金属管浮子流量计-电磁流量计

原理

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。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。

特点

金属管浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种变面积流量测量仪表。它具有体积小，检测范围大，使用方便等特点。它可用来测量液体、气体以及蒸汽的流量，特别适宜低流速小流量的介质流量测量。

主要特点:

1、坚固的全金属结构设计型浮子流量计

2、采用独立概念设计的测量管指示器

3、可选择不锈钢、哈氏合金、钛材、PTFE材料测量系统

4、低压力损失设计

5.适用于小口径和低流速介质流量测量。

6.工作可靠，维护量小，寿命长。

7.对于直管段要求不高。

8.较宽的流量比10:1。

9.双行大液晶显示，可选现场瞬时/累积流量显示，可带背光。

10.单轴灵敏显示。

11.非接触磁耦合传动。

12.全金属结构，适于高温、高压和强腐蚀性介质。

13.可用于易燃、易爆危险场合。

14.可选二线制、电池、交流供电方式。

15.带有数据恢复，数据备份及掉电保护功能。

结构

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。工作原理如图1所示:

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(zui大直径)处的横截面积，m2;

Gf--浮子质量，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。

m2 (3)式中 d--浮子zui大直径(即工作直径)，m;

h--浮子从锥管内径等于浮子zui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如图2所示。透明锥形管4用得zui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。

图3是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。

测量

1、坚固的全金属结构设计型浮子流量计

2、采用独立概念设计的测量管指示器

3、可选择不锈钢、哈氏合金、钛材、PTFE材料测量系统

4、低压力损失设计

5、短行程、小型结构设计、仪表总高度250

6、磁性耦合结构确保数据传输、信号更加稳定

7、保温或伴热夹套

8、垂直、水平、各种安装方式更适合不同使用场合9、适用于小口径和低流速介质流量测量

、工作可靠，维护量小，寿命长

11、对于直管段要求不高

12、较宽的流量比10:1

13、双行大液晶显示，可选现场瞬时/累计流量显示，可带背光

14、单轴灵敏指示

15、非接触磁耦合传动

16、全金属结构，适于高温、高压和强腐蚀性介质

17、可用于易燃、易爆危险场合

18、选二线制、电池、交流供电方式

19、多参数标定功能

20、带有数据恢复，数据备份及掉电保护功能

参数

◇测量范围:水(20℃)1-200000 l/h

空气(20℃，0.1013MPa)0.03-4000m3/h;参见流量表，特殊流量可订制

◇量 程 比:标准型10:1

◇精 度:标准型1.0级;特殊型0.5级

◇压力等级:标准型:DN15-DN50 4.0MPa DN80-DN200 1.6MPa

特殊型:DN15-DN50 25MPa DN80-DN200 16MPa

夹套的压力等级为1.6MPa;特殊型在选型和订货前应与工厂协商

◇压力损失:7kPa-70kPa

◇介质温度:标准型:-80℃-+200℃:PTFE:0℃-85℃

高温型:zui高可达400℃

◇介质粘度:DN15:η<5mPa.s(F15.1-F15.3)

η<30mPa.s(F15.4-F15.8)

DN25:η<250mPFa.s

DN50-DN150:η<300mPa.s

◇环境温度:液晶型-30℃-+85℃

指针型-40℃-+120℃

◇连接形式:标准型:DIN2501标准法兰

特殊型:由用户的任意标准法兰或螺纹

◇电缆接口:M20*1.5

◇供电电源:标准型:24VDC二线制4-20mA(10.8VDC-36VDC)

交流型:85-265VAC 50HZ

电池型:3.6V@7.5AH锂电池，可连续使用三年以上。

◇报警输出:上限或下限瞬时流量报警

集电极开路输出(zui大100mA@30VDC内部阻抗100欧)

继电器输出(触点容量1A@30VDC或0.25A@250VAC或0.5A@125VAC)

