金屬管浮子流量計(jì) 用于連續(xù)測量封閉管道中液體和氣體的體積流量，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、使用維護(hù)方便，能適應(yīng)各種場合，因此廣泛地應(yīng)用于流量測量和工業(yè)過程控制中。

 

        有些金屬管浮子流量計(jì) 由傳感器和指示器組成，除就地指示瞬時流量外，還可遠(yuǎn)傳輸出 4～20mADC電信號，整體采用模塊式組合設(shè)計(jì)，可在現(xiàn)場快速增加上下限開關(guān)、流量累積功能，各功能單元板為插裝結(jié)構(gòu)，具有更換部件簡單、方便、定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

 

1 進(jìn)行流量換算的作用

        金屬管浮子流量計(jì) 用水或空氣來進(jìn)行金屬管浮子流量計(jì) 的標(biāo)定的。由于實(shí)際應(yīng)用時介質(zhì)的狀態(tài)和標(biāo)定時不同，根據(jù)測量原理，浮子在測量管中的同一位置所代表的流量值和標(biāo)定時是不同的，要想正確測量三暢金屬管浮子流量計(jì) 的實(shí)際流量，就要知道它們之間的流量換算關(guān)系。

 

        另外金屬管浮子流量計(jì) 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其精度是相對于滿量程而言的，所以用戶使用時，其常用流量應(yīng)達(dá)到滿量程的 60%～80%以上較為合理，如果用在50%以下則相對誤差會增大，精度受影響，如果流量超過滿量程更是無法正常測量，因此只有正確進(jìn)行流量換算才能選出適合的儀表。在計(jì)量當(dāng)中，正確的流量換算是保證計(jì)量準(zhǔn)確的前提條件。

 

2 流量換算的依據(jù)

        換算的依據(jù)主要有兩個：金屬管浮子流量計(jì) 的理論計(jì)算公式和理想氣體的狀態(tài)方程。SC金屬管浮子流量計(jì) 的計(jì)算公式:

        式中：Q-體積流量；α-流量系數(shù)；F k -浮子***大直徑與其同高度錐管橫截面之間的環(huán)隙面積；g-重力加速度；V f -浮子的體積；ρ f -浮子的密度：ρ-被測流體的密度；A-浮子的***大截面積（式中的單位為cm、g、s制）。

 

        理想氣體的狀態(tài)方程

        式中:Po,P1兩種狀態(tài)下的壓力;To,T1-兩種狀態(tài)下的溫度;Vo, v廣兩種狀態(tài)下的體積。

        從理想氣體的狀態(tài)方程可以演繹出以下兩種關(guān)系:

        a.流量關(guān)系

        V=Q*t

         

        b.密度關(guān)系

         

        式中:M一介質(zhì)的質(zhì)量;P–介質(zhì)的密度;Q-介質(zhì)的流量。

        3流量換算公式

        流量計(jì)測量不同介質(zhì)時流量之間的關(guān)系如下式：

 

        從式中可以看到三暢金屬管浮子流量計(jì)流量換算的實(shí)質(zhì)是密度換算。

        3.1液體的測量和換算

        流量計(jì)用于液體流量測量時，制造廠是用常溫下清潔的水作為校驗(yàn)液來標(biāo)定的，若被測介質(zhì)的密度與水的密度不同，應(yīng)對被測介質(zhì)的流量進(jìn)行換算。公式如下:

        式中:Q1-被測介質(zhì)的實(shí)際流量;Qo換算成水的流量;介體積流量的密度修正系數(shù);Pf浮子部件的密度:7900kg/m3;Po-20°C時水的密度:998.2kg/m3; P1——被測介質(zhì)的密度:kg/m3

        3.2氣體的測量和換算

        sc流量計(jì)用于氣體流量測量時，制造廠是用標(biāo)準(zhǔn)伏況下(20°C,101.325kPa)的空氣進(jìn)行標(biāo)定的，由于氣體的密度遠(yuǎn)小于浮子密度，公式(5)簡化為：

        式中各項(xiàng)均為工漱態(tài)下的值,為方便起見應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，將公式（3）和公式（4）代入并整理后便得到氣體的換算公式

 

