1.浮子流量計簡述

浮子流量計又稱轉(zhuǎn)子流量計，是將浮子垂直放在一個豎直的錐管內(nèi)，流體在錐管內(nèi)自下而上流過，使浮子在平衡位置上靜止下來，按其平衡位置的高度來進(jìn)行流量的測量。浮子流量計在測量過程中始終保持浮子前后的壓降不變，通過改變流通面積來進(jìn)行流量的測量，故它又被稱為面積流量計或變面積流量計或恒壓降流量計。浮子流量計按其制造材料的不同，可分為玻璃管浮子流量計和金屬管浮子流量計兩大類。玻璃管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單，浮子的位置清晰可見，刻度直觀，成本低廉，通常只用于常溫常壓下透明介質(zhì)的流量測量。這種流量計一般只有就地指示，不能遠(yuǎn)傳流量信號。金屬管浮子流量計由于采用金屬錐管，流量計工作時無法看到浮子的位置和工作情況，需要用間接的方法給出浮子的位置，因此按其傳輸信號的不同，又可分為遠(yuǎn)傳型（電遠(yuǎn)傳和氣遠(yuǎn)傳)和就地指示型兩種。這種流量計常用于高溫、高壓、不透明及腐蝕性介質(zhì)的流量測量，由于其具有很高的可靠性，因此常用于工業(yè)過程控制領(lǐng)域。

2.工作原理

浮子流量計的流量檢測元件是由一只自下而上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸線上下移動的浮子所組成。工作原理如圖所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管和浮子形成環(huán)形流通面積（以下簡稱環(huán)通面積）時，浮子上下兩端產(chǎn)生的壓差形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子的重量時，浮子便上升，環(huán)通面積隨之增大，環(huán)通面積處流體流速下降，浮子上下兩端壓差降低，作用于浮子的上升力也隨之減小，直到上升力等于浸在流體中浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中的高度和通過的流量有一一對應(yīng)的關(guān)系。浮子流量計的體積流量公式為

式中，α——浮子流量計的流量系數(shù)﹔

Df——零刻度處錐管的內(nèi)徑﹔

h———浮子高度﹔

φ——錐管的錐角﹔

Vf-—浮子的體積，m3;

ρf———流體的密度，kg/ m3;

ρf——浮子密度，kg/m3;

Af--—浮子最大迎流面積，m2

流量qv，與浮子高度h之間為一一對應(yīng)的近似線性關(guān)系。在進(jìn)行稍大流量測量時，為達(dá)到必要的環(huán)通面積，減少φ角，勢必要增加錐管的長度。因此，早期的金屬管浮子流量計口徑、長度不一，口徑越大，長度也越大，達(dá)到500~600mm長，非常笨重，制造和使用都不方便?，F(xiàn)在已有多種方式進(jìn)行線性化處理，各口徑的金屬管浮子流量計大都已統(tǒng)一制造成250mm長度的短管型流量計。

對于玻璃管浮子流量計，h-qv的對應(yīng)關(guān)系直接刻度在流量計的錐管上。為使刻度均勻，制造時也將錐管的錐角減小一些，長度增大一些。

3.刻度換算

從上式可知，對于不同的流體，由于密度ρ不同，所以qv與h之間的對應(yīng)關(guān)系也將不同，原來的流量刻度將不再適用。原則上浮子流量計應(yīng)該用實際流體介質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定。但是，對于浮子流量計的制造廠家來說，由于受到標(biāo)定設(shè)備的限制，不可能對所有的浮子流量計都根據(jù)用戶的要求進(jìn)行實際流體標(biāo)定，所以浮子流量計用來測量非標(biāo)定流體時，應(yīng)該對浮子流量計的讀數(shù)進(jìn)行修正，這就是浮子流量計的刻度換算。這--過程可以由生產(chǎn)廠家按用戶要求換算完成后直接刻度在浮子流量計的刻度盤上或玻璃錐管上。對于遠(yuǎn)傳型浮子流量計，其遠(yuǎn)傳信號也進(jìn)行同樣的刻度換算。#p#分頁標(biāo)題#e#

對用于液體和氣體的浮子流量計產(chǎn)品，通常采用如下三種刻度之一:

①對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度tn=20℃，壓力pn=101325Pa）下的水或空氣進(jìn)行刻度﹔

