浮子流量計的工作原理

浮子流量汁(又稱(chēng)轉子流量計)是一種傳統的可變面積式流量測量裝置，當流量發(fā)生改變時(shí)浮子在垂直錐形管內上下移動(dòng)時(shí)，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(shí)現對流量測量的體積式流量?jì)x表。由于它具有機械結構簡(jiǎn)單，加工方便，工作穩定、可靠性高及壓力損小等優(yōu)點(diǎn)，尤其是可以測量低雷諾書(shū)小流量介質(zhì)的特點(diǎn)，所以在氣體、液體的流量測量和自動(dòng)控制系統中被廣泛應用。

 

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(lái)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(gè)錐形管和一個(gè)可以在錐管中上下浮動(dòng)的浮子構成，結構如圖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(guò)流量計，使浮子上下運動(dòng)。流體的流向一般是自下而上，當流經(jīng)浮子和錐管時(shí)，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(shí)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。當流體對浮子的動(dòng)壓力與浮子在流體中所受的浮力之和等于浮子的重力時(shí)，浮子就平穩地浮在某一位置上。通過(guò)確定浮子的懸浮位置就可以得到此時(shí)的流量，所以浮子j懸浮的高度h與通過(guò)流量計的流量之間成單值函數關(guān)系。

 

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

所以，可以通過(guò)浮子的位置直接讀出流量計的流量值，或通過(guò)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(shí)現流量監測的異地監控。

 

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(gè)監測控制系統tp至觀(guān)重要的作用，它的測量精度決定了數據的采集和處理的是否準確和有效，圖1-2給出包含浮子流量計作的測控系統示意圖。

 

經(jīng)典的浮子流量計是由浮子流量傳感器部分、位移一角度轉換機構部分以及信息轉換處理部分三個(gè)單元組成， 圖1-3給出了其機構示意圖。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(shí)，浮子上下截面受到壓差阻力增大而向上移動(dòng)，當受到的浮力、重力和壓差阻力達到平衡時(shí)懸浮在一定的高度，浮子的高度通常通過(guò)非接觸式的位移一角度轉換部分測量得到，通過(guò)信息處理單元對角度和位移進(jìn)行轉換計量，這樣就可以根據浮子高度和流量之間函數關(guān)系通過(guò)計算得到被測介質(zhì)的流量。所以準確的角度一位移計算是決定整個(gè)浮予流量計測量精度和穩定性的核心。浮子流量傳感器在結構形式上有錐管一浮子和孔板一直管浮子兩種形式，可見(jiàn)，流量傳感器的結構是否合理，位移測量的精度決定著(zhù)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(guò)機電轉換單元精確測量懸浮在錐形管中的位置，通常通過(guò)磁鋼耦合，帶動(dòng)機械擺桿轉動(dòng)，使角位移傳感器角度發(fā)生變化，輸出電信號，通過(guò)對信號進(jìn)行處理，進(jìn)而換算處實(shí)際流量。浮子位置隨流量變化頻繁運動(dòng)，可見(jiàn)該機電轉換單元必須非接觸式的，機械磨損小，工作可靠穩定，溫度特性好，線(xiàn)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(zhù)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)境適應性進(jìn)行研究，如何提高測量的精度?

 

在實(shí)際的工業(yè)應用過(guò)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律進(jìn)行深入研究，通過(guò)研究進(jìn)而對浮子流量計在提高測量精度的本身結構優(yōu)化、安裝條件改進(jìn)、智能信息處理系統優(yōu)化等方面研究。例如：研究浮子前端流場(chǎng)分布對浮子流量傳感器測量的影響，并通過(guò)矯正流場(chǎng)分布減少流場(chǎng)擾動(dòng)對測量的影響；改進(jìn)測量數學(xué)模型，提高信息處理單元的環(huán)境適應能力；這些研究對于提高浮子流量?jì)x表的測量精確度和擴大適用范圍，有著(zhù)十分重要的意義。