1.浮子流量计简述

浮子流量计又称转子流量计，是将浮子垂直放在一个竖直的锥管内，流体在锥管内自下而上流过，使浮子在平衡位置上静止下来，按其平衡位置的高度来进行流量的测量。浮子流量计在测量过程中始终保持浮子前后的压降不变，通过改变流通面积来进行流量的测量，故它又被称为面积流量计或变面积流量计或恒压降流量计。浮子流量计按其制造材料的不同，可分为玻璃管浮子流量计和金属管浮子流量计两大类。玻璃管浮子流量计结构简单，浮子的位置清晰可见，刻度直观，成本低廉，通常只用于常温常压下透明介质的流量测量。这种流量计一般只有就地指示，不能远传流量信号。金属管浮子流量计由于采用金属锥管，流量计工作时无法看到浮子的位置和工作情况，需要用间接的方法给出浮子的位置，因此按其传输信号的不同，又可分为远传型（电远传和气远传)和就地指示型两种。这种流量计常用于高温、高压、不透明及腐蚀性介质的流量测量，由于其具有很高的可靠性，因此常用于工业过程控制领域。

2.工作原理

浮子流量计的流量检测元件是由一只自下而上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴线上下移动的浮子所组成。工作原理如图所示，被测流体从下向上经过锥管和浮子形成环形流通面积（以下简称环通面积）时，浮子上下两端产生的压差形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子的重量时，浮子便上升，环通面积随之增大，环通面积处流体流速下降，浮子上下两端压差降低，作用于浮子的上升力也随之减小，直到上升力等于浸在流体中浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中的高度和通过的流量有一一对应的关系。浮子流量计的体积流量公式为

式中，α——浮子流量计的流量系数﹔

Df——零刻度处锥管的内径﹔

h———浮子高度﹔

φ——锥管的锥角﹔

Vf-—浮子的体积，m3;

ρf———流体的密度，kg/ m3;

ρf——浮子密度，kg/m3;

Af--—浮子最大迎流面积，m2

流量qv，与浮子高度h之间为一一对应的近似线性关系。在进行稍大流量测量时，为达到必要的环通面积，减少φ角，势必要增加锥管的长度。因此，早期的金属管浮子流量计口径、长度不一，口径越大，长度也越大，达到500~600mm长，非常笨重，制造和使用都不方便。现在已有多种方式进行线性化处理，各口径的金属管浮子流量计大都已统一制造成250mm长度的短管型流量计。

对于玻璃管浮子流量计，h-qv的对应关系直接刻度在流量计的锥管上。为使刻度均匀，制造时也将锥管的锥角减小一些，长度增大一些。

3.刻度换算

从上式可知，对于不同的流体，由于密度ρ不同，所以qv与h之间的对应关系也将不同，原来的流量刻度将不再适用。原则上浮子流量计应该用实际流体介质进行标定。但是，对于浮子流量计的制造厂家来说，由于受到标定设备的限制，不可能对所有的浮子流量计都根据用户的要求进行实际流体标定，所以浮子流量计用来测量非标定流体时，应该对浮子流量计的读数进行修正，这就是浮子流量计的刻度换算。这--过程可以由生产厂家按用户要求换算完成后直接刻度在浮子流量计的刻度盘上或玻璃锥管上。对于远传型浮子流量计，其远传信号也进行同样的刻度换算。#p#分页标题#e#

对用于液体和气体的浮子流量计产品，通常采用如下三种刻度之一:

①对应于标准状态（温度tn=20℃，压力pn=101325Pa）下的水或空气进行刻度﹔

②对应于标准状态下的工作液体或气体进行刻度﹔

③对应于工况状态的温度、压力条件下工作液体或气体进行刻度。

浮子流量计的刻度换算问题，实际上就是要知道浮子处于同一高度h时不同的流体介质所反映的流量值是多少的问题。

4. 玻璃管浮子流量计

4.1玻璃管浮子流量计的结构

玻璃管浮子流量计是通过刻有流量刻度的锥形玻璃管和管内浮子的位置高度，直接观察管道内流体流量的指示型仪表，用来测量非浑浊液体或气体等介质的流量。它较其他仪表直观，使用方便，广泛应用于各工业部门和科研单位。由于玻璃强度低，如果无导向杆结构，则玻璃锥管容易被击破，所以为适应各种需要，锥管内还有用透明的工程塑料，如聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机玻璃等材料制成的。这些材料不但具有不易被击碎的优点，如聚苯乙烯还有一定程度的耐氟气、氢氟酸的腐蚀等特点，这些都是玻璃所不具备的。

对特殊要求还可用石英锥管。锥管的内表面除了光滑的圆锥面外，还可做成带导向棱筋或使用三角形截面，如上图所示。这样做的好处是不仅起到了导向杆的作用，而且使浮子的读数位置(即最大直径处）和锥管壁面的距离很近，对透明度不高的液体介质也可能观察到浮子的位置。透明直管浮子流量计见下图，是透明锥形管浮子流量计的一种变形结构，即前述孔板浮子。流量检测元件由孔板和锥形浮子组成。玻璃或工程塑料直管万一损坏，易于从市场上采购，迅速方便。

玻璃管浮子流量计的结构见下图。左图为软管连接带有用作流量调节阀的流量计，一般小口径、低压工况浮手流量计采用这种结构。右图是法兰连接型，应用最为普遍。在较大口径的玻璃管浮子流量计轴线上装有导杆，浮子沿导杆上下移动，以避免浮子跑偏，碰到管壁。

有些玻璃管浮子流量计可以配接流量报警开关。它是把光电传感器、磁敏传感器等安装在锥管外侧，---旦超出所设定的流量值，即发出报警信号。

4.2玻璃管浮子流量计的性能指标

玻璃管浮子流量计有众多生产厂家，各厂家产品的技术指标不尽相同，这里仅给出一般的性能指标范围。

精度:士1.5%～士4%（满量程）。

口径:～100mm。

流量范围:水（密度1000kg/m3，黏度1mPa· s)，0.24L/h~100m3/h;

空气（温度20℃、压力101325Pa绝压)，3.6L/h~1000m3/h.

