摘要:從浮(fú)子流量計(ji) 的結構原(yuán)理、應用特(te)點、刻度轉(zhuǎn)換幾個方(fang)面介紹了(le)浮🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子流量(liang)計🥰的設計(jì)過程和應(ying)用。氣體介(jie)質如何實(shí)現标況瞬(shùn)時流量與(yǔ)☂️工況🧑🏽‍🤝‍🧑🏻瞬時(shi)流量的4種(zhong)換算計算(suàn)，将浮子流(liú)量計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的應(yīng)用系統化(huà)、公式化，便(bian)于廠家設(shè)計參考和(he)☂️工程應用(yong)計算。
　　浮子(zǐ)流量計具(jù)有結構簡(jian)單、制造容(róng)易、流量示(shì)值直觀、易(yi)🐆于維護🙇‍♀️和(hé)壓力損失(shī)小的優點(dian)，在工業現(xiàn)場得✉️到廣(guang)泛的應用(yong)。中國計量(liàng)科學研究(jiu)院早期起(qi)草了《玻璃(lí)轉❗子流量(liàng)計檢定規(gui)程》和《金屬(shǔ)管轉子流(liu)量計檢定(dìng)規程💘》，後期(qi)又合并爲(wèi)《轉子流量(liàng)計》，而🏃‍♀️最新(xīn)的檢定規(gui)程是《JJG257－2007浮♍子(zǐ)流量計》。浮(fú)子流量計(ji)一般工作(zuò)壓力👈不大(da)于0.6MPa，分爲:玻(bō)璃浮子流(liú)量計，金屬(shu)管浮子流(liu)量計和特(te)種浮子流(liú)量計(如醫(yi)用氧量調(diao)量)。浮子流(liu)量計可作(zuò)爲瞬時流(liú)量計，水、氣(qi)、油均可以(yi)設計☎️選用(yòng)，可用作标(biāo)準流量計(jì)、用作流量(liang)試驗裝置(zhi)指示流量(liàng)、過程控制(zhi)、洩露量監(jiān)控💚、流體能(néng)力指示，用(yòng)作可㊙️視閥(fa)門［1］。
1結構和(hé)原理
1.1流量(liang)計算
　　浮子(zi)流量計的(de)測量本體(tǐ)由一根自(zi)下向上擴(kuò)大的垂直(zhi)錐管🙇🏻和一(yī)隻可以沿(yán)着錐管軸(zhóu)向自由移(yi)動的浮子(zǐ)組成，當被(bèi)測流👨‍❤️‍👨體自(zi)錐管下端(duan)流入流量(liang)計時，由于(yu)流體的作(zuò)用，浮子上(shàng)下端面産(chǎn)生一差壓(ya)，該差🥵壓即(ji)爲浮子的(de)上升力。當(dang)差壓值大(da)于浸在流(liu)體中浮子(zǐ)的重量時(shi)，浮子開始(shǐ)上升。随着(zhe)浮子的上(shàng)升，浮子最(zui)大外徑與(yǔ)錐管之間(jiān)的環形面(mian)積逐漸增(zeng)大，流🚶‍♀️體的(de)流速🔞則相(xiàng)應下降，作(zuò)用在浮子(zǐ)上的上升(shēng)力逐漸減(jiǎn)小，直至上(shang)升力🐕等于(yu)浸在流體(ti)中的浮子(zi)的重量時(shi)，浮子⛷️便穩(wen)定在某💛一(yī)高度上。這(zhe)時浮子在(zài)錐管中的(de)高度h與所(suo)通過的流(liu)量qv有對應(yīng)的關系［2］。結(jié)構如🌍圖1所(suo)示。

　　式中，v爲(wèi)流體通過(guo)環隙面積(ji)的平均流(liú)速，C爲阻力(li)系數(常數(shù))，Vf爲浮子的(de)體積，ρf爲浮(fu)子的材料(liào)密度，ρ爲流(liú)體介質的(de)密度，g爲重(zhong)力加速度(du)，Af爲浮子的(de)迎流面積(ji)。由公式可(kě)得，不管浮(fu)子流🌍量計(ji)的浮子停(tíng)留在什麽(me)位置，流體(ti)流過環隙(xì)面✏️積的平(ping)均㊙️流速v值(zhí)是沒有變(bian)化👅的。A是環(huan)隙面積大(da)小，也就是(shi)說瞬時體(ti)積流量qv的(de)大小，隻與(yǔ)A環隙面積(jī)大小有關(guān)，瞬時流量(liàng)越大，環㊙️隙(xì)面積越大(da)，浮子位置(zhì)越高;反之(zhi)瞬時流量(liang)越小，環隙(xi)面🐅積越小(xiao)，浮子位置(zhì)越低［3－4］。

