金屬管浮子流量計的工作原理如圖1所示,流體自下而上流經孔板與錐形浮子形成環形流通面積時,因流體被節流,錐形浮子上下游兩端產生壓差,錐形浮子受此壓差影響形成一上升力。當上升力大于浸在流體中錐形浮子重量時,錐形浮子就會上升,此時環形流通面積隨之增大,流體流速隨之下降,錐形浮子上下兩端壓差降低,上升力也隨之減小,當錐形浮子受到的作用力達到平衡時,便會穩定在某一高度。由錐形浮子上升高度確定的環形流通面積與流量成正比,因此檢測此位置就可以求得流量。
浮子流量計的體積流量公式為:
式中:QV為體積流量,α為流出系數,A為環形流通面積,g為重力加速度,Vf為浮子體積,ρ為流體密度,ρf為浮子密度,Af為浮子最大迎流面積。
浮子流量計指示器部分主要分為指針指示型和液晶數顯型。指針指示型中的刻度盤可以直觀顯示出流量輸出的分布情況,本文以指針指示型為分析研究對象。由工作原理可知,當流量顯示輸出為絕對均勻分布時,浮子上升高度也是絕對均勻的,利用上述理論計算公式,分析此時錐形浮子的錐面形狀。
根據改進前已有的流量選型表,各流量段有對應的浮子號即浮子尺寸已知,浮子材質選用不銹鋼316L,測量介質為水,因此公式中的浮子密度、浮子體積、流體密度和浮子最大迎流面積為已知量,流出系數為常數,將這些量合并為一個固定的數值K,即簡化后的公式為:
由簡化后的公式(2)可知,流量與環形流通面積之間為一一對應的線性關系。環形流通面積是由孔板內徑和錐形浮子外徑形成,孔板內徑為已知固定值,變化的環形流通面積主要通過錐形浮子控制,錐浮子外徑是變量,即
式中:R為孔板內徑,r為錐浮子外徑。把公式(3)帶入公式(2)中:
令KπR2=a,Kπ=b,公式化簡為:
此公式為拋物線曲線。通過上述的推導,分析出當流量顯示輸出為絕對均勻時,金屬管浮子流量計的錐面形狀應為拋物線。
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