摘要(yao):從浮(fu)子流(liu)量計(ji) 的結(jie)構原(yuan)理、應(ying)用特(te)點、刻(ke)度轉(zhuan)換幾(ji)個方(fang)面介(jie)紹了(le)浮子(zi)流量(liang)計的(de)設計(ji)過程(cheng)和應(ying)用。氣(qi)體介(jie)質如(ru)何實(shi)現标(biao)況瞬(shun)時流(liu)量與(yu)工況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)的4種(zhong)換算(suan)計算(suan)，将浮(fu)子流(liu)量計(ji)的應(ying)用🔞系(xi)統化(hua)、公式(shi)化🌈，便(bian)于廠(chang)家設(she)計參(can)考和(he)💔工程(cheng)應用(yong)計算(suan)。
　　浮子(zi)流量(liang)計具(ju)有結(jie)構簡(jian)單、制(zhi)造容(rong)易、流(liu)量示(shi)值直(zhi)觀、易(yi)于維(wei)護㊙️和(he)壓力(li)損失(shi)小的(de)優點(dian)，在工(gong)業現(xian)場得(de)💜到廣(guang)泛的(de)應用(yong)。中國(guo)計量(liang)科學(xue)研究(jiu)院早(zao)期起(qi)草了(le)《玻璃(li)轉子(zi)流量(liang)計檢(jian)定規(gui)程》和(he)《金屬(shu)管轉(zhuan)子流(liu)量計(ji)檢定(ding)規程(cheng)》，後期(qi)又合(he)并爲(wei)《轉子(zi)流量(liang)計》，而(er)最新(xin)的檢(jian)定規(gui)程是(shi)《JJG257－2007浮子(zi)流量(liang)計》。浮(fu)子流(liu)量計(ji)一般(ban)工作(zuo)壓力(li)不大(da)于0.6MPa，分(fen)爲:玻(bo)璃浮(fu)子流(liu)量計(ji)，金屬(shu)管浮(fu)子流(liu)量計(ji)和特(te)種浮(fu)子流(liu)量計(ji)(如醫(yi)✂️用氧(yang)量調(diao)量)。浮(fu)子流(liu)量計(ji)可作(zuo)爲瞬(shun)時流(liu)量計(ji)，水、氣(qi)、油均(jun)可以(yi)設計(ji)🏃‍♂️選用(yong)，可用(yong)作标(biao)準流(liu)量計(ji)、用作(zuo)流量(liang)試驗(yan)裝置(zhi)指示(shi)流量(liang)、過程(cheng)❓控制(zhi)、洩露(lu)量監(jian)控💋、流(liu)體能(neng)力指(zhi)示，用(yong)作可(ke)視閥(fa)門［1］。
1結(jie)構和(he)原理(li)
1.1流量(liang)計算(suan)
　　浮子(zi)流量(liang)計的(de)測量(liang)本體(ti)由一(yi)根自(zi)下向(xiang)上擴(kuo)大的(de)垂直(zhi)錐🏃‍♀️管(guan)📞和一(yi)隻可(ke)以沿(yan)着錐(zhui)管軸(zhou)向自(zi)由移(yi)動的(de)💚浮子(zi)組成(cheng)，當被(bei)測流(liu)🙇🏻體自(zi)錐管(guan)下端(duan)流入(ru)流量(liang)計時(shi)，由于(yu)流🔴體(ti)的作(zuo)用，浮(fu)子上(shang)下端(duan)面産(chan)生⭕一(yi)差壓(ya)，該差(cha)壓即(ji)爲浮(fu)子的(de)上升(sheng)力。當(dang)差壓(ya)值大(da)于浸(jin)在流(liu)體中(zhong)😄浮子(zi)的重(zhong)量時(shi)，浮子(zi)開始(shi)上升(sheng)。随着(zhe)浮子(zi)的上(shang)升，浮(fu)㊙️子最(zui)大外(wai)徑與(yu)錐管(guan)之間(jian)的環(huan)形面(mian)積逐(zhu)漸增(zeng)大，流(liu)體的(de)流速(su)則相(xiang)應下(xia)降，作(zuo)用在(zai)浮子(zi)上的(de)上升(sheng)力逐(zhu)漸🥰減(jian)小，直(zhi)至上(shang)升力(li)等于(yu)浸在(zai)流體(ti)中的(de)浮子(zi)的重(zhong)量時(shi)，浮子(zi)便穩(wen)定在(zai)某一(yi)高度(du)上。這(zhe)時浮(fu)子在(zai)錐管(guan)中的(de)高度(du)h與所(suo)通過(guo)的流(liu)量qv有(you)對應(ying)的關(guan)系［2］。結(jie)構如(ru)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼圖1所(suo)示。

