浮子流量計(jì)按材質(zhì)可分為玻璃管浮子流量計(jì)和金屬管浮子流量計(jì)，一般適用于一些小口徑和低流速介質(zhì)的流量測(cè)量，浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、日常維護(hù)量小、使用壽命長(zhǎng)，且浮子流量計(jì)對(duì)于安裝直管段的要求并不高。本文將從浮子流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理、優(yōu)缺點(diǎn)、安裝注意事項(xiàng)等四大方面為您詳細(xì)介紹這款流量計(jì)產(chǎn)品。
一、原理和結(jié)構(gòu)
金屬管浮子流量計(jì)的流量檢測(cè)元件是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐形管和一個(gè)沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子組所組成。工作原理如圖1所示，被測(cè)流體從下向上經(jīng)過(guò)錐管1和浮子2形成的環(huán)隙3時(shí)，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系。
體積流量Q的基本方程式為
式中 α——儀表的流量系數(shù)，因浮子形狀而異；
ε——被測(cè)流體為氣體時(shí)氣體膨脹系數(shù)，通常由于此系數(shù)校正量很小而被忽略，且通過(guò)校驗(yàn)已將它包括在流量系數(shù)內(nèi)，如為液體則ε=1；
△F——流通環(huán)形面積，m2；
g——當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2；
Vf——浮子體積，如有延伸體亦應(yīng)包括，m3；
ρf——浮子材料密度，kg/m3；
ρ——被測(cè)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(zhì)量，kg。
流通環(huán)形面積與浮子高度之間的關(guān)系如式（3）所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已定，則d、 β為常量。式中有h的二次項(xiàng)，一般不能忽略此非線性關(guān)系，只有在圓錐角很小時(shí)，才可視為近似線性。
式中 d——浮子最大直徑（即工作直徑），m；
h——浮子從錐管內(nèi)徑等于浮子最大直徑處上升高度，m；
β——錐管的圓錐角；
a、b——常數(shù)。
口徑15-40mm透明錐形管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。透明錐形管4用得最普遍是由硼硅玻璃制成，習(xí)慣簡(jiǎn)稱(chēng)玻璃管浮子流量計(jì)。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(biāo)尺。錐管內(nèi)腔有圓錐體平滑面和帶導(dǎo)向棱筋（或平面）兩種。浮子在錐管內(nèi)自由移動(dòng)，或在錐管棱筋導(dǎo)向下移動(dòng)，較大口平滑面內(nèi)壁儀表還有采用導(dǎo)桿導(dǎo)向。
圖3是直角型安裝方式金屬管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)，通常適用于口徑15-40mm以上儀表。錐管5和浮子4組成流量檢測(cè)元件。套管（圖3未表示）內(nèi)有導(dǎo)桿3的延伸部分，通過(guò)磁鋼耦合等方式，將浮子的位移傳給套管外的轉(zhuǎn)換部分。轉(zhuǎn)換部分有就地指示和遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出兩大類(lèi)型。除直角安裝方式結(jié)構(gòu)外還有進(jìn)出口中線與錐管同心的直通型結(jié)構(gòu)，通常用于口徑小于10-15mm的儀表。
二、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
浮子流量計(jì)使用于小管徑和低流速。常用儀表口徑40-50mm以下，最小口徑做到1.5-4mm。適用于測(cè)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(jì)滿度流量的名義管徑，流速只在0.2-0.6m/s之間，甚至低于0.1m/s；金屬管浮子流量計(jì)和口徑大于15mm的玻璃管浮子流量計(jì)稍高些，流速在0.5-1.5m/s之間。
浮子流量計(jì)可用于較低雷諾數(shù)，選用粘度不敏感形狀的浮子，流通環(huán)隙處雷諾數(shù)只要大于40或500，雷諾數(shù)變化流量系數(shù)即保持常數(shù)，亦即流體粘度變化不影響流量系數(shù)。這數(shù)值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)孔板等節(jié)流差壓式儀表最低雷諾數(shù)104-105的要求。
大部分浮子流量計(jì)沒(méi)有上游直管段要求，或者說(shuō)對(duì)上游直管段要求不高。
浮子流量計(jì)有較寬的流量范圍度，一般為10：1，最低為5：1，最高為25：1。流量檢測(cè)元件的輸出接近于線性。壓力損失較低。
