浮子流量计压力损失的实验研究

　　1　引　言

　　浮子流量计原理简单,应用面广,适用于中小流量的测量,特别是金属管浮子流量计,工作可靠,是过程控制领域最重要的流量仪表之一。

　　有关浮子流量计的各种经典文献[1,2]都指出:在测量过程中,浮子前后的压降始终保持不变,称之为恒压降流量计;而各生产厂家的使用说明书中却指明是最大压力损失。同时普遍认为,孔板浮子流量计的压力损失比锥管浮子流量计的压力损失大得多。为了研究浮子流量计的压力损失究竟如何,本文对某公司生产的口径100mm(下文简称DN100)流量范围6. 3~63 m3/h和口径80 mm(下文简称DN80)流量范围2. 5~25m3/h的金属管锥管浮子流量计和金属管孔板浮子流量计的压力损失进行了实验测试,并根据实验结果进行了分析。

　　2　压力损失的理论计算

　　浮子流量计的检测元件由锥管和沿锥管中心轴上下移动的浮子组成,如图1(a)所示。如图2所示,浮子受到压差力F1、浮力F2和重力W的作用,压差力和浮力构成浮子所受升力。被测流体自下而上流过浮子流量计时,若浮子所受升力大于浮子的重力,浮子便上升。浮子上升时,浮子和锥管间的环形面积随之增大,则环形处流体流速下降,浮子上下截面差压降低,作用于浮子上的升力随之减少。当升力等于浮子重力时,浮子便稳定在某一高度h,因此h反映了被测流量大小,这种浮子流量计称为锥管浮子流量计。

　　另一种浮子流量计如图1(b)所示,管体上嵌入孔板,锥角位于浮子上,结构和加工更为简单,称之为孔板浮子流量计,工作原理与锥管浮子流量计相同[1,2,10].

　　(1)浮子受到的压差力F1。

　　浮子体积,m3。

　　对于特定的浮子流量计,式(1)中各参数为定值,则在测量过程中Δp不变。

　　流体流过最小环形面积处的平均流速u为:

　　由式(2)可知,不管浮子停留在什么位置,流体流过环形面积的平均流速u是一个常数[1]。从以上分析可以看出,式(1)的推导过程中忽略了浮子受到的粘性摩擦力,是把流体看成无旋、无粘的理想流体来处理的。

　　浮子流量计的结构参数如表1所示。浮子材质为不锈钢,密度ρf=7 900 kg/m3,被测介质为水,20℃时的密度ρ=998.2 kg/m3,由表1和式(1),压力损失的理论计算值如表2所示。

　　3　浮子流量计压力损失的实验研究

　　3.1　实验装置

　　水流量标准装置如图3所示,采用水塔稳压(32.5m)[1],能够分别使用称重法和标准表法对流量计进行检定,称重法的标准不确定度为0. 05%。实验中,先用称重法对标准表进行检定,使其精度达到0.3%,然后用标准表法调整流量,对浮子流量计的压力损失进行测量。