◇脉冲输出:累积脉冲输出，zui小间隔50毫秒

◇液晶显示:瞬时流量显示数值范围:0-50000

累计流量显示数值范围:0-99999999(可带小数点)

◇防护等级:IP65

◇防爆标志:本安型iaⅡCT5;隔爆型dⅡBT6

对比

所需

1、管道的口径

2、被测量工艺介质的名称、性质、密度、粘度

3、被测量介质的工作温度

4、被测量介质的工作压力(压力的大小决定浮子的质量)

5、被测量介质的流量

6、现场工矿状况

检测

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。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;

△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;

Ff 浮子工作直径(zui大直径)处的横截面，m2;

Gf 浮子重量，kg。

式中d 浮子zui大直径(即工作直径)，m;

h 浮子从锥管内径等于从浮子zui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。(如下图所示)

式中α 仪表的流量系数，因浮子形状而异;

△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(zui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d 浮子zui大直径(即工作直径)，m;

h 浮子从锥管内径等于从浮子zui大直径处上升高度，m;

β 锥管的圆锥角;

折叠计算

(1) 根据用户给出的数据，选择适当的公式计算相应标校介质的流量Qs:

其中:Qs-标校介质(水或空气)在标准状态下(20℃，0.1013Mpa)的流量

Q-用户介质流量 K-修正系数

(2)根据计算得到的 Qs值，查流量表来确定选用的浮子号及测量管的口径(流量表中的数值都是水或空气在标准状态下的流量值)

(3)确定测量管口径和浮子号后，建议用下式确定被测介质流量刻度的上限值Q:

其中:Qi查流量表中选取某一浮子号对应的水或空气流量的zui大值。

(4)由于计算中没有考虑粘度的修正，有可能与工厂计算的结果产生差异。

折叠系数

K

(1)对于液体介质

a、如果Q是液体体积流量则用下式计算K:

b、如果Q是液体质量流量则用下式计算K:

其中:ρf:所选浮子密度(g/cm3)

不锈钢浮子密度为7.8

聚四氟乙烯浮子(PTFE)密度为3.4

镍基合金(Hasloy)密度为8.3

ρ:被测介质的密度

(2)对于气体体介质

a、如果Q是标准状态下(20℃，0.1013Mpa)气体的体积流量，则用下式计算K:

b、如果Q是操作状态下气体的体积流量，则用下式计算K:

c、如果Q是气体的质量流量，则用下式计算K:

在以上各式中:

ρ: 被测介质的密度:被测气体介质在20℃,0.1013MPa状态下密度(kg/m3)

P:被测气体介质的压力(MPa)

T:被测气体介质的温度(K)

ρ0:空气在20℃,0.1013MPa情况下密度(1.205kg/m3)

P 0:标校介质的压力(0.1013MPa)

T 0:标校介质的温度(293.15K)

d、辅助密度换算公式

其中:ρst: 被测气体介质在标准状态下密度(Kg/m3)

ρt: 被测气体介质在操作状态下密度(Kg/m3)

Tt: 被测气体介质在操作状态下温度(K)

Pt:被测气体介质在操作状态下压力(MPa)

p0:被测气体介质在标准状态下压力(MPa)

T0:被测气体介质在操作状态下温度(K)

结构

1、高温型结构(G型)

高温结构型(G型)是用于介质温度过高或过低而需要对测量管采取保温隔热措施的介质的流量测量。高温型结构是加大了测量管与指示器之间的距离来增加散热、增加隔热材料厚度，保证指示器工作在允许的环境温度范围内。选型为"G"型。

G型金属管浮子流量计可以测量温度达-80℃-+300℃的介质的流量。

2、带阻尼器装置的结构(Z型)

阻尼器结构型用于流量计入口流量(压力)不稳定时的介质流量测量，特别是对于气体的测量。它的结构如图所示.

