摘要:從(cong)浮子流(liu)量計 的(de)結構原(yuán)理、應用(yong)特點、刻(kè)度轉換(huàn)幾個方(fang)面介紹(shào)了浮🏃‍♂️子(zi)流👄量計(ji)❗的設計(jì)過程和(hé)應用。氣(qì)體介質(zhì)如何實(shi)現标況(kuang)瞬時流(liú)量與工(gōng)況瞬時(shí)流量的(de)4種換算(suan)計算，将(jiāng)浮子流(liú)量計的(de)應用系(xì)統化、公(gōng)式化，便(biàn)于廠家(jia)設計參(cān)考和工(gōng)程應用(yong)⛱️計算。
　　浮(fu)子流量(liàng)計具有(yǒu)結構簡(jian)單、制造(zào)容易、流(liú)量示值(zhí)直觀、易(yi)♍于維護(hu)和壓力(lì)損失小(xiǎo)的優點(diǎn)，在工業(ye)現場得(dé)到廣泛(fan)的應用(yòng)📱。中國計(ji)量🌏科學(xué)研究院(yuàn)早期起(qi)草了《玻(bō)璃轉子(zi)流量計(jì)檢定規(guī)程》和《金(jin)屬管轉(zhuǎn)子流量(liàng)計檢定(ding)規程》，後(hou)期又合(he)并爲《轉(zhuǎn)子💔流量(liang)計》，而最(zuì)新的檢(jiǎn)🐕定規程(chéng)是《JJG257－2007浮子(zǐ)流量計(ji)》。浮子流(liu)量計一(yī)般工作(zuò)壓力不(bú)大于0.6MPa，分(fèn)爲:玻璃(lí)浮子流(liú)量計，金(jīn)屬管浮(fu)子流量(liàng)計和特(te)種浮♌子(zǐ)流量計(jì)(如醫用(yòng)氧量調(diào)量)。浮子(zǐ)流量計(ji)♉可作爲(wèi)瞬時流(liú)量計，水(shui)、氣、油均(jun)可以設(shè)計選用(yòng)，可用作(zuò)标準流(liu)量計、用(yòng)作流量(liàng)試驗☁️裝(zhuāng)置指示(shi)流量、過(guo)程🈚控制(zhì)、洩露量(liàng)監控、流(liu)體能力(lì)指示，用(yòng)作可視(shi)閥門［1］。
1結(jie)構和原(yuán)理
1.1流量(liang)計算
　　浮(fu)子流量(liàng)計的測(cè)量本體(tǐ)由一根(gen)自下向(xiàng)上擴大(dà)的垂直(zhí)錐管和(he)一隻可(ke)以沿着(zhe)錐管軸(zhóu)向自由(you)移動的(de)♊浮子組(zǔ)成，當被(bèi)測流體(tǐ)自錐管(guǎn)下端流(liu)入流量(liang)計時，由(you)于流體(tǐ)的作用(yong)，浮子🐅上(shàng)下端面(mian)産生一(yi)差壓，該(gai)差✏️壓即(jí)爲浮💁子(zi)的上升(sheng)力。當差(chà)壓值大(dà)于浸在(zai)流體中(zhōng)浮子的(de)重量時(shí)，浮子開(kāi)始上升(sheng)。随着浮(fu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼子的上(shang)升，浮子(zi)最大外(wài)徑🔞與錐(zhuī)管之間(jiān)的環💯形(xing)面積逐(zhu)漸增大(da)，流體的(de)流速則(ze)相應下(xia)降，作用(yong)在浮子(zǐ)上的上(shàng)升力逐(zhú)漸減小(xiǎo)，直至上(shang)升力等(děng)于浸在(zài)流體中(zhong)的浮子(zi)的重🔴量(liang)時，浮子(zi)😄便穩定(dìng)在某一(yī)高度上(shàng)。這時浮(fú)子在錐(zhui)管中的(de)高度h與(yǔ)所通過(guo)的流量(liang)qv有對應(yīng)的關系(xì)［2］。結構如(ru)♈圖1所示(shi)。