        式中：Ｑ1-被測氣體工作狀況下的流量換到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量計(jì)（Nm3/h）；Ｑ換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的流量（Nm3/h）；ｐ1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測體的密度（kg/m3）；Po-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度：（1.205kg/m3);P1一被測氣體工作狀況下的力債壓十大氣壓ｍPa; Po-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的壓力（0.101325MPa）；T1-被測氣體工作狀況下的開爾文溫度；To一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的開爾文溫變（293.15K）；Kp-氣體的密度修正系數(shù)；Kp-氣體的壓力修正系數(shù)；ｋ1-氣體的溫度修正系數(shù)。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)（Rotometer），又稱浮子流量計(jì)（FloatTypeFlowmeter），在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。它可測量液體、氣體和蒸氣的流量，宜測中小管徑（DN4～250）的流量。壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，量程比1：10，工作可靠且刻度線性，使用維修方便，對儀表前后直管段長度要求不高。其測量度為±2%左右，受被測液體的密度、粘度、純凈度以及溫度、壓力的影響，也受安裝垂直度的影響。玻璃管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易制成防腐蝕性儀表，但其強(qiáng)度低。金屬管浮子流量計(jì)可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號，耐高壓，能實(shí)現(xiàn)流量的指示、積算、記錄、控制和報(bào)警等多種功能。

 

1.1轉(zhuǎn)子流量計(jì)原理及結(jié)構(gòu)

 

1.1.1沖量定理及應(yīng)用

 

設(shè)一物體的質(zhì)量為m，作用其上的力為F，實(shí)際上流體的速度v，物體變化路程為L。那么根據(jù)沖量定理可推出

1.1.2測量原理及結(jié)構(gòu)

 

如果將阻擋體置于直立且具有錐度（上大下?。┑墓艿乐?，就形成轉(zhuǎn)子式的流量計(jì)，它的工作原理如圖1所示。

當(dāng)流量增加時，轉(zhuǎn)子接受流體自下而上的沖力將增加，因而被沖向上方，一到達(dá)上面，由于流通截面增加，流速減小，沖力也隨之減小。當(dāng)沖力和差壓對轉(zhuǎn)子截面構(gòu)成的作用力以及粘滯摩擦力等的合力與轉(zhuǎn)子本身在流體中重量相等時，轉(zhuǎn)子即處于一平衡狀態(tài)，不再上升或下降，這個位置就表示新的流量值。

 

1.2計(jì)算公式

 

設(shè)轉(zhuǎn)子的顯示重量為Wf（N），流體對轉(zhuǎn)子的作用力為F（N），錐形管與轉(zhuǎn)子間環(huán)形截面為Sa（m2），轉(zhuǎn)子處***大截面積為Sf（m2），轉(zhuǎn)子體積Vf（m3），轉(zhuǎn)子密度為ρf（Kg/m3），轉(zhuǎn)子長度為L（m），流體介質(zhì)的密度為ρ（Kg/m3），重力加速度為g（m/s2），則

 

 

式中：qm——為質(zhì)量流量；qv——為體積流量；ψ——為流量系數(shù)。ψ與轉(zhuǎn)子形狀和雷諾數(shù)有關(guān)，Sa與轉(zhuǎn)子高度有關(guān)。錐管形轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子的幾何形狀和選用的材料及被測流體一定時，式（2）等式右邊平方根內(nèi)的值為一常數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)大于一定的界限值時，ψ為一常數(shù)，這樣qm正比于Sa。

 

1.3不同測量介質(zhì)的換算方法

 

在實(shí)際使用轉(zhuǎn)子流量計(jì)過程中，由于被測物體的物性（密度、粘度等）和狀態(tài)（溫度、壓力等）與實(shí)驗(yàn)流體的物性和狀態(tài)不同，所以必須對測量儀表進(jìn)行刻度換算和粘度修正，以保證度。

 

1.3.1液體流量測量的刻度換算

 

通常測量液體的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的刻度，都是用水在20℃，1個大氣壓下標(biāo)定的。按照下式進(jìn)行刻度換算：

式中：Q1——標(biāo)定時水的體積流量；Q2——使用時被測液體的體積流量；ρf——轉(zhuǎn)子的材質(zhì)密度；ρ1——標(biāo)定時的水密度；ρ2—使用時的被測液體密度；a1——水的流量系數(shù)；a2——被測粘性液體的流量系數(shù)。

 

當(dāng)被測液體的密度和水的密度不同但是兩者粘度系數(shù)相差甚微，即可忽略粘度變化對流量系數(shù)造成的影響，a2/a1可以當(dāng)作1來計(jì)算。

