摘 要： 本文介紹了金屬管浮子流量計的性能特點及其流量換算關(guān)系。
關(guān)鍵字： 浮子流量計 性能 流量換算

金屬管浮子流量計用于連續(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。

流量計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，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。

1 為什么要進(jìn)行流量換算

制造廠家是用水或空氣來進(jìn)行浮子流量計的標(biāo)定的。由于實際應(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，要想正確選擇流量計的規(guī)格、現(xiàn)場使用好儀表，就要知道它們之間的流量換算關(guān)系。

另外浮子流量計行業(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。

2 換算的依據(jù)

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

浮子流量計的計算公式

式中：Q——體積流量
a——流量系數(shù)
Fk——浮子最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
Vf——浮子的體積
ρf——浮子的密度
ρ——被測流體的密度
A——浮子的最大截面積（式中的單位為cm、g、s制）

理想氣體的狀態(tài)方程

式中：P0，P1——兩種狀態(tài)下的絕對壓力
T0，T1——兩種狀態(tài)下的絕對溫度
V0，V1——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

B密度關(guān)系

式中：M——介質(zhì)的質(zhì)量
ρ——介質(zhì)的密度
Q——介質(zhì)的流量

3 流量換算公式

流量計測量不同介質(zhì)時流量之間的關(guān)系如下式：

從式中可以看到浮子流量計流量換算的實質(zhì)是密度換算。

3.1 液體的測量和換算

流量計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)的實際流量
Q0——換算成水的流量
Kp——體積流量的密度修正系數(shù)
ρf——浮子部件的密度：7900kg/m3
ρ0—— 20℃時水的密度：998.2kg/m3
ρ1——被測介質(zhì)的密度：kg/m3

3.2 氣體的測量和換算

流量計用于氣體流量測量時，制造廠是用標(biāo)準(zhǔn)狀況下（20℃、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：

式中各項均為工作狀態(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（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算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量（Nm3/h）
Q0——換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的流量（Nm3/h）
ρ1——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下被測氣體的密度（kg/m3）
ρ0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度：（1.205kg/m3）
P1——被測氣體工作狀況下的絕對壓力（表壓+大氣壓）MPa
P0——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
T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的開爾文溫度（293.15K）
Kρ——氣體的密度修正系數(shù)
Kp——氣體的壓力修正系數(shù)
KT——氣體的溫度修正系數(shù)

4 應(yīng)用實例

儀表選型的實質(zhì)就是求出換算流量Q0，再根據(jù)流量規(guī)格選出合適的儀表型號。

例題1用戶的被測介質(zhì)為二氯丙烷，密度1130kg/m3，流量上限為10001/h，如何選型？

解：換算流量×1000=1074.31/h

因此用DN25口徑的浮子流量計進(jìn)行測量比較合適。

例題 2用戶的被測介質(zhì)為乙炔（密度為1.091kg/Nm3），壓力為3kgf/cm2，溫度為25℃，流量上限為10m3/h時，如何選型？

解：被測氣體的絕對壓力p1=3×98.1+101.325=395.625kPa

標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量×10=38.39Nm3/h

換算流量×38.39=18.64Nm3/h

因此用DN15口徑的浮子流量計進(jìn)行測量比較合適。

5 結(jié)語

金屬管浮子流量計作為過程控制儀表，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、便于維護(hù)，解決了生產(chǎn)中的許多難題。金屬管浮子流量計以其卓越的性能被越來越多的用戶所青睞。而熟練掌握浮子流量計的流量換算對正確選表和用表至關(guān)重要。因此了解浮子流量計的性能特點和儀表選型的方法，才能正確選擇性能和價格比較高的類型。

參考文獻(xiàn)
[1]工業(yè)自動化儀表手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，1987
[2]王敬林.工程流體力學(xué).洛陽工學(xué)院，1990

　　流量計類型及原理
 

　　一、按測量原理分類
 

　　(1)力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
 

　　(2)電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。
 

　　(3)聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測量的有超聲波式.聲學(xué)式(沖擊波式)等。
 

　　(4)熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。
 

　　(5)光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。
 

　　(6)原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是屬于此類原理的儀表.
 

　　(7)其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。
 

　　二、按流量計結(jié)構(gòu)原理分類
 

　　按當(dāng)前流量計產(chǎn)品的實際情況，根據(jù)流量計的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：
 

　　1.容積式流量計
 

　　容積式流量計相當(dāng)于一個標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對流動介質(zhì)進(jìn)行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單，適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計；適于測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉(zhuǎn)簡流量計等.
 

　　2.葉輪式流量計
 

　　葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計，其結(jié)構(gòu)可以是機(jī)械傳動輸出式或電脈沖輸出式。一般機(jī)械式傳動輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡單，造價低，國內(nèi)已批量生產(chǎn)，并標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0.2%一0.5%。
 

　　3.差壓式流量計(變壓降式流量計)
 

　　差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成.一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示.差壓流量計的一次裝置常為節(jié)流裝置或動壓測定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表.差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種表計。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計、楔形流量計、文丘里管流量計、平均皮托管
 

　　4.變面積式流量計(等壓降式流量計)
 

　　放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動的流體的作用力而移動。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動時上下部分的壓力差相等，因此該型流量計稱變面積式流量計或等壓降式流量計。該式流量計的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計。
 

　　5.動量式流量計
 

　　利用測量流體的動量來反映流量大小的流量計稱動量式流量計.由于流動流體的動量P與流體的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，當(dāng)通流截面確定時，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設(shè)比例系數(shù)為A，則Q=A 因此，測得P，即可反映流量Q.這種型式的流量計，大多利用檢測元件把動量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動翼板式流量計。
 

　　6.沖量式流量計
 

　　利用沖量定理測量流量的流量計稱沖量式流量計，多用于測量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來測泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測量范圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計，其測量原理是當(dāng)被測介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測板上產(chǎn)生一個沖力，沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比，故測量這個水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(九)的檢測方式，該型流量計分位移檢測型和直接測力型。
 

　　7.電磁流量計
 

　　電磁流量計是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量?？蓽y大管徑達(dá)2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。
 

　　電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新，向微機(jī)化發(fā)展.
 

　　8.超聲波流量計
 

　　超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進(jìn)行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。
 

　　超聲波流量計的分類：1 多譜勒式超聲波流量計：換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺螅l率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2時差式超聲波流量計： 時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
 

　　9.流體振蕩式流量計
 

　　流體振蕩式流量計是利用流體在特定流道條件下流動時將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計的.當(dāng)通流截面一定時，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測量振蕩頻率即可測得流量.這種流量計是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的.由于它兼有無轉(zhuǎn)動部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計、旋進(jìn)旋渦流量計。
 

　　10.質(zhì)量流量計
 

　　由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達(dá)到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測量，目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。間接式質(zhì)量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。
 

　　還有適用于明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計；適于大口徑測流的插入式流量計；測量層流流量的層流流量計；適于二相流測量的相關(guān)法流量計；以及激光法、核磁共振法流量計和多種示蹤法、稀釋法測流等。

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