金属管浮子流量计及其流量换算 流量计技术指标

摘 要： 本文介绍了金属管浮子流量计的性能特点及其流量换算关系。
关键字： 浮子流量计 性能 流量换算

金属管浮子流量计用于连续测量封闭管道中液体和气体的体积流量，结构简单、工作可靠、使用维护方便，能适应各种场合，因此广泛地应用于流量测量和工业过程控制中。

流量计由传感器和指示器组成，除就地指示瞬时流量外，还可远传输出4～20mADC电信号，整体采用模块式组合设计，可在现场快速增加上下限开关 、流量累积功能 ，各功能单元板为插装结构，具有更换部件简单、方便、定位准确的特点。

1 为什么要进行流量换算

制造厂家是用水或空气来进行浮子流量计的标定的。由于实际应用时介质的状态和标定时不同，根据测量原理，浮子在测量管中的同一位置所代表的流量值和标定时是不同的，要想正确选择流量计的规格、现场使用好仪表，就要知道它们之间的流量换算关系。

另外浮子流量计行业标准规定其精度是相对于满量程而言的，所以用户使用时，其常用流量应达到满量程的60%～80%以上较为合理，如果用在50%以下则相对误差会增大，精度受影响，如果流量超过满量程更是无法正常测量，因此只有正确进行流量换算才能选出适合的仪表。

2 换算的依据

换算的依据主要有两个：浮子流量计的理论计算公式和理想气体的状态方程。

浮子流量计的计算公式

式中：Q——体积流量
a——流量系数
Fk——浮子最大直径与其同高度锥管横截面之间的环隙面积
g——重力加速度
Vf——浮子的体积
ρf——浮子的密度
ρ——被测流体的密度
A——浮子的最大截面积（式中的单位为cm、g、s制）

理想气体的状态方程

式中：P0，P1——两种状态下的绝对压力
T0，T1——两种状态下的绝对温度
V0，V1——两种状态下的体积从理想气体的状态方程可以演绎出以下两种关系 ：

a流量关系

B密度关系

式中：M——介质的质量
ρ——介质的密度
Q——介质的流量

3 流量换算公式

流量计测量不同介质时流量之间的关系如下式：

从式中可以看到浮子流量计流量换算的实质是密度换算。

3.1 液体的测量和换算

流量计用于液体流量测量时，制造厂是用常温下清洁的水作为校验液来标定的，若被测介质的密度与水的密度不同，应对被测介质的流量进行换算。公式如下：

式中：Q1——被测介质的实际流量
Q0——换算成水的流量
Kp——体积流量的密度修正系数
ρf——浮子部件的密度：7900kg/m3
ρ0—— 20℃时水的密度：998.2kg/m3
ρ1——被测介质的密度：kg/m3

3.2 气体的测量和换算

流量计用于气体流量测量时，制造厂是用标准状况下（20℃、101.325kPa）的空气进行标定的，由于气体的密度远小于浮子密度， 公式（ 5 ） 简化为：

式中各项均为工作状态下的值，为方便起见应换算到标准状态下，将公式（3）和（4）代入并整理后便得到气体的换算公式

式中：Q1——被测气体工作状况下的流量换算到标准状态下的流量（Nm3/h）
Q0——换算成标准状态下空气的流量（Nm3/h）
ρ1——标准状态下被测气体的密度（kg/m3）
ρ0——标准状态下空气的密度：（1.205kg/m3）
P1——被测气体工作状况下的绝对压力（表压+大气压）MPa
P0——标准状态时的压力（0.101325MPa ）
T1——被测气体工作状况下的开尔文温度
T0——标准状态时的开尔文温度（293.15K）
Kρ——气体的密度修正系数
Kp——气体的压力修正系数
KT——气体的温度修正系数