　　式中(zhōng)α爲流量系(xi)數，φ爲錐管(guǎn)夾角，K爲常(chang)數。當被測(ce)介質确✊定(ding)🍓以後，即🤩介(jie)質密度爲(wei)常數，瞬時(shí)體積流量(liàng)與浮子的(de)高度♋之間(jiān)成線性關(guān)系。而大量(liang)的實驗表(biao)明，浮子流(liú)量計的流(liú)📐量系數α與(yǔ)浮子的幾(ji)何形狀和(hé)流動⛷️雷諾(nuò)數ＲeD有關:對(duì)于一定的(de)浮子形狀(zhuàng)，當雷諾數(shu)ＲeD大于❤️某一(yī)個臨界🌈數(shù)以後，流量(liang)系數α将趨(qū)于一個常(cháng)數:有些資(zī)料中提及(ji)💔，如果錐半(bàn)角足👈夠小(xiao)，則可忽略(lue)二次項進(jìn)行簡化計(jì)算，這種方(fang)法是不嚴(yan)謹的，計算(suan)誤差大🌈于(yú)10%，遠遠超出(chu)了誤💛差範(fàn)圍［5－6］。

1.2出廠(chang)标定
　　對于(yú)不同的流(liu)體，介質密(mì)度不同，瞬(shun)時流量與(yu)浮子高度(dù)之間⭕的對(duì)應關系也(ye)不盡相同(tóng)，原來的流(liú)量刻度就(jiù)不再适用(yòng)，所以🔞浮子(zi)流量計應(yīng)該用實際(ji)的流體介(jiè)質進行标(biao)🌈定。但是，對(dui)于生産廠(chang)家🥵而言，由(yóu)于出廠标(biāo)定設✔️備的(de)局限性，不(bu)可能有各(ge)種實際流(liú)體機制的(de)标準裝置(zhì)對浮子流(liu)量計進行(háng)标定，在一(yi)般情況下(xia)，大部分生(shēng)産廠家隻(zhī)能用水或(huo)者空氣進(jin)行标定。因(yin)此，如果浮(fú)子流量計(jì)用來測量(liang)非标定介(jiè)質時✌️，應該(gāi)對浮子流(liú)量計的讀(dú)數進行修(xiū)正，即刻度(dù)換算。
1.3量程(cheng)換算
　　當浮(fu)子流量計(ji)的浮子幾(ji)何形狀一(yī)緻時，改變(bian)浮子的材(cái)⚽料🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，就🏃可以(yǐ)改變浮子(zi)的密度，即(ji)改變浮子(zi)流量計的(de)量程。浮子(zi)材料的密(mì)🚶度增加，浮(fu)子流量計(jì)的量🛀🏻程擴(kuò)大;密度減(jian)小，則量程(chéng)縮小。如果(guǒ)浮子流量(liàng)計現場應(yīng)用和出廠(chang)标定的浮(fú)子材料不(bu)同時，則還(hái)需要📐引入(ru)浮子密度(du)的流量修(xiu)正值，當然(rán)這種情況(kuàng)比較少見(jian)，一般出廠(chǎng)時，流量計(jì)浮子與錐(zhuī)管都已經(jing)👣确定。
2應用(yong)特點
　　最簡(jiǎn)單的浮子(zi)流量計由(yóu)浮子和錐(zhuī)管兩個部(bù)件組成，數(shu)十元的㊙️制(zhì)造成本，有(yǒu)些使用場(chǎng)合甚至可(ke)以免維護(hu)，可用于低(dī)雷諾😍數的(de)測量場合(hé)，适用于小(xiǎo)管徑和低(dī)流㊙️速。壓力(lì)🏃🏻‍♂️損失小，對(duì)上遊直管(guǎn)段要求比(bi)較低，有較(jiao)寬的流量(liang)範圍♊，量程(cheng)比一般爲(wèi)10∶1，雙浮子結(jie)構的量程(cheng)比甚至可(kě)以達到50∶1。玻(bo)璃管浮子(zi)流量計顯(xian)示的☎️流量(liàng)值多是直(zhi)接刻印在(zài)透明玻璃(lí)外表面上(shàng)，目測🚶‍♀️浮子(zi)停留位置(zhì)即可，而金(jin)屬管浮子(zi)流量計往(wǎng)往測量高(gao)溫、高壓、危(wei)險性流體(tǐ)，不能用人(rén)眼來🤟觀察(cha)浮子位置(zhì)，采用了磁(cí)感應顯示(shì)機構。
3刻度(du)換算
3.1液體(tǐ)刻度換算(suan)

