浮子流量計(jì)，也被稱為轉(zhuǎn)子流量計(jì)，是流量測(cè)量領(lǐng)域中一種應(yīng)用極為廣泛的儀表。其核心原理基于浮子在垂直的錐形管內(nèi)，會(huì)隨著流體流量的變化而產(chǎn)生升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變浮子與錐形管之間的流通面積，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)體積流量的精準(zhǔn)測(cè)量。在美國(guó)與日本，它常被叫做變面積流量計(jì)或面積流量計(jì)。浮子流量計(jì)的發(fā)展歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，早在 20 世紀(jì)初便已問(wèn)世。在過(guò)去的一百多年里，伴隨著材料科學(xué)、制造工藝以及電子技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，浮子流量計(jì)經(jīng)歷了多次技術(shù)革新與優(yōu)化。從最初較為粗糙的結(jié)構(gòu)，到如今高精度、智能化的產(chǎn)品，它逐漸成為了工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域的流量測(cè)量工具。

在全球范圍內(nèi)，浮子流量計(jì)的應(yīng)用數(shù)量占比相當(dāng)可觀。1985 年，英國(guó)對(duì) 72 家企業(yè)的 17000 臺(tái)流量?jī)x表展開(kāi)抽樣調(diào)查，結(jié)果顯示浮子流量計(jì)的占比達(dá)到了 19.2%。而在我國(guó)，1996 年浮子流量計(jì)的產(chǎn)量預(yù)估處于 15 萬(wàn)至 17 萬(wàn)臺(tái)之間，其中玻璃管浮子流量計(jì)約占 95%。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提升，對(duì)浮子流量計(jì)的需求也在持續(xù)增長(zhǎng)，產(chǎn)品種類日益豐富，技術(shù)水平逐漸向標(biāo)準(zhǔn)靠攏。

浮子流量計(jì)的流量檢測(cè)元件主要由一根自下往上逐漸擴(kuò)大的垂直錐形管，以及一個(gè)能夠沿著錐管軸上下移動(dòng)的浮子構(gòu)成。當(dāng)被測(cè)流體從下往上流經(jīng)錐管和浮子所形成的環(huán)隙時(shí)，浮子的上下端會(huì)產(chǎn)生壓力差，這個(gè)壓力差會(huì)形成一個(gè)推動(dòng)浮子上升的力。以常見(jiàn)的水在管道中流動(dòng)為例，當(dāng)水流通過(guò)浮子與錐形管的間隙時(shí)，浮子下方的水壓明顯大于上方，這種壓力差就會(huì)驅(qū)使浮子向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這個(gè)上升力大于浸在流體中浮子自身的重量時(shí)，浮子便開(kāi)始上升，此時(shí)環(huán)隙面積會(huì)隨之增大，環(huán)隙處的流體流速會(huì)立刻下降，浮子上下端的差壓也會(huì)隨之降低，作用于浮子的上升力同樣減小，直至上升力與浸在流體中浮子的重量達(dá)到平衡，浮子就會(huì)穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中的高度與通過(guò)的流量之間存在著明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)預(yù)先標(biāo)定好的刻度，操作人員便能夠直觀地讀取流量數(shù)值。并且，隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展，一些高精度的浮子流量計(jì)還能夠?qū)⒏∽拥奈恢眯畔⑥D(zhuǎn)化為電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與監(jiān)控。

口徑在 15 - 40mm 的透明錐形管浮子流量計(jì)，其典型結(jié)構(gòu)中，透明錐形管通常是硼硅玻璃制成，也就是我們通常所說(shuō)的玻璃管浮子流量計(jì)。這類流量計(jì)的流量分度方式多樣，有的直接將刻度刻在錐管外壁，方便現(xiàn)場(chǎng)工作人員直接讀數(shù)；也有的在錐管旁另外安裝分度標(biāo)尺，使得讀數(shù)更加清晰、準(zhǔn)確。錐管內(nèi)腔主要有圓錐體平滑面和帶導(dǎo)向棱筋（或平面）這兩種類型。浮子在錐管內(nèi)既可以自由移動(dòng)，也可以在錐管棱筋的導(dǎo)向下移動(dòng)。對(duì)于較大口徑平滑面內(nèi)壁的儀表，有的還采用導(dǎo)桿導(dǎo)向，以此確保浮子在測(cè)量過(guò)程中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，有效避免因流體波動(dòng)等因素導(dǎo)致浮子晃動(dòng)，進(jìn)而影響測(cè)量精度。玻璃管浮子流量計(jì)憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、讀數(shù)直觀等優(yōu)點(diǎn)，在一些對(duì)精度要求不是特別高、測(cè)量環(huán)境較為安全的場(chǎng)合，如實(shí)驗(yàn)室小型液體流量測(cè)量、普通工業(yè)用水流量監(jiān)測(cè)等，得到了廣泛應(yīng)用。

