金屬管浮子流量計原理和結構

　　浮子流量計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行測量的體積流量儀表，又稱轉子流量計。20世紀初本類儀表在德國取名為羅托計(Rota meter)，即盛行于歐洲，然而在美國、日本常稱作變面積流量計（Variable Arer Flowmeter）或面積流量計；但實際上只是變面積流量計的一個品種，只是由于浮子流量在變面積流量計中占了絕大多數，習慣上就以變面積流量計稱之。
　　
　　浮子流量計原理設想發韌于19世紀60年代，20世紀初出現商品。20世紀30年代后期碳芯軸法工藝為大量生產玻璃錐形管創造條件，奠定了浮子流量計工業應用的基礎。40一50年代歐洲美國相繼進行開發和性能研究，特別是美國Fischer和Porier公司在提高性能和擴展品種方面作出了貢獻，例如減少液體粘度影響和有輸出信號等，使應用領域得到很大擴展。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，60年代中期上海光華儀表廠提供帶輸出信號金屬錐形管浮子流量計。1985一1987年間日本、西歐、美國浮子流量計銷售金額占流量儀表的11％一17%，我國1990年約占14％。從應用臺數所占比例來看，1985年英國抽樣調查72家企業17000臺流量儀表中浮子流量計占19.2％。我國浮子流量計產量1996年估計在15萬一17萬臺之間，其中95％左右為玻璃管浮子流量計。
　　
　　金屬管浮子流量計原理和結構
　　
　　浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。工作原理如圖6.1所示，被測流體從下向上經過錐管1和浮子2形成的環隙3時，浮子上下端產生差壓形成浮子上升的力，當浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環隙面積隨之增大，環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，浮子便穩定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應關系。
　　
　　體積流量Q的基本方程式為
　　
　　a―儀表的流量系數，因浮子形狀而異；
　　
　　ε―被測流體為氣體時氣體膨脹系數，通常由于此系數校正量很小而被忽略，且通過校驗已將它包括在流量系數內，如為液體則ε=1
　　
　　•F―流通環形面積，m2
　　
　　g―當地重力加速度，m/s2；
　　
　　Vf－浮子體積，如有延伸體亦應包括，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一浮子質量，kg。
　　
　　流通環形面積與浮子高度之間的關系如式（6.3）所示，當結構設計已定，則d、β為常量。式中有h的二次項，一般不能忽略此非線性關系，只有在圓錐角很小時，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。
　　
　　口徑15一40透明錐形管浮子流量計典型結構如圖6.2所示。透明錐形管4用得zui普遍是由硼硅玻璃制成，習慣簡稱玻璃管浮子流量計。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尺。錐管內腔有圓錐體平滑面和帶導向棱筋（或平面）兩種。浮子在錐管內自由移動，或在錐管棱筋導向下移動，較大口平滑面內壁儀表還有采用導桿導向，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典型結構，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）內有導桿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換部分。轉換部分有就地指示和遠傳信號輸出兩大類型。除直角安裝方式結構外還有進出口中線與錐管同心的直通型結構，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）浮子流量計和金屬管浮子流量計各種結構的例子。