金屬管浮子流量計(jì)的測(cè)量原理和計(jì)算公式的推導(dǎo)及應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表在流量測(cè)量中,金屬管浮子流量計(jì)是量大面廣的產(chǎn)品之一。它具有結(jié)構(gòu)簡單、直觀、壓損小、測(cè)量范圍大、運(yùn)行可靠、可測(cè)中小流量及低雷諾數(shù)流量、維護(hù)方便、壽命長,對(duì)儀表前后直管段長度要求不高等優(yōu)點(diǎn)。多年來,金屬管浮子流量計(jì)的各種優(yōu)良性能和可靠性,以及較好的性能價(jià)格比, 廣泛受到了石化、鋼鐵、電力、冶金、輕工、食品、制藥、水處理等行業(yè)的青睞。

1 原理

浮子流量計(jì)又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種。浮子流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)是“定壓將,變面積“原理。在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)軸線與流向平行的浮子。

浮子流量計(jì)本體可以用兩端法蘭、螺紋或軟管與測(cè)量管道連接。當(dāng)流體自下而上流入錐管時(shí),被浮子截流,這樣在浮子上、下游之間產(chǎn)生壓力差, 浮子在壓力差的作用下上升,這時(shí)作用在浮子上的力有三個(gè):流體對(duì)浮子的動(dòng)壓力、浮子在流體中的浮力和浮子自身的重力。只有當(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。

大量實(shí)驗(yàn)證明,在一定雷諾數(shù)的范圍內(nèi),對(duì)于同一口徑浮子流量計(jì),流體流速的大小與浮子的形狀有關(guān)。對(duì)于給定的浮子流量計(jì),浮子大小和形狀已經(jīng)確定,因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量,唯有流體對(duì)浮子的動(dòng)壓力是隨來流流速的大小而變化的。因此當(dāng)來流流速變大或變小時(shí),浮子將作向上或向下的移動(dòng),相應(yīng)位置的流動(dòng)截面積也發(fā)生變化,流動(dòng)截面積與浮子的上升高度成比例,即浮子的某一高度代表流量的大小。浮子上下移動(dòng)時(shí),以磁耦合的形式將位置傳遞到外部指示器,直到流速變成平衡時(shí)對(duì)應(yīng)的速度,浮子就在新的位置上穩(wěn)定。對(duì)于一臺(tái)給定的浮子流量計(jì),浮子在測(cè)量管中的位置與流體流經(jīng)測(cè)量管的流量的大小成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。為了使浮子在形管的中心線上下移動(dòng)時(shí)不碰到管壁,通常采用兩種方法:一種是在浮子中心裝有一根導(dǎo)向芯棒,以保持浮子在錐形管的中心線作上下運(yùn)動(dòng),另一種是在浮子圓盤邊緣開有一道道斜槽,當(dāng)流體自下而上流過浮子時(shí),一面繞過浮子,同時(shí)又穿過斜槽產(chǎn)生一反推力,使浮子繞中心線不停地旋轉(zhuǎn),就可保持浮子在工作時(shí)不致碰到管壁。浮子流量計(jì)的浮子材料可用不銹鋼、鈦、316L 等制成。

2 構(gòu)成

浮子流量計(jì)是由浮子、錐管、檢測(cè)器等部件組成。浮子組件裝有磁鋼,其作用把是浮子的位移信號(hào)以磁信號(hào)的形式傳輸給檢測(cè)器。檢測(cè)器把這一檢測(cè)到的信號(hào)再以電信號(hào)的形式遠(yuǎn)距離傳輸,并現(xiàn)場(chǎng)指示瞬時(shí)流量值。浮子流量計(jì)具有小流量值、范圍度大、不用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動(dòng)部件磨損小、使用壽命長、壓力損失小、安裝方便、維修量小、使用周期長、可遠(yuǎn)距離傳輸流量信號(hào),與計(jì)算機(jī)連用可實(shí)現(xiàn)集中管理。但也存在不足, 如對(duì)于高黏度、大流量、以及兩相以上流體不能測(cè)量。

3 應(yīng)用

由浮子流量計(jì)和流量顯示儀兩部分組成的流量儀表,其顯示儀為通用流量顯示儀表。與其它形式流量計(jì)比較,具有以下優(yōu)點(diǎn):流量計(jì)內(nèi)部可動(dòng)部件較少、構(gòu)造簡單、使用壽命長;范圍度10 : 1;從理論上說不需單獨(dú)標(biāo)定即可用于流量測(cè)量;儀表輸出電信號(hào),易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量及計(jì)算機(jī)聯(lián)用;測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)± 1%?，F(xiàn)在國內(nèi)外都在積極研究浮子流量計(jì)的開發(fā)和應(yīng)用。

浮子流量計(jì)安裝地點(diǎn)選在無強(qiáng)電、磁場(chǎng)干擾的環(huán)境;要求豎直安裝、傾斜度不大于2°,無機(jī)械振動(dòng),流體保持充滿管道;用于測(cè)量氣體時(shí),為使流量計(jì)穩(wěn)定工作,被測(cè)氣體壓力一般應(yīng)大于 0.1MPa;若被測(cè)氣體較臟或含有導(dǎo)磁顆粒時(shí),應(yīng)在流量計(jì)的上游安裝過濾器或磁過濾器。浮子流量計(jì)的口徑與管道必須對(duì)應(yīng),法蘭之間的密封墊圈不得突入管內(nèi)。

4 結(jié)語

金屬管浮子流量計(jì)作為過程控制儀表,可以適應(yīng)高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、劇毒等多種苛刻環(huán)境,較少的可動(dòng)部件、便于維護(hù),解決了生產(chǎn)中的許多難題。上海自動(dòng)化儀表正確合理的設(shè)計(jì),金屬管浮子流量計(jì)以其卓越的性能被越來越多的用戶所青睞。展望未來, 浮子流量計(jì)趨向電子化和數(shù)字化,將為其開拓新的領(lǐng)域;已逐步實(shí)現(xiàn)累計(jì)流量顯示、H A R T 通訊等多項(xiàng)功能。