典型結(jié)構(gòu)通常適用于口徑 15 - 40mm 以上的儀表。錐管和浮子共同構(gòu)成了流量檢測(cè)元件。套管內(nèi)有導(dǎo)桿的延伸部分，通過(guò)磁鋼耦合等先進(jìn)方式，將浮子的位移傳遞給套管外的轉(zhuǎn)換部分。轉(zhuǎn)換部分主要有就地指示和遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出這兩大類型。除了常見(jiàn)的直角安裝方式的結(jié)構(gòu)，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 。金屬管浮子流量計(jì)由于采用金屬材質(zhì)，使其具備更強(qiáng)的抗壓、耐高溫能力，能夠適用于一些對(duì)環(huán)境要求極為苛刻的工業(yè)場(chǎng)景，如石油化工行業(yè)中的高溫高壓液體流量測(cè)量、熱電廠中的高溫蒸汽流量監(jiān)測(cè)等。而且，金屬管浮子流量計(jì)在防護(hù)等級(jí)、抗震性能等方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

可分為透明錐形管和金屬錐形管。透明錐形管材料大多采用玻璃，也有部分使用透明工程塑料，如聚苯乙烯、聚碳酸酯、有機(jī)玻璃等制成。玻璃管具有良好的透明度，便于操作人員清晰觀察浮子位置和流量變化情況，但無(wú)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的玻璃管儀表在測(cè)量氣體時(shí)，若操作不當(dāng)容易發(fā)生擊碎現(xiàn)象；而工程塑料材質(zhì)則具有不易擊碎的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)重量較輕，成本相對(duì)較低，在一些對(duì)安全性要求較高、測(cè)量精度要求適中的場(chǎng)合，如食品飲料行業(yè)的液體流量測(cè)量，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。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，能夠用于更高的介質(zhì)溫度和壓力環(huán)境，并且不存在玻璃管被擊碎的風(fēng)險(xiǎn)，特別適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕性等惡劣工況，如化工原料生產(chǎn)、污水處理等行業(yè)。

分為就地指示型和遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型。就地指示型中，有些透明管浮子流量計(jì)以就地指示為主，同時(shí)裝有接近開(kāi)關(guān)，能夠作為流量上下限報(bào)警信號(hào)輸出。當(dāng)流量超過(guò)或低于設(shè)定的閾值時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒操作人員及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。有些就地指示型金屬管浮子流量計(jì)外形與遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型相同，只是將浮子位移通過(guò)磁耦合傳出，經(jīng)過(guò)連桿凸輪等線性化機(jī)構(gòu)處理后進(jìn)行就地指示。遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出型儀表的轉(zhuǎn)換部分會(huì)將浮子位移量轉(zhuǎn)換成電流或氣壓模擬量信號(hào)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)。這兩種遠(yuǎn)傳型流量計(jì)便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化控制，在大型工業(yè)生產(chǎn)線上，如汽車制造、鋼鐵冶煉等行業(yè)，能夠通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)時(shí)掌握流量數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

分為液體用、氣體用和蒸汽用 3 種。實(shí)際上，多數(shù)浮子流量計(jì)同一儀表對(duì)于液體和氣體都能進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)具有通用性。不過(guò)，我國(guó)浮子流量計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)流量上限有著明確要求，為液體設(shè)計(jì)的儀表用于氣體時(shí)往往不符合要求，因此需要為氣體另行設(shè)計(jì)浮子和錐管，從而分成了液體和氣體兩種系列。測(cè)量蒸汽時(shí)，只能使用專門設(shè)計(jì)的金屬管浮子流量計(jì)，或者在標(biāo)準(zhǔn)型儀表上加裝附加構(gòu)件，以適應(yīng)蒸汽的高溫、高壓特性，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在熱電廠的蒸汽流量測(cè)量中，就需要使用經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的金屬管浮子流量計(jì)，以滿足高溫、高壓蒸汽的測(cè)量需求。