3、夹套型结构(T型)

夹套型结构用于对需要伴热或冷却(如高粘度和易结晶)的介质的流量测量。在夹套中通过加热或冷却介质，使低沸点、低凝固点流体不汽化和不结晶。

伴热介质的导入和导出连接,标准型要用HG20594-97 DN15 PN1.6法兰,其它的法兰规格连接可与生产厂标明,夹套的压力等级为1.6MPa.

夹套型流量计结构见FA标准型流量计法兰、外形尺寸图。

4、高压型结构(Y型)

高压型结构用于被测介质压力大于标准的压力等级的流量测量。高压型结构如下图所示。目前FFM64系列的zui高压力可以达到32MPa。另外高压型流量计可提供内置磁过滤器型，安装高度均为350mm。FA、FB和FC型zui大压力为10MPa。

选型

选择金属管浮子流量计测量流量时一定要准确知道被量程介质的密度，管径及压力、流量的大小，参数越精确，金属管浮子流量计做出来的精度就越高。

确定浮子及确定口径的计算方法

1、 流量表中空气的流量是指在20℃，0.1013Mpa，水的流量是指20℃的状态下的正常流量，其允许范围是正常流量的±10%，通过计算，在这个流量范围内都可以确定浮子及口径。

2、 若计算结果不在此范围，可以通过计算确定。

3、 口径、浮子的确定原则上须通过计算。

流量刻度的确定:

A、 对于气体:

Qi=QV(空气)÷Fi可选择的流量刻度范围:0.9-1.1

其中:i=n 指标准状态条件

i=a 指实际状态条件

i=a 指气体质量流量

QV(空气)指在流量表中确定的，对应某个浮子号的空气的体积流量。

B、 对于液体:

Qi=QV÷Fi可选择的流量刻度范围:0.9Qi-1.1Qi

其中:i=v 指液体的体积流量

i=m 指液体的质量流量

QV(水)指在流量表中确定的，对应某个浮子号的水的体积流量

故障现象原因对策实际流量与指示值不*因腐蚀，浮子流量、体积、zui大直径变化;锥形管内径尺寸变化换耐腐蚀材料。若浮子尺寸与调换前相同，可按新重量、密度换算或重新标定;若尺寸也不同，则必须重新标定。

浮子zui大直径圆柱面磨损而表面粗糙，影响测量值时，更换新转子。工程塑料制成或包衬的浮子，可能产生溶胀，zui大直径和体积变化，换用合适材料的浮子实际流量与指示值不*浮子、锥形管附着水垢污脏等异物层清洗，防止损伤锥形管内表面和浮子zui大直径圆柱面，保持原有表面粗糙度。

实际流量与指示值不*，液体物性变化按变化后物性参数修正读数;实际流量与指示值不*气体、蒸汽、压缩性流体温度压力变化按新条件作换算修正。实际流量与指示值不*流体脉动、气体压力急剧变化，指示值波动加装缓冲罐，或改用有阻尼机构仪。

实际流量与指示值不*液体中混有气泡，气体中混有液滴排除气泡或液滴实际流量与指示值不*用于液体时仪表内部死角滞留气体，影响浮子部件浮力对小流量仪表及运行在低流量时影响显著，排除气体流量变动而浮子或指针移动呆迟，浮子和导向轴间有微粒等异物或导向轴弯曲等原因卡住拆卸清洗，铲除异物或固着层，校直导向轴，导向轴弯曲原因大多是电磁阀快速启闭，浮子急剧升隆冲击所致，改变运作方式流量变动而浮子或指针移动呆迟带磁耦合浮子组件磁铁周围附着铁粉或颗粒指示部分连杆或指针卡住拆卸清除，运行初期利用旁路管充分清洗管道。在仪表前面加装过滤器手动与磁铁耦合连接的运动连杆，有卡住部位调整之。

