1 引言

    氣體轉子流量計是以某種氣體為介質按一定狀態下的標況體積流量來刻度的（對于玻璃轉子流量計刻度的是表示刻度條件下標況流量的刻度標尺，對于金屬轉子流量計刻度的是表示刻度條件下標況流量的模擬或數字輸出信號）。如果被測介質和實際工況與刻度時的介質和工作狀態一致，轉子流量計的刻度輸出就是實際測得的標況體積流量，不需要換算。但是，由于實際測量時氣體介質或工作狀態與刻度時不同，轉子在測量管中的同一位置所代表的流量值和刻度時是不同的，要想正確使用氣體轉子流量計，就必須知道它們之間的流量換算關系。

    在國際上，氣體轉子流量計通常是以空氣為介質按標準狀態下的標況體積流量來進行刻度的。但是國際上對標準狀態的定義有兩種：國內通常采用101.325kPa、20℃（293.15K）；國外通常采用101.325kPa、0℃（273.15K）。在這種標準刻度情況下的流量換算在JJG25721994《轉子流量計檢定規程》[1]以及大多參考書上都有詳細介紹。但是，在某些情況下，氣體轉子流量計并不是按以上標準來刻度的，比如：

    ①刻度介質不是空氣；    

    ②刻度狀態不是標準狀態；

    ③以用戶實際測量的氣體按實際工況下的標況體積流量來進行刻度（國外進口的轉子流量計居多）；

    ④有時采用一種氣體介質（比如空氣）進行刻度，而實際使用的介質是另一種氣體（如氮氣、氧氣、二氧化氮等）。

    下面主要介紹在這些非標刻度情況下標況流量的換算。    

    2 氣體轉子流量計的工作原理

    轉子流量計是以轉子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進行測量的體積流量儀表，又稱浮子流量計。氣體轉子流量計的基本流量方程式為[2，3]：

    式中：Q———氣體體積流量，m3/h；CR———流量系數，與流體的流動形態和轉子的形狀等因素有關；AR———轉子與錐形管間的環形面積，m2；Af———轉子的最大截面積，m2；g———重力加速度，9.81m/s2； Vf———轉子的體積，m3；ρf———轉子的密度，kg/m3；ρ———被測介質的密度，kg/m3。

    對于同一個氣體轉子流量計，在同一刻度下，由式（1）可得兩種氣體的流量關系為：

    式中：Q1———第一種氣體的體積流量，m3/h；Q2———第二種氣體的體積流量，m3/h；ρ1———第一種氣體的密度，kg/m3；ρ2———第二種氣體的密度，kg/m3。

    由于ρf>>ρ1，ρf>>ρ2，式（2）可簡化為：

    3 非標刻度氣體轉子流量計的流量換算

    考慮到普遍適應性，假設氣體轉子流量計是以某種氣體為介質（密度為ρC）按某一狀態（壓力為PC，溫度為TC）下的標況體積流量來刻度的。儀表輸出為刻度狀態下的標況流量，即：    

    式中：QCN———刻度氣體在刻度狀態下的標況流量，Nm3/h；QC———刻度氣體在刻度狀態下的工況流量，m3/h；PC———刻度狀態下的絕對壓力，kPa；PN———標準狀態下的絕對壓力，101.325kPa；TC———刻度狀態下的絕對溫度，K；TN———標準狀態下的絕對溫度，國內293.15K，國外273.15K。

    由式（4）轉換為刻度狀態下的工況流量為：

    由式（3）和式（5）得被測氣體在工作狀態下的工況流量為：

    式中：Q———被測氣體在工作狀態下的工況流量，m3/h；ρ———被測氣體在工作狀態下的密度，kg/m3。

    由式（6）可得被測氣體在工作狀態下的標況流量為：

    式中：QN———被測氣體在工作狀態下的標況流量，Nm3/h；P———被測氣體在工作狀態下的絕對壓力，kPa；T———被測氣體在工作狀態下的絕對溫度，K。

    由氣體狀態方程（被測氣體不一定與刻度氣體是同種氣體），可得：

    式中：ρN———被測氣體在標準狀態下的密度，kg/m3；ρCN———刻度氣體在標準狀態下的密度，kg/m3。

    由式（7）和式（8）得被測氣體在工作狀態下的標況流量為：

    如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體，則

    4 兩種標準狀態的流量換算

    對于國產儀表，由于國內標準狀態通常采用101.325kPa、20℃，由式（9）得被測氣體在工作狀態下的國內標況流量為：    

    式中：QN20——被測氣體在工作狀態下的標況流量（101.325kPa、20℃），Nm3/h；QCN20———刻度氣體在刻度狀態下的標況流量（101.325kPa、20℃），Nm3/h。

    如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體，由式（11）得：

    對于進口儀表，由于國外標準狀態通常采用101.325kPa、0℃，由式（9）得被測氣體在工作狀態下的標況（101.325kPa、0℃）流量為：

    式中：QN0———被測氣體在工作狀態下的標況流量（101.325kPa、0℃），Nm3/h；QCN0———刻度氣體在刻度狀態下的標況流量（101.325kPa、20℃），Nm3/h。

    對于進口儀表，在國內使用時，通常還需將被測氣體在工作狀態下的標況流量從標準狀態（101.325kPa、0℃）轉換成標準狀態（101.325kPa、20℃）：    

    如果被測氣體與刻度氣體為同一氣體，由式（11）得：

    5 應用舉例    

    某進口氣體轉子流量計是以二氧化氮為介質按800kPa（表壓）、50℃的刻度狀態下的標況（101.325kPa、0℃）體積流量QCN0來刻度的。現在用來測量氮氣在工作狀態下（P，T）的標況（101.325kPa、20℃）流量QN20。

    這里刻度狀態為：PC=800+101.325kPa，TC=50+273.15K。

    查表可得：

    二氧化氮在標準狀態（101.325kPa、0℃）下的密度ρCN0=1.997kg/m3，

    氮氣在標準狀態（101.325kPa、0℃）下的密度ρN0=1.25kg/m3，

    由式（15）可得氮氣在工作狀態下（P，T）的標況（101.325kPa、20℃）流量為：

    6 結束語

    熟練掌握氣體轉子流量計的流量換算對正確選表和用表至關重要。在國際上，氣體轉子流量計通常是以空氣為介質按標準狀態下的標況體積流量來進行刻度的。但是，當氣體轉子流量計采用非標刻度時，必須采用相應的換算公式進行密度、溫度、壓力三參數的修正，才能得到被測氣體在工作狀態下的標況流量。對于進口儀表，還要注意國內外標準狀態的定義不同，必須換算到國內標準狀態。

    參考文獻：

    [1]　JJG25721994，轉子流量計檢定規程[S].北京：中國計量出版社，1994.
    [2]　盛克仁.過程測量儀表[M].北京：化學工業出版社，2001.
    [3]　王志奎.轉子流量計氣體流量校正公式的推導和討論[J].化工自動化及儀表，1999，26（6）：54-56.