在美國(guó)、日本常稱作變面積流量計(jì)(Variable Area Flowmeter)或面積流量計(jì)。浮子流量計(jì)原理設(shè)想發(fā)軔于19世紀(jì)60年代,20世紀(jì)初出現(xiàn)商品。從應(yīng)用臺(tái)數(shù)所占比例來(lái)看,1985年英國(guó)抽樣調(diào)查72家企業(yè)17000臺(tái)流量?jī)x表中浮子流量計(jì)占19.2%。我國(guó)浮子流量計(jì)產(chǎn)量1996年估計(jì)在15萬(wàn)-17萬(wàn)臺(tái)之間,其中95%左右為玻璃管浮子流量計(jì)。
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: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。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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)量蒸汽只能用專門設(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。
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200mm的較大口徑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。一體型儀表將孔板和浮子流量計(jì)組裝在短管段上,直接裝到待測(cè)管道,原理與結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示,安裝方便。有適用于水平和垂直管道兩種結(jié)構(gòu),但均只能安裝在便于讀取儀表示值的場(chǎng)所。主管道管徑通常為50-300mm,孔板的孔徑比(β)在0.3-0.7之間,差壓在0.6-100KPa之間,浮子流量計(jì)口徑為10-25mm。
浮子流量計(jì)作為直觀流動(dòng)指示或測(cè)量精確度要求不高的現(xiàn)場(chǎng)指示儀表,占浮子流量計(jì)應(yīng)用的90%以上,被廣泛地用在電力、石化、化工、冶金、醫(yī)藥等流程工業(yè)和污水處理等公用事業(yè)。有些應(yīng)用場(chǎng)所只要監(jiān)測(cè)流量不超過(guò)或不低于某值即可,例如電纜惰性保護(hù)氣流量增加說(shuō)明產(chǎn)生了新的泄漏點(diǎn)。循環(huán)冷卻和培養(yǎng)槽等水或空氣減流斷流報(bào)警等場(chǎng)所可選用有上限或下限流量報(bào)警的玻璃管浮子流量計(jì)。
浮子流量計(jì)主要測(cè)量對(duì)象是單相液體或氣體,液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不適用。因?yàn)楦∽釉谝毫髦懈街⒘;蛭⑿馀菥鶗?huì)影響測(cè)量值,例如微流量?jī)x表使用一段時(shí)期后浮子附著肉眼不出的附著層,也會(huì)改變流量示值百分之幾。如只要現(xiàn)場(chǎng)指示,首先考慮價(jià)廉的玻璃管浮子流量計(jì),如溫度、壓力不能勝任則選用就地指示金屬管浮子流量計(jì)。玻璃管浮子流量計(jì)應(yīng)選帶有透明防護(hù)罩,一旦玻璃錐管破裂,可擋住流體正向散濺,以作緊急處理。
用于氣體時(shí)應(yīng)選用導(dǎo)桿或帶棱筋導(dǎo)向的儀表,以避免操作不慎浮子擊碎錐管。如需要遠(yuǎn)傳輸出信號(hào)作總量積算或流量控制,一般選用電信號(hào)輸出的金屬管浮子流量計(jì)。如環(huán)境氣氛有防爆要求而現(xiàn)場(chǎng)又有控制儀表用氣源,則優(yōu)先考慮氣遠(yuǎn)傳金屬浮子流量計(jì),若選用電遠(yuǎn)傳儀表則必須是防爆型。
測(cè)量不透明液體時(shí)選擇金屬管浮子流量計(jì)較為普遍,但也可選擇帶棱筋錐形管的玻璃管浮子流量計(jì),借助浮子最大直徑與棱筋接觸的痕跡,以判讀浮子的位置。測(cè)量溫度高于環(huán)境溫度的高粘度液體和降溫易析出結(jié)晶或易凝固的液體,應(yīng)選用帶夾套的金屬管浮子流量計(jì)。