金属管浮子流量计测量原理

金属管浮子 流量计为变面积式流量计，即在流量计的垂直测量管中，当流体向上流经管子时。浮子向上移动，在某一位置浮子所受升力与浮子重力达到平衡，此时浮子与孔板（或锥管）间的流通环隙面积保持一定。环隙面积与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。浮子上下移动时，以磁耦合的形式将位置传递到外部指示器，使指示器的指针跟随浮子移动，并借助凸轮板使指针线性地指示流量值的大小。[1] 
电远传型是在指针现场指示流量的同时再通过角位移传感器及电变送电路，把流量值地转换成0-10mA或4-20mA的标准信号。
结构原理

金属浮子流 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 α——仪表的流量系数，因浮子形状而异；
ε——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ε=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；
ρf——浮子材料密度，kg/m3；
ρ——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（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、 β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——浮子大直径（即工作直径），m；
h——浮子从锥管内径等于浮子大直径处上升高度，m；
β——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。
3优点和缺点

金属浮子 流量计使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，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0.1m/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，低为5：1，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。
4发展趋势

金属管浮 子流量计仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路等元器件实现仪器仪表的小型化，减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。