浮子流量計刻度轉換問題的實例分析

浮子流量計的刻度一般是在出廠時用水、空氣或者其他介質在標準狀態(tài)下進行標定的；另外，在實驗室的檢定過程中，上海自動化儀表由于環(huán)境影響以及實驗條件的限制，實際檢定條件一般也達不到流量計標定狀態(tài)，因此為了能夠在實驗室狀態(tài)對流量計進行檢定，就需要對實驗條件下標定的流量計進行刻度流量的換算。

1　工作原理

　　浮子流量計是在一個錐形管內裝有上下移動的浮子，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或變面積流量計 。當流體流經錐形管時，由于浮子的節(jié)流降壓作用，在浮子的上下游產生一個壓力降，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，同時由于被測流體流經浮子表面時也會產生粘性力，其方向與上升力相同，當兩者的合力大于浮子的自重力時，浮子便會繼續(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減小，浮子上下端面的壓力差隨即會降低，因此作用于浮子的上升力與粘性力減小。在浮子移動過程中，當上升力、粘性力和重力相平衡時浮子便會靜止，保持在平衡位置，此時便可以讀出浮子的瞬時流量值。這就是浮子流量計工作的基本原理—等壓力降原理。

2　流量方程

　　當流體流經浮子流量計錐形管時，浮子的上升高度與流量存在一定的對應關系。在一定流量下浮子受合力為零，保持在平衡位置，根據力平衡進行分析：（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?shù)刂亓铀俣龋瑔挝粸閙/s2。

（3）浮子的自重 。當浮子受合力為零時處于平衡位置，有 。進而得到可以看出，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。則有體積流量計算公式： 　其中： V q —體積流量，單位m/h； F —流量計的環(huán)形流通面積，單位為m2。

3　刻度轉換方法

　　 標準狀態(tài)下標定的浮子流量計的介質密度、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 　 實際標定介質的密度、浮子阻力系數(shù)、體積流量用 、C 、q表示，則體積流量為 因此，實際標定介質的體積流量與標準狀態(tài)下介質的體積流量之間有下述關系：當標準狀態(tài)下的標定介質與實際標定時介。質狀況比較接近，因此粘度相差不大時，可以不考慮浮子阻力系數(shù)的影響。

4　刻度轉換實例分析

　　 實驗室現(xiàn)有一臺DN50 口徑，準確度等級為4.0 級，浮子材料為不銹鋼，標準狀態(tài)（20℃）下標定介質為乙醇的浮子流量計，其刻度流量范圍為（2~20）m/h。在實驗室條件下，由于條件限制只能用水流量標準裝置進行標定，裝置編號200904018，測量范圍為DN（15~50）mm，流量范圍為（0.12~60）m/h，先后使用標準表法和稱重法對該浮子流量計的5m/h 流量點分別進行6 次標定。測量過程中水溫保持(23.1±0.1)℃，進水口處水壓保持在180kPa~195kPa 范圍。裝置使用標準表為電磁流量計，非常好次測量標準表讀數(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)據分別為：非常好次測量時間為61.28 秒，電子稱讀數(shù)為67.64kg，第二次測量時間為62.33 秒，電子稱讀數(shù)為68.08kg，第三次測量時間為61.99 秒，電子稱讀數(shù)為67.96kg，第四次測量時間為62.57 秒，電子稱讀數(shù)為68.44kg，第五次測量時間為62.45 秒，電子稱讀數(shù)為68.42kg，第六次測量時間為61.29 秒，電子稱讀數(shù)為67.69kg。

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

　　 當浮子穩(wěn)定在平衡位置5m/h 處時，由標準表讀數(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，兩種介質的粘度相差不大，因此可以不考慮兩種介質中浮子的阻力系數(shù)對流量的影響，另外還可以推算出刻度流量的理論計算值為：

　由于該浮子流量計的準確度等級為4.0 級，因此在5m/h 流量點換算后的流量取值范圍為3.84×（1±4%）m/h，即（3.69~3.99）m/h。通過上述實驗以及對試驗數(shù)據的分析可知，在介質粘度相差不大時，上海自動化儀表可以對浮子流量計刻度流量進行換算，其實驗結果滿足理論計算值的允許范圍。但是當實際標定的介質與流量計出廠標定時介質狀態(tài)相差較大時，浮子阻力系數(shù)的影響不能忽略，則需要考慮介質粘度的影響。