孔板浮子流量计原理分析与实验

　　浮子流量计, 又称转子流量计, 起源于18 世纪中叶, 自19世纪末获得专利至今已有百余年历史。20世纪初, 这类仪表在德国取名为罗托计, 在美国、日本常称为变面积流量计, 但实际上它只是变面积流量计的一个类型, 只是由于浮子流量计在变面积流量计中占了绝大多数, 习惯上就以变面积流量计称之。由于它具有工作可靠、压力损失小且稳定等诸多特点, 广泛应用于气体、液体流量的测量[ 1 - 4] 。

　　浮子流量计基本工作原理如图1所示, 在垂直的锥形管中放置一阻力件, 也就是浮子。当流体自下而上流过锥管时, 由于浮子的阻塞作用, 其上下表面产生了压差, 从而对浮子形成一个向上的作用力。当升力大于浮子本身的重力时, 浮子就会向上升, 同时浮子与锥形管之间的环形流通面积增大, 流速减低, 此时浮子对流体阻力作用减小, 当浮子受到的力达到平衡时, 浮子就会停留在某一高度。这一高度位置表示了流量大小。在工业生产中, 流量的准确测量是十分重要的。其中正确推导浮子流量计流量计算公式对于提高流量测量精度和研究浮子流量计工作原理有重要的意义。现有浮子流量计流量计算公 式是基于经典的锥管浮子流量计结构而给出的。而孔板浮子流量计结构简单, 加工方便, 一些流量计生产厂家已经开始批量生产、销售。所以有必要对孔板浮子流量计流量计算公式进行研究, 讨论其与锥管浮子流量计计算公式的异同。以下先对锥管浮子流量计进行讨论, 再对孔板浮子流量计进行分析。

　　1 锥管浮子流量计原理分析

　　最早对浮子流量计流量计算公式进行推导的是Schoenborn和Co lburn [ 5] , 他们认为浮子流量计可以看作是一个变断面的孔板流量计。根据这一类比推理而直接将孔板流量计流量与节流差压的关系式用于浮子流量计流量计算公式推导[ 6- 7] 这一方法仍被广泛认可, 即

　　上式就是以类比法推导所得锥管浮子流量传感器流量方程。推导中所用类比流量传感器模型是孔板流量传感器[ 6- 7] 。

　　2 孔板浮子流量计原理分析

　　孔板浮子流量计的工作原理如图2所示, 在一直管中嵌有一孔板, 锥形浮子在其中上下移动, 将锥管浮子流量计锥管的内锥体改为孔板浮子流量计中浮子的外锥体, 便于机械加工。当浮子随着流量大小而上下移动时, 同样会改变环通面积, 其工作原理与前述经典的锥管浮子流量计类似。在图2中, 浮子流量计垂直地安装在测量管路中, 当流体沿流量计的管体自下而上的流过, 使浮子稳定地悬浮在某一高度时,浮子主要受浮力、重力和由于流体流动而产生的迎面压差阻力三个力的作用而处于平衡状态。