4 应用实例

仪表选型的实质就是求出换算流量Q0，再根据流量规格选出合适的仪表型号。

例题1用户的被测介质为二氯丙烷，密度1130kg/m3，流量上限为10001/h，如何选型？

解：换算流量×1000=1074.31/h

因此用DN25口径的浮子流量计进行测量比较合适。

例题 2用户的被测介质为乙炔（密度为1.091kg/Nm3），压力为3kgf/cm2，温度为25℃，流量上限为10m3/h时，如何选型？

解：被测气体的绝对压力p1=3×98.1+101.325=395.625kPa

标准状况下的流量×10=38.39Nm3/h

换算流量×38.39=18.64Nm3/h

因此用DN15口径的浮子流量计进行测量比较合适。

5 结语

金属管浮子流量计作为过程控制仪表，可以适应高温、高压、强腐蚀、剧毒等多种苛刻环境，可动部件少、便于维护，解决了生产中的许多难题。金属管浮子流量计以其卓越的性能被越来越多的用户所青睐。而熟练掌握浮子流量计的流量换算对正确选表和用表至关重要。因此了解浮子流量计的性能特点和仪表选型的方法，才能正确选择性能和价格比较高的类型。

参考文献
[1]工业自动化仪表手册. 机械工业出版社，1987
[2]王敬林.工程流体力学.洛阳工学院，1990

　　流量计类型及原理
 

　　一、按测量原理分类
 

　　(1)力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。
 

　　(2)电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。
 

　　(3)声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式.声学式(冲击波式)等。
 

　　(4)热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。
 

　　(5)光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。
 

　　(6)原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表.
 

　　(7)其它原理：有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。
 

　　二、按流量计结构原理分类
 

　　按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型：
 

　　1.容积式流量计
 

　　容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分：适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和转简流量计等.
 

　　2.叶轮式流量计
 

　　叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2%，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0.2%一0.5%。
 

　　3.差压式流量计(变压降式流量计)
 

　　差压式流量计由一次装置和二次装置组成.一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示.差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表.差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70%。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。目前生产的产品分：孔板流量计、楔形流量计、文丘里管流量计、平均皮托管
 

　　4.变面积式流量计(等压降式流量计)
 

　　放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，俘子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。
 

　　5.动量式流量计
 

　　利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计.由于流动流体的动量P与流体的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，当通流截面确定时，v与容积流量Q成正比，故p Q2。设比例系数为A，则Q=A 因此，测得P，即可反映流量Q.这种型式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。
 

　　6.冲量式流量计
 

　　利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用来测泥浆、结晶型液体和研磨料等的流量。流量测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角 的检测板上产生一个冲力，冲力的水平分力马质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。按信号(九)的检测方式，该型流量计分位移检测型和直接测力型。
 

　　7.电磁流量计
 

　　电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测大管径达2m，而且压损极小。但导电率低的介质，如气体、蒸汽等则不能应用。
 

　　电磁流量计造价较高，且信号易受外磁场干扰，影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此，产品在不断改进更新，向微机化发展.
 

　　8.超声波流量计
 

　　超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在70年代才出现，但由于它可以制成非接触型式，并可与超声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不产生扰动和阻力，所以很受欢迎，是一种很有发展前途的流量计。
 

　　超声波流量计的分类：1 多谱勒式超声波流量计：换能器1发射频率为f1的超声波信号，经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f2的频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。设流体流速为v，超声波声速为c，多谱勒频移fd正比于流体流速v。当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。2时差式超声波流量计： 时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。
 

　　9.流体振荡式流量计
 

　　流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的.当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量.这种流量计是70年代开发和发展起来的.由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。
 

　　10.质量流量计
 

　　由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求，而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计就得到广泛的应用和重视。质量流量计分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。
 

　　还有适用于明渠测流的各种堰式流量计、槽式流量计；适于大口径测流的插入式流量计；测量层流流量的层流流量计；适于二相流测量的相关法流量计；以及激光法、核磁共振法流量计和多种示踪法、稀释法测流等。

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