采用磁平衡結(jié)構(gòu)的金屬管浮子流量計(jì)

欒曉東+++陳博宇+++沈峰+++宋丹+++王曉紅

摘 要：金屬管浮子流量計(jì)是一種用于測(cè)量小流量、低雷諾數(shù)流量的測(cè)量，現(xiàn)有的DN15口徑以下的金屬管浮子流量計(jì)測(cè)量精度低，為了使儀表測(cè)量的精度更高，我們?cè)诮饘俟芨∽恿髁坑?jì)上安裝了一種磁平衡結(jié)構(gòu)的裝置，提高儀表的檢測(cè)精度。

關(guān)鍵詞：金屬管浮子流量計(jì)；磁耦合；磁平衡

1概述

金屬管浮子流量計(jì)又可稱為可變面積式流量計(jì)，它是一種常用的檢測(cè)小流量、低流速流量檢測(cè)儀表，具有壓損小、檢測(cè)范圍大（量程比10：1）、使用方便、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。金屬管浮子流量計(jì)有就地顯示型和智能遠(yuǎn)傳型兩種，帶有指針顯示，LCD顯示瞬時(shí)流量，累積流量，標(biāo)準(zhǔn)的二線制4-20mA加載HART通信協(xié)議，還可帶報(bào)警輸出，累積脈沖輸出等多種形式，為用戶提供了非常廣闊的選擇空間。多年以來(lái)金屬管流量計(jì)的憑借著各種優(yōu)良性能和可靠性，以及較好的性價(jià)比廣泛受到了石油、化工、鋼鐵、電力、冶金、飲料、環(huán)保等行業(yè)的青睞。

2 工作原理

被測(cè)介質(zhì)自下而上經(jīng)測(cè)量管流動(dòng)時(shí)浮子的上下端產(chǎn)生差壓形成向上的升力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量，浮子便上升，環(huán)隙面積就隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低，作用于浮子的上升力亦隨著減少，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時(shí)，這是金屬管浮子流量計(jì)內(nèi)的浮子處于一個(gè)相對(duì)失重的狀態(tài)，浮子便隨著介質(zhì)流速的大小（也就是流量計(jì)的流量大?。┓€(wěn)定在某一高度。浮子位置的高低即對(duì)應(yīng)著被測(cè)介質(zhì)流量的大小。浮子內(nèi)置磁鋼，在浮子隨介質(zhì)上下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)指示器內(nèi)指針軸上磁鋼旋轉(zhuǎn)，指針指示的儀表盤的讀數(shù)就是流量計(jì)測(cè)量的瞬時(shí)流量，指針軸上安裝遠(yuǎn)傳用的磁鋼，通過(guò)霍爾元件檢測(cè)磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)的位置變化，通過(guò)線路板轉(zhuǎn)換輸出工業(yè)控制用的4～20mA信號(hào)，并對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行累積，儀表通過(guò)LCD顯示瞬時(shí)和累計(jì)流量。

目前市場(chǎng)上生產(chǎn)的金屬管浮子流量計(jì)，均采用磁耦合原理來(lái)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，金屬管浮子流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量管內(nèi)的浮子（內(nèi)置磁鋼）與變送器內(nèi)磁鋼相耦合，將垂直的位移通過(guò)指針軸上的圓形磁鋼轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)位移。當(dāng)測(cè)量管內(nèi)浮子（內(nèi)置磁鋼），上下運(yùn)動(dòng)時(shí)與指示器內(nèi)磁鋼對(duì)它產(chǎn)生一個(gè)耦合力，磁耦合力導(dǎo)致浮子導(dǎo)向桿與導(dǎo)向環(huán)、限位環(huán)之間產(chǎn)生摩擦力，浮子無(wú)法在測(cè)量管中處于自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，浮子運(yùn)動(dòng)的滯后導(dǎo)致指針軸指示的刻度流量不準(zhǔn)確，從而影響了儀表的測(cè)量精度。

3 產(chǎn)品的研發(fā)

對(duì)于DN15口徑以下的金屬管浮子流量計(jì)，由于浮子在測(cè)量管內(nèi)工作時(shí)，由磁耦合力引起的浮子導(dǎo)向桿與導(dǎo)向環(huán)、限位環(huán)產(chǎn)生一定的摩擦力，由于口徑小的金屬管浮子流量計(jì)的浮子本身質(zhì)量就很小，所以這個(gè)很小的摩擦力就會(huì)降低儀表的測(cè)量精度，金屬管浮子流量計(jì)的浮子主要受到以下作用力：浮子重力=流體向上的力+浮力，磁耦合力，磁耦合力產(chǎn)生的摩擦力。正是以上多余的磁耦合力和磁耦合力產(chǎn)生的摩擦力影響了浮子的運(yùn)動(dòng)靈活性，進(jìn)而影響了儀表的精度。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，提高小口徑金屬管浮子流量計(jì)的測(cè)量精度，我公司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用了磁平衡結(jié)構(gòu)，具體實(shí)施措施如下：在指示器另一邊安裝一個(gè)與指示器內(nèi)結(jié)構(gòu)相同的磁鋼，抵消對(duì)面的磁耦合力，也就去除了浮子導(dǎo)向桿與導(dǎo)向環(huán)、限位環(huán)之間產(chǎn)生摩擦力，使浮子在測(cè)量管中處于磁平衡狀態(tài)，有效的提高了產(chǎn)品測(cè)量精度，金屬管浮子流量計(jì)的浮子主要受到以下作用力：浮子重力=流體向上的力+浮力，磁耦合力=磁耦合力。由于浮子兩面都放置了同樣大小的磁鋼，磁耦合力得到了平衡，金屬管浮子流量計(jì)內(nèi)的浮子就去掉了磁耦合力產(chǎn)生的摩擦力，去掉了影響儀表精度的摩擦力，儀表精度也就得到了相應(yīng)的提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于我公司在小口徑的金屬管浮子流量計(jì)中采用了新式的磁耦合結(jié)構(gòu)——磁平衡結(jié)構(gòu)，使該產(chǎn)品精度更高——達(dá)到1.5級(jí)，市場(chǎng)同類型產(chǎn)品為2.5級(jí)，而且該產(chǎn)品在使用過(guò)程中重復(fù)性更好，精度更高。深受用戶的好評(píng)，并已申報(bào)專利，獲得了實(shí)用新型專利。

我公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的NLZ系列智能金屬管浮子流量計(jì)在設(shè)計(jì)研發(fā)制造過(guò)程中，有效的解決了DN15口徑以下小口徑金屬管浮子流量計(jì)精度低的問(wèn)題。經(jīng)各部門檢驗(yàn)和客戶使用充分證明，該產(chǎn)品具有一定先進(jìn)性，可滿足國(guó)內(nèi)技術(shù)需求，為、石油、化工、冶金、鋼鐵、環(huán)保等行業(yè)安全、節(jié)能、高效生產(chǎn)，對(duì)管道流量實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量和控制。為用戶解決小流量、高溫、高壓等工況介質(zhì)控制的難題。

新產(chǎn)品的已投入市場(chǎng)，有效的促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)內(nèi)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展。