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转子流量计的原理及计算

1概述

转子流量计（Rotometer），又称浮子流量计

（FloatTypeFlowmeter），在工业中得到广泛的应用。它可测量

液体、气体和蒸气的流量，宜测中小管径（DN4～250）的流量。

压力损失小且恒定，测量范围比较宽，量程比1：10，工作可靠

且刻度线性，使用维修方便，对仪表前后直管段长度要求不高。

其测量精确度为±2%左右，受被测液体的密度、粘度、纯净度以

及温度、压力的影响，也受安装垂直度的影响。玻璃管浮子流量

计结构简单，成本低，易制成防腐蚀性仪表，但其强度低。金属

管浮子流量计可输出标准信号，耐高压，能实现流量的指示、积

算、记录、控制和报警等多种功能。

1.1原理及结构

1.1.1冲量定理及应用

设一物体的质量为m，作用其上的力为F，实际上流体的速度v，

物体变化路程为L。那么根据冲量定理可推出

（1）
1.1.2测量原理及结构

如果将阻挡体置于直立且具有锥度（上大下小）的管道中，就形

成转子式的流量计，它的工作原理如图1所示。

当流量增加时，转子接受流体自下而上的冲力将增加，因而被冲

向上方，一到达上面，由于流通截面增加，流速减小，冲力也随

之减小。当冲力和差压对转子截面构成的作用力以及粘滞摩擦力

等的合力与转子本身在流体中重量相等时，转子即处于一平衡状

态，不再上升或下降，这个位置就表示新的流量值。

1.2计算公式

设转子的显示重量为W（N），流体对转子的作用力为F（N），
f

锥形管与转子间环形截面为Sa（m2），转子处最大截面积为S
f

（m2），转子体积V（m3），转子密度为ρ（Kg/m3），转子长度
ff

为L（m），流体介质的密度为ρ（Kg/m3），重力加速度为g（m/s2），

则

因为m=ρV=ρSL代入（1）式中，整理后得
ff

考虑到实际情况的因素，加一校正系数k变为：

（2）

式中：qm——为质量流量；qv——为体积流量；ψ——为

流量系数。ψ与转子形状和雷诺数有关，Sa与转子高度有关。

锥管形转子流量计转子的几何形状和选用的材料及被测流体一

定时，式（2）等式右边平方根内的值为一常数。当雷诺数大于

一定的界限值时，ψ为一常数，这样q正比于Sa。
m
1.3不同测量介质的换算方法

在实际使用转子流量计过程中，由于被测物体的物性（密度、粘

度等）和状态（温度、压力等）与实验流体的物性和状态不同，

所以必须对测量仪表进行刻度换算和粘度修正，以保证精确度。

1.3.1液体流量测量的刻度换算

通常测量液体的转子流量计的刻度，都是用水在20℃，1个大气

压下标定的。按照下式进行刻度换算：

（3）
式中：Q——标定时水的体积流量；Q——使用时被测液
12
体的体积流量；ρ——转子的材质密度；ρ——标定时的水密
f1
度；ρ2—使用时的被测液体密度；a——水的流量系数；a——
12
被测粘性液体的流量系数。

当被测液体的密度和水的密度不同但是两者粘度系数相差甚微，

即可忽略粘度变化对流量系数造成的影响，a/a可以当作1来计
21
算。

1.3.2气体流量测量的刻度换算

测量气体的浮子流量计通常都是在低压、恒温20℃状态下用压

缩空气进行标定的，然后在换算到标准绝对压力为101325Pa、

温度为20℃时的流量值对仪表刻度。当仪表用来测量某一工作

状态下，任意一种气体的体积流量时，需将仪表所示刻度值换算

为工作状态的实际流量值。于气体，可以按照下面公式换算：

（4）
式中：Qn——标定空气在pn，Tn状态下的体积流量，即仪

表刻度流量值；Q——被测气体由P，T状态下的体积流量，即仪

表刻度流量值；p=101325Pa，Tn=293.15k（标准状态下的绝对
n
压力和温度）；p，T——被测气体在工作状态下的绝对压力和热

力学温度；

pZ——分别为标定空气在pn，Tn状态下的密度和压缩系数；ρ，
nn
Z——分别为标定空气p，T在状态下的密度和压缩系数。

当被测气体的湿度较大时，应考虑水分含量的影响，气体密度ρ

按下式计算：

式中：ρg——为测量条件下干燥气体密度；Φ——为测量

条件下相对湿度；ρ——为测量条件下饱和水汽的密度。
smax
1.4金属管转子流量计

金属管转子流量计与玻璃转子流量计具有相同的测量原理，不同

的是其锥管由金属制成，这样不仅耐高温、高压，而且能选择适

当的材质以适合各种腐蚀性介质的流量。流量计采用可变面积式

测量原理，应用现代高技术手段及先进的元件和器件。流量计主

要由三大基本部分组成：测量管；锥形浮子或靶式浮子；指示器。

浮子的位移量与流量的大小成比例，通过磁耦合系统，以不同接

触