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金属管浮子流量计的测量原理及应用


科技创新导报

2008  NO.02 Science and Technology Innovation Herald

工 业 技 术

金属管浮子流量计的测量原理及应用
庞建华 (开封仪表有限公司  河南开封  475002) 摘  要: 简要介绍金属管浮子流量计在流量测量时的工作原理, 并给出了流量计算

公式的推导及应用。 关键词:金属管浮子流量计  浮子  锥管  计算公式 中图分类号:F407.9 文献标识码: A 文章编号:1674-098x(2008)01(b)-0086-02

在流量测量中,金属管浮子流量计是量大 面广的产品之一。它具有结构简单、直观、压 损小、测量范围大、运行可靠、可测中小流量 及低雷诺数流量、维护方便、寿命长,对仪表 前后直管段长度要求不高等优点。多年来,金 属管浮子流量计的各种优良性能和可靠性,以 及较好的性能价格比, 广泛受到了石化、钢 铁、电力、冶金、轻工、食品、制药、水处理 等行业的青睐。

1 原理
浮子流量计又称转子流量计,是变面积式 流量计的一种。浮子流量计实现流量测量的 理论基础是“定压将,变面积“原理。在流动 的流体中放置一个轴线与流向平行的浮子,见 图 1。 浮子流量计本体可以用两端法兰、螺纹 或软管与测量管道连接。当流体自下而上流 入锥管时, 被浮子截流, 这样在浮子上、下游 之间产生压力差, 浮子在压力差的作用下上 升, 这时作用在浮子上的力有三个: 流体对浮 子的动压力、浮子在流体中的浮力和浮子自 身的重力。只有当流体对浮子的动压力与浮 子在流体中所受的浮力之和等于浮子的重力 时, 浮子就平稳地浮在某一位置上。 大量实验证明, 在一定雷诺数的范围内, 对于同一口径浮子流量计,流体流速的大小与 浮子的形状有关。对于给定的浮子流量计,浮 子大小和形状已经确定,因此它在流体中的浮 力和自身重力都是已知是常量,唯有流体对浮 子的动压力是随来流流速的大小而变化的。 因此当来流流速变大或变小时,浮子将作向上 或向下的移动,相应位置的流动截面积也发生 变化, 流动截面积与浮子的上升高度成比例, 即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上 下移动时,以磁耦合的形式将位置传递到外部

指示器, 直到流速变成平衡时对应的速度, 浮 子就在新的位置上稳定。对于一台给定的浮 子流量计,浮子在测量管中的位置与流体流经 测量管的流量的大小成一一对应关系。 为了使浮子在形管的中心线上下移动时 不碰到管壁, 通常采用两种方法: 一种是在浮 子中心装有一根导向芯棒,以保持浮子在锥形 管的中心线作上下运动,另一种是在浮子圆盘 边缘开有一道道斜槽,当流体自下而上流过浮 子时, 一面绕过浮子, 同时又穿过斜槽产生一 反推力, 使浮子绕中心线不停地旋转, 就可保 持浮子在工作时不致碰到管壁。浮子流量计 的浮子材料可用不锈钢、钛、3 1 6 L 等制成。

图 2  浮子流量计流量计算 在国内外都在积极研究浮子流量计的开发和 应用。浮子流量计的在应用时的流量计算如 图 2。 P 1 、P 2 ——端面Ⅰ、Ⅱ上的平均压力 V 1 、V 2 ——端面Ⅰ、Ⅱ上的平均流速 Z 1 、Z 2 ——端面Ⅰ、Ⅱ上距起始水平面 高度 F 1 ——端面Ⅰ的面积 f  k ——端面Ⅱ环隙面积 F ——浮子最大端面面积 ρ f ——浮子材料密度 ρ——流体介质密度 V ——浮子体积 h ——浮子位移 β——锥管半角 R ——浮子位移 h 处锥管半径 g ——当地重力加速度 r ——浮子最大半径 浮子流量计的理论方程式是根据伯努利 方程, 流体连续性方程以及力平衡的原理推 出。 根据伯努力方程有下式:          (1)

