浮子流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進(jìn)行測量的體積流量儀表，又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì)。在美國、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實(shí)際初出現(xiàn)商品。從應(yīng)用臺(tái)樹所占比例來看，1985年英國抽樣調(diào)查72家企業(yè)17000臺(tái)流量儀表中浮子流量計(jì)占19.2%。我國浮子流量計(jì)產(chǎn)量1996年估計(jì)在15萬-17萬臺(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。工作原理如圖1所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管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的流量有對應(yīng)關(guān)系。
體積流量Q的基本方程式為
1
當(dāng)浮子為非實(shí)芯中空結(jié)構(gòu)（放負(fù)重調(diào)整量）時(shí)，則
2
式中 α——儀表的流量系數(shù)，因浮子形狀而異；
ε——被測流體為氣體時(shí)氣體膨脹系數(shù)，通常由于此系數(shù)校正量很小而被忽略，且通過校驗(yàn)已將它包括在流量系數(shù)內(nèi)，如為液體則ε=1；
△F——流通環(huán)形面積，m2；
g——當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，m/s2；
Vf——浮子體積，如有延伸體亦應(yīng)包括，m3；
ρf——浮子材料密度，kg/m3；
ρ——被測流體密度，如為氣體是在浮子上游橫截面上的密度，kg/m3；
Ff——浮子工作直徑（zui大直徑）處的橫截面積，m2；
Gf——浮子質(zhì)量，kg。
流通環(huán)形面積與浮子高度之間的關(guān)系如式（3）所示，當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已定，則d、 β為常量。式中有h的二次項(xiàng)，一般不能忽略此非線性關(guān)系，只有在圓錐角很小時(shí)，才可視為近似線性。
m2 3
式中 d——浮子zui大直徑（即工作直徑），m；
h——浮子從錐管內(nèi)徑等于浮子zui大直徑處上升高度，m；
β——錐管的圓錐角；
a、b——常數(shù)。 | |
| 口徑15-40mm透明錐形管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。透明錐形管4用得zui普遍是由硼硅玻璃制成，習(xí)慣簡稱玻璃管浮子流量計(jì)。流量分度直接刻在錐管4外壁上，也有在錐管旁另裝分度標(biāo)尺。錐管內(nèi)腔有圓錐體平滑面和帶導(dǎo)向棱筋（或平面）兩種。浮子在錐管內(nèi)自由移動(dòng)，或在錐管棱筋導(dǎo)向下移動(dòng)，較大口平滑面內(nèi)壁儀表還有采用導(dǎo)桿導(dǎo)向。 |
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圖3是直角型安裝方式金屬管浮子流量計(jì)典型結(jié)構(gòu)，通常適用于口徑15-40mm以上儀表。錐管5和浮子4組成流量檢測元件。套管（圖3未表示）內(nèi)有導(dǎo)桿3的延伸部分，通過磁鋼耦合等方式，將浮子的位移傳給套管外的轉(zhuǎn)換部分。轉(zhuǎn)換部分有就地指示和遠(yuǎn)傳信號輸出兩大類型。除直角安裝方式結(jié)構(gòu)外還有進(jìn)出口中線與錐管同心的直通型結(jié)構(gòu)，通常用于口徑小于10-15mm的儀表。
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第二節(jié) 優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) |
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浮子流量計(jì)使用于小管徑和低流速。常用儀表口徑40-50mm以下，zui小口徑做到1.5-4mm。適用于測量低流速小流量，以液體為例，口徑10mm以下玻璃管浮子流量計(jì)滿度流量的名義管徑，流速只在0.2-0.6m/s之間，甚至低于0.1m/s；金屬管浮子流量計(jì)和口徑大于15mm的玻璃管浮子流量計(jì)稍高些，流速在0.5-1.5m/s之間。
浮子流量計(jì)可用于較低雷諾數(shù)，選用粘度不敏感形狀的浮子，流通環(huán)隙處雷諾數(shù)只要大于40或500，雷諾數(shù)變化流量系數(shù)即保持常數(shù)，亦即流體粘度變化不影響流量系數(shù)。這數(shù)值遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)孔板等節(jié)流差壓式儀表zui低雷諾數(shù)104-105的要求。
大部分浮子流量計(jì)沒有上游直管段要求，或者說對上游直管段要求不高。
浮子流量計(jì)有較寬的流量范圍度，一般為10：1，zui低為5：1，zui高為25：1。流量檢測元件的輸出接近于線性。壓力損失較低。
玻璃管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。只要在現(xiàn)場指示流量者使用方便，缺點(diǎn)是有玻璃管易碎的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是無導(dǎo)向結(jié)構(gòu)浮子用于氣體。
金屬管浮子流量計(jì)無錐管破裂的風(fēng)險(xiǎn)。與玻璃管浮子流量計(jì)相比，使用溫度和壓力范圍寬。
大部分結(jié)構(gòu)浮子流量計(jì)只能用于自下向上垂直流的管道安裝。
浮子流量計(jì)應(yīng)用局限于中小管徑，普通全流型浮子流量計(jì)不能用于大管徑，玻璃管浮子流量計(jì)zui大口徑100mm，金屬管浮子流量計(jì)為150mm，更大管徑只能用分流型儀表。
使用流體和出廠標(biāo)定流體不同時(shí)，要作流量示值修正。液體用浮子流量計(jì)通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，如實(shí)際使用流體密度、粘度與之不同，流量要偏離原分度值，要作換算修正。
時(shí)常上定型產(chǎn)品和特殊型儀表從不同角度可作不同分類，如：
按錐形管材料分為透明錐形管和金屬錐形管。
按有否遠(yuǎn)傳信號輸出分為就地指示型和遠(yuǎn)傳信號輸出型，后者又分為電遠(yuǎn)傳和氣遠(yuǎn)傳兩種。
按被測流體分為液體用、氣體用和蒸汽。
按被測流體通過浮子流量計(jì)的量分為全流型和分流型。
3.1 按錐形管材料分類類型
（1）透明錐形管浮子流量計(jì)
透明錐形管材料用得zui多的是玻璃，無導(dǎo)向結(jié)構(gòu)儀表測量氣體時(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)。
（2）金屬管錐形管浮子流量計(jì)
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。
3.2 按有否遠(yuǎn)傳信號輸出分類類型
（1）就地指示型浮子流量計(jì)
有些透明管浮子流量計(jì)以就地指示為主，裝有接近開關(guān)，作流量上下限報(bào)警信號輸出。
有些就地指示型金屬管浮子流量計(jì)外形與遠(yuǎn)傳信號輸出相同，只是將浮子位移通過磁耦合傳出，經(jīng)連桿凸輪等線性化機(jī)構(gòu)處理后就地指示。
（2）遠(yuǎn)傳信號輸出型浮子流量計(jì) 遠(yuǎn)傳信號輸出型儀表的轉(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)。
3.3 按被測流體分類類型
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；國內(nèi)有些型號儀表也采用本辦法。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。
3.4 按被測流體通過浮子流量計(jì)的量分類類型
１）全流型 即被測流體全部流過浮子流量計(jì)的儀表
２）分流型 相對于全流型只有部分被測流體流過浮子等流量檢測部分。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50ｍｍ的較大流量和只要就地指示的場所，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。
分流型浮子流量計(jì)的選用流速可比全流型高，液體流速可達(dá)2.5-3ｍ／ｓ，甚至高達(dá)4-5ｍ／ｓ。由于分流管中置有限流小孔板，起到補(bǔ)償主孔板流量和差壓間平方根非線性關(guān)系，流量示值基本是線性的，有較寬的范圍度，一般為10：1。度為2.5％-4％FS。
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