金屬管浮子流量計 返回列表頁

金屬管浮子流量計測量原理

金屬管浮子 流量計為變面積式流量計，即在流量計的垂直測量管中，當(dāng)流體向上流經(jīng)管子時。浮子向上移動，在某一位置浮子所受升力與浮子重力達(dá)到平衡，此時浮子與孔板（或錐管）間的流通環(huán)隙面積保持一定。環(huán)隙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。浮子上下移動時，以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器，使指示器的指針跟隨浮子移動，并借助凸輪板使指針線性地指示流量值的大小。[1] 
電遠(yuǎn)傳型是在指針現(xiàn)場指示流量的同時再通過角位移傳感器及電變送電路，把流量值地轉(zhuǎn)換成0-10mA或4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號。
結(jié)構(gòu)原理

金屬浮子流 量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。工作原理如圖1所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管1和浮子2形成的環(huán)隙3時，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。
體積流量Q的基本方程式為
(1)當(dāng)浮子為非實(shí)芯中空結(jié)構(gòu)（放負(fù)重調(diào)整量）時，則
(2)式中 α——儀表的流量系數(shù)，因浮子形狀而異；
ε——被測流體為氣體時氣體膨脹系數(shù)，通常由于此系數(shù)校正量很小而被忽略，且通過校驗(yàn)已將它包括在流量系數(shù)內(nèi)，如為液體則ε=1；
△F——流通環(huán)形面積，m2；
g——當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琺/s2；
Vf——浮子體積，如有延伸體亦應(yīng)包括，m3；
ρf——浮子材料密度，kg/m3；
ρ——被測流體密度，如為氣體是在浮子上游橫截面上的密度，kg/m3；
Ff——浮子工作直徑（zui大直徑）處的橫截面積，m2；
Gf——浮子質(zhì)量，kg。
流通環(huán)形面積與浮子高度之間的關(guān)系如式（3）所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計已定，則d、 β為常量。式中有h的二次項(xiàng)，一般不能忽略此非線性關(guān)系，只有在圓錐角很小時，才可視為近似線性。
m2
(3)式中 d——浮子zui大直徑（即工作直徑），m；
h——浮子從錐管內(nèi)徑等于浮子zui大直徑處上升高度，m；
β——錐管的圓錐角；
a、b——常數(shù)。
口徑15-40mm透明錐形管浮子流量計典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。透明錐形管4用得zui普遍是由硼硅玻璃制成，習(xí)慣簡稱玻璃管浮子流量計。流量分度直接刻在錐管4外壁上，也有在錐管旁另裝分度標(biāo)尺。錐管內(nèi)腔有圓錐體平滑面和帶導(dǎo)向棱筋（或平面）兩種。浮子在錐管內(nèi)自由移動，或在錐管棱筋導(dǎo)向下移動，較大口平滑面內(nèi)壁儀表還有采用導(dǎo)桿導(dǎo)向。
圖3是直角型安裝方式金屬管浮子流量計典型結(jié)構(gòu)，通常適用于口徑15-40mm以上儀表。錐管5和浮子4組成流量檢測元件。套管（圖3未表示）內(nèi)有導(dǎo)桿3的延伸部分，通過磁鋼耦合等方式，將浮子的位移傳給套管外的轉(zhuǎn)換部分。轉(zhuǎn)換部分有就地指示和遠(yuǎn)傳信號輸出兩大類型。除直角安裝方式結(jié)構(gòu)外還有進(jìn)出口中線與錐管同心的直通型結(jié)構(gòu)，通常用于口徑小于10-15mm的儀表。
3優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

金屬浮子 流量計使用于小管徑和低流速。常用儀表口徑40-50mm以下，zui小口徑做到1.5-4mm。適用于測量低流速小流量，以液體為例，口徑10mm以下玻璃管浮子流量計滿度流量的名義管徑，流速只在0.2-0.6m/s之間，甚至低于0.1m/s；金屬管浮子流量計和口徑大于15mm的玻璃管浮子流量計稍高些，流速在0.5-1.5m/s之間。
浮子流量計可用于較低雷諾數(shù)，選用粘度不敏感形狀的浮子，流通環(huán)隙處雷諾數(shù)只要大于40或500，雷諾數(shù)變化流量系數(shù)即保持常數(shù)，亦即流體粘度變化不影響流量系數(shù)。這數(shù)值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)孔板等節(jié)流差壓式儀表zui低雷諾數(shù)104-105的要求。
大部分浮子流量計沒有上游直管段要求，或者說對上游直管段要求不高。
浮子流量計有較寬的流量范圍度，一般為10：1，zui低為5：1，zui高為25：1。流量檢測元件的輸出接近于線性。壓力損失較低。
玻璃管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。只要在現(xiàn)場指示流量者使用方便，缺點(diǎn)是有玻璃管易碎的風(fēng)險，尤其是無導(dǎo)向結(jié)構(gòu)浮子用于氣體。
金屬管浮子流量計無錐管破裂的風(fēng)險。與玻璃管浮子流量計相比，使用溫度和壓力范圍寬。
大部分結(jié)構(gòu)浮子流量計只能用于自下向上垂直流的管道安裝。
浮子流量計應(yīng)用局限于中小管徑，普通全流型浮子流量計不能用于大管徑，玻璃管浮子流量計zui大口徑100mm，金屬管浮子流量計為150mm，更大管徑只能用分流型儀表。
使用流體和出廠標(biāo)定流體不同時，要作流量示值修正。液體用浮子流量計通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，如實(shí)際使用流體密度、粘度與之不同，流量要偏離原分度值，要作換算修正。
4發(fā)展趨勢

金屬管浮 子流量計儀器儀表的發(fā)展趨勢是不斷利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超聲波、微波、射線、紅外線和采用各種新型半導(dǎo)體敏感元件、集成電路、集成光路等元器件實(shí)現(xiàn)儀器儀表的小型化，減輕重量、降低生產(chǎn)成本和更便于使用與維修等?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步不斷對儀器儀表提出更高更新的要求。