采用磁平衡结构的金属管浮子流量计

栾晓东+++陈博宇+++沈峰+++宋丹+++王晓红

摘 要：金属管浮子流量计是一种用于测量小流量、低雷诺数流量的测量，现有的DN15口径以下的金属管浮子流量计测量精度低，为了使仪表测量的精度更高，我们在金属管浮子流量计上安装了一种磁平衡结构的装置，提高仪表的检测精度。

关键词：金属管浮子流量计；磁耦合；磁平衡

1概述

金属管浮子流量计又可称为可变面积式流量计，它是一种常用的检测小流量、低流速流量检测仪表，具有压损小、检测范围大（量程比10：1）、使用方便、可靠性强等特点。金属管浮子流量计有就地显示型和智能远传型两种，带有指针显示，LCD显示瞬时流量，累积流量，标准的二线制4-20mA加载HART通信协议，还可带报警输出，累积脉冲输出等多种形式，为用户提供了非常广阔的选择空间。多年以来金属管流量计的凭借着各种优良性能和可靠性，以及较好的性价比广泛受到了石油、化工、钢铁、电力、冶金、饮料、环保等行业的青睐。

2 工作原理

被测介质自下而上经测量管流动时浮子的上下端产生差压形成向上的升力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量，浮子便上升，环隙面积就随之增大，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，这是金属管浮子流量计内的浮子处于一个相对失重的状态，浮子便随着介质流速的大小（也就是流量计的流量大小）稳定在某一高度。浮子位置的高低即对应着被测介质流量的大小。浮子内置磁钢，在浮子随介质上下移动时，带动指示器内指针轴上磁钢旋转，指针指示的仪表盘的读数就是流量计测量的瞬时流量，指针轴上安装远传用的磁钢，通过霍尔元件检测磁钢转动的位置变化，通过线路板转换输出工业控制用的4～20mA信号，并对输出的信号进行累积，仪表通过LCD显示瞬时和累计流量。

目前市场上生产的金属管浮子流量计，均采用磁耦合原理来设计和生产，金属管浮子流量计是通过测量管内的浮子（内置磁钢）与变送器内磁钢相耦合，将垂直的位移通过指针轴上的圆形磁钢转化为旋转位移。当测量管内浮子（内置磁钢），上下运动时与指示器内磁钢对它产生一个耦合力，磁耦合力导致浮子导向杆与导向环、限位环之间产生摩擦力，浮子无法在测量管中处于自由运动状态，浮子运动的滞后导致指针轴指示的刻度流量不准确，从而影响了仪表的测量精度。

3 产品的研发

对于DN15口径以下的金属管浮子流量计，由于浮子在测量管内工作时，由磁耦合力引起的浮子导向杆与导向环、限位环产生一定的摩擦力，由于口径小的金属管浮子流量计的浮子本身质量就很小，所以这个很小的摩擦力就会降低仪表的测量精度，金属管浮子流量计的浮子主要受到以下作用力：浮子重力=流体向上的力+浮力，磁耦合力，磁耦合力产生的摩擦力。正是以上多余的磁耦合力和磁耦合力产生的摩擦力影响了浮子的运动灵活性，进而影响了仪表的精度。

为了解决这个问题，提高小口径金属管浮子流量计的测量精度，我公司在产品设计中采用了磁平衡结构，具体实施措施如下：在指示器另一边安装一个与指示器内结构相同的磁鋼，抵消对面的磁耦合力，也就去除了浮子导向杆与导向环、限位环之间产生摩擦力，使浮子在测量管中处于磁平衡状态，有效的提高了产品测量精度，金属管浮子流量计的浮子主要受到以下作用力：浮子重力=流体向上的力+浮力，磁耦合力=磁耦合力。由于浮子两面都放置了同样大小的磁钢，磁耦合力得到了平衡，金属管浮子流量计内的浮子就去掉了磁耦合力产生的摩擦力，去掉了影响仪表精度的摩擦力，仪表精度也就得到了相应的提高。

4 结束语

由于我公司在小口径的金属管浮子流量计中采用了新式的磁耦合结构——磁平衡结构，使该产品精度更高——达到1.5级，市场同类型产品为2.5级，而且该产品在使用过程中重复性更好，精度更高。深受用户的好评，并已申报专利，获得了实用新型专利。

我公司自主研发设计的NLZ系列智能金属管浮子流量计在设计研发制造过程中，有效的解决了DN15口径以下小口径金属管浮子流量计精度低的问题。经各部门检验和客户使用充分证明，该产品具有一定先进性，可满足国内技术需求，为、石油、化工、冶金、钢铁、环保等行业安全、节能、高效生产，对管道流量实现高精度的测量和控制。为用户解决小流量、高温、高压等工况介质控制的难题。

新产品的已投入市场，有效的促进了国民经济的快速发展，也进一步推动国内仪器仪表行业的发展。