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氣體比重儀設計原理并不復雜。氣體比重儀有兩個圓柱腔，用于天燃氣密閉測量；每個腔都有獨立的入口和出口相連接。在每個腔有一個葉輪和推動輪，并帶有軸向葉片。這些輪安裝在不同的軸，面向?qū)Ψ?，可不接觸。一個電機和驅(qū)動皮帶使雙腔葉輪在同一方向以同樣的速度旋轉(zhuǎn)。葉輪吸入了上腔的連續(xù)流動天燃氣樣本，并使空氣進入下腔。葉輪帶動同腔的推動輪葉片讓天燃氣和空氣逆向自旋。由于旋轉(zhuǎn)的天燃氣和空氣對葉片的撞擊，在推動輪上制造出成比例的天燃氣和空氣扭矩。
這些扭矩從測量室被傳輸?shù)絻蓚€外部測量輪。一個柔韌的連接皮帶安裝在測量輪圈，使扭矩創(chuàng)建了兩個相反的力。測量輪抑制連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但因扭矩不同使之產(chǎn)生一定范圍的旋轉(zhuǎn)，達到平衡。測量系統(tǒng)用天燃氣扭矩除以空氣的扭矩。這與空氣中所占天燃氣的密度之比是相同的比率，稱為比重。
天燃氣測量輪的輪邊是等高的，以便它通過相同的旋轉(zhuǎn)獲得相等的比重變化。天燃氣測量輪勻速運動通過凸輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)指針讀取天然氣比重數(shù)據(jù)。為了確保性，天燃氣樣品和參照空氣必須在環(huán)境溫度下，在氣壓和相同的濕度下（或加濕或干燥）來測量。
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