浮子流量計(jì)刻度轉(zhuǎn)換問題的實(shí)例分析

浮子流量計(jì)的刻度一般是在出廠時(shí)用水、空氣或者其他介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)定的；另外，在實(shí)驗(yàn)室的檢定過程中，上海自動(dòng)化儀表由于環(huán)境影響以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，實(shí)際檢定條件一般也達(dá)不到流量計(jì)標(biāo)定狀態(tài)，因此為了能夠在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定，就需要對(duì)實(shí)驗(yàn)條件下標(biāo)定的流量計(jì)進(jìn)行刻度流量的換算。

1　工作原理

　　浮子流量計(jì)是在一個(gè)錐形管內(nèi)裝有上下移動(dòng)的浮子，并且始終保持浮子前后壓降不變，通過改變浮子與錐形管壁之間的流通面積來改變流量，因此也稱為恒壓降流量計(jì)或變面積流量計(jì) 。當(dāng)流體流經(jīng)錐形管時(shí)，由于浮子的節(jié)流降壓作用，在浮子的上下游產(chǎn)生一個(gè)壓力降，此壓力降與浮子非常大截面積的乘積即為浮子受到的上升力，同時(shí)由于被測流體流經(jīng)浮子表面時(shí)也會(huì)產(chǎn)生粘性力，其方向與上升力相同，當(dāng)兩者的合力大于浮子的自重力時(shí)，浮子便會(huì)繼續(xù)上升；然而隨著浮子的上升浮子與錐形管壁之間的環(huán)隙面積的增大，相同流量下流體流速便會(huì)減小，浮子上下端面的壓力差隨即會(huì)降低，因此作用于浮子的上升力與粘性力減小。在浮子移動(dòng)過程中，當(dāng)上升力、粘性力和重力相平衡時(shí)浮子便會(huì)靜止，保持在平衡位置，此時(shí)便可以讀出浮子的瞬時(shí)流量值。這就是浮子流量計(jì)工作的基本原理—等壓力降原理。

2　流量方程

　　當(dāng)流體流經(jīng)浮子流量計(jì)錐形管時(shí)，浮子的上升高度與流量存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在一定流量下浮子受合力為零，保持在平衡位置，根據(jù)力平衡進(jìn)行分析：（1）浮子受到的上升力F1。浮子上下游壓力差&p與環(huán)形通道中流體流速的平方成正比： 因此浮子所受上升力為 式中Af 為浮子的迎流面積，單位為m2，u 為流體的流速，單位為m/s， 為流體密度，單位為kg/m，C 為阻力系數(shù)，無量綱，受介質(zhì)粘度以及浮形狀等因素影響。（2）浮子所受浮力是流體密度與浮子體積的函數(shù)，有 ，式中：f V 為浮子的體積，單位為m，g 為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋瑔挝粸閙/s2。

（3）浮子的自重 。當(dāng)浮子受合力為零時(shí)處于平衡位置，有 。進(jìn)而得到可以看出，浮子無論在什么位置保持平衡，流體的流速是個(gè)定值，因此，體積流量與環(huán)形流通面積成正比。則有體積流量計(jì)算公式： 　其中： V q —體積流量，單位m/h； F —流量計(jì)的環(huán)形流通面積，單位為m2。

3　刻度轉(zhuǎn)換方法

　　 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)定的浮子流量計(jì)的介質(zhì)密度、阻力系數(shù)、體積流量分別用0 、0 C 、q0 表示，則體積流量可表示為 　 實(shí)際標(biāo)定介質(zhì)的密度、浮子阻力系數(shù)、體積流量用 、C 、q表示，則體積流量為 因此，實(shí)際標(biāo)定介質(zhì)的體積流量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下介質(zhì)的體積流量之間有下述關(guān)系：當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的標(biāo)定介質(zhì)與實(shí)際標(biāo)定時(shí)介。質(zhì)狀況比較接近，因此粘度相差不大時(shí)，可以不考慮浮子阻力系數(shù)的影響。

4　刻度轉(zhuǎn)換實(shí)例分析

　　 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有一臺(tái)DN50 口徑，準(zhǔn)確度等級(jí)為4.0 級(jí)，浮子材料為不銹鋼，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20℃）下標(biāo)定介質(zhì)為乙醇的浮子流量計(jì)，其刻度流量范圍為（2~20）m/h。在實(shí)驗(yàn)室條件下，由于條件限制只能用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行標(biāo)定，裝置編號(hào)200904018，測量范圍為DN（15~50）mm，流量范圍為（0.12~60）m/h，先后使用標(biāo)準(zhǔn)表法和稱重法對(duì)該浮子流量計(jì)的5m/h 流量點(diǎn)分別進(jìn)行6 次標(biāo)定。測量過程中水溫保持(23.1±0.1)℃，進(jìn)水口處水壓保持在180kPa~195kPa 范圍。裝置使用標(biāo)準(zhǔn)表為電磁流量計(jì)，非常好次測量標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)為3.914 m/h，第二次為3.918m/h，第三次為3.917 m/h，第四次為3.920m/h，第五次為3.919 m/h，第六次為3.916 m/h。稱重法測量6次的數(shù)據(jù)分別為：非常好次測量時(shí)間為61.28 秒，電子稱讀數(shù)為67.64kg，第二次測量時(shí)間為62.33 秒，電子稱讀數(shù)為68.08kg，第三次測量時(shí)間為61.99 秒，電子稱讀數(shù)為67.96kg，第四次測量時(shí)間為62.57 秒，電子稱讀數(shù)為68.44kg，第五次測量時(shí)間為62.45 秒，電子稱讀數(shù)為68.42kg，第六次測量時(shí)間為61.29 秒，電子稱讀數(shù)為67.69kg。

　　 通過查技術(shù)手冊可知，乙醇密度為789.2kg/m，20℃時(shí)乙醇粘度為1.2×10-3Pa·s，水溫為23.1℃時(shí)水的密度為997.513kg/m，動(dòng)力粘度為0.9358×10-3Pa·s，浮子材料為不銹鋼，密度為7920kg/m。

　　 當(dāng)浮子穩(wěn)定在平衡位置5m/h 處時(shí)，由標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)得出流量平均值為q1=3.92m/h。由電子稱的讀數(shù)得出稱重法流量平均值為q2=3.96m/h。另外，兩種介質(zhì)的粘度相差不大，因此可以不考慮兩種介質(zhì)中浮子的阻力系數(shù)對(duì)流量的影響，另外還可以推算出刻度流量的理論計(jì)算值為：

　由于該浮子流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)為4.0 級(jí)，因此在5m/h 流量點(diǎn)換算后的流量取值范圍為3.84×（1±4%）m/h，即（3.69~3.99）m/h。通過上述實(shí)驗(yàn)以及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，在介質(zhì)粘度相差不大時(shí)，上海自動(dòng)化儀表可以對(duì)浮子流量計(jì)刻度流量進(jìn)行換算，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足理論計(jì)算值的允許范圍。但是當(dāng)實(shí)際標(biāo)定的介質(zhì)與流量計(jì)出廠標(biāo)定時(shí)介質(zhì)狀態(tài)相差較大時(shí)，浮子阻力系數(shù)的影響不能忽略，則需要考慮介質(zhì)粘度的影響。