2 构成
浮子流量计是由浮子、锥管、检测器等 部件组成。浮子组件装有磁钢,其作用把是浮 子的位移信号以磁信号的形式传输给检测 器。检测器把这一检测到的信号再以电信号 的形式远距离传输, 并现场指示瞬时流量值。 浮子流量计具有小流量值、范围度大、 不用现场调试的特点。其结构简单、运动部 件磨损小、使用寿命长、压力损失小、安装方 便、维修量小、使用周期长、可远距离传输流 量信号,与计算机连用可实现集中管理。 但也存在不足, 如对于高黏度、大流 量、以及两相以上流体不能测量。

3 应用
由浮子流量计和流量显示仪两部分组成的 流量仪表,其显示仪为通用流量显示仪表。与 其它形式流量计比较,具有以下优点:流量计内 部可动部件较少、构造简单、使用寿命长;范 围度 10:1;从理论上说不需单独标定即可用于 流量测量;仪表输出电信号,易于实现数字化测 量及计算机联用; 测量准确度可达± 1 % 。现

若设 Z1≈Z2    (流量系数中予以修正) 则(1)式为                   (2)

根据流体力学方程有下式:        V 1F1=V 2f k               (3) 又根据浮子的力平衡原理有下式:     (P1-P2)F=V(ρ f- ρ)         (4) 有图 2 可知,F1 ≈ F,f  k << F 1 联立解(2)、 (3)、 (4)式可得       因此, 体积流量为:     1 浮子;2 锥管;3 刻度盘;4 指针;5 锚钢;6 平衡机构;7 凸轮;8 调整 件;9 角位移转换器;10 平衡锤;11 阻尼机构。 图 1  工作原理图 质量流量为:         (7)        (6)             (5)

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感冒解毒灵颗粒质量标准的研究
李震宇  史金华 (哈药集团中药二厂  黑龙江哈尔滨  150078) 摘  要: 为了更好的控制感冒解毒灵颗粒的质量。本文采用高效液相色谱法对橙皮苷进行含量测定。其平均回收率为 9 9 . 5 6 %   R S D 为 0 . 9 5 % 此方法不但简单、快速, 而对感冒解毒灵颗粒能进行有效的控制。 关键词:液相色谱  感冒解毒灵 中图分类号:TQ577.41 文献标识码: A 文章编号:1674-098x(2008)01(b)-0087-01

感冒解毒灵颗粒受载于《中华人民共和 国卫生部药品标准》中药成方制剂第十九 册,原标准只做定性鉴别,不能很好的控制其质 量。为了更好控制感冒解毒灵颗粒的质量, 本检测方法加入对橙皮苷含量测定。

2 方法与结果
2.1 溶液制备 2.1.1  对照品溶液制备 取对照品适量, 精密称定, 加甲醇制成每 1 m l 含 0 . 0 5 m g 的溶液。 2.1.2  供试品溶液制备 取感冒解毒灵颗粒 0 . 5 g , 精密称定, 置 2 5 m l 锥形瓶中, 加 2 5 m l 甲醇, 超声处理 30min,放冷,再称定重量,用甲醇补足减失重 量,用针筒过滤器(0.45 μ m)过滤,即得。 2.1.3  阴性液 在处方中除去陈皮药材,按方中比例和制 备工艺方法制成阴性制剂,用供试品溶液制备 的方法,制成阴性对照液,用以上选定的测试条 件进行吸收曲线的绘制,观察在与橙皮苷相同 的保留时间处是否存在吸收峰,结果表明:在选 定的条件下测得的阴性液吸收曲线在与橙皮苷 相同保留时间处不存在吸收峰,因此说明选定 的条件测定橙皮苷无干扰,具有专属性。 2.2 线性关系考察 取浓度为 0.05mg/ml 的橙皮苷对照品溶 液,进样 6,8,10,12,14,16,18 μ l,测定峰面