 

1.3.2氣體流量測量的刻度換算

 

測量氣體的浮子流量計(jì)通常都是在低壓、恒溫20℃狀態(tài)下用壓縮空氣進(jìn)行標(biāo)定的，然后在換算到標(biāo)準(zhǔn)壓力為101325Pa、溫度為20℃時的流量值對儀表刻度。當(dāng)儀表用來測量某一工作狀態(tài)下，任意一種氣體的體積流量時，需將儀表所示刻度值換算為工作狀態(tài)的實(shí)際流量值。于氣體，可以按照下面公式換算：

 

 

式中：Qn——標(biāo)定空氣在pn，Tn狀態(tài)下的體積流量，即儀表刻度流量值；Q——被測氣體由P，T狀態(tài)下的體積流量，即儀表刻度流量值；pn=101325Pa，Tn=293.15k（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓力和溫度）；p，T——被測氣體在工作狀態(tài)下的壓力和熱力學(xué)溫度；

 

pnZn——分別為標(biāo)定空氣在pn，Tn狀態(tài)下的密度和壓縮系數(shù)；ρ，Z——分別為標(biāo)定空氣p，T在狀態(tài)下的密度和壓縮系數(shù)。

 

當(dāng)被測氣體的濕度較大時，應(yīng)考慮水分含量的影響，氣體密度ρ按下式計(jì)算：

式中：ρg——為測量條件下干燥氣體密度；Φ——為測量條件下相對濕度；ρsmax——為測量條件下飽和水汽的密度。

 

1.4金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)

 

金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)與玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有相同的測量原理，不同的是其錐管由金屬制成，這樣不僅耐高溫、高壓，而且能選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)以適合各種腐蝕性介質(zhì)的流量。流量計(jì)采用可變面積式測量原理，應(yīng)用現(xiàn)代高技術(shù)手段及先進(jìn)的元件和器件。流量計(jì)主要由三大基本部分組成：測量管；錐形浮子或靶式浮子；指示器。浮子的位移量與流量的大小成比例，通過磁耦合系統(tǒng)，以不同接觸方式，將浮子位移量傳給指示器指示出流量的大小。也可配裝不同的轉(zhuǎn)換器，將流量值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電遠(yuǎn)傳信號，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示、記錄、積算和控制功能。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)在指示器的設(shè)計(jì)上可以為各種應(yīng)用場合提供可靠適用的功能組合，如現(xiàn)場指針顯示、LCD顯示瞬時和累計(jì)流量等。在指示器供電選擇方面有電池供電、24VDC供電、220VAC供電，方式根據(jù)現(xiàn)場情況選擇。

 

1.5選型計(jì)算

 

在選型過程中，可以根據(jù)前面介紹的計(jì)算公式和相關(guān)設(shè)計(jì)樣本來確定轉(zhuǎn)子流量計(jì)的型號。本文以宏控LZZ/D系列轉(zhuǎn)子流量計(jì)為例，介紹如何根據(jù)計(jì)算公式來確定轉(zhuǎn)子流量計(jì)的型號。

已知測量介質(zhì)為液體，***大流量為：Qmax=30m3/h，常用流量***小值Qmin=10m3/h，粘度μy=3.1×10-5pags，密度ρy=810kg/m3，常用壓力py=0.49MPa，常用溫度ty=150℃。根據(jù)條件選出合適的浮子流量計(jì)的口徑及浮子號。

 

選擇11Cr18Ni9Ti材質(zhì)的浮子，其密度為780kg/m3。水在工作狀態(tài)時的密度為954kg/m3，則根據(jù)公式（3）可以得到

代入***大流量Qmax=70m3/h和常用流量***小值Qmin=20m3/h可以求得水的流量范圍Qsmax=66.6m2/h，Qsmin=22.2m2/h。

 

通過查詢LZZ/D的轉(zhuǎn)子流量計(jì)規(guī)格表，可以得知選擇口徑DN100，浮子號K10.2，材質(zhì)1Cr18Ni9Ti。

 

 

４結(jié)束語

        金屬管浮子流量計(jì)作為過程控制儀表，可以適應(yīng)高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、劇毒等多種苛刻環(huán)境．可動部件少、便干維護(hù)，解決了生產(chǎn)中的許多難題．金屬管浮子流量計(jì) 的計(jì)量有著重要的意義。