金屬管浮子流量計(jì)原理和結(jié)構(gòu)

　　浮子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測量的體積流量儀表，又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)。20世紀(jì)初本類儀表在德國取名為羅托計(jì)(Rota meter)，即盛行于歐洲，然而在美國、日本常稱作變面積流量計(jì)（Variable Arer Flowmeter）或面積流量計(jì)；但實(shí)際上只是變面積流量計(jì)的一個(gè)品種，只是由于浮子流量在變面積流量計(jì)中占了絕大多數(shù)，習(xí)慣上就以變面積流量計(jì)稱之。
　　
　　浮子流量計(jì)原理設(shè)想發(fā)韌于19世紀(jì)60年代，20世紀(jì)初出現(xiàn)商品。20世紀(jì)30年代后期碳芯軸法工藝為大量生產(chǎn)玻璃錐形管創(chuàng)造條件，奠定了浮子流量計(jì)工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。40一50年代歐洲美國相繼進(jìn)行開發(fā)和性能研究，特別是美國Fischer和Porier公司在提高性能和擴(kuò)展品種方面作出了貢獻(xiàn)，例如減少液體粘度影響和有輸出信號(hào)等，使應(yīng)用領(lǐng)域得到很大擴(kuò)展。我國于50年代后期首先由沈陽玻璃儀器廠提供玻璃管浮子流量計(jì)，60年代中期上海光華儀表廠提供帶輸出信號(hào)金屬錐形管浮子流量計(jì)。1985一1987年間日本、西歐、美國浮子流量計(jì)銷售金額占流量儀表的11％一17%，我國1990年約占14％。從應(yīng)用臺(tái)數(shù)所占比例來看，1985年英國抽樣調(diào)查72家企業(yè)17000臺(tái)流量儀表中浮子流量計(jì)占19.2％。我國浮子流量計(jì)產(chǎn)量1996年估計(jì)在15萬一17萬臺(tái)之間，其中95％左右為玻璃管浮子流量計(jì)。
　　
　　金屬管浮子流量計(jì)原理和結(jié)構(gòu)
　　
　　浮子流量計(jì)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(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子組所組成。工作原理如圖6.1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(shí)，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(shí)，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小，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，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
　　
　　a―儀表的流量系數(shù)，因浮子形狀而異；
　　
　　ε―被測流體為氣體時(shí)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?，m/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一浮子工作直徑（zui大直徑）處的橫截面積m2；
　　
　　G一浮子質(zhì)量，kg。
　　
　　流通環(huán)形面積與浮子高度之間的關(guān)系如式（6.3）所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，才可視為近似線性。
　　
　　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15一40透明錐形管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)如圖6.2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(jì)。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(dòng)，或在錐管棱筋導(dǎo)向下移動(dòng)，較大口平滑面內(nèi)壁儀表還有采用導(dǎo)桿導(dǎo)向，如圖6.4(a）所示。
　　
　　6.3是直角型安裝方式金屬管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)，通常適用于口徑15～40以上儀表。錐管5和浮子4組成流量檢測元件，檢測元件也有由孔板和錐形浮塞組成，如圖6.4(f）所示。套管（圖6.3未表示）內(nèi)有導(dǎo)桿3的延伸部分，通過磁鋼藕合等方式，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(hào)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。圖6.4所示是透明錐形管（或透明直管）浮子流量計(jì)和金屬管浮子流量計(jì)各種結(jié)構(gòu)的例子。