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浮子流量计 King 浮子流量计浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来 进行测量的体积流量仪表，又称转子流量计在美国、日本常称作变面积流量计（Variable Area Flowme ter ）或面积流量计浮子流量计原理设想发轫于 19世纪60年代， 20实际初出现商品从应用台树所占比例 来看， 1985 年英国抽样调查 72 家企业 17000台流量仪表中浮子流量计占 19.2%我国浮子流 量计产量 1996 年估计在 15万-17 万台之间，其中95%左右为玻璃管浮子流量计第一节 原理和结构浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下 移动的浮子组所组成工作原理如图1所示，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的 环隙 3 时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子 重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低， 作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某 一高度浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系体积流量 Q 的基本方程式为（1）当浮子为非实芯中空结构（放负重调整量）时，则（2）式中a ——仪表的流量系数，因浮子形状而异；£——被测流体为气体时气体膨胀系数，通常由于此系数校正量很小而被忽略，且通过 校验已将它包括在流量系数内，如为液体则£ =1；△F 流通环形面积，m2；g 当地重力加速度，m/s2；Vf 浮子体积，如有延伸体亦应包括，m3；p f 浮子材料密度，kg/m3；p——被测流体密度，如为气体是在浮子上游横截面上的密度，kg/m3；Ff——浮子工作直径（最大直径）处的横截面积，m2；Gf 浮子质量，kg。

流通环形面积与浮子高度之间的关系如式（3）所示，当结构设计已定，则d、B为常 量式中有h的二次项，一般不能忽略此非线性关系，只有在圆锥角很小时，才可视为近似 线性m2 （3）式中d——浮子最大直径（即工作直径），m；h——浮子从锥管内径等于浮子最大直径处上升高度，m；B——锥管的圆锥角；a、b 常数口径15-40mm透明锥形管浮子流量计典型结构如图2所示透明锥形管4用得最普遍是 由硼硅玻璃制成，习惯简称玻璃管浮子流量计流量分度直接刻在锥管 4 外壁上，也有在锥 管旁另装分度标尺锥管内腔有圆锥体平滑面和带导向棱筋（或平面）两种浮子在锥管内 自由移动，或在锥管棱筋导向下移动，较大口平滑面内壁仪表还有采用导杆导向图3是直角型安装方式金属管浮子流量计典型结构，通常适用于口径15-40mm以上仪表 锥管5和浮子4组成流量检测元件套管（图3未表示）内有导杆3的延伸部分，通过磁钢 耦合等方式，将浮子的位移传给套管外的转换部分转换部分有就地指示和远传信号输出两 大类型除直角安装方式结构外还有进出口中线与锥管同心的直通型结构，通常用于口径小 于 10-15mm 的仪表第二节 优点和缺点浮子流量计使用于小管径和低流速。

常用仪表口径40-50mm以下,最小口径做到1.5-4mm 适用于测量低流速小流量，以液体为例，口径 10mm 以下玻璃管浮子流量计满度流量的名义管 径，流速只在0.2-0.6m/s之间，甚至低于O.lm/s；金属管浮子流量计和口径大于15mm的玻 璃管浮子流量计稍高些,流速在 0.5-1.5m/s 之间浮子流量计可用于较低雷诺数，选用粘度不敏感形状的浮子，流通环隙处雷诺数只要大 于 40 或 500，雷诺数变化流量系数即保持常数，亦即流体粘度变化不影响流量系数这数值 远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数 104-105 的要求大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高浮子流量计有较宽的流量范围度，一般为 10：1，最低为 5：1，最高为 25：1流量检 测元件的输出接近于线性压力损失较低玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉只要在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻 璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体金属管浮子流量计无锥管破裂的风险与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围 宽大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装 浮子流量计应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻璃管浮子 流量计最大口径100mm，金属管浮子流量计为150mm，更大管径只能用分流型仪表。

