浮子流(liu)量計的設(she)計與應用(yòng) 發布時間(jian):2025-12-15
摘要:從浮(fu)子流量計(ji) 的結構原(yuán)理、應用特(te)點、刻度轉(zhuǎn)換幾個方(fang)面介紹了(le)浮子流量(liàng)計的設計(ji)過程和應(ying)用。氣體介(jie)質如何實(shí)現标況瞬(shùn)時流😄量與(yǔ)🈲工況瞬時(shi)流量的4種(zhǒng)換算計算(suàn),将浮子流(liu)量計的應(ying)用系統化(huà)、公式化,便(biàn)于廠家設(she)計參考和(hé)📧工程應用(yong)計算。 浮子(zǐ)流量計具(jù)有結構簡(jiǎn)單、制造容(rong)易、流量示(shi)值直🐇觀、易(yì)于維護和(he)壓力損失(shī)小的優點(diǎn),在工業現(xian)場得到廣(guang)泛的🌈應用(yong)😘。中國計量(liàng)科學研究(jiū)院早期起(qi)草了🐇《玻璃(lí)轉子流量(liang)計檢定規(guī)程》和《金屬(shu)管轉子流(liú)量計檢定(ding)規程》,後期(qi)又合🥰并爲(wèi)《轉子流量(liàng)計》,而最新(xin)的檢定規(gui)程是《JJG257-2007浮子(zi)流量計》。浮(fú)子流量計(ji)一般工作(zuo)壓力不大(dà)于0.6MPa,分爲:玻(bo)璃浮子流(liu)量計☔,金屬(shǔ)管浮子流(liu)量計和特(tè)種浮子流(liu)量🤩計(如醫(yī)用氧量調(diào)量)。浮子流(liú)量計可作(zuò)爲瞬時流(liu)量計,水、氣(qi)、油均可以(yǐ)設♻️計選用(yong),可用作标(biāo)準流🌐量計(jì)、用作流量(liàng)試驗裝置(zhi)指示流量(liang)、過程✌️控制(zhì)、洩露量監(jian)控、流體能(néng)力指示,用(yong)作可視閥(fa)門[1]。 1結構和(he)原理 1.1流量(liàng)計算 浮子(zǐ)流量計的(de)測量本體(ti)由一根自(zì)下向上擴(kuo)大的垂直(zhí)錐管和一(yi)隻可以沿(yán)着錐管軸(zhóu)向自由移(yí)動的浮子(zǐ)組成,當被(bèi)測流體自(zì)錐管下端(duān)流入流量(liàng)計時,由于(yú)流體的作(zuò)用,浮子上(shang)下端面産(chǎn)生一差壓(ya),該差壓即(jí)爲浮子的(de)上升力。當(dang)差壓值大(dà)于浸在流(liú)體中🌈浮子(zi)的重量時(shí),浮子開始(shǐ)上升。随着(zhe)浮子的上(shang)升,浮👄子最(zui)大外徑與(yǔ)錐管之間(jian)的環形面(mian)積逐漸增(zeng)大,流體的(de)流速則相(xiàng)應下降,作(zuò)用在浮子(zǐ)上的上升(sheng)力逐漸減(jian)小,直至上(shàng)升力㊙️等于(yu)浸在流體(tǐ)中的浮子(zi)的重☎️量時(shi),浮子便穩(wen)定在某🔱一(yi)高度上。這(zhe)時浮子在(zai)🔱錐管中的(de)高度h與所(suǒ)通過的流(liú)量qv有對應(yīng)的關系[2]。結(jié)構如圖1所(suǒ)示。 式中,v爲(wèi)流體通過(guo)環隙面積(ji)的平均流(liú)速,C爲阻力(li)系數(常🏃♀️數(shu)♈),Vf爲🐉浮子的(de)體積,ρf爲浮(fú)子的材料(liao)密度,ρ爲流(liú)體介質的(de)密度,g爲重(zhòng)力加速度(dù),Af爲浮子的(de)迎流面積(jī)。由公式可(kě)得,不管浮(fú)子流量計(jì)的浮子停(ting)留在什麽(me)位置,流體(tǐ)流過環隙(xi)面積的平(píng)均🧑🏾🤝🧑🏼流速v值(zhí)是沒有變(bian)化的。A是環(huan)隙面積大(da)小,也就💯是(shì)說瞬時體(ti)積流量qv的(de)大小,隻與(yǔ)A環隙面♉積(ji)大小有關(guān),瞬時流量(liàng)越大,環隙(xì)面積越大(dà),浮子位置(zhì)越高;反之(zhī)瞬時流🐪量(liàng)越小,環隙(xi)面❄️積💋越小(xiǎo),浮子位置(zhì)越🍉低[3-4]。 