摘要(yào):從浮(fú)子流量計 的結(jié)構原(yuán)理(lǐ)、應用特(tè)點、刻度轉(zhuǎn)換幾(jǐ)個方面(miàn)介(jiè)紹了(le)浮(fú)子流(liú)量計的(de)設計過程和(hé)應用。氣(qì)體介質如何實現(xiàn)标況瞬時流量與(yǔ)工況(kuàng)瞬時流(liú)量的4種(zhǒng)換算計算，将浮(fú)子流(liú)量(liàng)計(jì)的應(yīng)用系統化、公式(shì)化，便(biàn)于廠(chǎng)家設(shè)計參考和工程(chéng)應用計算。
　　浮子(zǐ)流量計具有結構簡單、制造容(róng)易、流(liú)量示(shì)值直(zhí)觀、易于維(wéi)護和(hé)壓力(lì)損失小(xiǎo)的(de)優點，在工(gōng)業現場得到(dào)廣泛的(de)應用。中(zhōng)國計量(liàng)科(kē)學(xué)研究院早(zǎo)期起草了《玻璃(lí)轉子流量計檢(jiǎn)定規(guī)程(chéng)》和《金屬管轉(zhuǎn)子(zǐ)流(liú)量計(jì)檢定規程》，後期(qī)又合(hé)并爲《轉子(zǐ)流量計(jì)》，而(ér)最新(xīn)的檢定規程是《jjg257－2007浮子(zǐ)流量(liàng)計》。浮子流量(liàng)計一般(bān)工作壓力不大于0.6mpa，分爲:玻璃浮子流量計(jì)，金屬管浮(fú)子(zǐ)流量計(jì)和特種浮子流(liú)量計(如醫用氧(yǎng)量調量)。浮(fú)子流量計可作(zuò)爲瞬(shùn)時流量計，水、氣、油均(jun1)可以設計(jì)選用，可用作标(biāo)準流量計、用作(zuò)流量試驗(yàn)裝置(zhì)指示流量(liàng)、過程控(kòng)制、洩露量監(jiān)控、流體能力指(zhǐ)示，用作可(kě)視閥(fá)門［1］。
1結構和(hé)原理(lǐ)
1.1流量計算(suàn)
　　浮子(zǐ)流(liú)量計的測量(liàng)本體由一(yī)根(gēn)自(zì)下向上擴大的(de)垂直錐(zhuī)管和一(yī)隻可(kě)以沿着錐(zhuī)管軸向自由移(yí)動的(de)浮子組成(chéng)，當被測流體自錐管(guǎn)下端流入(rù)流量(liàng)計(jì)時(shí)，由于(yú)流(liú)體的(de)作用，浮(fú)子上下端(duān)面産生一差壓，該差(chà)壓即爲(wèi)浮(fú)子的(de)上升(shēng)力。當差壓(yā)值(zhí)大于浸(jìn)在流體中浮子的重量時(shí)，浮子開始(shǐ)上升(shēng)。随(suí)着浮子(zǐ)的上升，浮(fú)子最大(dà)外徑與錐管(guǎn)之間的環(huán)形面(miàn)積逐漸增大，流(liú)體的流(liú)速則相(xiàng)應下降，作用在(zài)浮(fú)子(zǐ)上的上升(shēng)力逐(zhú)漸(jiàn)減小，直(zhí)至上升(shēng)力等于(yú)浸在流體中的(de)浮子的(de)重(zhòng)量時，浮(fú)子(zǐ)便穩定在(zài)某一高(gāo)度上。這時浮子(zǐ)在(zài)錐管(guǎn)中的高度h與所通過(guò)的流量qv有(yǒu)對應的關系［2］。結(jié)構如(rú)圖(tú)1所示。

　　式中，v爲流體(tǐ)通過環隙(xì)面積(jī)的(de)平(píng)均(jun1)流速，c爲(wèi)阻力系數(常數(shù))，vf爲浮(fú)子的體積(jī)，ρf爲浮(fú)子的材料(liào)密度，ρ爲流體介質(zhì)的密(mì)度(dù)，g爲重(zhòng)力加速度，af爲浮子的迎流(liú)面積(jī)。由公(gōng)式可得，不(bú)管浮子流量計的浮(fú)子停留在(zài)什麽(me)位(wèi)置(zhì)，流體(tǐ)流過環隙(xì)面積(jī)的平(píng)均(jun1)流速v值(zhí)是沒有變化的(de)。a是環隙面積大小，也就是說瞬(shùn)時體(tǐ)積流(liú)量qv的(de)大小，隻與(yǔ)a環隙(xì)面積(jī)大小有關(guān)，瞬時流量越大(dà)，環隙面積(jī)越大，浮子位置越高(gāo);反之(zhī)瞬(shùn)時流量越小(xiǎo)，環(huán)隙面積越小(xiǎo)，浮子(zǐ)位置越低［3－4］。

