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金属管浮子流量计的原理

发布时间:2013-04-24

金属管浮子流量计的工作原理

金属管浮子流量计
金属管浮子流量计
 
金属管浮子流量计是什么?如今的金属管浮子流量计采纳了高元器件和高技术等,并且金属管浮子流量计采用可变面积式测量原理的,因此广泛应用于工业的各个领域上。下面对其金属管浮子流量计应用原理作了简要说明。

金属管浮子流量计浮子在测量管中,随着流量的变化,将浮子向上移动,在某一位置浮子所受的浮力与浮子重力达到平衡。根据金属管浮子在锥形管内的高度来测量流量,利用流体通过浮子和管壁之间的间隙时产生的压差来平衡浮子的重量,流量越大,浮子被托得越高,使其具有更大的环隙面积,也即环隙面积随流量变化,所以一般称为面积法。它较多地利用于中、小流量的测量,有配以电远传或气远传发信器的类型。此时浮子与孔板(或锥管)间的流通环隙面积保持一定。环隙面积与浮子的上升高度成正比,即浮子在测量管中上升的位置代表流量的大小,变化浮子的位置由内部磁铁传输到外部的指示器,使指示器正确地指示此时的流量值。这就使得指示器壳体不和测量管直接接触,因此,即使安装限位开关或变送器,仪表可用于高温,高压工作条件下。

金属管浮子流量计的结构原理

金属浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。

被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时,浮子上下端产生差压形成浮子上升的力,当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时,浮子便上升,环隙面积随之增大,环隙处流体流速立即下降,浮子上下端差压降低,作用于浮子的上升力亦随着减少,直到上升力等于浸在流体中浮子重量时,浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。

体积流量Q的基本方程式如下:

(1)当浮子为非实芯中空结构(放负重调整量)时,则 (2)式中 α——仪表的流量系数,因浮子形状而异;ε——被测流体为气体时气体膨胀系数,通常由于此系数校正量很小而被忽略,且通过校验已将它包括在流量系数内,如为液体则ε=1;

△F——流通环形面积,m2;

g——当地重力加速度,m/s2;

Vf——浮子体积,如有延伸体亦应包括,m3;

ρf——浮子材料密度,kg/m3;

ρ——被测流体密度,如为气体是在浮子上游横截面上的密度,kg/m3;

Ff——浮子工作直径(最大直径)处的横截面积,m2;

Gf——浮子质量,kg。

金属管浮子流量计
金属管浮子流量计
 
流通环形面积与浮子高度之间的关系如式(3)所示:

当结构设计已定,则d、 β为常量。式中有h的二次项,一般不能忽略此非线性关系,只有在圆锥角很小时,才可视为近似线性。

m2 (3)式中 d——浮子最大直径(即工作直径),m;

h——浮子从锥管内径等于浮子最大直径处上升高度,m;

β——锥管的圆锥角; a、b——常数。

口径15-40mm透明锥形管浮子流量计典型结构。透明锥形管4用得最普遍是由硼硅玻璃制成,习惯简称玻璃管浮子流量计。流量分度直接刻在锥管4外壁上,也有在锥管旁另装分度标尺。锥管内腔有圆锥体平滑面和带导向棱筋(或平面)两种。浮子在锥管内自由移动,或在锥管棱筋导向下移动,较大口平滑面内壁仪表还有采用导杆导向。

直角型安装方式金属管浮子流量计典型结构,通常适用于口径15-40mm以上仪表。锥管5和浮子4组成流量检测元件。套管(图3未表示)内有导杆3的延伸部分,通过磁钢耦合等方式,将浮子的位移传给套管外的转换部分。转换部分有就地指示和远传信号输出两大类型。除直角安装方式结构外还有进出口中线与锥管同心的直通型结构,通常用于口径小于10-15mm的仪表。

金属管浮子流量计的检测原理

金属管浮子流量计检测部分是由一个自下向上扩张的垂直锥形管和一个沿着锥形管轴可以上下自由移动的浮子组成。工作原理如图1所示,被测流体从下向上经过锥管和浮子形成的环隙时,浮子上、下端产生差压形成浮子上升的力,当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时,浮子便上升,环隙面积随之增大,环隙处流体流速立即下降,浮子上下端差压降低,作用于浮子的上升力亦随着减少,直到上升力等于浸在流体中浮子重量时,浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有着对应关系。

体积流量Q的基本方程式为:

式中α 仪表的流量系数,因浮子形状而异;

ε 被测流体为气体时气体膨胀系数,通常由于此系数校正量很小而被忽略,且通过校验已将它包括在流量系数内,如为液体则ε= 1;

△F 流通环形面积,m2 ;

g 当地重力加速度,m/s2;

Vf 浮子体积,如有延伸体亦应包括,m3;

ρf 浮子材料密度,kg/m3;

ρ 被测流体密度,如为气体是在浮子上游横截面上的密度,kg/m3;

Ff 浮子工作直径(最大直径)处的横截面,m2;

Gf 浮子重量,kg。

流通环形面积与浮子高度之间的关系如式(3)所示,当结构设计已定,则d、β为常量。

式中有h的二次项,一般不能忽略此非线性关系,只有在圆锥角很小时,才可视为近似线性。

式中d 浮子最大直径(即工作直径),m;

h 浮子从锥管内径等于从浮子最大直径处上升高度,m;

β 锥管的圆锥角;

a、b 为常数。

从(1),(2),(3)公式可知,在一定的条件下,浮子在锥管内的高度与体积流量有一定的比例对应关系。读出浮子的高度,就可以知道相对应的体积流量,再通过转换器,将浮子的高度转换成所对应的体积流量所对应的刻度,这就是金属管浮子流量计的检测原理。

转换指示器

转换器实际上是将锥管内浮子的高度转换成所对应的体积流量的刻度。从输出信号来分:有就地显示型和远传信号输出型:

就地显示型:由就地指示器中的随动磁钢与浮子内磁钢耦合,而发生转动,同时电动指针通过刻度盘指示出此时流量。

智能远传型,由智能型指示器中的随动磁钢与浮子内磁钢耦合,而发生转动,同时带动传感磁钢及指针,通过一个磁传感器将磁场变化转化成电信号,经A/D转换,数字滤波,微处理器处理,D/A输出,LCD液晶显示,来显示出瞬时流量及累积流量大小。

综上所述,金属管浮子流量计的原理有很多,金属管浮子流量计原理有工作原理、结构原和检测原理,并且它们各自的原理都有所不同!相信大家通过本文的讲解,对RFID的认识会越来越深入,同时也希望本文能对大家的工作有一定的指导作用。

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