　　式(shì)中，v爲流(liu)體通過(guo)環隙面(mian)積的平(píng)均流速(su)，C爲阻力(lì)系㊙️數(常(chang)數)，Vf爲浮(fú)子的體(ti)積，ρf爲浮(fú)子的材(cái)料密度(dù)，ρ爲流體(ti)🏃🏻介質的(de)密度，g爲(wèi)重力加(jiā)速度，Af爲(wèi)浮子的(de)迎流面(miàn)積。由公(gōng)式可得(de)，不管✂️浮(fú)子流量(liàng)計的浮(fú)子停留(liú)在什麽(me)位置，流(liu)體流過(guo)環隙面(mian)🈲積的平(píng)均流速(sù)v值是⛷️沒(mei)有變化(hua)的。A是環(huán)隙面積(jī)大小，也(ye)就是說(shuō)瞬時體(tǐ)積流量(liang)qv的大小(xiao)，隻與A環(huan)隙面👣積(jī)大小有(you)關，瞬時(shí)流量越(yue)大，環隙(xi)面積越(yuè)大，浮子(zǐ)位置越(yuè)高;反之(zhi)瞬時流(liú)量越小(xiao)，環隙面(miàn)積越小(xiǎo)，浮子位(wèi)置越💘低(di)［3－4］。

　　式中α爲(wei)流量系(xi)數，φ爲錐(zhuī)管夾角(jiao)，K爲常數(shù)。當被測(cè)介質👌确(que)定以後(hòu)，即介質(zhi)密度爲(wei)常數，瞬(shun)時體積(jī)流量與(yu)浮子的(de)高度之(zhī)間成線(xian)性關🍉系(xi)。而大量(liang)的實驗(yàn)表明，浮(fú)子流量(liang)計的流(liu)量系數(shu)α與浮子(zǐ)的幾何(hé)🌂形狀和(hé)流動雷(léi)諾數ＲeD有(you)關:對于(yu)一🏃🏻‍♂️定的(de)浮子形(xíng)狀，當雷(lei)💰諾數ＲeD大(da)于某一(yi)個臨界(jiè)數以後(hou)，流量系(xì)數α将趨(qū)于一個(gè)常數:有(yǒu)些資料(liào)中提🌈及(ji)，如果錐(zhui)半角足(zu)夠小，則(ze)可忽略(lue)二次項(xiang)進行簡(jian)化計算(suàn)，這種方(fāng)法是不(bú)嚴謹的(de)，計算誤(wù)差大于(yú)10%，遠遠超(chāo)出了誤(wù)差範圍(wei)［5－6］。