玻璃管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。只要在現(xiàn)場(chǎng)指示流量者使用方便，缺點(diǎn)是有玻璃管易碎的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是無(wú)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)浮子用于氣體。
金屬管浮子流量計(jì)無(wú)錐管破裂的風(fēng)險(xiǎn)。與玻璃管浮子流量計(jì)相比，使用溫度和壓力范圍寬。
大部分結(jié)構(gòu)浮子流量計(jì)只能用于自下向上垂直流的管道安裝。
浮子流量計(jì)應(yīng)用局限于中小管徑，普通全流型浮子流量計(jì)不能用于大管徑，玻璃管浮子流量計(jì)最大口徑100mm，金屬管浮子流量計(jì)為150mm，更大管徑只能用分流型儀表。
使用流體和出廠標(biāo)定流體不同時(shí)，要作流量示值修正。液體用浮子流量計(jì)通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，如實(shí)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。
三、分 類(lèi)
時(shí)常上定型產(chǎn)品和特殊型儀表從不同角度可作不同分類(lèi)，如：
按錐形管材料分為透明錐形管和金屬錐形管。
按有否遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出分為就地指示型和遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型，后者又分為電遠(yuǎn)傳和氣遠(yuǎn)傳兩種。
按被測(cè)流體分為液體用、氣體用和蒸汽。
按被測(cè)流體通過(guò)浮子流量計(jì)的量分為全流型和分流型。
3.1 按錐形管材料分類(lèi)類(lèi)型
（1）透明錐形管浮子流量計(jì)
透明錐形管材料用得最多的是玻璃，無(wú)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)儀表測(cè)量氣體時(shí)操作不慎，玻璃管易被擊碎；還有用透明工程塑料如聚苯乙烯、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃等制成，具有不易擊碎之優(yōu)點(diǎn)。
（2）金屬管錐形管浮子流量計(jì)
與透明錐形管浮子流量計(jì)相比，可用于較高的介質(zhì)溫度和壓力，且無(wú)玻璃管浮子流量計(jì)錐管被擊碎的潛在危險(xiǎn)。圖3所示典型結(jié)構(gòu)是錐形管與殼體制成一體結(jié)構(gòu)，也有錐管套入殼體的分離結(jié)構(gòu)，改變流量規(guī)格只要調(diào)換不同圓錐角的錐管，使用較為靈便。
3.2 按有否遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出分類(lèi)類(lèi)型
（1）就地指示型浮子流量計(jì)
有些透明管浮子流量計(jì)以就地指示為主，裝有接近開(kāi)關(guān)，作流量上下限報(bào)警信號(hào)輸出。
有些就地指示型金屬管浮子流量計(jì)外形與遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出相同，只是將浮子位移通過(guò)磁耦合傳出，經(jīng)連桿凸輪等線性化機(jī)構(gòu)處理后就地指示。
（2）遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型浮子流量計(jì)
遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型儀表的轉(zhuǎn)換部分將浮子位移量轉(zhuǎn)換成電流或氣壓模擬量信號(hào)輸出，分別成為電遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)和氣遠(yuǎn)傳浮子流量計(jì)。
3.3 按被測(cè)流體分類(lèi)類(lèi)型
分為液體用、氣體用和蒸汽用3種。
實(shí)際上大部分浮子流量計(jì)同一儀表可用于液體也可用于氣體，結(jié)構(gòu)上是通用的。只是我國(guó)浮子流量計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等（如JB/T 6844-93）規(guī)定流量上限Qmax必須符合（1，1.6，2.5，4或6）×10nL/h的要求（n為正負(fù)整數(shù)或零），為液體（以水為代表）設(shè)計(jì)的儀表用于氣體（以空氣為代表）時(shí)，不符合上述要求，只能為氣體另行設(shè)計(jì)浮子和錐管，就分成液體和氣體兩種系列。國(guó)外有些制造廠同一儀表并列液、氣兩種流體的流量范圍，當(dāng)然流量值就不可能都是圓整值；國(guó)內(nèi)有些型號(hào)儀表也采用本辦法。但是液體用和氣體用設(shè)計(jì)還是有區(qū)別的，例如氣體儀表浮子設(shè)計(jì)得較輕，防浮子振蕩跳動(dòng)的阻尼件結(jié)構(gòu)各異等。
測(cè)量蒸汽只能用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的金屬管浮子流量計(jì)或在標(biāo)準(zhǔn)型儀表上加裝附加構(gòu)件，例如增加帶散熱片的液體阻尼件，以減少浮子跳動(dòng)；與指示轉(zhuǎn)換部分連接處隔以散熱片。
3.4 按被測(cè)流體通過(guò)浮子流量計(jì)的量分類(lèi)類(lèi)型