　　式中(zhōng)α爲流量系數(shù)，φ爲(wèi)錐管夾角，k爲(wèi)常(cháng)數。當(dāng)被測介質确定(dìng)以後(hòu)，即(jí)介(jiè)質密(mì)度爲(wèi)常數，瞬時(shí)體積(jī)流量與浮(fú)子的高度(dù)之間(jiān)成線(xiàn)性(xìng)關系。而(ér)大量的實驗表明，浮子流量計(jì)的流量系(xì)數α與(yǔ)浮子的幾(jǐ)何形狀和(hé)流動雷諾數Ｒed有關:對(duì)于一(yī)定的浮子(zǐ)形狀(zhuàng)，當雷諾數(shù)Ｒed大于(yú)某一個臨界數(shù)以後，流量(liàng)系數(shù)α将趨于一(yī)個常(cháng)數:有(yǒu)些資料中(zhōng)提及，如果錐半(bàn)角足夠小，則可(kě)忽略二次項進行簡化(huà)計算，這(zhè)種方法是不嚴謹的(de)，計(jì)算(suàn)誤差(chà)大于(yú)10%，遠(yuǎn)遠超出(chū)了誤(wù)差範圍［5－6］。

1.2出廠标定(dìng)
　　對于不同的流體，介(jiè)質密度不同，瞬(shùn)時(shí)流量與浮子(zǐ)高度(dù)之間(jiān)的對(duì)應關(guān)系也(yě)不盡(jìn)相同，原(yuán)來的流(liú)量刻(kè)度就不再(zài)适(shì)用(yòng)，所以浮子(zǐ)流量(liàng)計應(yīng)該用實際的流(liú)體介質進(jìn)行标定。但(dàn)是，對于生産廠家而(ér)言，由于出(chū)廠标(biāo)定設備的(de)局限(xiàn)性，不可能(néng)有各種(zhǒng)實(shí)際流(liú)體機(jī)制的标準(zhǔn)裝(zhuāng)置對浮(fú)子流(liú)量計進行标定(dìng)，在一般情(qíng)況下，大部分生産廠(chǎng)家隻能(néng)用(yòng)水或(huò)者空氣進行标(biāo)定。因(yīn)此，如果浮(fú)子流量計(jì)用來測量非标定介質時，應該對浮(fú)子(zǐ)流量計的讀(dú)數進行(háng)修正，即(jí)刻度換算(suàn)。
1.3量程(chéng)換算(suàn)
　　當浮子流(liú)量計(jì)的浮子幾(jǐ)何形狀一緻時(shí)，改變浮子(zǐ)的材(cái)料，就可以(yǐ)改變(biàn)浮子的密度，即改變(biàn)浮子流量(liàng)計的量程(chéng)。浮子材料的密度增(zēng)加，浮子流量計的量(liàng)程擴大;密度減小(xiǎo)，則(zé)量程縮小(xiǎo)。如(rú)果浮子(zǐ)流量計現場(chǎng)應(yīng)用和(hé)出廠(chǎng)标定的浮子材料不(bú)同時，則(zé)還需要(yào)引入浮子(zǐ)密度(dù)的流(liú)量修正值(zhí)，當然這種(zhǒng)情況比較少見(jiàn)，一般(bān)出廠時，流量計浮(fú)子與錐(zhuī)管都(dōu)已經确定(dìng)。
2應(yīng)用(yòng)特點
　　最簡(jiǎn)單的(de)浮子流(liú)量計由浮子(zǐ)和錐(zhuī)管兩(liǎng)個部件(jiàn)組成，數(shù)十元(yuán)的制造成本，有些(xiē)使(shǐ)用場合甚(shèn)至(zhì)可以免(miǎn)維護，可用于低(dī)雷(léi)諾數的測量(liàng)場合，适用于小(xiǎo)管徑(jìng)和低(dī)流速(sù)。壓力(lì)損失小，對上遊(yóu)直管段要(yào)求比較低，有較寬的流量範圍(wéi)，量程比(bǐ)一般爲10∶1，雙浮(fú)子結構的(de)量程比甚(shèn)至可(kě)以(yǐ)達(dá)到50∶1。玻璃管(guǎn)浮子流(liú)量計顯示的流量值多(duō)是直接刻印在(zài)透明(míng)玻(bō)璃外表(biǎo)面上，目測浮子停留位置即可(kě)，而金屬管(guǎn)浮子流量(liàng)計往往測(cè)量高溫、高壓、危(wēi)險性流體，不能(néng)用人眼來(lái)觀(guān)察(chá)浮子位置，采用(yòng)了磁感應顯示(shì)機構(gòu)。
3刻(kè)度換算
3.1液體(tǐ)刻度(dù)換算(suàn)

