他特性，但其流動(dòng)特性容易受到流體粘度，密度等的影響。也就是說，相同的轉(zhuǎn)移（浮動(dòng)）子流量計(jì)，當(dāng)在不同的介質(zhì)條件下用于相同的體積流量測(cè)量時(shí)，可以獲得不同的測(cè)量結(jié)果，從而導(dǎo)致測(cè)量誤差。
　　氣體傳輸（浮動(dòng)）子流量計(jì)的校準(zhǔn)通常由空氣校準(zhǔn)[1]給出。因此，當(dāng)使用它來測(cè)量其他氣體介質(zhì)的流量時(shí)，必須正確校正儀表刻度。在這方面，當(dāng)介質(zhì)的粘度相似且密度不同時(shí)的流量校正公式被給出作為不同介質(zhì)之間的流量轉(zhuǎn)換方法的參考。公式并不復(fù)雜，但要理解公式的背景并靈活掌握應(yīng)用并不容易。
1.2、提出2個(gè)問題
　　航空航天模型通常使用氦氣，氦氣是自然界中密度最低的惰性氣體。在評(píng)估某些部分時(shí)對(duì)于性能指標(biāo)，需要氦氣流量計(jì)來測(cè)量氦氣流量。
　　關(guān)于旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)的氦流量的校準(zhǔn)，一些意見主張使用空氣驗(yàn)證，然后根據(jù)[2]的方法將空氣流量值轉(zhuǎn)換成氦氣的流量。然而，當(dāng)我們分別用空氣和氦氣校準(zhǔn)/校準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)通過根據(jù)該方法校正氣流比例獲得的氦的理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際氦氣流量很大不同。
　　為了解釋這個(gè)問題，我們選擇LZB-10型氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，首先用空氣檢查，空氣校準(zhǔn)流量合格，然后用氦氣介質(zhì)校準(zhǔn)五個(gè)刻度點(diǎn)的氦氣流量。在相同比例下獲得的氦氣流量和空氣流量的測(cè)量值，簡單密度校正后的氦氣流量的計(jì)算值，以及文獻(xiàn)中的理論密度校正系數(shù)和實(shí)際綜合校正系數(shù)[2]校正方法進(jìn)行了比較。中的數(shù)據(jù)。

從表1可以看出：
a）實(shí)際的氦氣流量和氣流量不遵循[2]中描述的簡單密度校正關(guān)系（即，實(shí)際綜合校正因子不等于理論密度校正因子）;b）實(shí)際綜合修正系數(shù)小于理論密度修正系數(shù)，即實(shí)際氦氣流量小于簡單密度修正后得到的理論氦氣流量;
c）理論密度修正系數(shù)是一個(gè)常數(shù)，與流速無關(guān)，實(shí)際綜合修正系數(shù)與流速有關(guān)，隨著流速的減小而減小。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？理論數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的不一致性解釋了問題是什么，是否可以從理論上解釋。所有這些都是本文所關(guān)注的問題。實(shí)際上，這也是對(duì)氣體傳遞（浮動(dòng)）子流量計(jì)的流動(dòng)特性和流量校正方法的適用性的介質(zhì)相關(guān)原理的深刻理解和重新理解。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)橹挥羞@樣才能真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，確保價(jià)值傳遞的科學(xué)性和正確性。
　　為了澄清上述問題，首先要從轉(zhuǎn)移（浮動(dòng)）子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理入手。
2、旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）分流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理簡述[3,4]
　　旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)主要由錐管，浮子和支撐連接結(jié)構(gòu)組成。流量刻度直接刻在錐形管上，表明浮子的高度與被測(cè)介質(zhì)的流速之間一一對(duì)應(yīng)。圖1是它的工作原理示意圖。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)工作原理圖
　　將浮子放置在垂直錐形管中。當(dāng)流體從底部流到頂部時(shí)，根據(jù)伯努利方程，在浮子之前和之后形成壓差，并且壓差形成用于升高浮子的力F.當(dāng)F大于浸沒在流體中的浮子的重力Wf時(shí)，浮子上升。隨著浮子上升，浮子的最大外徑和錐形管之間的環(huán)形區(qū)域逐漸增大。在流速保持恒定的情況下，流速逐漸減小，并且F逐漸減小直到F和Wf相等，浮子穩(wěn)定在一定高度。同時(shí)，考慮到實(shí)際流動(dòng)條件和理想狀態(tài)之間的差異，獲得了F與流體密度ρ，流速v和浮子的最大橫截面積a之間的關(guān)系。

