详谈金属转子流量计线性上的优点

介绍

　　金属管转子流量计（以下简称流量计）具有测量介质简单，结构简单，稳定可靠，流量可测，流量小，压力恒定，使用寿命长，维护方便，局部流量值大等特点。。石油，化工，冶金，能源和轻工业等工业部门的流量测量。

　　金属管转子流量计属于区域型流量计，并且基于恒定压力减小和节流区域测量流量，如图2所示。流量计垂直安装在管道上。当流体从锥体的底部流到顶部时，在浮子之前和之后产生压差。浮子在压差下产生上升或下降位移。当用于升高浮子的压差等于浮子的重力，浮力和粘性力的组合力时，浮子处于平衡状态。因此，浮子的位移与流量的大小之间存在唯一的对应关系。通过检测浮子的位移可以获得被测流体的流动。

金属管转子流量计工作原理图

　　当浮子处于静止位置时，测量流体的体积流量可通过以下公式计算：

　　其中：Q是体积流量; α是流出系数; ？k是浮子的最大直径和相同高度锥的横截面之间的环形区域; g是重力加速度; V'是浮子的体积; ρ是浮子的密度; ρ是被测流体的密度; A是浮子的最大横截面积。

　　当确定仪表的结构参数，并且雷诺数大于界限雷诺数时，a是常数，则

　　从等式（4）可知，流速与浮子的位移具有非线性关系。为了获得线性标度或输出线性电流信号，必须设计非线性校正机制用于线性化。

　　目前国内外金属管转子流量计有两种主要的线性化技术：一种是采用四连杆进行非线性校正;另一种是使用凸轮进行非线性校正。以下突出显示以下两种技术。

1、线性化技术使用四个链接

　　使用四连杆线性化的流量计的工作原理如图2所示。当被测流体从底部到顶部流过锥体1时，浮子2

　　金属管转子流量计采用四连杆机构，使流量计的工作原理线性化

　　产生位移，并且通过磁钢4,5的重合将浮子的位移传递到平衡杆6.此时，位移和流动之间的关系是非线性的，并且必须通过连接进行线性化。杆8,9,10使指针11具有线性流动指数。四链路的工作原理如下图3显示。

金属管转子流量计四连杆工作原理图

　　通过等式（4）获得的流速变为浮动位移的变化率

　　DQ / DH =α+ 2BH　　　　　　　　　　　　（5）

　　从等式（5）可以看出，当h增加时，由单位位移表示的流量值也增加。为了使流量指针的指示角流量和角度θ也是线性的，必须满足dΨ/ da并随h增加。并且增加，这是四连杆机构线性度的要求。

　　链节8,9,10的长度分别为A，B和C，并且链节8固定在平衡杆6上，指针固定在链节10上。需要改变链节8。角Ψ与流量Q的变化成线性关系，因此可以使用dΨ代替dQ，并且da可以用da代替，并且获得生成公式（5）。

　　dΨ/Dα=α+2bα　　　　　　　　　　　　（6）

　　为了满足Ψ变化与Q变化之间的线性关系，当α增加时，dΨ/dα也需要增加：

　　dΨ/Dα=ASinθ/（CSIN？）　　　　　　　（7）

　　在等式（7）中，角度α，θ和θ的变化方向。均匀，即角度α增加。，θ和？也增加。由于A和C是常数，因此需要增加α和Sinθs/ in也增加了。因此，当α增加时，θ应该在0到90°的范围内变化，然后Sinθ增加;和？应该在90°到180°的范围内变化，然后Sin减少。这样，当α增加时，dΨ/dα也增加，从而达到线性化的目的。

　　使用四连杆进行线性化使用很多部件，摩擦力大，工作时容易脱落，调节也比较麻烦。近年来，随着计算机辅助制造（CAM）技术的普及和应用，一些制造商的流量计已经开始使用凸轮进行线性化。

2、采用凸轮线性化技术

　　使用凸轮进行线性化的流量计的工作原理如图4所示。当被测流体从底部到顶部流过锥体1时，浮子2移位，浮子的位移传递到平衡杆6通过磁钢4,5的扭转，通过凸轮7的线性化和调节构件8的传动，与流速线性相关的角位移传递到角位移转换器9，角位移转换器9转换角位移。信号输入与流速线性对应的标准电流信号输出通过。

金属管转子流量计与凸轮线性化流量计工作原理图

　　由于锥管和每个金属管转子流量计的浮子的加工误差不能相同，每个流量计的流量值Q和浮子位移h之间的线性关系是不一样的，所以流量计的凸轮在实际制造中。必须逐个验证处理，并使用Q和h的非线性回归模型来确定线性化p和h所需的非线性校正曲线。上述解决方案过程通过计算机编程实现。通过计算机控制的数控铣床将获得的非线性校正曲线处理成凸轮，如图5所示，使得输出电流和流速是线性的。

金属管转子流量计凸轮非线性校正曲线示意图

　　凸轮的线性化减少了零件的数量和零件之间的传动摩擦，从而简化了流量转换器的转换器结构，体积小型化，可靠性提高，使用更简单，更方便。借助CAM技术，大大缩短了流量计的校准时间，提高了仪器制造商的生产效率。开封仪器厂采用该技术后，每台流量计的出厂校准时间从原来的平均约40分钟缩短到25分钟，产品质量得到改善，经济效益更好。

3、结论

　　随着加工技术和计算机及微电子技术的发展，金属管转子流量计的线性化技术也呈现出新的发展方向。 目前，国外一些流量计通过数控加工设备直接将线性化曲线加工到浮子上，使浮子位移和流量呈线性关系。 此外，使用霍尔出现带有微处理器的全电子流量计。 传感器检测浮子位移，由微处理器通过软件线性化，使仪器结构更简单，更准确，更强大，更可靠。 这些代表了流量计线性化技术的发展趋势。

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