　　當現場介質(zhì)與标定介質(zhì)粘度(dù)相差比(bǐ)較大時(shí)，則需(xū)要進行現(xiàn)場标定，而(ér)不能(néng)認爲α标(biāo)=α現。不管(guǎn)是同一種液體(tǐ)還是不(bú)同種液體的現場流量(liàng)和(hé)标(biāo)定流量換(huàn)算，都可以(yǐ)應用(yòng)上述計算(suàn)公式(shì)［7］。
3.2氣體刻(kè)度換算(suàn)
　　氣體浮子流量(liàng)計，廠(chǎng)家一般用(yòng)标況狀(zhuàng)态下的(de)空氣(qì)(20℃，101.325kpa)檢定(dìng)，由于氣體受工況溫度、壓(yā)力影(yǐng)響比(bǐ)較大，不(bú)僅僅是(shì)現場(chǎng)介質與标定介質不同需要轉換(huàn)，同(tóng)一種(zhǒng)氣體在工(gōng)況和(hé)标況(kuàng)之(zhī)間也需(xū)要轉換。由(yóu)于浮子自身的(de)密度(dù)要比(bǐ)氣體(tǐ)大很多，所(suǒ)以可以近(jìn)似認爲ρf－ρ現=ρf－ρ标，這(zhè)樣公式可(kě)以推導出針對氣體浮子(zǐ)流(liú)量計的(de)簡化版:
1)同(tóng)一種(zhǒng)氣(qì)體

　　這樣(yàng)已知(zhī)标定氣(qì)體(tǐ)的标況瞬(shùn)時流量就(jiù)可以求(qiú)出該氣體的(de)工況(kuàng)瞬時流量值。該(gāi)氣體(tǐ)的标(biāo)況瞬時流(liú)量直(zhí)接看(kàn)标定(dìng)好的(de)刻(kè)度(dù)線，氣(qì)體的(de)工(gōng)況瞬時流量通(tōng)過上述(shù)公式計算後(hòu)得到。
2)不同氣(qì)體

c)這(zhè)樣已知(zhī)氣體1的工況(kuàng)瞬時流量(liàng)就可以求出氣體2的标況(kuàng)瞬時(shí)流量值。
拓(tuò)展推導容(róng)易得出:

d)這(zhè)樣已知氣體1的(de)标況(kuàng)瞬時流量(liàng)就可以(yǐ)求出氣(qì)體2的(de)标況瞬時(shí)流量值。
上述一(yī)共有(yǒu)4種計算公(gōng)式:
氣(qì)體1工況求氣體2工況;
氣體(tǐ)1标況求(qiú)氣體2工(gōng)況(常用(yòng));
氣體1工(gōng)況求(qiú)氣體2标況(kuàng);
氣體1标況(kuàng)求氣(qì)體2标(biāo)況(kuàng)(常用)。
　　不(bú)難看出，不(bú)同氣體的4個(gè)經驗公(gōng)式中(zhōng)，如(rú)果稍作(zuò)轉換，就是(shì)同一(yī)種氣(qì)體的計(jì)算(suàn)公式(shì)。由于浮子(zǐ)流量計刻度值(zhí)都是标況刻度(dù)值，因此上述4個(gè)公式中(zhōng)有2個較(jiào)爲常(cháng)用［8－10］。
4計算實(shí)例
命題1:刻度爲(wèi)空氣(qì)的一台氣(qì)體浮(fú)子(zǐ)流量計測量(liàng)氧氣，假(jiǎ)設(shè)工況溫度(dù)和壓(yā)力與(yǔ)刻度狀态(tài)相同，求浮子流(liú)量計(jì)示(shì)值(zhí)穩定(dìng)在30m3/h刻度時，氧氣的工況瞬時流量爲(wèi)多少(shǎo)?
分析可得(dé)，命題是氣(qì)體1的标況體積(jī)流量求氣體2的工況體積流量(liàng)值，因此(cǐ)應用如下公式(shì):

命(mìng)題3:一台用水(shuǐ)标定的(de)液體浮子流量(liàng)計，測(cè)量硝(xiāo)酸，不(bú)考慮粘度(dù)對液(yè)體流(liú)量的影響(xiǎng)，計算浮子流量(liàng)計浮子穩定在(zài)2000l/h時硝(xiāo)酸的體積流量爲多少?已(yǐ)知浮(fú)子材(cái)料爲不鏽鋼，密度7920m3/h，檢(jiǎn)定介質水(shuǐ)密度(dù)998.2m3/h，被測介質(zhì)硝酸(suān)密度(dù)1512m3/h。

3結(jié)論
　　從浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、應(yīng)用特(tè)點、刻度轉換三(sān)個方面介紹了浮子流(liú)量計的(de)設計過程(chéng)和應用。詳細闡述了(le)如何進行(háng)液體和氣(qì)體介(jiè)質的(de)換算計算，将浮子流量計的應(yīng)用系統(tǒng)化(huà)，公式(shì)化。

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