　　式(shi)中，v爲(wei)流體(ti)通過(guo)環隙(xi)面積(ji)的平(ping)均流(liu)速，C爲(wei)阻力(li)系數(shu)(常數(shu))，Vf爲浮(fu)子的(de)體積(ji)，ρf爲浮(fu)子的(de)材料(liao)密度(du)，ρ爲流(liu)體🈲介(jie)質的(de)密度(du)，g爲重(zhong)力加(jia)速度(du)，Af爲浮(fu)子的(de)迎流(liu)面積(ji)。由公(gong)式可(ke)✔️得，不(bu)管浮(fu)子流(liu)量計(ji)的浮(fu)子停(ting)留在(zai)什麽(me)位置(zhi)，流體(ti)流過(guo)環隙(xi)面積(ji)的平(ping)均流(liu)速v值(zhi)是沒(mei)有變(bian)化🔞的(de)。A是環(huan)隙面(mian)積大(da)小，也(ye)就是(shi)說瞬(shun)時體(ti)積流(liu)量qv的(de)大小(xiao)，隻與(yu)A環隙(xi)面🛀🏻積(ji)大小(xiao)有關(guan)，瞬⭐時(shi)流量(liang)越大(da)，環隙(xi)面☎️積(ji)越大(da)，浮子(zi)位置(zhi)越高(gao);反之(zhi)瞬時(shi)流量(liang)越小(xiao)，環隙(xi)面積(ji)越小(xiao)，浮子(zi)位置(zhi)越低(di)［3－4］。

　　式中(zhong)α爲流(liu)量系(xi)數，φ爲(wei)錐管(guan)夾角(jiao)，K爲常(chang)數。當(dang)被測(ce)介質(zhi)确定(ding)以💜後(hou)，即介(jie)質密(mi)度爲(wei)常數(shu)，瞬時(shi)體積(ji)流量(liang)與浮(fu)子的(de)高度(du)之間(jian)成線(xian)性關(guan)系。而(er)大量(liang)的實(shi)驗表(biao)明，浮(fu)子流(liu)量計(ji)的流(liu)量系(xi)數α與(yu)浮子(zi)的幾(ji)何形(xing)狀和(he)流動(dong)雷諾(nuo)數ＲeD有(you)關:對(dui)于一(yi)定的(de)浮子(zi)形狀(zhuang)，當雷(lei)⭕諾數(shu)ＲeD大于(yu)某一(yi)個臨(lin)界數(shu)以後(hou)，流量(liang)系數(shu)α将趨(qu)于🐉一(yi)個常(chang)數:有(you)些資(zi)料中(zhong)提及(ji)，如果(guo)錐半(ban)角足(zu)夠小(xiao)，則可(ke)忽略(lue)二次(ci)項進(jin)行簡(jian)化計(ji)算，這(zhe)種方(fang)法是(shi)不嚴(yan)謹的(de)，計算(suan)誤差(cha)大于(yu)10%，遠遠(yuan)超出(chu)了誤(wu)差範(fan)圍［5－6］。