介质温度范围:一20~120℃.

允许温度冲击:80℃以下。

工作压力:≤1.0MPa。

环境温度:一40～70℃。

环境湿度:45%RH～80%RH。#p#分页标题#e#

5. 金属管浮子流量计

金属管浮子流量计的测量管体采用金属制成，与玻璃浮子流量计相比，可用于较高的介质温度和压力，可测量透明介质，也可测量不透明介质，牢固耐用，可靠性高，已成为过程控制系统中最重要的流量检测仪表之一。由于金属管浮子流量计的测量管不透明，不能直接观测到浮子的位置，通常是在浮子中嵌有磁钢，通过磁耦合的方式将浮子的位置信息传送至测量管外的指示器。如上图所示，金属管浮子流量计由金属管浮子传感器和指示器两部分组成。为保证嵌有磁钢的浮子的磁场信号传出传感器，测量管一般采用不导磁的不锈钢、钛材等材料制造。

5.1金属管浮子流量传感器

金属管浮子流量传感器有锥管浮子和孔板浮子两种形式，分别如下图(a）和下图(b)所示。锥管浮子型传感器金属锥管可以和传感器壳体做成一体式结构，通常采用热压成型的方式制造，批量大时可降低成本﹔也可以做成锥管套人壳体的分离结构，嵌人不同锥度的锥管就可以改变流量计的规格，比较灵活方便。孔板式浮子传感器是在圆管中嵌人一孔板，配用不同锥度的浮子以适用于不同的流量测量范围。

5.2不同安装方式的金属管浮子流量计

由浮子流量计的工作原理可知，一般只能竖直安装，被测介质下进上出。而由于工业现

场安装条件的需要，有时也制造成其他安装形式的浮子流量计。

下图为下进侧出的金属管浮子流量计，特别适合安装在管道的90°转角处，流体的流动状态和垂直安装式的基本没有区别，只是在传感器的下游处转了90°，对流体的流动状态改变不大，流量计可以稳定地工作。

下图为水平安装式金属管浮子流量计。流体自入口直管⒉流人内直管11，流体转为自下而上的流动，在内直管上面装有锥管4，内部有一浮子9，随流量大小的不同，浮子稳定在不同的高度，流体由锥管上沿流人外直管内部的环腔，再经出口直管10流出。在流量检测过程中仍然是将水平流动的流体转为竖直流动的流体，在锥形管的上游有一段直管段，这段直管段不可能做得太长，造成浮子的左右两侧流体作用力不均衡，在较大口径的浮子流量计中，这种不均衡将更为严重，故在浮子上游加装了非对称设计的列状多孔整流器3，如图右下图所示，可以改善流场的均衡，使流量计运行稳定。

另外一种水平安装方式的浮子流量计采用左下图所示的方式，将锥形管和浮子水平放置，用一弹簧牵引浮子，随着流量的增大，浮子上下游的压差阻力增大，弹簧被拉长，当弹簧的

拉力与流动压差阻力相平衡时，浮子静止在某一位置，因此浮子的位置反映了流量的大小。由于有弹簧牵引，该种方式的浮子流量计也可以做成自上而下流动方式，如右下图所示。#p#分页标题#e#

当被测介质黏度较大时，流体流过浮子流量计的黏滞阻力增加。为了降低黏度影响，将浮子流量计做成下图所示的保湿夹套型仪表，在夹套中通入蒸汽，提高被测介质温度以使黏度降低。

当被测介质是强腐蚀性介质时，常在流量计和介质接触的表面衬上一层聚四氟乙烯，使

四氟乙烯型浮子流量计可测流量要小些。流量计具有更好的耐腐蚀性。由于衬上了一层聚四氟乙烯，减小了流通面积，故同口径的衬四氟乙烯型浮子流量计可测流量要小些。

5.3金属管浮子流量计的主要性能指标

金属管浮子流量计有众多生产厂家，各厂家产品的技术指标不尽相同，这里仅给出一般的性能指标范围。要说明的是这里是指普通的金属管浮子流量计，微小流量金属管浮子流量计有单独的论述。

精度:士1.0%～2.5%（满量程)。

口径:5~100mm。

测量范围:(100%值）水（温度20℃）25~10000OL/h;

空气（温度20℃，压力101325Pa绝压）0.7～2500m3/h.

量程比:10: 1

压力等级:1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa。

介质温度范围:一80~300℃。

环境温度:一40~～120℃℃。

防护等级:IP65、P67。

压力损失:之20kPa。

远传信号输出:电流信号，4～20mA;气动信号，0.02~0.1MPa;报警信号，1~2个预值报警开关量输出﹔通信，HART协议、PROFIBUS协议、FF协议等。