　　其中：Cd-從校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中獲得的阻力系數(shù)與浮子的形狀，流體的流動(dòng)狀態(tài)和流體的物理性質(zhì)有關(guān)。

　　式中：Vf ---浮子量，m3; ρf---浮子材料密度，kg / m3; g ---重力加速度，m / s2。
　　從式（1）和式（2）之間的關(guān)系，我們可以得到流量Q的計(jì)算公式為

　　式中：C ---流量系數(shù); A ---線圈管橫截面積，m3。
　　對(duì)于氣體介質(zhì)，ρ遠(yuǎn)小于ρf，因此上述公式簡化為公式（4），這是氣體傳輸（浮動(dòng)）子流量計(jì)的流量測(cè)量原理。

3、用于（?。┺D(zhuǎn)子流量計(jì)特性的介質(zhì)相關(guān)性校正
　　對(duì)于特定的流量計(jì)，已經(jīng)確定了與流量計(jì)結(jié)構(gòu)或浮子材料相關(guān)的參數(shù)在等式（4），A，a，Vf，ρf等中，并且注意到存在流量系數(shù)C和密度ρin公式。參數(shù)與被測(cè)流體有關(guān)。只要選擇流體介質(zhì)，就可以縮放流量計(jì)，或者可以通過校準(zhǔn)或流量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)確定浮子高度和實(shí)際流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，當(dāng)特定的旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)從工廠運(yùn)輸時(shí)，在錐形管上指示應(yīng)用現(xiàn)有水垢的介質(zhì)類型。當(dāng)用于與秤的適用介質(zhì)不同的其他介質(zhì)流量測(cè)量時(shí)，秤必須合理。糾正。根據(jù)以上分析，轉(zhuǎn)移（浮動(dòng)）子流量計(jì)的流量特性的介質(zhì)相關(guān)性校正應(yīng)包括密度的校正和流量系數(shù)的校正，并且流量系數(shù)與流體的粘度有關(guān)，所以流量系數(shù)校正有時(shí)被稱為粘度校正。
3. 1、密度校正
　　密度校正是[2]中提到的校正方法。比較簡單：根據(jù)公式（4），標(biāo)度介質(zhì)的流速為Q0，密度為ρ0，被測(cè)流體的流速為Q1，密度為ρ1。流量與密度的校正公式為

　　可以看出，流速與密度的平方根成反比，密度的平方根是轉(zhuǎn)移（浮動(dòng)）子流量計(jì)的密度校正原理。

3.2、流量系數(shù)校正
　　流量系數(shù)C的校正更復(fù)雜。在理想的情況下（假設(shè)流體是理想的流體，根本沒有粘度;假設(shè)流量是理想的流量而根本沒有能量損失），C是一個(gè)常數(shù)等于1的常數(shù)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中不太可能出現(xiàn)上述絕對(duì)理想狀態(tài)。
實(shí)際上，對(duì)于特定的流量計(jì)，流量系數(shù)可以表示為雷諾數(shù)Re [4]的函數(shù)，雷諾數(shù)表征流體流動(dòng)時(shí)慣性力與粘性力之比的無量綱數(shù)[5] ，從等式（6）定義