1.2出廠(chang)标定(ding)
　　對于(yu)不同(tong)的流(liu)體，介(jie)質密(mi)度不(bu)同，瞬(shun)時流(liu)量與(yu)浮子(zi)高度(du)之間(jian)的對(dui)應關(guan)系也(ye)不盡(jin)相同(tong)，原來(lai)的流(liu)量刻(ke)度就(jiu)不再(zai)❌适用(yong)，所以(yi)浮子(zi)🌍流量(liang)計應(ying)該用(yong)實際(ji)的流(liu)體介(jie)質㊙️進(jin)行标(biao)定。但(dan)是，對(dui)于生(sheng)産廠(chang)家而(er)言，由(you)于出(chu)廠标(biao)定設(she)備的(de)局限(xian)性，不(bu)可能(neng)有各(ge)種實(shi)際流(liu)體機(ji)制的(de)标準(zhun)裝置(zhi)對浮(fu)子流(liu)量計(ji)進行(hang)标定(ding)，在一(yi)般情(qing)🔱況下(xia)，大部(bu)分生(sheng)産廠(chang)家隻(zhi)能用(yong)水或(huo)者空(kong)氣進(jin)行标(biao)♉定。因(yin)此，如(ru)果浮(fu)子流(liu)量計(ji)㊙️用來(lai)測量(liang)非标(biao)定介(jie)質時(shi)🐇，應🏒該(gai)對浮(fu)子流(liu)量計(ji)的讀(du)數進(jin)行修(xiu)正，即(ji)刻度(du)換算(suan)🏃‍♂️。
1.3量程(cheng)換算(suan)
　　當浮(fu)子流(liu)量計(ji)的浮(fu)子幾(ji)何形(xing)狀一(yi)緻時(shi)，改變(bian)浮子(zi)的材(cai)料，就(jiu)❌可以(yi)改變(bian)浮子(zi)的密(mi)度，即(ji)改變(bian)浮子(zi)流量(liang)計的(de)量程(cheng)。浮子(zi)材料(liao)的密(mi)🔞度增(zeng)加，浮(fu)子流(liu)量計(ji)的量(liang)🈲程擴(kuo)大🙇‍♀️;密(mi)度減(jian)小，則(ze)量🏃程(cheng)縮小(xiao)🌈。如果(guo)浮😍子(zi)流量(liang)計現(xian)場應(ying)用和(he)出廠(chang)标定(ding)的浮(fu)子材(cai)料不(bu)同時(shi)，則還(hai)需要(yao)引入(ru)浮子(zi)密度(du)的流(liu)量修(xiu)正值(zhi)，當然(ran)這種(zhong)情況(kuang)比較(jiao)少見(jian)，一般(ban)出廠(chang)時，流(liu)量計(ji)浮子(zi)與錐(zhui)管都(dou)已經(jing)确定(ding)。
2應用(yong)特點(dian)
　　最簡(jian)單的(de)浮子(zi)流量(liang)計由(you)浮子(zi)和錐(zhui)管兩(liang)個部(bu)件組(zu)成，數(shu)🐆十元(yuan)的制(zhi)造成(cheng)本，有(you)些使(shi)用場(chang)合甚(shen)至可(ke)以免(mian)維護(hu)，可用(yong)于低(di)雷諾(nuo)數的(de)測量(liang)場合(he)，适用(yong)于小(xiao)管徑(jing)和低(di)流速(su)。壓力(li)損失(shi)小，對(dui)上遊(you)直管(guan)段🏃🏻要(yao)求比(bi)較低(di)，有較(jiao)寬的(de)流量(liang)範圍(wei)，量程(cheng)比一(yi)般爲(wei)10∶1，雙浮(fu)子結(jie)構的(de)量程(cheng)比甚(shen)至可(ke)以達(da)到50∶1。玻(bo)璃管(guan)浮子(zi)流量(liang)計顯(xian)示的(de)流量(liang)值多(duo)是直(zhi)接刻(ke)印在(zai)透明(ming)玻璃(li)外表(biao)面上(shang)，目測(ce)㊙️浮子(zi)停留(liu)位置(zhi)即可(ke)，而金(jin)屬管(guan)浮子(zi)流量(liang)計往(wang)往測(ce)量高(gao)溫、高(gao)壓、危(wei)險性(xing)流體(ti)，不能(neng)用人(ren)眼來(lai)觀察(cha)浮子(zi)位置(zhi)，采用(yong)了磁(ci)感應(ying)顯🈲示(shi)機構(gou)🈲。
3刻度(du)換算(suan)
3.1液體(ti)刻度(du)換算(suan)

　　當現(xian)場介(jie)質與(yu)标定(ding)介質(zhi)粘度(du)相差(cha)比較(jiao)大時(shi)，則需(xu)⭐要進(jin)行🙇‍♀️現(xian)場标(biao)定，而(er)不能(neng)認爲(wei)α标=α現(xian)。不管(guan)是同(tong)一種(zhong)液體(ti)還是(shi)不同(tong)種液(ye)體的(de)👈現場(chang)流量(liang)和标(biao)定流(liu)量換(huan)算，都(dou)可㊙️以(yi)應用(yong)⚽上述(shu)計算(suan)公式(shi)🌈［7］。
3.2氣體(ti)刻度(du)換算(suan)
　　氣體(ti)浮子(zi)流量(liang)計，廠(chang)家一(yi)般用(yong)标況(kuang)狀态(tai)下的(de)空氣(qi)(20℃，101.325kPa)檢定(ding)，由于(yu)😄氣體(ti)受工(gong)況溫(wen)度、壓(ya)力影(ying)響比(bi)較大(da)，不僅(jin)💛僅是(shi)現場(chang)🛀介質(zhi)與标(biao)定介(jie)質不(bu)同需(xu)要轉(zhuan)換，同(tong)一種(zhong)氣體(ti)在工(gong)況和(he)标況(kuang)之間(jian)也需(xu)要轉(zhuan)換。由(you)于浮(fu)子自(zi)身的(de)密度(du)要比(bi)氣體(ti)💰大很(hen)多，所(suo)以可(ke)以近(jin)似認(ren)爲ρf－ρ現(xian)=ρf－ρ标，這(zhe)樣公(gong)式可(ke)以推(tui)導出(chu)針對(dui)氣體(ti)浮🐆子(zi)流量(liang)計的(de)💔簡化(hua)版:
1)同(tong)一種(zhong)氣體(ti)