分為全流型和分流型。全流型是指被測(cè)流體全部流過(guò)浮子流量計(jì)；分流型則只有部分被測(cè)流體流過(guò)浮子等流量檢測(cè)部分，它由裝載在主管道上的標(biāo)準(zhǔn)孔板（或均速管）和較小口徑浮子流量計(jì)組合而成，適用于管徑大于 200mm 的較大口徑流量且只需就地指示的場(chǎng)所，價(jià)格較為低廉 。分流型浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)上又分為分離型和一體型兩種。分離型便于安裝和維護(hù)，可根據(jù)實(shí)際需求靈活組合，在一些需要經(jīng)常對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢修、更換部件的場(chǎng)合具有優(yōu)勢(shì)；一體型則結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，安裝更為簡(jiǎn)便，適合在空間有限的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，如小型工廠的管道流量測(cè)量。

適用于小管徑和低流速的情況。常用儀表口徑在 40 - 50mm 以下，最小口徑能做到 1.5 - 4mm ，可測(cè)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)滿度流量時(shí)，流速僅在 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)流速稍高，在 0.5 - 1.5m/s 之間。在一些實(shí)驗(yàn)室微小流量測(cè)量、小型管道流體監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景中，浮子流量計(jì)能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提供準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。比如在生物制藥實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)各種試劑的微量流量測(cè)量有所要求，浮子流量計(jì)能夠滿足這種高精度、小流量的測(cè)量需求。

可用于較低雷諾數(shù)，選用對(duì)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)變化時(shí)流量系數(shù)就能保持常數(shù)，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)流差壓式儀表雷諾數(shù)的要求。在測(cè)量一些高粘度流體時(shí)，浮子流量計(jì)依然能夠穩(wěn)定工作，保證測(cè)量精度，而其他類型的流量計(jì)可能會(huì)受到粘度影響而產(chǎn)生較大誤差。例如在油漆生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)高粘度的油漆原料進(jìn)行流量測(cè)量，浮子流量計(jì)就能夠準(zhǔn)確測(cè)量，確保生產(chǎn)配方的準(zhǔn)確性。

大部分浮子流量計(jì)對(duì)上游直管段沒(méi)有要求，或者要求不高。相比其他一些需要較長(zhǎng)上游直管段來(lái)穩(wěn)定流場(chǎng)的流量計(jì)，浮子流量計(jì)在安裝上更加靈活方便，可節(jié)省管道安裝空間和成本，尤其適用于一些空間有限的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在一些老舊工廠的管道改造項(xiàng)目中，由于空間受限，浮子流量計(jì)的這一優(yōu)勢(shì)就能夠得到充分體現(xiàn)，降低了改造難度和成本。

有較寬的流量范圍度，一般為 10:1，可以做到 5:1，最高 25:1 ，流量檢測(cè)元件的輸出接近線性，壓力損失較低。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠滿足不同流量范圍的測(cè)量需求，并且線性輸出特性便于數(shù)據(jù)處理和分析，較低的壓力損失也減少了能源消耗，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。例如在城市供水系統(tǒng)中，不同時(shí)段的用水量差異較大，浮子流量計(jì)能夠在寬流量范圍內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量，為供水調(diào)度提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

玻璃管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，現(xiàn)場(chǎng)指示流量使用方便，但有玻璃管易碎的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是無(wú)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)浮子用于氣體時(shí)；金屬管浮子流量計(jì)沒(méi)有錐管破裂的風(fēng)險(xiǎn)，使用溫度和壓力范圍比玻璃管浮子流量計(jì)更寬。在一些對(duì)成本敏感且使用環(huán)境較為安全的場(chǎng)合，玻璃管浮子流量計(jì)是不錯(cuò)的選擇；而在高溫、高壓、高振動(dòng)等惡劣環(huán)境下，金屬管浮子流量計(jì)則更具優(yōu)勢(shì)。比如在普通居民小區(qū)的自來(lái)水流量監(jiān)測(cè)中，玻璃管浮子流量計(jì)成本低、安裝方便；而在石油開(kāi)采的井下作業(yè)中，金屬管浮子流量計(jì)能夠適應(yīng)高溫、高壓、高振動(dòng)的惡劣環(huán)境。

