金屬浮子流量計

金屬管浮子流量計為變面積式流量計，即在流量計的垂直測量管中，當流體向上流經管子時。浮子向上移動，在某一位置浮子所受升力與浮子重力達到平衡，此時浮子與孔板（或錐管）間的流通環隙面積保持一定。環隙面積與浮子的上升高度成比例，即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下移動時，以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器，使指示器的指針跟隨浮子移動，並藉助凸輪板使指針線性地指示流量值的大小。

電遠傳型是在指針現場指示流量的同時再通過角位移感測器及電變送電路，把流量值精確地轉換成0-10mA或4-20mA的標準信號。

金屬浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。工作原理如圖1所示，被測流體從下向上經過錐管1和浮子2形成的環隙3時，浮子上下端產生差壓形成浮子上升的力，當浮子所受上升力大於浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環隙面積隨之增大，環隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用於浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等於浸在流體中浮子重量時，浮子便穩定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應關係。

體積流量Q的基本方程式為

(1)當浮子為非實芯中空結構（放負重調整量）時，則

(2)式中 α——儀錶的流量係數，因浮子形狀而異；

ε——被測流體為氣體時氣體膨脹係數，通常由於此係數校正量很小而被忽略，且通過校驗已將它包括在流量係數內，如為液體則ε=1；

△F——流通環形面積，m2；

g——當地重力加速度，m/s2；

Vf——浮子體積，如有延伸體亦應包括，m3；

ρf——浮子材料密度，kg/m3；

ρ——被測流體密度，如為氣體是在浮子上游橫截面上的密度，kg/m3；

Ff——浮子工作直徑（最大直徑）處的橫截面積，m2；

Gf——浮子質量，kg。

流通環形面積與浮子高度之間的關係如式（3）所示，當結構設計已定，則d、 β為常量。式中有h的二次項，一般不能忽略此非線性關係，只有在圓錐角很小時，才可視為近似線性。

m2

(3)式中 d——浮子最大直徑（即工作直徑），m；

h——浮子從錐管內徑等於浮子最大直徑處上升高度，m；

β——錐管的圓錐角；

a、b——常數。

口徑15-40mm透明錐形管浮子流量計典型結構如圖2所示。透明錐形管4用得最普遍是由硼硅玻璃製成，習慣簡稱玻璃管浮子流量計。流量分度直接刻在錐管4外壁上，也有在錐管旁另裝分度標尺。錐管內腔有圓錐體平滑面和帶導向棱筋（或平面）兩種。浮子在錐管內自由移動，或在錐管棱筋導向下移動，較大口平滑面內壁儀錶還有採用導桿導向。

圖3是直角型安裝方式金屬管浮子流量計典型結構，通常適用於口徑15-40mm以上儀錶。錐管5和浮子4組成流量檢測元件。套管（圖3未表示）內有導桿3的延伸部分，通過磁鋼耦合等方式，將浮子的位移傳給套管外的轉換部分。轉換部分有就地指示和遠傳信號輸出兩大類型。除直角安裝方式結構外還有進出口中線與錐管同心的直通型結構，通常用於口徑小於10-15mm的儀錶。

金屬浮子流量計使用於小管徑和低流速。常用儀錶口徑40-50mm以下，最小口徑做到1.5-4mm。適用於測量低流速小流量，以液體為例，口徑10mm以下玻璃管浮子流量計滿度流量的名義管徑，流速只在0.2-0.6m/s之間，甚至低於0.1m/s；金屬管浮子流量計和口徑大於15mm的玻璃管浮子流量計稍高些，流速在0.5-1.5m/s之間。

浮子流量計可用於較低雷諾數，選用粘度不敏感形狀的浮子，流通環隙處雷諾數只要大於40或500，雷諾數變化流量係數即保持常數，亦即流體粘度變化不影響流量係數。這數值遠低於標準孔板等節流差壓式儀錶最低雷諾數104-105的要求。

大部分浮子流量計沒有上游直管段要求，或者說對上游直管段要求不高。

浮子流量計有較寬的流量範圍度，一般為10：1，最低為5：1，最高為25：1。流量檢測元件的輸出接近於線性。壓力損失較低。

玻璃管浮子流量計結構簡單，價格低廉。只要在現場指示流量者使用方便，缺點是有玻璃管易碎的風險，尤其是無導向結構浮子用於氣體。

金屬管浮子流量計無錐管破裂的風險。與玻璃管浮子流量計相比，使用溫度和壓力範圍寬。

大部分結構浮子流量計只能用於自下向上垂直流的管道安裝。

浮子流量計應用局限於中小管徑，普通全流型浮子流量計不能用於大管徑，玻璃管浮子流量計最大口徑100mm，金屬管浮子流量計為150mm，更大管徑只能用分流型儀錶。

使用流體和出廠標定流體不同時，要作流量示值修正。液體用浮子流量計通常以水標定，氣體用空氣標定，如實際使用流體密度、粘度與之不同，流量要偏離原分度值，要作換算修正。

金屬管浮子流量計儀器儀錶的發展趨勢是不斷利用新的工作原理和採用新材料及新的元器件，例如利用超聲波、微波、射線、紅外線和採用各種新型半導體敏感元件、集成電路、集成光路等元器件實現儀器儀錶的小型化，減輕重量、降低生產成本和更便於使用與維修等。科學技術的進步不斷對儀器儀錶提出更高更新的要求。