　　其中：υ---流動(dòng)部分的平均流速，m / s; L-流體的特征長度，m; ν-流體的運(yùn)動(dòng)粘度，m2 / s。
　　雷諾數(shù)是流量計(jì)量中的重要參數(shù)。當(dāng)外部幾何條件相似且雷諾數(shù)相同時(shí)，流體流動(dòng)狀態(tài)也幾何相似。這是流體力學(xué)的類似原理。
　　可以看出，流體粘度對(duì)流量系數(shù)（或流量）的影響反映在雷諾數(shù)中。
　　在流體力學(xué)中，流體的粘度具有兩個(gè)不同的表達(dá)項(xiàng)，這容易混淆。一個(gè)是動(dòng)態(tài)粘度μ，另一個(gè)是等式（6）中的運(yùn)動(dòng)粘度。兩者之間的關(guān)系和流體的密度ρ由等式（7）給出。

　　根據(jù)雷諾數(shù)的定義，流體運(yùn)動(dòng)粘度ν越大，雷諾數(shù)Re越小，表明粘性力對(duì)流體流動(dòng)的影響比慣性力對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響更大，并且影響流體介質(zhì)粘度對(duì)流速的影響較小。忽略;相反，流體運(yùn)動(dòng)粘度ν越小，雷諾數(shù)Re越大，表明粘性力對(duì)流體流動(dòng)的影響不如慣性力對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響顯著。由此可以得出結(jié)論，流體粘度對(duì)流速的影響程度應(yīng)該基于運(yùn)動(dòng)粘度ν，并且不應(yīng)該基于動(dòng)態(tài)粘度μ。這個(gè)非常重要。它對(duì)氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)的計(jì)量驗(yàn)證具有指導(dǎo)意義。如果使用動(dòng)態(tài)粘度作為標(biāo)準(zhǔn)，則可能導(dǎo)致不切實(shí)際的結(jié)果，因?yàn)榫哂邢嗨苿?dòng)態(tài)粘度的氣體的運(yùn)動(dòng)粘度可能還有很長的路要走。以空氣和氦氣為例，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，空氣和氦氣的動(dòng)態(tài)粘度為[6]：1.81×10-5Pa·s，1.97×10-5Pa·s，應(yīng)該說非常接近。但是，由于兩者的密度差異很大，它們是：1。205 kg / m3,0.663 kg/ m3，兩者的運(yùn)動(dòng)粘度也大不相同：1。502×10-5m2 / s和11.85×10-5m2 / s。
　　對(duì)于不同的流量計(jì)，由于結(jié)構(gòu)本身和浮子的形狀，流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系不相同。很難找到表達(dá)的一般理論公式，通常以曲線的形式通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。描述兩者之間的具體關(guān)系。

　　在這方面，日本學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究。其中，文獻(xiàn)[4]也給出了具有不同浮子形狀的流量計(jì)。

