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

金屬管浮子流量計(jì)用于連續(xù)測(cè)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(chǎng)合，因此廣泛地應(yīng)用于流量測(cè)量和工業(yè)過程控制中。

流量計(jì)由傳感器和指示器組成，除就地指示瞬時(shí)流量外，還可遠(yuǎn)傳輸出4～20mADC電信號(hào)，整體采用模塊式組合設(shè)計(jì)，可在現(xiàn)場(chǎng)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 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(jì)的標(biāo)定的。由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)介質(zhì)的狀態(tài)和標(biāo)定時(shí)不同，根據(jù)測(cè)量原理，浮子在測(cè)量管中的同一位置所代表的流量值和標(biāo)定時(shí)是不同的，要想正確選擇流量計(jì)的規(guī)格、現(xiàn)場(chǎng)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(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其精度是相對(duì)于滿量程而言的，所以用戶使用時(shí)，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(duì)誤差會(huì)增大，精度受影響，如果流量超過滿量程更是無法正常測(cè)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(gè)：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。

浮子流量計(jì)的計(jì)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(cè)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(duì)壓力
T0，T1——兩種狀態(tài)下的絕對(duì)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(jì)測(cè)量不同介質(zhì)時(shí)流量之間的關(guān)系如下式：

從式中可以看到浮子流量計(jì)流量換算的實(shí)質(zhì)是密度換算。

3.1 液體的測(cè)量和換算

流量計(jì)用于液體流量測(cè)量時(shí)，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(cè)介質(zhì)的密度與水的密度不同，應(yīng)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的流量進(jìn)行換算。公式如下：

式中：Q1——被測(cè)介質(zhì)的實(shí)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(shí)水的密度：998.2kg/m3
ρ1——被測(cè)介質(zhì)的密度：kg/m3

3.2 氣體的測(cè)量和換算

流量計(jì)用于氣體流量測(cè)量時(shí)，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(xiàng)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(cè)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(cè)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(cè)氣體工作狀況下的絕對(duì)壓力（表壓+大氣壓）MPa
P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的壓力（0.101325MPa ）
T1——被測(cè)氣體工作狀況下的開爾文溫度
T0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的開爾文溫度（293.15K）
Kρ——?dú)怏w的密度修正系數(shù)
Kp——?dú)怏w的壓力修正系數(shù)
KT——?dú)怏w的溫度修正系數(shù)

4 應(yīng)用實(shí)例

儀表選型的實(shí)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(hào)。

例題1用戶的被測(cè)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(jì)進(jìn)行測(cè)量比較合適。

例題 2用戶的被測(cè)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(shí)，如何選型？

解：被測(cè)氣體的絕對(duì)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(jì)進(jìn)行測(cè)量比較合適。

5 結(jié)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(dòng)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(jì)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(jì)的流量換算對(duì)正確選表和用表至關(guān)重要。因此了解浮子流量計(jì)的性能特點(diǎn)和儀表選型的方法，才能正確選擇性能和價(jià)格比較高的類型。

參考文獻(xiàn)
[1]工業(yè)自動(dòng)化儀表手冊(cè). 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(jì)類型及原理
 

　　一、按測(cè)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(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)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(dòng)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(cè)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(cè)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(jì)結(jié)構(gòu)原理分類
 

　　按當(dāng)前流量計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計(jì)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(jì)
 

　　容積式流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對(duì)流動(dòng)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(jì)的原理比較簡單，適于測(cè)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(cè)量液體流量的橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì))、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計(jì)；適于測(cè)量氣體流量的伺服式容積流量計(jì)、皮膜式和轉(zhuǎn)簡流量計(jì)等.
 

　　2.葉輪式流量計(jì)
 

　　葉輪式流量計(jì)的工作原理是將葉輪置于被測(cè)流體中，受流體流動(dòng)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(jì)是水表和渦輪流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)可以是機(jī)械傳動(dòng)輸出式或電脈沖輸出式。一般機(jī)械式傳動(dòng)輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)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(hào)輸出的渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0.2%一0.5%。
 

　　3.差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì))
 

　　差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成.一次裝置稱流量測(cè)量元件，它安裝在被測(cè)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(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示.差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)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(jì)配以流量顯示儀表.差壓計(jì)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(cè)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(chǎng)合，約占各種流量測(cè)量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計(jì)、楔形流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)、平均皮托管
 

　　4.變面積式流量計(jì)(等壓降式流量計(jì))
 

　　放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動(dòng)的流體的作用力而移動(dòng)。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(shí)，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(jì)的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)上下部分的壓力差相等，因此該型流量計(jì)稱變面積式流量計(jì)或等壓降式流量計(jì)。該式流量計(jì)的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)。
 

　　5.動(dòng)量式流量計(jì)
 

　　利用測(cè)量流體的動(dòng)量來反映流量大小的流量計(jì)稱動(dòng)量式流量計(jì).由于流動(dòng)流體的動(dòng)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(shí)，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(cè)得P，即可反映流量Q.這種型式的流量計(jì)，大多利用檢測(cè)元件把動(dòng)量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測(cè)量流量。這種流量計(jì)的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式流量計(jì)。
 

　　6.沖量式流量計(jì)
 

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

　　7.電磁流量計(jì)
 

　　電磁流量計(jì)是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比，通過測(cè)電動(dòng)勢(shì)來反映管道流量的原理而制成的。其測(cè)量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量。可測(cè)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(jì)造價(jià)較高，且信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾，影響了在工業(yè)管流測(cè)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(jì)
 

　　超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測(cè)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(jì)的。它也是由測(cè)流速來反映流量大小的。超聲波流量計(jì)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(jì)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行開口流量測(cè)量，對(duì)流體又不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計(jì)。
 

　　超聲波流量計(jì)的分類：1 多譜勒式超聲波流量計(jì)：換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)，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(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2時(shí)差式超聲波流量計(jì)： 時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來測(cè)量流體流量的。
 

　　9.流體振蕩式流量計(jì)
 

　　流體振蕩式流量計(jì)是利用流體在特定流道條件下流動(dòng)時(shí)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(jì)的.當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量.這種流量計(jì)是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的.由于它兼有無轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。
 

　　10.質(zhì)量流量計(jì)
 

　　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(shí)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(jì)就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量，目前常用的有量熱式、角動(dòng)量式、振動(dòng)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(jì)。間接式質(zhì)量流量計(jì)是用密度計(jì)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(cè)流的各種堰式流量計(jì)、槽式流量計(jì)；適于大口徑測(cè)流的插入式流量計(jì)；測(cè)量層流流量的層流流量計(jì)；適于二相流測(cè)量的相關(guān)法流量計(jì)；以及激光法、核磁共振法流量計(jì)和多種示蹤法、稀釋法測(cè)流等。

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