浮子流量计的工作原理

浮子流量汁(又称转子流量计)是一种传统的可变面积式流量测量装置，当流量发生改变时浮子在垂直锥形管内上下移动时，锥管和浮子之间形成的环行流通面积发生改变，它是以此原理实现对流量测量的体积式流量仪表。由于它具有机械结构简单，加工方便，工作稳定、可靠性高及压力损小等优点，尤其是可以测量低雷诺书小流量介质的特点，所以在气体、液体的流量测量和自动控制系统中被广泛应用。

 

金属锥管浮子流量计在浮子流量计中具有使用温度和压力范围宽的优势，得到越来越多的重视。因此研究如何提高浮子流量计的测量精度和提高浮子流量计对环境的适应性对于金属管浮子流量计的广泛使用具有重要的意义。锥管浮子流量计由～个锥形管和一个可以在锥管中上下浮动的浮子构成，结构如图1所示。底部通常和垂直管段的法兰连接，流体白下而上地流过流量计，使浮子上下运动。流体的流向一般是自下而上，当流经浮子和锥管时，流体被浮子截流，浮子上、下游之间受到的压力不同，浮子上下截面将产生压力差，这时浮子受到以下三种力：流体对浮子的压力、浮子在流体中的浮力和重力。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。通过确定浮子的悬浮位置就可以得到此时的流量，所以浮子j悬浮的高度h与通过流量计的流量之间成单值函数关系。

 

从浮子流量计的工作原理可以看出，介质应自下而上流动，不能水平安装。但有许多工业现场受空问限制，必须水平安装。通过单独设计水平式浮子流量计，由于在很短的距离内实现流速方向的改变，必然造成流场的畸变，严重影响测量精度，如何提高其测量精度成为当前的难题，所以本文将对如何矫正流场，提高浮子受力平衡度，提高测量不确定度方面进行研究。

所以，可以通过浮子的位置直接读出流量计的流量值，或通过远传信号将其传送给二次仪表显示和记录，作为工业控制的流量变送器，实现流量监测的异地监控。

 

浮子流量变送器作为流程控制中的流量测控传感器部分，在整个监测控制系统tp至观重要的作用，它的测量精度决定了数据的采集和处理的是否准确和有效，图1-2给出包含浮子流量计作的测控系统示意图。

 

经典的浮子流量计是由浮子流量传感器部分、位移一角度转换机构部分以及信息转换处理部分三个单元组成， 图1-3给出了其机构示意图。在流体测量中，被测介质流经传感器的向上扩张的锥管时，浮子上下截面受到压差阻力增大而向上移动，当受到的浮力、重力和压差阻力达到平衡时悬浮在一定的高度，浮子的高度通常通过非接触式的位移一角度转换部分测量得到，通过信息处理单元对角度和位移进行转换计量，这样就可以根据浮子高度和流量之间函数关系通过计算得到被测介质的流量。所以准确的角度一位移计算是决定整个浮予流量计测量精度和稳定性的核心。浮子流量传感器在结构形式上有锥管一浮子和孔板一直管浮子两种形式，可见，流量传感器的结构是否合理，位移测量的精度决定着流量计的测量精度。

 

从以上原理分析可知，浮子的高度检测是通过机电转换单元精确测量悬浮在锥形管中的位置，通常通过磁钢耦合，带动机械摆杆转动，使角位移传感器角度发生变化，输出电信号，通过对信号进行处理，进而换算处实际流量。浮子位置随流量变化频繁运动，可见该机电转换单元必须非接触式的，机械磨损小，工作可靠稳定，温度特性好，线性度较高的才能保证输出的精度。所以传感器性能的提高意味着金属管浮子流量计精度的提高。工况条件放宽，使浮子流量计能在更广泛的工作环境中得到应用。所以本文将对如何提高角度位移测量精度和环境适应性进行研究，如何提高测量的精度?

 

在实际的工业应用过程中，被测量和控制对象在流体特性和安装工况条件差异性，所以有必要对影响浮子流量传感器测量精度的因素和影响规律进行深入研究，通过研究进而对浮子流量计在提高测量精度的本身结构优化、安装条件改进、智能信息处理系统优化等方面研究。例如：研究浮子前端流场分布对浮子流量传感器测量的影响，并通过矫正流场分布减少流场扰动对测量的影响；改进测量数学模型，提高信息处理单元的环境适应能力；这些研究对于提高浮子流量仪表的测量精确度和扩大适用范围，有着十分重要的意义。