　　流量系數(shù)C與雷諾數(shù)Re之間的關(guān)系如圖2所示。
　　從圖中可以看出，對(duì)于具有確定浮子形狀的旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)，如果氣態(tài)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度足夠小，則在雷諾數(shù)Re達(dá)到某一值后，流量系數(shù)C基本保持不變。值。因此，在該區(qū)域（暫時(shí)稱為線性區(qū)域）中，不需要進(jìn)行粘度校正（或流量系數(shù)校正），僅需要進(jìn)行濃度校正。然而，對(duì)于氦氣，由于其運(yùn)動(dòng)粘度遠(yuǎn)大于空氣，雷諾數(shù)和空氣的雷諾數(shù)也非常不同，因此工廠只使用空氣標(biāo)準(zhǔn)。：
●在確定浮子的形狀結(jié)構(gòu)的情況下，流量系數(shù)與流體運(yùn)動(dòng)的粘度有關(guān)，運(yùn)動(dòng)粘度越大，流量系數(shù)越小;
●在正常情況下，同一流量計(jì)的不同流量位置的流量系數(shù)可能不同。流量越小，系數(shù)越小。然而，對(duì)于具有較低運(yùn)動(dòng)粘度的流體，流量系數(shù)與流量標(biāo)度位置之間的相關(guān)性較小;流量系數(shù)與標(biāo)度位置的相關(guān)性取決于浮子的形狀。
該圖進(jìn)一步傳播了以下兩種現(xiàn)象：
●流體粘度對(duì)流速的影響程度應(yīng)以運(yùn)動(dòng)粘度ν為標(biāo)準(zhǔn)，不應(yīng)以動(dòng)態(tài)粘度μ為基礎(chǔ);
●對(duì)于氦氣流量，氣流量表的實(shí)際總校正系數(shù)與流量有關(guān)，隨著流量的減小而減小。這是對(duì)本文介紹中引入的c）現(xiàn)象的解釋。：
4、結(jié)論
　　總結(jié)以前的理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，我們對(duì)氣體傳遞（浮動(dòng)）子流量計(jì)的介質(zhì)相關(guān)性有如下理解，而這些點(diǎn)往往是轉(zhuǎn)子流量計(jì)的校準(zhǔn)。在工作中容易被忽視的地方：
●轉(zhuǎn)移（浮動(dòng)）子流量計(jì)的流量特性的介質(zhì)相關(guān)性反映在兩個(gè)方面：密度相關(guān)和運(yùn)動(dòng)粘度相關(guān)。不同氣體介質(zhì)流速之間的密度校正（轉(zhuǎn)換）和流量系數(shù)校正（轉(zhuǎn)換）分別僅在滿足一定條件的前提下，才能進(jìn)行密度校正（轉(zhuǎn)換）;
●應(yīng)正確理解文獻(xiàn)[2]的濃度校正方法中提到的粘度相似性原理。由于流體的粘度被分為動(dòng)態(tài)粘度和運(yùn)動(dòng)粘度，因此在理解相似性原理時(shí)容易引起模糊。實(shí)際上，相同的流量計(jì)，當(dāng)用于測(cè)量不同氣體介質(zhì)的流量時(shí)，流量系數(shù)的差異是由于介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)粘度的差異，而不是動(dòng)態(tài)粘度的差異。因此，應(yīng)該使用兩者的運(yùn)動(dòng)粘度之間的相似性作為是否僅進(jìn)行濃度校正的標(biāo)準(zhǔn)，并且不應(yīng)該使用動(dòng)態(tài)粘度作為標(biāo)準(zhǔn)。否則，這是不科學(xué)的。例如：具有相似動(dòng)態(tài)粘度和長移動(dòng)粘度的氦氣和空氣氣流之間的關(guān)系就是一個(gè)活生生的例子。
對(duì)于與空氣動(dòng)力粘度差別很大的氣體介質(zhì)（例如氦氣），當(dāng)然不可能僅進(jìn)行密度校正。然而，由于流量計(jì)的整體結(jié)構(gòu)和浮子的形狀的廣泛變化，流量系數(shù)（或粘度）的校正使得難以找到像密度校正那樣的合適的理論公式。在這種情況下，流量計(jì)秤與實(shí)際工作介質(zhì)的重新校準(zhǔn)是一種科學(xué)選擇，因?yàn)檫@允許直接訪問工作介質(zhì)的實(shí)際流量而無需理論轉(zhuǎn)換。
5、結(jié)論
　　雖然旋轉(zhuǎn)（浮動(dòng)）子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)非常簡單，但其在流量測(cè)量中的應(yīng)用也很常見。然而，由于流量計(jì)量特性的介質(zhì)特性相關(guān)性和流體物理性質(zhì)的廣泛范圍，流量計(jì)量技術(shù)的復(fù)雜性注定。特別是，氣體介質(zhì)的相對(duì)高的可壓縮性和熱膨脹使得氣流校準(zhǔn)的技術(shù)難度更大。作為流量計(jì)量工作者，我們比普通流量計(jì)用戶更深入地了解和分析流量計(jì)的流量測(cè)量原理和流量特性。
這些只是我們?cè)趯?shí)際工作中獲得的一些粗略經(jīng)驗(yàn)和想法。關(guān)于氦氣流量計(jì)流量特性的更深入的研究工作正在等待許多流量計(jì)研究人員的共同努力。