　　當現場介(jie)質與标定(ding)介質粘度(dù)相差比較(jiào)大時，則需(xū)要進🐕行🈲現(xiàn)🐆場⛹🏻‍♀️标定，而(er)不能認爲(wèi)α标=α現。不管(guan)是同一種(zhǒng)液體👨‍❤️‍👨還是(shi)不同種液(yè)體的現場(chǎng)流量和标(biao)定流量換(huàn)算，都可以(yi)應用👄上述(shu)計算公式(shì)☀️［7］。
3.2氣體刻度(dù)換算
　　氣體(tǐ)浮子流量(liang)計，廠家一(yi)般用标況(kuang)狀态下的(de)空氣(20℃，101.325kPa)檢㊙️定(dìng)☁️，由于氣體(tǐ)受工況溫(wēn)度、壓力影(ying)響比較大(da)，不僅僅是(shi)現場🌐介質(zhì)與标定介(jie)質不同需(xū)要轉換，同(tóng)一種氣體(ti)在🙇🏻工況和(he)标況之間(jiān)也需🌍要轉(zhuan)換。由于浮(fu)子自身的(de)密度🌈要比(bǐ)氣體🔆大很(hen)多，所🏃‍♀️以可(kě)以近似認(rèn)爲ρf－ρ現=ρf－ρ标，這(zhe)樣公式可(ke)以推導出(chu)針對氣體(tǐ)浮子流量(liàng)計的簡化(hua)版:
1)同一種(zhǒng)氣體

　　這樣(yàng)已知标定(dìng)氣體的标(biao)況瞬時流(liu)量就可以(yi)求出該👨‍❤️‍👨氣(qi)體💃的工況(kuàng)瞬時流量(liang)值。該氣體(tǐ)的标況瞬(shùn)時流量直(zhí)接看🌈标定(ding)好的刻度(dù)線，氣體的(de)工況瞬時(shí)流量通過(guò)上述公式(shi)計算後得(dé)到。
2)不同氣(qi)體

c)這樣已(yǐ)知氣體1的(de)工況瞬時(shí)流量就可(kě)以求出氣(qì)體2的😘标況(kuàng)🈲瞬時流量(liang)值。
拓展推(tui)導容易得(de)出:

d)這樣已(yi)知氣體1的(de)标況瞬時(shi)流量就可(kě)以求出氣(qì)體2的标況(kuang)瞬時流量(liàng)值。
上述一(yi)共有4種計(jì)算公式:
氣(qi)體1工況求(qiu)氣體2工況(kuang);
氣體1标況(kuang)求氣體2工(gōng)況(常用);
氣(qi)體1工況求(qiú)氣體2标況(kuàng);
氣體1标況(kuang)求氣體2标(biāo)況(常用)。
　　不(bú)難看出，不(bú)同氣體的(de)4個經驗公(gong)式中，如果(guǒ)稍作轉換(huan)，就是同👨‍❤️‍👨一(yī)種氣體的(de)計算公式(shi)。由于浮子(zǐ)流量計刻(kè)度值都是(shi)标況刻度(du)值，因此上(shàng)述4個公式(shi)中有2個較(jiào)爲常用［8－10］。
4計(jì)算實例
命(ming)題1:刻度爲(wèi)空氣的一(yi)台氣體浮(fú)子流量計(ji)測量氧氣(qi)，假設工況(kuàng)溫度和壓(ya)力與刻度(dù)狀态相同(tóng)，求浮子流(liu)量計示✌️值(zhi)穩定在30m3/h刻(ke)度時，氧氣(qi)的工況瞬(shun)時流量爲(wèi)多少?
分析(xī)可得，命題(ti)是氣體1的(de)标況體積(ji)流量求氣(qi)體2的工況(kuang)體㊙️積流量(liang)值，因此應(ying)用如下公(gong)式:

命題3:一(yi)台用水标(biāo)定的液體(ti)浮子流量(liàng)計，測量硝(xiāo)酸，不考慮(lü)🈲粘度對液(yè)體流量的(de)影響，計算(suàn)浮子流量(liàng)計浮子穩(wen)定在2000L/h時硝(xiao)酸的體積(ji)流量爲多(duo)少?已知浮(fú)子⛹🏻‍♀️材料爲(wèi)不鏽鋼💛，密(mì)度7920m3/h，檢⛱️定介(jie)質🈚水密度(du)998.2m3/h，被測介質(zhì)硝酸密度(dù)1512m3/h。

3結論
　　從浮(fú)子流量計(jì)的結構原(yuan)理、應用特(tè)點、刻度轉(zhuan)換三個方(fang)🆚面❓介紹了(le)浮子流量(liàng)計的設計(jì)過程和應(ying)用。詳細闡(chǎn)述了如何(hé)進行液體(ti)和氣體介(jiè)質的換算(suan)計算♍，将浮(fu)子流量計(ji)🆚的應用系(xì)統化，公式(shì)化。

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