浮子流量計(jì)的工作原理

浮子流量汁(又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì))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(shí)浮子在垂直錐形管內(nèi)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(xiàn)對(duì)流量測量的體積式流量儀表。由于它具有機(jī)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(diǎn)，尤其是可以測量低雷諾書小流量介質(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(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

 

金屬錐管浮子流量計(jì)在浮子流量計(jì)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(jì)的測量精度和提高浮子流量計(jì)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性對(duì)于金屬管浮子流量計(jì)的廣泛使用具有重要的意義。錐管浮子流量計(jì)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(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(jì)，使浮子上下運(yùn)動(dòng)。流體的流向一般是自下而上，當(dāng)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(duì)浮子的壓力、浮子在流體中的浮力和重力。當(dāng)流體對(duì)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(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(shí)的流量，所以浮子j懸浮的高度h與通過流量計(jì)的流量之間成單值函數(shù)關(guān)系。

 

從浮子流量計(jì)的工作原理可以看出，介質(zhì)應(yīng)自下而上流動(dòng)，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(dú)設(shè)計(jì)水平式浮子流量計(jì)，由于在很短的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)流速方向的改變，必然造成流場的畸變，嚴(yán)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(duì)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(jìn)行研究。

所以，可以通過浮子的位置直接讀出流量計(jì)的流量值，或通過遠(yuǎn)傳信號(hào)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(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(gè)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(jì)作的測控系統(tǒng)示意圖。

 

經(jīng)典的浮子流量計(jì)是由浮子流量傳感器部分、位移一角度轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)部分以及信息轉(zhuǎn)換處理部分三個(gè)單元組成， 圖1-3給出了其機(jī)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(kuò)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(dāng)受到的浮力、重力和壓差阻力達(dá)到平衡時(shí)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(duì)角度和位移進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)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(jì)算得到被測介質(zhì)的流量。所以準(zhǔn)確的角度一位移計(jì)算是決定整個(gè)浮予流量計(jì)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(jì)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(jī)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(dòng)機(jī)械擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，使角位移傳感器角度發(fā)生變化，輸出電信號(hào)，通過對(duì)信號(hào)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(yùn)動(dòng)，可見該機(jī)電轉(zhuǎn)換單元必須非接觸式的，機(jī)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(jì)精度的提高。工況條件放寬，使浮子流量計(jì)能在更廣泛的工作環(huán)境中得到應(yīng)用。所以本文將對(duì)如何提高角度位移測量精度和環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行研究，如何提高測量的精度?

 

在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用過程中，被測量和控制對(duì)象在流體特性和安裝工況條件差異性，所以有必要對(duì)影響浮子流量傳感器測量精度的因素和影響規(guī)律進(jìn)行深入研究，通過研究進(jìn)而對(duì)浮子流量計(jì)在提高測量精度的本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化、安裝條件改進(jìn)、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(duì)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(dòng)對(duì)測量的影響；改進(jìn)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(duì)于提高浮子流量儀表的測量精確度和擴(kuò)大適用范圍，有著十分重要的意義。