式中(zhong)α爲流量系(xi)數,φ爲錐管(guǎn)夾角,K爲常(chang)數。當被測(cè)介質确定(dìng)以後,即介(jie)質密度爲(wei)常數,瞬時(shi)體積流量(liàng)與浮子的(de)高度之間(jiān)☔成線性關(guān)💘系。而大量(liang)的實驗表(biǎo)明,浮子流(liú)量❓計的流(liú)量系數α與(yǔ)浮子的幾(jǐ)何形狀和(he)流動雷諾(nuò)數ReD有關:對(duì)于一定的(de)浮子形狀(zhuàng),當雷諾數(shu)ReD大于某一(yī)個臨界數(shù)以後,流量(liàng)系數α将趨(qu)于一個常(cháng)數:有些資(zi)料中提及(ji),如果錐半(ban)角足夠小(xiǎo),則可忽略(luè)💚二次🏃♀️項進(jìn)行簡⛱️化計(jì)算,這種方(fang)☂️法是不嚴(yan)💞謹的,計算(suàn)誤差大于(yú)10%,遠遠超出(chu)了誤差範(fan)圍[5-6]。 1.2出廠(chang)标定 對于(yu)不同的流(liu)體,介質密(mì)度不同,瞬(shun)時流量與(yǔ)浮子高🧡度(dù)之間的對(duì)應關系也(yě)不盡相同(tóng),原來的流(liu)量刻🈲度就(jiu)不再♈适用(yòng),所以浮子(zi)流量計應(ying)該用實際(jì)的流體介(jiè)質進行标(biāo)定。但是,對(dui)于生産廠(chǎng)家而言,由(you)于出廠标(biao)定設👅備的(de)局限性,不(bu)可能有各(ge)種實際流(liú)體機制的(de)标準裝置(zhi)對浮子流(liu)量計進行(háng)标☎️定,在一(yi)般情況下(xia),大部分🐆生(shēng)産廠家隻(zhi)能用水或(huo)者空氣進(jìn)行标定。因(yin)此,如果浮(fú)子流量計(ji)🚩用來測量(liàng)非标定介(jiè)質時,應該(gai)對浮子流(liu)量計的讀(dú)數進行修(xiū)正,即🐇刻度(dù)換算。 1.3量程(cheng)換算 當浮(fu)子流量計(jì)的浮子幾(ji)何形狀一(yi)緻時,改變(biàn)浮子的材(cai)料⛹🏻♀️,就可以(yǐ)改變浮子(zi)的密度,即(jí)改變浮子(zi)流量計的(de)量程。浮子(zǐ)材料的密(mì)✏️度增加,浮(fu)子流量計(jì)的量程擴(kuo)大⛱️;密度減(jiǎn)小,則量程(cheng)縮小。如果(guo)浮子流量(liàng)計現場應(yīng)用和出廠(chǎng)标定的浮(fú)子材💔料不(bu)同時,則還(hai)需要🛀🏻引入(ru)浮子密度(dù)的流量修(xiu)正值,當然(ran)這種情況(kuàng)比較🔆少見(jian),一般出廠(chang)時,流量計(ji)浮子與錐(zhuī)管都已經(jing)确定。 2應用(yòng)特點 最簡(jian)單的浮子(zi)流量計由(yóu)浮子和錐(zhuī)管兩個部(bu)件組成,數(shù)十元的制(zhi)造成本,有(yǒu)些使用場(chang)合甚至可(ke)以免維護(hu),可用于低(di)🛀雷諾數的(de)💋測量場合(hé),适用于小(xiǎo)管徑和低(di)流🈲速。壓力(li)損失小,對(dui)上遊直管(guǎn)段要求比(bǐ)較低💋,有較(jiào)寬的流量(liàng)範圍,量程(chéng)比一般爲(wèi)10∶1,雙浮🔱子結(jie)構的✉️量程(chéng)比甚至可(ke)以達到50∶1。玻(bo)璃管浮子(zi)流量計顯(xian)示的流量(liàng)值多是直(zhí)接刻印在(zai)透明玻璃(lí)外表面上(shàng),目測浮子(zi)停留位置(zhì)即可,而金(jin)屬管浮子(zi)📱流量計往(wang)往測✂️量高(gao)溫、高壓、危(wei)險性💰流體(ti),不能用人(rén)眼來觀察(chá)浮子位置(zhi),采用⭐了磁(ci)感應顯示(shi)機構。 3刻度(dù)換算 3.1液體(tǐ)刻度換算(suan) 當現場介(jie)質與标定(dìng)介質粘度(dù)相差比較(jiào)大時,則需(xū)👌要㊙️進行現(xian)場标定,而(ér)不能認爲(wei)α标=α現。