使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正液体用浮子流量计通常以水标定， 气体用空气标定，如实际使用流体密度、粘度与之不同，流量要偏离原分度值，要作换算修 正第三节 分 类时常上定型产品和特殊型仪表从不同角度可作不同分类，如： 按锥形管材料分为透明锥形管和金属锥形管按有否远传信号输出分为就地指示型和远传信号输出型，后者又分为电远传和气远传两 种按被测流体分为液体用、气体用和蒸汽按被测流体通过浮子流量计的量分为全流型和分流型3.1 按锥形管材料分类类型（1） 透明锥形管浮子流量计 透明锥形管材料用得最多的是玻璃，无导向结构仪表测量气体时操作不慎，玻璃管易被击碎；还有用透明工程塑料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机玻璃等制成，具有不易击碎之优点2） 金属管锥形管浮子流量计 与透明锥形管浮子流量计相比，可用于较高的介质温度和压力，且无玻璃管浮子流量计锥管被击碎的潜在危险图 3 所示典型结构是锥形管与壳体制成一体结构，也有锥管套入壳 体的分离结构，改变流量规格只要调换不同圆锥角的锥管，使用较为灵便3.2 按有否远传信号输出分类类型（1） 就地指示型浮子流量计 有些透明管浮子流量计以就地指示为主，装有接近开关，作流量上下限报警信号输出。

有些就地指示型金属管浮子流量计外形与远传信号输出相同，只是将浮子位移通过磁耦 合传出，经连杆凸轮等线性化机构处理后就地指示2） 远传信号输出型浮子流量计 远传信号输出型仪表的转换部分将浮子位移量转换成电流或气压模拟量信号输出，分别 成为电远传浮子流量计和气远传浮子流量计3.3 按被测流体分类类型 分为液体用、气体用和蒸汽用 3种 实际上大部分浮子流量计同一仪表可用于液体也可用于气体，结构上是通用的只是我 国浮子流量计行业标准等（如 JB/T 6844-93）规定流量上限 Qmax 必须符合（1，1.6，2.5，4或6）X10nL/h的要求（n为正负整数或零），为液体（以水为代表）设计的仪表用于气体 （以空气为代表）时，不符合上述要求，只能为气体另行设计浮子和锥管，就分成液体和气 体两种系列国外有些制造厂同一仪表并列液、气两种流体的流量范围，当然流量值就不可 能都是圆整值；国内有些型号仪表也采用本办法但是液体用和气体用设计还是有区别的， 例如气体仪表浮子设计得较轻，防浮子振荡跳动的阻尼件结构各异等测量蒸汽只能用专门设计的金属管浮子流量计或在标准型仪表上加装附加构件，例如增 加带散热片的液体阻尼件，以减少浮子跳动；与指示转换部分连接处隔以散热片。

3.4 按被测流体通过浮子流量计的量分类类型1） 全流型即被测流体全部流过浮子流量计的仪表2） 分流型相对于全流型只有部分被测流体流过浮子等流量检测部分分流型浮子流 量计由装载主管道上标准孔板（或均速管）和较小口径浮子流量计组合而成，应用与管径大 于50mm的较大流量和只要就地指示的场所，价格低廉分流型浮子流量计结构上分为分离 型和一体型两种一体型仪表将孔板和浮子流量计组装在短管段上，直接装到待测管道，原理与结构示意 图如图4所示，安装方便有适用于水平和垂直管道两种结构，但均只能安装在便于读取仪 表示值的场所主管道管径通常为50-300mm，孔板的孔径比（0）在0.3-0.7之间，差压 在 0.6-100KPa 之间，浮子流量计口径为 10-25mm分流型浮子流量计的选用流速可比全流型高，液体流速可达2.5-3m/s,甚至高达4-5 m/s由于分流管中置有限流小孔板，起到补偿主孔板流量和差压间平方根非线性关系， 流量示值基本是线性的，有较宽的范围度，一般为 10：1精确度为 2.5％-4％FS第四节 选用考虑要点4.1 应用概况 浮子流量计作为直观流动指示或测量精确度要求不高的现场指示仪表，占浮子流量计应用的 90％以上，被广泛地用在电力、石化、化工、冶金、医药等流程工业和污水处理等公用 事业。