１)全流型 即被測(cè)流體全部流過(guò)浮子流量計(jì)的儀表
２)分流型 相對(duì)于全流型只有部分被測(cè)流體流過(guò)浮子等流量檢測(cè)部分。分流型浮子流量計(jì)由裝載主管道上標(biāo)準(zhǔn)孔板（或均速管）和較小口徑浮子流量計(jì)組合而成，應(yīng)用與管徑大于50ｍｍ的較大流量和只要就地指示的場(chǎng)所，價(jià)格低廉。分流型浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)上分為分離型和一體型兩種。
四、安裝使用注意事項(xiàng)
4.1 儀表安裝方向
絕大部分浮子流量計(jì)必須垂直安裝在無(wú)振動(dòng)的管道上，不應(yīng)有明顯的傾斜，流體自下而上流過(guò)儀表。圖6說(shuō)是為管道連接示例，裝有旁路管系以便不斷流進(jìn)行維護(hù)。浮子流量計(jì)中心線與鉛垂線間夾角一般不超過(guò)5度，高精度（1.5級(jí)以上）儀表θ≤20°。如果θ＝12°則會(huì)產(chǎn)生１％附加誤差。儀表無(wú)嚴(yán)格上游直管段長(zhǎng)度要求，但也有制造廠要求（2-5）D長(zhǎng)度的，實(shí)際上必要性不大。
4.2 用于污臟流體的安裝
應(yīng)在儀表上游裝過(guò)濾器。帶有磁性耦合的金屬管浮子流量計(jì)用于可能含鐵磁性雜質(zhì)流體時(shí)，應(yīng)在儀表前裝磁過(guò)濾器。
要保持浮子和錐管的清潔，特別是小口徑儀表，浮子潔凈程度明顯影響測(cè)量值。例如6mm口徑玻璃浮子流量計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量看似清潔水，流量為2.5L/h，運(yùn)行24h后，流量示值增加百分之幾，浮子表面沾附肉眼觀察不出的異物，取出浮子用紗布擦拭，即恢復(fù)原來(lái)的流量示值。必要時(shí)可示如圖7所示設(shè)置沖洗配管，定時(shí)沖洗。
4.3 脈動(dòng)流的安裝
流動(dòng)本身的脈動(dòng)，如擬裝儀表位置的上游有往復(fù)泵或調(diào)節(jié)閥，或下游有大負(fù)荷變化等，應(yīng)改換測(cè)量位置或在管道系統(tǒng)予以補(bǔ)救改進(jìn)，如加裝緩沖罐；若是儀表自身的振蕩，如測(cè)量時(shí)氣體壓力過(guò)低，儀表上游閥門(mén)未全開(kāi)，調(diào)節(jié)閥未裝在儀表下游等原因，應(yīng)針對(duì)性改進(jìn)克服，或改選用有阻尼裝置的儀表。
4.4 擴(kuò)大范圍度的安裝
如果測(cè)量要求的流量范圍度寬，范圍度超過(guò)10時(shí)，經(jīng)常采用２臺(tái)以上不同流量范圍的玻璃管浮子流量計(jì)并聯(lián)，按所測(cè)量擇其一臺(tái)或多臺(tái)儀表串聯(lián)，小流量時(shí)讀取下流量范圍儀表示值，大流量時(shí)讀取大流量?jī)x表示值，串聯(lián)法比并聯(lián)法操作簡(jiǎn)便，毋需頻繁啟閉閥門(mén)，但壓力損失大。也可以在一臺(tái)儀表內(nèi)放兩只不同形狀和重量的浮子，小流量時(shí)取輕浮子讀數(shù)，浮子到頂部后取重浮子讀數(shù)，范圍度可擴(kuò)大到50-100。
4.5 要排盡液體用儀表內(nèi)氣體
進(jìn)出口不在直線的角型金屬浮子流量計(jì)，用于液體時(shí)注意外傳浮子位移的引申套管內(nèi)是否殘留空氣，必須排盡；若液體含有微小氣泡流動(dòng)時(shí)極易積聚在套管內(nèi)，更應(yīng)定時(shí)排氣。這點(diǎn)對(duì)小口徑儀表更為重要，否則影響流量示值明顯。
4.6 流量值作必要換算
若非按使用密度、粘度等介質(zhì)參數(shù)向制造廠專(zhuān)門(mén)定制的儀表，液體用儀表通常以水標(biāo)定流量，氣體儀表用空氣標(biāo)定，定值在工程標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。使用條件的流體密度、氣體壓力溫度與標(biāo)定不一致時(shí)，要做必要換算。換算公式和方法各制造廠使用說(shuō)明書(shū)都有詳述。
4.7 浮子流量計(jì)的校驗(yàn)和標(biāo)定
浮子流量計(jì)的校驗(yàn)和標(biāo)定液體常用標(biāo)準(zhǔn)表法、容積法和稱(chēng)量法；氣體常用鐘罩法，小流量用皂膜法。
國(guó)外有些制造廠的大宗產(chǎn)品已做到干法標(biāo)定，即控制錐形管尺寸和浮子重量尺寸，間接地確定流量值，以降低成本，只對(duì)高精度儀表才坐實(shí)流標(biāo)定。國(guó)內(nèi)也有些制造廠嚴(yán)格控制錐形管起始點(diǎn)內(nèi)徑和錐度以及浮子尺寸，實(shí)流校驗(yàn)只起到檢查錐形管內(nèi)表面質(zhì)量。這類(lèi)制造廠生產(chǎn)的儀表、錐形管和浮子已做成互換，毋需成套更換。
金屬管浮子流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)表法校驗(yàn)是一種高效率方法，各制造廠了與應(yīng)用。有些制造廠將某一流量范圍的標(biāo)準(zhǔn)表制成數(shù)段錐度較小的玻璃管浮子流量計(jì)，擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)表表尺長(zhǎng)度，提高標(biāo)準(zhǔn)表精度，使校驗(yàn)標(biāo)定工作做到高精度高效率。