不管(guan)是同一種(zhong)液體還是(shì)🌈不同種液(yè)體的現場(chǎng)流量和标(biāo)定流量換(huàn)算,都可以(yǐ)應用上述(shù)計算公式(shì)[7]。 3.2氣體刻度(dù)換算 氣體(ti)浮子流量(liang)計,廠家一(yī)般用标況(kuàng)狀态下的(de)空氣(20℃,101.325kPa)檢定(ding),由于氣體(tǐ)受工況溫(wen)度、壓力影(yǐng)響比較大(dà),不僅僅是(shi)現場介質(zhì)與标定介(jie)🔞質不同需(xu)要轉換,同(tong)一種氣體(ti)在工況和(he)☔标況之間(jiān)也需要轉(zhuǎn)換。由于浮(fu)子自😘身的(de)密度要比(bi)氣體大很(hen)多,所以可(ke)以近似認(ren)爲ρf-ρ現=ρf-ρ标,這(zhè)樣公式💁可(kě)以推導出(chu)針對氣體(tǐ)浮子流量(liàng)計的👉簡化(huà)版: 1)同一種(zhǒng)氣體 這樣(yàng)已知标定(dìng)氣體的标(biao)況瞬時流(liu)量就可以(yǐ)求出🔆該氣(qi)體✌️的工況(kuàng)瞬時流量(liàng)值。該氣體(ti)的标況瞬(shùn)時流量直(zhi)接看标定(ding)㊙️好的刻度(dù)線,氣體的(de)工況瞬時(shí)流量通過(guò)上述公式(shi)計算後得(de)到。 2)不同氣(qi)體 c)這樣已(yi)知氣體1的(de)工況瞬時(shi)流量就可(kě)以求出氣(qì)體2的标況(kuang)🧑🏾🤝🧑🏼瞬時流量(liang)值。 拓展推(tui)導容易得(de)出: d)這樣已(yǐ)知氣體1的(de)标況瞬時(shi)流量就可(ke)以求出氣(qì)體2的标況(kuang)瞬時🥵流量(liàng)值。 上述一(yī)共有4種計(jì)算公式: 氣(qi)體1工況求(qiu)氣體2工況(kuàng); 氣體1标況(kuàng)求氣體2工(gong)況(常用); 氣(qi)體1工況求(qiu)氣體2标況(kuang); 氣體1标況(kuang)求氣體2标(biao)況(常用)。 不(bú)難看出,不(bú)同氣體的(de)4個經驗公(gōng)式中,如果(guo)稍作轉換(huàn),就是同一(yi)種氣體的(de)計算公式(shi)。由于浮子(zǐ)流量計刻(kè)度值都是(shi)标況刻度(dù)值,因此上(shang)述4個公式(shì)中有2個較(jiào)爲常✍️用[8-10]。 4計(jì)算實例 命(ming)題1:刻度爲(wei)空氣的一(yī)台氣體浮(fu)子流量計(jì)測量氧氣(qi),假設工況(kuàng)溫度和壓(yā)力與刻度(dù)狀态相同(tong),求浮子流(liu)量計示值(zhi)穩定在30m3/h刻(ke)度時,氧氣(qi)的工況瞬(shun)時流量爲(wèi)多少? 分析(xi)可得,命題(tí)是氣體1的(de)标況體積(ji)流量求氣(qì)體2的工況(kuàng)體積流🎯量(liàng)值,因此應(yīng)用如下公(gōng)式: 命題3:一(yi)台用水标(biao)定的液體(ti)浮子流量(liàng)計,測量硝(xiao)酸,不考慮(lü)🐉粘度🌏對液(ye)體流量的(de)影響,計算(suàn)浮子流量(liàng)計浮子穩(wěn)定在2000L/h時♈硝(xiāo)酸的體積(ji)流量爲多(duō)少?已知浮(fú)子材料爲(wèi)👄不鏽鋼,密(mì)度7920m3/h,檢定介(jie)質水密度(dù)998.2m3/h,被測介質(zhi)硝酸密度(du)1512m3/h。 3結論 從浮(fú)子流量計(jì)的結構原(yuan)理、應用特(tè)點、刻度轉(zhuǎn)換三個方(fāng)面♈介紹了(le)浮子流量(liang)計的設計(ji)過程和應(ying)用。詳🏃🏻♂️細闡(chǎn)述了如何(hé)進行液體(ti)和氣體介(jiè)質的換算(suàn)計算,将浮(fú)子流量計(jì)的應用系(xì)統化,公式(shì)化。
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