浮子流量计的工作原理及选型指南

分类：技术中心 1561人浏览 2019-06-24

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浮子流量计引是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，又称转子流量计。

工作原理：被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。

浮子流量计选型
浮子流量计主要测量对象是单相液体或气体，液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不适用。因为浮子在液流中附着微粒或微小气泡均会影响测量值，例如微流量仪表使用一段时期后浮子附着肉眼不出的附着层，也会改变流量示值百分之几。
如只要现场指示，首先考虑价廉的玻璃管浮子流量计，如温度、压力不能胜任则选用就地指示金属管浮子流量计。玻璃管浮子流量计应选带有透明防护罩，一旦玻璃锥管破裂，可挡住流体正向散溅，以作紧急处理。用于气体时应选用导杆或带棱筋导向的仪表，以避免操作不慎浮子击碎锥管。如需要远传输出信号作总量积算或流量控制，一般选用电信号输出的金属管浮子流量计。如环境气氛有防爆要求而现场又有控制仪表用气源，则优先考虑气远传金属浮子流量计，若选用电远传仪表则必须是防爆型。
测量不透明液体时选择金属管浮子流量计较为普遍，但也可选择带棱筋锥形管的玻璃管浮子流量计，借助浮子最大直径与棱筋接触的痕迹，以判读浮子的位置。
测量温度高于环境温度的高粘度液体和降温易析出结晶或易凝固的液体，应选用带夹套的金属管浮子流量计。
范围
这里所谓实际使用状态介质密度，液体是指使用时的密度，气体指使用状态下的密度，或标准状态下密度进行使用压力和温度的修正。通常仪表刻度的流量范围，液体是常温水标定值，气体是空气标定换算到工程标准状态（20℃，0.10133MPa）的值。将实际使用密度按式（4）或式（5）换算后再选择合适的流量范围和口径，但必须是使用介质粘度与标定介质粘度相接近，亦即认为α不变的前提下使用。
液体
（4）式中　Q水－待选定用水实流标定仪表的最大流量，L/h；
Q－被测液体的最大流量，L/h；
ρf－浮子密度，g/cm3，对于空心的浮子ρf=Gf/V，Gf为浮子质量（g），V为浮子体积，cm3；
ρ，ρ水－被测液体和水的密度，g/cm3。
气体
（5）式中　Q空－待选定用空气实流标定仪表的最大流量，m3/h；
Q－被测气体的最大流量，m3/h；
ρ－被测气体的密度，kg/m3；
P－被测气体使用状态下绝对压力，MPa；
T－被测气体使用状态下热力学温度，K。
影响
浮子形状不属于使用者选择的范畴，制造厂是按仪表结构和流量范围选择合适形状而设计的，。但是使用者应了解所使用浮子的特点和流量示值受流体粘度影响的程度。
流量基本方程式（1）未包含流体粘度参数，但流量系数α在环形通道雷诺数Re（环）低于某值时不是常数而随Re（环）而变，而Re（环）与流体粘度成反比。图5所示是三种形状浮子Re（环）-α的关系曲线。Re（环）取决于流体粘度、浮子最大直径和其所在位置锥管内直径比、环形通道中的流速，对于设计已定在运行中的仪表，影响Re（环）的因素是流体粘度。不随Re（环）而变的α值，A型浮子为0.96，B型为0.76，C型为0.61。此外，还有常用的球形浮子，α约为0.99。流量系数因浮子形状而有较大差异。A型、B型和C型三种浮子α为常数的下限Re（环）分别约为6000，300和40。
对设计已定某乙口径和流量范围的仪表，亦即有一个粘度上限值，小于粘度上限值流量示值将不受流体粘度 [4] 影响，选用时要考虑流体粘度是否超过上限值。有些型号浮子流量计同一口径不同流量范围的浮子形状是相同（重量不同，粘度上限值相近）；而还有一些型号则浮子形状不同，就有不同粘度上限值。
分度
直读型仪表的流量示值分度有Dt/d比分度、百分比分度、直接流量分度和毫米分度四种。Dt/d比分度是以浮子直径d与相应锥管内径Dt的比值表示，国内产品甚少采用；百分率分度是以满度流量作为100%，其优点是流体物性或工况变化，流量读书转换方便；直接流量分度是以指定流体的工况条件或以标定条件（通常液体为水、气体为空气）的流量分度，优点是直观，但若使用条件和指定条件不一致须换算时，反而不及百分率分度方便。毫米分度是读取浮子高度后查所附曲线或数据表，求的流量，通常应用于操作时只要知道浮子达到预定位置，毋需知道确切流量的场所。有些型号仪表同时设有毫米分度和直接流量分度两种标尺。
浮子流量计为低中等精确度仪表。通用型玻璃浮子流量计的基本误差，口径小于6mm为2.5%-5%FS，10-15mm为2.5%FS，25mm以上为1-%-2.5%FS；金属管浮子流量计就地指示型为1%-2.5%FS，远传型为1%-4%FS。耐腐型仪表的精确度还要低些。有些特殊结构仪表，例如表尺长度只有2-3倍浮子直径的短型玻璃管浮子流量计和高压型吹流型金属管浮子流量计精确度低至5-10级。
玻璃管浮子流量计范围度大部分为10：1，短管型仪表口径100mm则为5：1；金属管浮子流量计为（5：1）-（10：1）。
损失
被测流体的工作压力和温度应低于仪表的额定值。流体温度较高时，有些制造厂要降低额定压力，通常样本和使用说明书均作说明。用于较高压力的气体和温度超过沸点的高压液体，不应选用玻璃管浮子流量计，应选用金属浮子流量计。
玻璃管浮子流量计的压力损失 [5] 较小，小口径为0.2-2KPa，10-100mm为2-8KPa；金属管浮子流量计则稍高些，一般为2-8KPa，较高者为18-25KPa。压力损失应在样本和使用说明书列出，但往往阙如。
流体的最低工作压力应高于压力损失若干倍，用于气体时压力过低容易产生浮子跳动。有些型号仪表的使用说明书规定流体压力最低值，有些建议液体的最低工作压力应大于2倍压力损失，气体则为5倍。

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