气相色谱仪流量控制原理与维护 —— 转子流量计的原理和注意事项
概述
转子流量计也可以视为一种特殊的差压式流量计，结构简单，使用方便。是较为传统的流量计，目前在某些低成本气相色谱仪器和应用场合下还可以见到。
转子流量计的原理
转子流量计又名浮子流量计（或面积流量计），是通过改变流体流通面积来改变流量的仪表。结构较为简单、使用维护方便，流量计压力损失小并且固定等优点，在工业流量控制系统中应用广泛。
转子流量计由向上扩张的锥形管和置于锥形管中可以自由上下移动的浮子组成，如图1所示。流量计垂直安装在测量管路上，流体自下而上流过流量计推动浮子。流量增大时，浮子位置上升，使流体流过的面积增大，反之则减小。
在稳定的状态下，浮子悬浮的高度h与通过流量计的流体流量F之间存在一定的比例关系，所以可以根据浮子的高度直接读取流量计的流量值。
为了避免浮子在锥形管中运动时碰到管壁，通常会在浮子上开出几条斜槽，流体流过浮子时，浮子会旋转以保持稳定和居中，因此浮子也被称为转子。
图1 转子流量计结构
对于可压缩流体（例如气体），体积流量Fv与浮子在流量计内高度的流量关系式为：
（1-1）
公式1-1中：
Fv —— 流体体积流速
α —— 浮子流量计的流量系数
Df —— 流量计锥形管零刻度位置内径
C —— 常数（与流体密度、浮子体积、浮子迎流面积有关）
h —— 浮子高度
该公式中的常数C与流体的温度、压力、密度和粘度有关，使用中需要根据流体物理性质的不同，测量流量时应该予以修正。
转子流量计适合于较小管径下较低流速的测量，压力损失较低，流量测定范围宽，结构简单，价格低廉，使用和维修比较方便。
但是需要注意转子流量计的流量刻度，仅仅在流量计的标准标定状态下才是准确的，如果流体介质、流体温度、流体压力与标定状态不同，那么流量刻度值需要进行转换，否则读取到的流量不正确。
转子流量计在气相色谱仪器中的应用
随着现代电子技术的发展，采用电子流量控制模式的气相色谱仪在实验室中越来越常见。但是采用手工流量控制模式（机械阀加流量计模式）的气相色谱仪，目前还依然存在于某些实验室中。
虽然不如电子流量控制模式的气相色谱仪那样具有良好的流量/压力重复性和精密度，但是手工流量控制模式的气相色谱仪价格低廉，可靠性高，维护成本较低。并且实验对象的样品如果性质不良（浓度较高、沸点较高、粘度和稳定性不良），采用手工流量控制模式的气相色谱仪日常维护成本都低，发生故障后的维修比较方便。
转子流量计一般用于气相色谱仪的载气（尤其是填充柱系统的气相色谱仪）或者尾吹气的测量，流量数值读取方便。
转子流量计的安装位置
转子流量计在手工控制模式的气相色谱仪系统中常见的安装位置常见有以下三种方式：
方式1：转子流量计安装在载气控制部分的气源稳压阀之后，进样口的流量调节阀之前。
在这种安装方式下，转子流量计读取流量数值比较方便。但是流量计需要在特殊条件下（流量计的入口压力确定）进行标定，一般需要使用厂家专用的定制流量计。
使用时必须保证流量计的输入压力和气体的类型与标定时的压力一致、，否则读数不准确。
图1 转子流量计安装位置 方式1
方式2：转子流量计安装在载气的流量调节阀之后，进样口之前
在这种情况下，可以使用普通型转子流量计，但是需要进行读数修正。在不同的进样口压力、不同载气类型的情况下，需要进行流量刻度值的转换。
图2 转子流量计安装位置 方式2
方式3： 转子流量计的出口直接连接检测器
在这种情况下，转子流量计的流量刻度接近标定状态，一般情况下可以直接读取流量数值。
图3 转子流量计安装位置 方式3
图2 流量传感器原理示意图
转子流量计的特点和使用注意事项
转子流量计结构简单，性能可靠，拆解和维修方便，一般情况下不需要进行校准，运行不需要电源和控制线路的支持，可以独立适用。目前在低成本的气相色谱仪和某些进样或采样设备——例如热解析进样器——中还可以见到。
使用转子流量计的过程中需要注意如下问题：
1 气体类型和工作状态的修正
实际工作环境与流量计标准标定状态不同时，需要对流量计进行压力、温度和密度流量转换。某些流量计的说明书或者标签明确标识有可以测量的气体种类，如果用于测定其他气体，必须予以校准。
例如带有氮气标签的转子流量计，不建议用于测量氢气。如果一定需要测定氢气流量，那么必须进行转换。
转子流量计安装于进样口前端时，由于流量计内压力大于大气压力，流量计的显示数值可能不准确，可能需要进行压力校准。
某些型号的转子流量计预先规定了操作压力，如果流量计安装于气源之后，载气流量调节单元之前，可以不做校准。
2 安装位置
一般情况下，转子流量计必须垂直安装在系统中，系统无明显振动。
4 最大截面积读数
读取流量刻度时，应该选取转子截面积最大的部分。
4 气源要求
气源应该洁净、无大量水、油污或固体颗粒物，避免流量突然变化的剧烈冲击。
小结
转子流量计的基本原理和使用注意事项。
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