采用磁平衡結(jié)構(gòu)的金屬管浮子流量計

欒曉東+++陳博宇+++沈峰+++宋丹+++王曉紅

摘 要：金屬管浮子流量計是一種用于測量小流量、低雷諾數(shù)流量的測量，現(xiàn)有的DN15口徑以下的金屬管浮子流量計測量精度低，為了使儀表測量的精度更高，我們在金屬管浮子流量計上安裝了一種磁平衡結(jié)構(gòu)的裝置，提高儀表的檢測精度。

關鍵詞：金屬管浮子流量計；磁耦合；磁平衡

1概述

金屬管浮子流量計又可稱為可變面積式流量計，它是一種常用的檢測小流量、低流速流量檢測儀表，具有壓損小、檢測范圍大（量程比10：1）、使用方便、可靠性強等特點。金屬管浮子流量計有就地顯示型和智能遠傳型兩種，帶有指針顯示，LCD顯示瞬時流量，累積流量，標準的二線制4-20mA加載HART通信協(xié)議，還可帶報警輸出，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。多年以來金屬管流量計的憑借著各種優(yōu)良性能和可靠性，以及較好的性價比廣泛受到了石油、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

被測介質(zhì)自下而上經(jīng)測量管流動時浮子的上下端產(chǎn)生差壓形成向上的升力，當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，這是金屬管浮子流量計內(nèi)的浮子處于一個相對失重的狀態(tài)，浮子便隨著介質(zhì)流速的大小（也就是流量計的流量大小）穩(wěn)定在某一高度。浮子位置的高低即對應著被測介質(zhì)流量的大小。浮子內(nèi)置磁鋼，在浮子隨介質(zhì)上下移動時，帶動指示器內(nèi)指針軸上磁鋼旋轉(zhuǎn)，指針指示的儀表盤的讀數(shù)就是流量計測量的瞬時流量，指針軸上安裝遠傳用的磁鋼，通過霍爾元件檢測磁鋼轉(zhuǎn)動的位置變化，通過線路板轉(zhuǎn)換輸出工業(yè)控制用的4～20mA信號，并對輸出的信號進行累積，儀表通過LCD顯示瞬時和累計流量。

目前市場上生產(chǎn)的金屬管浮子流量計，均采用磁耦合原理來設計和生產(chǎn)，金屬管浮子流量計是通過測量管內(nèi)的浮子（內(nèi)置磁鋼）與變送器內(nèi)磁鋼相耦合，將垂直的位移通過指針軸上的圓形磁鋼轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)位移。當測量管內(nèi)浮子（內(nèi)置磁鋼），上下運動時與指示器內(nèi)磁鋼對它產(chǎn)生一個耦合力，磁耦合力導致浮子導向桿與導向環(huán)、限位環(huán)之間產(chǎn)生摩擦力，浮子無法在測量管中處于自由運動狀態(tài)，浮子運動的滯后導致指針軸指示的刻度流量不準確，從而影響了儀表的測量精度。

3 產(chǎn)品的研發(fā)

對于DN15口徑以下的金屬管浮子流量計，由于浮子在測量管內(nèi)工作時，由磁耦合力引起的浮子導向桿與導向環(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的浮子本身質(zhì)量就很小，所以這個很小的摩擦力就會降低儀表的測量精度，金屬管浮子流量計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動靈活性，進而影響了儀表的精度。

為了解決這個問題，提高小口徑金屬管浮子流量計的測量精度，我公司在產(chǎn)品設計中采用了磁平衡結(jié)構(gòu)，具體實施措施如下：在指示器另一邊安裝一個與指示器內(nèi)結(jié)構(gòu)相同的磁鋼，抵消對面的磁耦合力，也就去除了浮子導向桿與導向環(huán)、限位環(huán)之間產(chǎn)生摩擦力，使浮子在測量管中處于磁平衡狀態(tài)，有效的提高了產(chǎn)品測量精度，金屬管浮子流量計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的提高。

4 結(jié)束語

由于我公司在小口徑的金屬管浮子流量計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——達到1.5級，市場同類型產(chǎn)品為2.5級，而且該產(chǎn)品在使用過程中重復性更好，精度更高。深受用戶的好評，并已申報專利，獲得了實用新型專利。

我公司自主研發(fā)設計的NLZ系列智能金屬管浮子流量計在設計研發(fā)制造過程中，有效的解決了DN15口徑以下小口徑金屬管浮子流量計精度低的問題。經(jīng)各部門檢驗和客戶使用充分證明，該產(chǎn)品具有一定先進性，可滿足國內(nèi)技術需求，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)，對管道流量實現(xiàn)高精度的測量和控制。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，有效的促進了國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，也進一步推動國內(nèi)儀器儀表行業(yè)的發(fā)展。