②對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的工作液體或氣體進(jìn)行刻度﹔

③對應(yīng)于工況狀態(tài)的溫度、壓力條件下工作液體或氣體進(jìn)行刻度。

浮子流量計的刻度換算問題，實際上就是要知道浮子處于同一高度h時不同的流體介質(zhì)所反映的流量值是多少的問題。

4. 玻璃管浮子流量計

4.1玻璃管浮子流量計的結(jié)構(gòu)

玻璃管浮子流量計是通過刻有流量刻度的錐形玻璃管和管內(nèi)浮子的位置高度，直接觀察管道內(nèi)流體流量的指示型儀表，用來測量非渾濁液體或氣體等介質(zhì)的流量。它較其他儀表直觀，使用方便，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門和科研單位。由于玻璃強(qiáng)度低，如果無導(dǎo)向桿結(jié)構(gòu)，則玻璃錐管容易被擊破，所以為適應(yīng)各種需要，錐管內(nèi)還有用透明的工程塑料，如聚苯乙烯、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃等材料制成的。這些材料不但具有不易被擊碎的優(yōu)點，如聚苯乙烯還有一定程度的耐氟氣、氫氟酸的腐蝕等特點，這些都是玻璃所不具備的。

對特殊要求還可用石英錐管。錐管的內(nèi)表面除了光滑的圓錐面外，還可做成帶導(dǎo)向棱筋或使用三角形截面，如上圖所示。這樣做的好處是不僅起到了導(dǎo)向桿的作用，而且使浮子的讀數(shù)位置(即最大直徑處）和錐管壁面的距離很近，對透明度不高的液體介質(zhì)也可能觀察到浮子的位置。透明直管浮子流量計見下圖，是透明錐形管浮子流量計的一種變形結(jié)構(gòu)，即前述孔板浮子。流量檢測元件由孔板和錐形浮子組成。玻璃或工程塑料直管萬一損壞，易于從市場上采購，迅速方便。

玻璃管浮子流量計的結(jié)構(gòu)見下圖。左圖為軟管連接帶有用作流量調(diào)節(jié)閥的流量計，一般小口徑、低壓工況浮手流量計采用這種結(jié)構(gòu)。右圖是法蘭連接型，應(yīng)用最為普遍。在較大口徑的玻璃管浮子流量計軸線上裝有導(dǎo)桿，浮子沿導(dǎo)桿上下移動，以避免浮子跑偏，碰到管壁。

有些玻璃管浮子流量計可以配接流量報警開關(guān)。它是把光電傳感器、磁敏傳感器等安裝在錐管外側(cè)，---旦超出所設(shè)定的流量值，即發(fā)出報警信號。

4.2玻璃管浮子流量計的性能指標(biāo)

玻璃管浮子流量計有眾多生產(chǎn)廠家，各廠家產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)不盡相同，這里僅給出一般的性能指標(biāo)范圍。

精度:士1.5%～士4%（滿量程）。

口徑:～100mm。

流量范圍:水（密度1000kg/m3，黏度1mPa· s)，0.24L/h~100m3/h;

空氣（溫度20℃、壓力101325Pa絕壓)，3.6L/h~1000m3/h.

介質(zhì)溫度范圍:一20~120℃.

允許溫度沖擊:80℃以下。

工作壓力:≤1.0MPa。

環(huán)境溫度:一40～70℃。

環(huán)境濕度:45%RH～80%RH。#p#分頁標(biāo)題#e#

5. 金屬管浮子流量計

金屬管浮子流量計的測量管體采用金屬制成，與玻璃浮子流量計相比，可用于較高的介質(zhì)溫度和壓力，可測量透明介質(zhì)，也可測量不透明介質(zhì)，牢固耐用，可靠性高，已成為過程控制系統(tǒng)中最重要的流量檢測儀表之一。由于金屬管浮子流量計的測量管不透明，不能直接觀測到浮子的位置，通常是在浮子中嵌有磁鋼，通過磁耦合的方式將浮子的位置信息傳送至測量管外的指示器。如上圖所示，金屬管浮子流量計由金屬管浮子傳感器和指示器兩部分組成。為保證嵌有磁鋼的浮子的磁場信號傳出傳感器，測量管一般采用不導(dǎo)磁的不銹鋼、鈦材等材料制造。

