在流量測量中，浮子流量計是量大面廣的產(chǎn)品之一。它具有結構簡(jiǎn)單、直觀(guān)、壓損小、測量范圍大、運行可靠、可測中小流量及低雷諾數流量、維護方便、壽命長(cháng)，對儀表前后直管段長(cháng)度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。多年來(lái)，浮子流量計的各種優(yōu)良性能和可靠性，以及較好的性能價(jià)格比，廣泛受到了石化、鋼鐵、電力、冶金、輕工、食品、制藥、水處理等行業(yè)的青睞。

1、原理

浮子流量計又稱(chēng)轉子流量計，是變面積式流量計的一種。浮子流量計實(shí)現流量測量的理論基礎是“定壓將，變面積“原理。在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)軸線(xiàn)與流向平行的浮子，見(jiàn)圖1。

浮子流量計本體可以用兩端法蘭、螺紋或軟管與測量管道連接。當流體自下而上流入錐管時(shí)，被浮子截流，這樣在浮子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，浮子在壓力差的作用下上升，這時(shí)作用在浮子上的力有三個(gè)：流體對浮子的動(dòng)壓力、浮子在流體中的浮力和浮子自身的重力。只有當流體對浮子的動(dòng)壓力與浮子在流體中所受的浮力之和等于浮子的重力時(shí)，浮子就平穩地浮在某一位置上。

大量實(shí)驗證明，在一定雷諾數的范圍內，對于同一口徑浮子流量計，流體流速的大小與浮子的形狀有關(guān)。對于給定的浮子流量計，浮子大小和形狀已經(jīng)確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流體對浮子的動(dòng)壓力是隨來(lái)流流速的大小而變化的。因此當來(lái)流流速變大或變小時(shí)，浮子將作向上或向下的移動(dòng)，相應位置的流動(dòng)截面積也發(fā)生變化，流動(dòng)截面積與浮子的上升高度成比例，即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下移動(dòng)時(shí)，以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器，直到流速變成平衡時(shí)對應的速度，浮子就在新的位置上穩定。對于一臺給定的浮子流量計，浮子在測量管中的位置與流體流經(jīng)測量管的流量的大小成一一對應關(guān)系。

為了使浮子在形管的中心線(xiàn)上下移動(dòng)時(shí)不碰到管壁，通常采用兩種方法：一種是在浮子中心裝有一根導向芯棒，以保持浮子在錐形管的中心線(xiàn)作上下運動(dòng)，另一種是在浮子圓盤(pán)邊緣開(kāi)有一道道斜槽，當流體自下而上流過(guò)浮子時(shí)，一面繞過(guò)浮子，同時(shí)又穿過(guò)斜槽產(chǎn)生一反推力，使浮子繞中心線(xiàn)不停地旋轉，就可保持浮子在工作時(shí)不致碰到管壁。浮子流量計的浮子材料可用不銹鋼、鈦、316L等制成。

2 構成

浮子流量計是由浮子、錐管、檢測器等部件組成。浮子組件裝有磁鋼，其作用把是浮子的位移信號以磁信號的形式傳輸給檢測器。檢測器把這一檢測到的信號再以電信號的形式遠距離傳輸，并現場(chǎng)指示瞬時(shí)流量值。

浮子流量計具有小流量值、范圍度大、不用現場(chǎng)調試的特點(diǎn)。其結構簡(jiǎn)單、運動(dòng)部件磨損小、使用壽命長(cháng)、壓力損失小、安裝方便、維修量小、使用周期長(cháng)、可遠距離傳輸流量信號，與計算機連用可實(shí)現集中管理。

但也存在不足，如對于高黏度、大流量、以及兩相以上流體不能測量。

3、應用

由浮子流量計和流量顯示儀兩部分組成的流量?jì)x表，其顯示儀為通用流量顯示儀表。與其它形式流量計比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：流量計內部可動(dòng)部件較少、構造簡(jiǎn)單、使用壽命長(cháng)；范圍度10：1；從理論上說(shuō)不需單獨標定即可用于流量測量；儀表輸出電信號，易于實(shí)現數字化測量及計算機聯(lián)用；測量準確度可達±1%?，F在國內外都在積*研究浮子流量計的開(kāi)發(fā)和應用。浮子流量計的在應用時(shí)的流量計算如圖2。

P1、P2——端面Ⅰ、Ⅱ上的平均壓力

V1、V2——端面Ⅰ、Ⅱ上的平均流速

Z1、Z2——端面Ⅰ、Ⅱ上距起始水平面高度

F1——端面Ⅰ的面積

fk——端面Ⅱ環(huán)隙面積

F——浮子*大端面面積

ρf——浮子材料密度

ρ——流體介質(zhì)密度

V——浮子體積

h——浮子位移

β——錐管半角

R——浮子位移h處錐管半徑

g——當地重力加速度

r——浮子*大半徑

浮子流量計的理論方程式是根據伯努利方程，流體連續性方程以及力平衡的原理推出。

根據伯努力方程有下式：

(1)

若設Z1≈Z2 (流量系數中予以修正)

則(1)式為

(2)

根據流體力學(xué)方程有下式：

(3)

又根據浮子的力平衡原理有下式：

(4)

有圖2可知，F1≈F，fk＜＜F1聯(lián)立解(2)、(3)、(4)式可得

(5)

因此，體積流量為：

(6)

質(zhì)量流量為：

(7)

其中：α—流量系數，它是取決于浮子形狀、雷諾數以及上述各種標定條件的修正系數，由試驗確定。

浮子流量計在應用中要保證其測量準確度，就必須正確的安裝使用：

浮子流量計安裝地點(diǎn)選在無(wú)強電、磁場(chǎng)干擾的環(huán)境；要求豎直安裝、傾斜度不大于2°，無(wú)機械振動(dòng)，流體保持充滿(mǎn)管道；用于測量氣體時(shí)，為使流量計穩定工作，被測氣體壓力一般應大于0.1MPa；若被測氣體較臟或含有導磁顆粒時(shí)，應在流量計的上游安裝過(guò)濾器或磁過(guò)濾器。浮子流量計的口徑與管道必須對應，法蘭之間的密封墊圈不得突入管內。

4、結語(yǔ)

浮子流量計作為過(guò)程控制儀表，可以適應高溫、高壓、強腐蝕、劇毒等多種苛刻環(huán)境，較少的可動(dòng)部件、便于維護，解決了生產(chǎn)中的許多難題。正確合理的設計，浮子流量計以其卓越的性能被越來(lái)越多的用戶(hù)所青睞。展望未來(lái)，浮子流量計趨向電子化和數字化，將為其開(kāi)拓新的領(lǐng)域；已逐步實(shí)現累計流量顯示、HART通訊等多項功能。