检查旋转轴与轴承间是否有异物阻碍运动，清除或换零件流量变动而浮子或指针移动呆迟工程塑料浮子和锥形管世塑料管衬里溶胀，或热膨胀而卡住换耐腐蚀材料零件。

较高温度介质尽量不用塑料，改用耐腐蚀金属的零件流量变动而浮子或指针移动呆迟磁耦合的磁铁磁性下降卸下仪表，用手上下移动浮子，确认指示部分指针等平稳地跟随移动;不跟随或跟随不稳定则换新零件或充磁。为防止磁性减弱，禁止两耦合件相互打击。

领域

广泛应用于，石油、化工、发电、制药、食品、水处理等。复杂，恶劣环境条件，及各种介质条件的流量测量过程中。

安装

为了能让金属管浮子流量计正常工作且能达到一定的测量精度，在安装流量计时要注意以下几点:

1、金属管浮子流量计必须垂直安装在无振动的管道上。流体自下而上流过流量计,且垂直度优于2°,水平安装时水平夹角优于2°;

2、为了方便检修和更换流量计、清洗测量管道，安装在工艺管线上的金属管浮子流量计应加装旁路管道和旁路阀;

3、金属管浮子流量计入口处应有5倍管径以上长度的直管段，出口应有250mm直管段;

4、如果介质中含有铁磁性物质，应安装磁过滤器;如果介质中含有固体杂质，应考虑在阀门和直管段之间加装过滤器;

5、当用于气体测量时，应保证管道压力不小于5倍流量计的压力损失，以使浮子稳定工作;

6、为了避免由于管道引起的流量计变形，工艺管线的法兰必须与流量计的法兰同轴并且相互平行，管道支撑以避免管道振动和减小流量计的轴向负荷，测量系统中控制阀应安装在流量计的下游:

7、测量气体时，如果气体在流量计的出口直接排放大气，则应在仪表的出口安装阀门，否则将会在浮子处产生气压降而引起数据失真。

8、安装PTFE衬里的仪表时，法兰螺母不要随意不对称拧得过紧，以免引起PTEF衬里变形;

9、带有液晶显示的仪表，要尽量避免阳光直射显示器，以免降低液晶使用寿命;带有锂电池供电的仪表，要尽量避免阳光直射、高温环境(≥65℃)以免降低锂电池的容量和寿命。

10、用于小口径和低流速介质流量测量;工作可靠，维护量小，寿命长;对于直管段 要求不高;较宽的流量比10:1;双行大液晶显示，可选现场瞬时/累计流量显示，可带背光单轴灵敏指示;非接触磁耦合传动。

维护

1:必须保证仪表的清洁，特别是仪表中孔板、椎管的表面和浮子必须保持清洁，因而仪表使用一段时间后应取下清洗。

2:指示器的两盖必须密封，防止灰尘进入，影响正常工作。

3.:若仪表运转不稳，指针跳动的主要原因除流量本身脉冲外，还要考虑介质有两相流的可能性(即液相和气相同时存在)，只要采取措施消除两相流的存在，即可保证仪表稳定运转。

附件

可为用户提供前后直管段、配对法兰、磁过滤器、气体阻尼装置等附件。如果介质中含有铁磁性颗粒，就应在流量计入口处安装磁过滤器。磁过滤器中装有以螺旋方式排列的磁棒，以zui大限度地减小压力损失，每个磁棒均由PTFE聚四氟乙稀包裹，防止介质的腐蚀。

磁过滤器的结构见图:

磁过滤器结构 衬PTFE磁过滤器结构。

注意

1.根据测量流体是气体或液体,正确选用气体或液体金属管浮子流量计。

2.被测流体无腐蚀性选用普通型，有腐蚀性选用耐腐型。

3.订货时请注明被测介质名称、流量、管道通径及工作压力、温度、密度、粘度等情况。我公司根据用户提出的密度等进行刻度修正，制作特殊的流量标尺。

4.根据被测流体的测量范围、应用场合等选择合适型号的规格品种。