表 5  含量测定结果

1 仪器与试药
1.1 仪器 Waters 2695 高效液相色谱仪,Waters 2996 二极管陈列检测器,Millennium32色谱工 作站,恒温柱箱。 1.2 色谱条件 Y M C - P a c k   O D S - A   色谱柱( 1 5 0 × 4 . 6mm,5 μ m ) 流动相为甲醇— 1 %的冰乙酸溶 液(42:58),流速 1.0ml/min,柱温 30℃,检测 波长 283nm。 1.3 试药 甲醇为色谱纯,橙皮苷对照品(中国药品生 物制品检定所, 含量测定用, 批号 1 1 0 7 2 1 - 200512)。 供试品:感冒解毒灵颗粒  批号 060401 规格 5g/ 袋(哈药集团中药二厂生产)。

表 1  线性关系

积,以峰面积 A 对进样量 C(μ g)作线性回归, 得回归方程:A=0.00000055C-0.0061,r=0. 9999,线性关系良好,线性范围 0.3~0.9 μ g, 见表 1。 2.3 稳定性 精密量取感冒解毒灵颗粒(批号060401), 按供试品溶液的制备方法,制成溶液,每隔 2h 进样,每次 10 μ l,测定峰面积,计算 RSD= 0. 6%,供试品在 8h 内稳定,见表 2。 2.4 精密度 取 0 6 0 4 0 1 批号供试品溶液, 连续进样 6 次, 每次 1 0 μ l , 测定峰面积, 计算, R S D = 0 . 8%,见表 3。 2.5 重现性 取060401批号样品,按供试品溶液制备方 法,制成 6 份供试品溶液,进样 10 μ l,测定峰 面积, 计算橙皮苷含量,RSD=0.8%,见表 4。 2.6 回收率 精密称取已知含量(含量为 10.1ug/g)的 样品 6份,精密称定,精密加入橙皮苷对照品适 量,按供试品溶液的制备方法,制成溶液,进样 10 μ l,测定峰面积,计算含量,平均回收率为 99.56%,RSD 为 0.95%。

表 2  稳定性结果

3 含量测定
表 3  精密度结果 取3批样品,按供试品溶液的制备方法,制 成供试品溶液,与对照品溶液各进样 10 μ l, 测定峰面积,用外标法计算含量,结果见表 5。 结果表明,感冒解毒灵颗粒中检测橙皮苷 是可行的。由于试验过程的数据检测,将橙皮 苷苷含量定为不低于 2.0mg/g,本试验使用的 规格是 5g/ 袋的样品,那么该规格的感冒解毒 灵颗粒中的橙皮苷含量标准是不低于 5 × 2.0 = 1 0 . 0 m g / 袋。

表 4  重现性结果

其中: α—流量系数, 它是取决于浮子形 状、雷诺数以及上述各种标定条件的修正系 数, 由试验确定。 浮子流量计在应用中要保证其测量准确 度,就必须正确的安装使用: 浮子流量计安装地点选在无强电、磁场 干扰的环境;要求竖直安装、 倾斜度不大于2° , 无机械振动, 流体保持充满管道; 用于测量气 体时, 为使流量计稳定工作, 被测气体压力一 般应大于 0.1MPa;若被测气体较脏或含有导

磁颗粒时,应在流量计的上游安装过滤器或磁 过滤器。浮子流量计的口径与管道必须对应, 法兰之间的密封垫圈不得突入管内。

所青睐。展望未来, 浮子流量计趋向电子化 和数字化, 将为其开拓新的领域; 已逐步实现 累计流量显示、H A R T 通讯等多项功能。

4 结语
金属管浮子流量计作为过程控制仪表,可 以适应高温、高压、强腐蚀、剧毒等多种苛刻 环境, 较少的可动部件、便于维护, 解决了生 产中的许多难题。正确合理的设计,金属管浮 子流量计以其卓越的性能被越来越多的用户

参考文献
[1] 工业自动化仪表手册[M].机械工业出版 社,1987. [2] 王敬林. 工程流体力学[J].洛阳工学院, 1990.

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