有些应用场所只要监测流量不超过或不低于某值即可，例如电缆惰性保护气流量增加 说明产生了新的泄漏点循环冷却和培养槽等水或空气减流断流报警等场所可选用有上限或 下限流量报警的玻璃管浮子流量计环境保护大气采样和流程工业监测的分析仪器连续取样，采样的流量监控也是浮子 流量计的大宗服务对象作为流程工业液位、密度等其他参量的测量中，定流量测量和控制的辅助仪表，应用得 非常普遍，亦占有相当份额带信号输出的远传金属浮子流量计在流程工业常用作流量控制检测仪表或管线混合配 比，如给水处理过程控制原水加药液的配比量4.2 类型和结构选择 浮子流量计主要测量对象是单相液体或气体，液体中含有微粒固体或气体中含有液滴通常不适用因为浮子在液流中附着微粒或微小气泡均会影响测量值，例如微流量仪表使用一 段时期后浮子附着肉眼不出的附着层，也会改变流量示值百分之几如只要现场指示，首先考虑价廉的玻璃管浮子流量计，如温度、压力不能胜任则选用就 地指示金属管浮子流量计玻璃管浮子流量计应选带有透明防护罩，一旦玻璃锥管破裂，可 挡住流体正向散溅，以作紧急处理用于气体时应选用导杆或带棱筋导向的仪表，以避免操 作不慎浮子击碎锥管如需要远传输出信号作总量积算或流量控制，一般选用电信号输出的 金属管浮子流量计。

如环境气氛有防爆要求而现场又有控制仪表用气源，则优先考虑气远传 金属浮子流量计，若选用电远传仪表则必须是防爆型测量不透明液体时选择金属管浮子流量计较为普遍，但也可选择带棱筋锥形管的玻璃管 浮子流量计，借助浮子最大直径与棱筋接触的痕迹，以判读浮子的位置测量温度高于环境温度的高粘度液体和降温易析出结晶或易凝固的液体，应选用带夹套 的金属管浮子流量计4.3 按实际使用介质密度选择仪表流量范围这里所谓实际使用状态介质密度，液体是指使用时的密度，气体指使用状态下的密度， 或标准状态下密度进行使用压力和温度的修正通常仪表刻度的流量范围，液体是常温水标 定值，气体是空气标定换算到工程标准状态（20°C, 0.10133MPa）的值将实际使用密度按 式（ 4）或式（ 5）换算后再选择合适的流量范围和口径，但必须是使用介质粘度与标定介质 粘度相接近，亦即认为a不变的前提下使用液体（ 4 ）式中 Q 水－待选定用水实流标定仪表的最大流量， L/h；Q —被测液体的最大流量，L/h；p f—浮子密度，g/cm3,对于空心的浮子p f=Gf/V, Gf为浮子质量（g）, V为浮子体积， cm3；p ， p 水—被测液体和水的密度， g/cm3。

气体（ 5 ）式中 Q 空—待选定用空气实流标定仪表的最大流量， m3/h；Q —被测气体的最大流量，m3/h；p —被测气体的密度， kg/m3；P —被测气体使用状态下绝对压力，MPa；T —被测气体使用状态下热力学温度，Ko4.4 浮子形状和粘度影响浮子形状不属于使用者选择的范畴，制造厂是按仪表结构和流量范围选择合适形状而设 计的，但是使用者应了解所使用浮子的特点和流量示值受流体粘度影响的程度流量基本方程式（1）未包含流体粘度参数，但流量系数a在环形通道雷诺数Re （环） 低于某值时不是常数而随Re （。