1.2出廠(chǎng)标定
　　對(duì)于不同(tóng)的流體(tǐ)，介質密(mi)度不同(tong)，瞬時流(liu)量與浮(fu)子高度(du)之間☀️的(de)對應關(guān)系也不(bu)盡相同(tóng)，原來的(de)流量刻(ke)度就不(bú)再💁适用(yòng)，所以浮(fú)子流量(liàng)計應該(gāi)用實際(jì)的流體(tǐ)介質進(jìn)行标定(dìng)。但是，對(dui)于生産(chan)廠家而(ér)言，由于(yu)出廠标(biāo)定設備(bei)的局限(xian)🔞性，不可(ke)能有各(gè)種實際(ji)流體機(jī)制的标(biāo)準裝置(zhì)對浮子(zi)流🧡量計(jì)進行标(biao)🌏定，在一(yi)般情🏒況(kuang)下，大部(bu)分生産(chǎn)廠家隻(zhī)能用水(shui)或者空(kōng)氣進行(háng)标定。因(yīn)此，如👣果(guǒ)浮子流(liú)量計用(yòng)來測量(liàng)非标定(dìng)介質時(shí)🥰，應該對(duì)浮子流(liú)量計的(de)讀數進(jìn)行修正(zheng)，即✊刻度(dù)換算。
1.3量(liàng)程換算(suan)
　　當浮子(zi)流量計(ji)的浮子(zi)幾何形(xing)狀一緻(zhi)時，改變(biàn)浮子的(de)🔱材🔴料，就(jiu)可以改(gǎi)變浮子(zi)的密度(du)，即改變(bian)浮子流(liú)量計的(de)💞量程。浮(fu)子❄️材料(liao)的密度(du)增加，浮(fú)子流量(liang)計的量(liang)程擴大(dà);密度減(jiǎn)小，則量(liàng)程縮小(xiao)。如果浮(fú)子流量(liang)計現場(chǎng)應用和(hé)出廠标(biao)定的浮(fu)子材料(liao)不同時(shí)，則還需(xu)要引入(rù)浮子密(mì)度的流(liú)量修正(zhèng)值，當然(rán)這種情(qíng)況比較(jiào)少見，一(yi)般出廠(chǎng)時，流量(liang)計浮子(zi)與錐管(guan)都已經(jing)确定。
2應(yīng)用特點(dian)
　　最簡單(dān)的浮子(zǐ)流量計(ji)由浮子(zi)和錐管(guǎn)兩個部(bu)件組成(cheng)👈，數十元(yuán)的制造(zào)成本，有(yǒu)些使用(yong)場合甚(shen)至可以(yi)免🚶‍♀️維護(hù)，可用🙇‍♀️于(yú)低雷諾(nuò)❤️數的測(ce)量場合(he)，适用于(yu)小管徑(jing)和低流(liú)速。壓力(li)損失小(xiao)，對上遊(you)直管段(duàn)要求比(bǐ)較低，有(you)較寬的(de)流量範(fàn)圍，量程(cheng)比一般(ban)爲10∶1，雙浮(fú)子結構(gòu)的量程(cheng)比甚至(zhì)可以達(dá)到50∶1。玻璃(lí)管浮子(zi)流量計(jì)顯示的(de)流量值(zhi)多是直(zhí)接刻印(yin)在透明(míng)玻璃外(wai)表面上(shang)，目測浮(fú)子停留(liú)位置即(jí)可，而金(jin)屬管浮(fu)子💜流量(liàng)計往往(wang)測♉量高(gāo)溫、高壓(yā)、危險性(xìng)🔴流體，不(bú)能用人(rén)眼來🚶‍♀️觀(guān)察浮子(zǐ)位置，采(cǎi)用🍉了磁(ci)感應顯(xian)示機構(gòu)👅。
3刻度換(huàn)算
3.1液體(ti)刻度換(huàn)算

　　當現(xian)場介質(zhi)與标定(dìng)介質粘(zhan)度相差(chà)比較大(dà)時，則需(xu)要進行(hang)現場👈标(biāo)定，而不(bú)能認爲(wèi)α标=α現。不(bu)管是同(tóng)一種液(yè)體還是(shi)不同種(zhong)液體的(de)現場流(liu)量和标(biāo)定流量(liang)換算，都(dou)可以應(ying)用上述(shù)計算公(gōng)式［7］。
3.2氣體(ti)刻度換(huàn)算
　　氣體(ti)浮子流(liu)量計，廠(chǎng)家一般(bān)用标況(kuang)狀态下(xia)的空氣(qi)(20℃，101.325kPa)檢定，由(yóu)于氣體(tǐ)受工況(kuàng)溫度、壓(yā)力影響(xiǎng)比較大(dà)，不僅僅(jǐn)是💔現場(chǎng)介質🤞與(yu)标定介(jie)質不同(tong)需要轉(zhuan)換，同一(yī)種氣體(tǐ)在工況(kuàng)和标況(kuàng)之🏃‍♂️間也(ye)需要轉(zhuan)換。由于(yú)浮子自(zì)身的密(mi)度要比(bǐ)氣體大(da)很多，所(suǒ)以可以(yǐ)近似認(ren)爲ρf－ρ現=ρf－ρ标(biao)，這樣公(gōng)式可以(yǐ)推導出(chū)針對氣(qì)體浮子(zǐ)流量計(ji)的簡化(huà)版:
1)同一(yī)種氣體(tǐ)