大部分結(jié)構(gòu)的浮子流量計(jì)只能用于自下向上垂直流的管道安裝，且應(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)最大口徑 100mm，金屬管浮子流量計(jì)為 150mm，更大管徑只能用分流型儀表。在管道設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，需要充分考慮浮子流量計(jì)的這一特性，合理選擇安裝位置和流量計(jì)類型。在大型市政工程的大管徑供水管道中，就需要使用分流型浮子流量計(jì)來(lái)滿足流量測(cè)量需求。

當(dāng)使用流體和出廠標(biāo)定流體不同時(shí)，要對(duì)流量示值進(jìn)行修正。液體用浮子流量計(jì)通常以水標(biāo)定，氣體用空氣標(biāo)定，若實(shí)際使用流體密度、粘度與之不同，流量就會(huì)偏離原分度值，需要換算修正。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量流體的特性，查閱相關(guān)的修正系數(shù)表或使用專業(yè)的計(jì)算軟件進(jìn)行修正，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如在化工生產(chǎn)中，使用不同密度和粘度的化工原料時(shí)，就需要對(duì)浮子流量計(jì)的示值進(jìn)行準(zhǔn)確修正，保證生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

主要測(cè)量對(duì)象是單相液體或氣體，液體中含有微粒固體或氣體中含有液滴通常不適用，因?yàn)楦∽釉谝毫髦懈街⒘；蛭⑿馀輹?huì)影響測(cè)量值。例如在測(cè)量含有雜質(zhì)的污水時(shí)，浮子可能會(huì)被雜質(zhì)卡住或表面附著雜質(zhì)，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確；在測(cè)量含有水霧的氣體時(shí)，水霧會(huì)在浮子表面凝結(jié)，影響浮子的正常運(yùn)動(dòng)和測(cè)量精度。在污水處理廠的污水流量測(cè)量中，如果污水中雜質(zhì)較多，就不適合使用浮子流量計(jì)，而應(yīng)選擇其他更合適的流量計(jì)。

如果只需要現(xiàn)場(chǎng)指示，首先考慮價(jià)格便宜的玻璃管浮子流量計(jì)，要是溫度、壓力條件不滿足，就選用就地指示金屬管浮子流量計(jì)。玻璃管浮子流量計(jì)應(yīng)選擇帶有透明防護(hù)罩的，用于氣體時(shí)要選用導(dǎo)桿或帶棱筋導(dǎo)向的儀表，以提高其安全性和穩(wěn)定性。如果需要遠(yuǎn)傳輸出信號(hào)作總量積算或流量控制，一般選用電信號(hào)輸出的金屬管浮子流量計(jì)。要是環(huán)境氣氛有防爆要求，且現(xiàn)場(chǎng)有控制儀表用氣源，優(yōu)先考慮氣遠(yuǎn)傳金屬浮子流量計(jì)，若選用電遠(yuǎn)傳儀表則必須是防爆型。在化工生產(chǎn)車間等易燃易爆環(huán)境中，氣遠(yuǎn)傳金屬浮子流量計(jì)能夠確保在安全的前提下實(shí)現(xiàn)流量的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。在煉油廠的生產(chǎn)區(qū)域，就需要使用符合防爆要求的氣遠(yuǎn)傳金屬浮子流量計(jì)來(lái)測(cè)量各種易燃易爆氣體的流量。

測(cè)量不透明液體時(shí)，選擇金屬管浮子流量計(jì)較為常見(jiàn)，也可選擇帶棱筋錐形管的玻璃管浮子流量計(jì)。測(cè)量溫度高于環(huán)境溫度的高粘度液體和降溫易析出結(jié)晶或易凝固的液體，應(yīng)選用帶夾套的金屬管浮子流量計(jì)，通過(guò)夾套中的加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)，保持被測(cè)液體的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。在石油開(kāi)采和輸送過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到高粘度原油，帶夾套的金屬管浮子流量計(jì)能夠有效應(yīng)對(duì)這種情況。在油田的原油輸送管道中，帶夾套的金屬管浮子流量計(jì)可以通過(guò)加熱介質(zhì)保持原油的流動(dòng)性，準(zhǔn)確測(cè)量原油流量。