浮子流量計的工作原理

浮子流量汁(又稱轉(zhuǎn)子流量計)是一種傳統(tǒng)的可變面積式流量測量裝置，當(dāng)流量發(fā)生改變時浮子在垂直錐形管內(nèi)上下移動時，錐管和浮子之間形成的環(huán)行流通面積發(fā)生改變，它是以此原理實現(xiàn)對流量測量的體積式流量儀表。由于它具有機械結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作穩(wěn)定、可靠性高及壓力損小等優(yōu)點，尤其是可以測量低雷諾書小流量介質(zhì)的特點，所以在氣體、液體的流量測量和自動控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

 

金屬錐管浮子流量計在浮子流量計中具有使用溫度和壓力范圍寬的優(yōu)勢，得到越來越多的重視。因此研究如何提高浮子流量計的測量精度和提高浮子流量計對環(huán)境的適應(yīng)性對于金屬管浮子流量計的廣泛使用具有重要的意義。錐管浮子流量計由～個錐形管和一個可以在錐管中上下浮動的浮子構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。底部通常和垂直管段的法蘭連接，流體白下而上地流過流量計，使浮子上下運動。流體的流向一般是自下而上，當(dāng)流經(jīng)浮子和錐管時，流體被浮子截流，浮子上、下游之間受到的壓力不同，浮子上下截面將產(chǎn)生壓力差，這時浮子受到以下三種力：流體對浮子的壓力、浮子在流體中的浮力和重力。當(dāng)流體對浮子的動壓力與浮子在流體中所受的浮力之和等于浮子的重力時，浮子就平穩(wěn)地浮在某一位置上。通過確定浮子的懸浮位置就可以得到此時的流量，所以浮子j懸浮的高度h與通過流量計的流量之間成單值函數(shù)關(guān)系。

 

從浮子流量計的工作原理可以看出，介質(zhì)應(yīng)自下而上流動，不能水平安裝。但有許多工業(yè)現(xiàn)場受空問限制，必須水平安裝。通過單獨設(shè)計水平式浮子流量計，由于在很短的距離內(nèi)實現(xiàn)流速方向的改變，必然造成流場的畸變，嚴重影響測量精度，如何提高其測量精度成為當(dāng)前的難題，所以本文將對如何矯正流場，提高浮子受力平衡度，提高測量不確定度方面進行研究。

所以，可以通過浮子的位置直接讀出流量計的流量值，或通過遠傳信號將其傳送給二次儀表顯示和記錄，作為工業(yè)控制的流量變送器，實現(xiàn)流量監(jiān)測的異地監(jiān)控。

 

浮子流量變送器作為流程控制中的流量測控傳感器部分，在整個監(jiān)測控制系統(tǒng)tp至觀重要的作用，它的測量精度決定了數(shù)據(jù)的采集和處理的是否準(zhǔn)確和有效，圖1-2給出包含浮子流量計作的測控系統(tǒng)示意圖。

 

經(jīng)典的浮子流量計是由浮子流量傳感器部分、位移一角度轉(zhuǎn)換機構(gòu)部分以及信息轉(zhuǎn)換處理部分三個單元組成， 圖1-3給出了其機構(gòu)示意圖。在流體測量中，被測介質(zhì)流經(jīng)傳感器的向上擴張的錐管時，浮子上下截面受到壓差阻力增大而向上移動，當(dāng)受到的浮力、重力和壓差阻力達到平衡時懸浮在一定的高度，浮子的高度通常通過非接觸式的位移一角度轉(zhuǎn)換部分測量得到，通過信息處理單元對角度和位移進行轉(zhuǎn)換計量，這樣就可以根據(jù)浮子高度和流量之間函數(shù)關(guān)系通過計算得到被測介質(zhì)的流量。所以準(zhǔn)確的角度一位移計算是決定整個浮予流量計測量精度和穩(wěn)定性的核心。浮子流量傳感器在結(jié)構(gòu)形式上有錐管一浮子和孔板一直管浮子兩種形式，可見，流量傳感器的結(jié)構(gòu)是否合理，位移測量的精度決定著流量計的測量精度。

 

從以上原理分析可知，浮子的高度檢測是通過機電轉(zhuǎn)換單元精確測量懸浮在錐形管中的位置，通常通過磁鋼耦合，帶動機械擺桿轉(zhuǎn)動，使角位移傳感器角度發(fā)生變化，輸出電信號，通過對信號進行處理，進而換算處實際流量。浮子位置隨流量變化頻繁運動，可見該機電轉(zhuǎn)換單元必須非接觸式的，機械磨損小，工作可靠穩(wěn)定，溫度特性好，線性度較高的才能保證輸出的精度。所以傳感器性能的提高意味著金屬管浮子流量計精度的提高。工況條件放寬，使浮子流量計能在更廣泛的工作環(huán)境中得到應(yīng)用。所以本文將對如何提高角度位移測量精度和環(huán)境適應(yīng)性進行研究，如何提高測量的精度?

 

在實際的工業(yè)應(yīng)用過程中，被測量和控制對象在流體特性和安裝工況條件差異性，所以有必要對影響浮子流量傳感器測量精度的因素和影響規(guī)律進行深入研究，通過研究進而對浮子流量計在提高測量精度的本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、安裝條件改進、智能信息處理系統(tǒng)優(yōu)化等方面研究。例如：研究浮子前端流場分布對浮子流量傳感器測量的影響，并通過矯正流場分布減少流場擾動對測量的影響；改進測量數(shù)學(xué)模型，提高信息處理單元的環(huán)境適應(yīng)能力；這些研究對于提高浮子流量儀表的測量精確度和擴大適用范圍，有著十分重要的意義。