　　這樣已(yǐ)知标定(dìng)氣體的(de)标況瞬(shun)時流量(liàng)就可以(yi)求出🛀該(gāi)氣體的(de)工🏃🏻‍♂️況瞬(shun)時流量(liàng)值。該氣(qì)體的标(biao)況瞬時(shí)流量直(zhí)接看标(biao)定🤟好的(de)刻度🔆線(xian)，氣體的(de)工況瞬(shùn)時流量(liàng)通過上(shang)述公式(shì)計算後(hòu)得到。
2)不(bu)同氣體(tǐ)

c)這樣已(yi)知氣體(ti)1的工況(kuàng)瞬時流(liu)量就可(kě)以求出(chu)氣體2的(de)标😄況瞬(shun)時流量(liàng)值。
拓展(zhǎn)推導容(róng)易得出(chu):

d)這樣已(yǐ)知氣體(ti)1的标況(kuàng)瞬時流(liú)量就可(ke)以求出(chu)氣體2的(de)标況瞬(shun)時流量(liang)值。
上述(shu)一共有(you)4種計算(suan)公式:
氣(qi)體1工況(kuang)求氣體(ti)2工況;
氣(qi)體1标況(kuàng)求氣體(tǐ)2工況(常(chang)用);
氣體(ti)1工況求(qiu)氣體2标(biao)況;
氣體(tǐ)1标況求(qiu)氣體2标(biāo)況(常用(yòng))。
　　不難看(kàn)出，不同(tong)氣體的(de)4個經驗(yan)公式中(zhong)，如果稍(shao)作轉換(huan)，就是同(tong)一種氣(qi)體的計(ji)算公式(shi)。由于浮(fú)子流量(liang)計🏃‍♂️刻度(dù)值都是(shi)标況刻(ke)度值，因(yīn)此上述(shù)4個公式(shì)中有2個(gè)較爲常(chang)用［8－10］。
4計算(suàn)實例
命(mìng)題1:刻度(du)爲空氣(qi)的一台(tai)氣體浮(fu)子流量(liàng)計測量(liang)氧氣，假(jiǎ)設工況(kuang)溫度和(he)壓力與(yu)刻度狀(zhuang)态相同(tong)，求浮子(zǐ)流量計(jì)示值穩(wen)定在30m3/h刻(kè)度🌈時，氧(yǎng)氣的工(gōng)況瞬時(shí)流量👣爲(wei)多少?
分(fen)析可得(de)，命題是(shi)氣體1的(de)标況體(tǐ)積流量(liang)求氣體(ti)2的工況(kuàng)體積流(liu)量值，因(yin)此應用(yong)如下公(gōng)式:

命題(ti)3:一台用(yòng)水标定(ding)的液體(tǐ)浮子流(liú)量計，測(cè)量硝酸(suan)👄，不考慮(lǜ)粘度對(dui)液體流(liú)量的影(yǐng)響，計算(suan)浮子流(liu)量計浮(fu)子穩定(ding)在2000L/h時硝(xiāo)酸的體(tǐ)積流量(liang)爲多少(shao)?已知浮(fú)子🈲材料(liào)爲不鏽(xiù)鋼，密度(dù)7920m3/h，檢💘定介(jiè)質水密(mì)度998.2m3/h，被測(ce)介質硝(xiao)酸密度(dù)1512m3/h。

3結論
　　從(cóng)浮子流(liú)量計的(de)結構原(yuán)理、應用(yong)特點、刻(kè)度轉換(huan)三個方(fang)💁面介紹(shao)了浮子(zi)流量計(ji)的設計(ji)過程和(hé)應用。詳(xiáng)細闡述(shu)了如何(he)進行☔液(ye)體和氣(qi)體介質(zhi)的換算(suan)計算，将(jiang)浮子流(liú)量計的(de)應用㊙️系(xì)統化，公(gong)式化。

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