　　這樣(yang)已知(zhi)标定(ding)氣體(ti)的标(biao)況瞬(shun)時流(liu)量就(jiu)可以(yi)求出(chu)該氣(qi)體的(de)工況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)值。該(gai)氣體(ti)的标(biao)況瞬(shun)時流(liu)量直(zhi)💰接看(kan)标定(ding)🌍好的(de)刻度(du)💋線，氣(qi)體的(de)工況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)通過(guo)上述(shu)公式(shi)🔴計算(suan)後得(de)到。
2)不(bu)同氣(qi)體

c)這(zhe)樣已(yi)知氣(qi)體1的(de)工況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)就可(ke)以求(qiu)出氣(qi)體2的(de)标🐅況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)值。
拓(tuo)展推(tui)導容(rong)易得(de)出:

d)這(zhe)樣已(yi)知氣(qi)體1的(de)标況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)就可(ke)以求(qiu)出氣(qi)體⭐2的(de)标況(kuang)瞬時(shi)流量(liang)值。
上(shang)述一(yi)共有(you)4種計(ji)算公(gong)式:
氣(qi)體1工(gong)況求(qiu)氣體(ti)2工況(kuang);
氣體(ti)1标況(kuang)求氣(qi)體2工(gong)況(常(chang)用);
氣(qi)體1工(gong)況求(qiu)氣體(ti)2标況(kuang);
氣體(ti)1标況(kuang)求氣(qi)體2标(biao)況(常(chang)用)。
　　不(bu)難看(kan)出，不(bu)同氣(qi)體的(de)4個經(jing)驗公(gong)式中(zhong)，如果(guo)稍作(zuo)轉換(huan)，就是(shi)同🌏一(yi)種氣(qi)體的(de)計算(suan)公式(shi)。由于(yu)浮子(zi)流量(liang)計刻(ke)度值(zhi)都是(shi)标況(kuang)刻度(du)值，因(yin)此上(shang)述4個(ge)公式(shi)中有(you)2個較(jiao)爲常(chang)用［8－10］。
4計(ji)算實(shi)例
命(ming)題1:刻(ke)度爲(wei)空氣(qi)的一(yi)台氣(qi)體浮(fu)子流(liu)量計(ji)測量(liang)氧氣(qi)，假設(she)工況(kuang)溫度(du)和壓(ya)力與(yu)刻度(du)狀态(tai)相同(tong)，求浮(fu)子流(liu)量計(ji)示值(zhi)穩定(ding)在30m3/h刻(ke)度時(shi)，氧氣(qi)的工(gong)況瞬(shun)時流(liu)量爲(wei)多少(shao)?
分析(xi)可得(de)，命題(ti)是氣(qi)體1的(de)标況(kuang)體積(ji)流量(liang)求氣(qi)體2的(de)🚩工況(kuang)體積(ji)流量(liang)值，因(yin)此應(ying)用如(ru)下公(gong)式:

命(ming)題3:一(yi)台用(yong)水标(biao)定的(de)液體(ti)浮子(zi)流量(liang)計，測(ce)量硝(xiao)酸，不(bu)考慮(lü)✔️粘度(du)對液(ye)體流(liu)量的(de)影響(xiang)，計算(suan)浮子(zi)流量(liang)計浮(fu)子👣穩(wen)定在(zai)2000L/h時硝(xiao)酸的(de)體積(ji)流量(liang)爲多(duo)少?已(yi)知浮(fu)子材(cai)料爲(wei)不鏽(xiu)鋼，密(mi)度7920m3/h，檢(jian)定介(jie)質㊙️水(shui)密度(du)998.2m3/h，被測(ce)介質(zhi)硝酸(suan)密度(du)1512m3/h。

3結論(lun)
　　從浮(fu)子流(liu)量計(ji)的結(jie)構原(yuan)理、應(ying)用特(te)點、刻(ke)度轉(zhuan)換三(san)個方(fang)面介(jie)紹了(le)浮子(zi)流量(liang)計的(de)設計(ji)過程(cheng)和應(ying)用。詳(xiang)細闡(chan)述了(le)如何(he)進行(hang)🙇‍♀️液體(ti)和氣(qi)體介(jie)質的(de)換算(suan)計算(suan)🌏，将浮(fu)子🏃‍♂️流(liu)量計(ji)的應(ying)用系(xi)統化(hua)，公式(shi)化。

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