金屬管浮子流量計(jì)的工作原理如圖1所示,流體自下而上流經(jīng)孔板與錐形浮子形成環(huán)形流通面積時(shí),因流體被節(jié)流,錐形浮子上下游兩端產(chǎn)生壓差,錐形浮子受此壓差影響形成一上升力。當(dāng)上升力大于浸在流體中錐形浮子重量時(shí),錐形浮子就會(huì)上升,此時(shí)環(huán)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(dāng)錐形浮子受到的作用力達(dá)到平衡時(shí),便會(huì)穩(wěn)定在某一高度。由錐形浮子上升高度確定的環(huán)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(jì)的體積流量公式為:
式中:QV為體積流量,α為流出系數(shù),A為環(huán)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(jì)指示器部分主要分為指針指示型和液晶數(shù)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(dāng)流量顯示輸出為絕對均勻分布時(shí),浮子上升高度也是絕對均勻的,利用上述理論計(jì)算公式,分析此時(shí)錐形浮子的錐面形狀。
根據(jù)改進(jìn)前已有的流量選型表,各流量段有對應(yīng)的浮子號即浮子尺寸已知,浮子材質(zhì)選用不銹鋼316L,測量介質(zhì)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(shù)為常數(shù),將這些量合并為一個(gè)固定的數(shù)值K,即簡化后的公式為:
由簡化后的公式(2)可知,流量與環(huán)形流通面積之間為一一對應(yīng)的線性關(guān)系。環(huán)形流通面積是由孔板內(nèi)徑和錐形浮子外徑形成,孔板內(nèi)徑為已知固定值,變化的環(huán)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(nèi)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(dǎo),分析出當(dāng)流量顯示輸出為絕對均勻時(shí),金屬管浮子流量計(jì)的錐面形狀應(yīng)為拋物線。
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