5.1金屬管浮子流量傳感器

金屬管浮子流量傳感器有錐管浮子和孔板浮子兩種形式，分別如下圖(a）和下圖(b)所示。錐管浮子型傳感器金屬錐管可以和傳感器殼體做成一體式結(jié)構(gòu)，通常采用熱壓成型的方式制造，批量大時可降低成本﹔也可以做成錐管套人殼體的分離結(jié)構(gòu)，嵌人不同錐度的錐管就可以改變流量計的規(guī)格，比較靈活方便?？装迨礁∽觽鞲衅魇窃趫A管中嵌人一孔板，配用不同錐度的浮子以適用于不同的流量測量范圍。

5.2不同安裝方式的金屬管浮子流量計

由浮子流量計的工作原理可知，一般只能豎直安裝，被測介質(zhì)下進(jìn)上出。而由于工業(yè)現(xiàn)

場安裝條件的需要，有時也制造成其他安裝形式的浮子流量計。

下圖為下進(jìn)側(cè)出的金屬管浮子流量計，特別適合安裝在管道的90°轉(zhuǎn)角處，流體的流動狀態(tài)和垂直安裝式的基本沒有區(qū)別，只是在傳感器的下游處轉(zhuǎn)了90°，對流體的流動狀態(tài)改變不大，流量計可以穩(wěn)定地工作。

下圖為水平安裝式金屬管浮子流量計。流體自入口直管⒉流人內(nèi)直管11，流體轉(zhuǎn)為自下而上的流動，在內(nèi)直管上面裝有錐管4，內(nèi)部有一浮子9，隨流量大小的不同，浮子穩(wěn)定在不同的高度，流體由錐管上沿流人外直管內(nèi)部的環(huán)腔，再經(jīng)出口直管10流出。在流量檢測過程中仍然是將水平流動的流體轉(zhuǎn)為豎直流動的流體，在錐形管的上游有一段直管段，這段直管段不可能做得太長，造成浮子的左右兩側(cè)流體作用力不均衡，在較大口徑的浮子流量計中，這種不均衡將更為嚴(yán)重，故在浮子上游加裝了非對稱設(shè)計的列狀多孔整流器3，如圖右下圖所示，可以改善流場的均衡，使流量計運(yùn)行穩(wěn)定。

另外一種水平安裝方式的浮子流量計采用左下圖所示的方式，將錐形管和浮子水平放置，用一彈簧牽引浮子，隨著流量的增大，浮子上下游的壓差阻力增大，彈簧被拉長，當(dāng)彈簧的

拉力與流動壓差阻力相平衡時，浮子靜止在某一位置，因此浮子的位置反映了流量的大小。由于有彈簧牽引，該種方式的浮子流量計也可以做成自上而下流動方式，如右下圖所示。#p#分頁標(biāo)題#e#

當(dāng)被測介質(zhì)黏度較大時，流體流過浮子流量計的黏滯阻力增加。為了降低黏度影響，將浮子流量計做成下圖所示的保濕夾套型儀表，在夾套中通入蒸汽，提高被測介質(zhì)溫度以使黏度降低。

當(dāng)被測介質(zhì)是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)時，常在流量計和介質(zhì)接觸的表面襯上一層聚四氟乙烯，使

四氟乙烯型浮子流量計可測流量要小些。流量計具有更好的耐腐蝕性。由于襯上了一層聚四氟乙烯，減小了流通面積，故同口徑的襯四氟乙烯型浮子流量計可測流量要小些。

5.3金屬管浮子流量計的主要性能指標(biāo)

金屬管浮子流量計有眾多生產(chǎn)廠家，各廠家產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)不盡相同，這里僅給出一般的性能指標(biāo)范圍。要說明的是這里是指普通的金屬管浮子流量計，微小流量金屬管浮子流量計有單獨(dú)的論述。

精度:士1.0%～2.5%（滿量程)。

口徑:5~100mm。

測量范圍:(100%值）水（溫度20℃）25~10000OL/h;

空氣（溫度20℃，壓力101325Pa絕壓）0.7～2500m3/h.

量程比:10: 1

壓力等級:1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa。

介質(zhì)溫度范圍:一80~300℃。

環(huán)境溫度:一40~～120℃℃。

防護(hù)等級:IP65、P67。

壓力損失:之20kPa。

遠(yuǎn)傳信號輸出:電流信號，4～20mA;氣動信號，0.02~0.1MPa;報警信號，1~2個預(yù)值報警開關(guān)量輸出﹔通信，HART協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議、FF協(xié)議等。