永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，包括轴心线重合的测量管和浮子，浮子上设有圆盘，浮子通过定位装置定位于测量管的中心；圆盘设于浮子的下端端部，其下端外表面为圆弧形；定位装置包括两个上下方向排列且结构相同的定位单元，每个定位单元包括三个与测量管内壁固定连接的定位柱，三个定位柱位于相同水平面且相邻两个定位柱之间的夹角为120°，每个定位柱靠近测量管中心轴线的端头安装有外永磁条，浮子的上段套装有与外永磁条相互排斥且满足浮子上下移动需要的内永磁环，三个外永磁条将浮子的上段夹持限位并使浮子能够自由上下移动同时不能水平移动。本发明由于定位装置均位于上段，不影响流体流动，测量精度显著提高。
【专利说明】永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计
【技术领域】
[0001]本发明属于流量计领域，尤其涉及一种永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计。
【背景技术】
[0002]金属管浮子流量计，是利用流体的作用，使浮子在垂直安装的测量管中顺流向上移动。浮子的位移量与流量的大小成比例，通过磁传动系统，以不接触方式，将浮子位移量指示器直接指示流量的大小，它结构简单，维修方便，单轴或双轴驱动指针，可靠性高，适用性广，可用来测量液体、气体和蒸气的流量。
[0003]金属管浮子流量计内的浮子必须与测量管同轴向，才能确保测量准确，所以测量管内安装有定位装置，将浮子定位于测量管中心并使其可以自由上下移动。现有的定位装置包括两个结构相同的定位体，分别位于浮子的上段和下段处。其工作过程如下:流体从测量管的下端进入，先要经过下端的定位体，然后才能流向浮子上最大直径的圆盘，并带动浮子向上移动，在流体流量不变的情况下，浮子也会最后保持静止，从而获得一个与该位置对应的流量指示值。
[0004]上述传统金属管浮子流量计的缺陷在于:流体经过定位体时必然会使其流向发生一定变化，这种变化会在一定程度上改变流体对浮子圆盘的压力分布，使其难以受到绝对向上的压力，从而降低测量精度；另外，由于下端的定位体会抵消部分流体压力，是流体相对于其本来的压力减小，也会导致其测量精度降低，而且会提高流体流量的最低测量值，对于低压流体的流量测定会受到一定限制。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0007]本发明所述永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计包括轴心线重合的测量管和浮子，以所述测量管的流体入口为下端，所述测量管内的中下部内壁设有锥形段，所述浮子上设有圆盘，所述圆盘的直径大于所述浮子其它部位的直径，所述圆盘的直径略大于所述测量管内的锥形段的最小内径，所述浮子通过与所述测量管内壁连接的定位装置定位于所述测量管的中心并能自由上下移动；其特征在于:所述圆盘设于所述浮子的下端端部，所述圆盘的下端外表面为圆弧形；所述定位装置包括两个上下方向排列且结构相同的定位单元，每个定位单元包括三个与所述测量管内壁固定连接的定位柱，三个所述定位柱位于相同水平面且相邻两个所述定位柱之间的夹角为120°，每个所述定位柱靠近所述测量管中心轴线的端头安装有外永磁条，所述浮子的上段套装有与所述外永磁条相互排斥的内永磁环，所述内永磁环在上下方向的长度以满足所述浮子的上下移动范围为限，三个所述外永磁条将所述浮子的上段夹持限位并使所述浮子能够自由上下移动同时不能水平移动。[0008]进一步，为了确保两个定位单元能够使浮子处于竖直方向，两个所述定位单元之间的距离不小于所述浮子总长度的八分之一。
[0009]进一步，所述的外用磁条可以使用励磁铁芯，励磁铁芯外接电压可调的直流电源，采用直流励磁的方式产生磁场，产生的磁场的可以强度根据待测流量预先设定。
[0010]进一步，所述的浮子上端的横截面还可以为正三角形、正方向或者其他正多边形，浮子上端内套装有与正多边形边数一致的分块的内永磁体，所述的励磁铁芯的个数与内永磁体的个数一致。
[0011]进一步，所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计还包括磁夹角变送器、能够显示瞬时流量的指示针，能够显示瞬时和累积流量的液晶显示器，上下限报警器。
[0012]进一步，所述的磁夹角变送器内部设置有微处理器、A/D模块输出电路、精密电压电路，精密电压电路与A/D模块输出电路连接，A/D模块输出电路与微处理器连接，微处理器与液晶显示器连接。
[0013]进一步，所述的液晶显示器内部有三个积算器可分别显示正向累积量、反向累积量、及差值积算量，显示器内部设有掉电时钟，具有掉电保护功能。
[0014]进一步，所述的永磁斥力定位型高精度金属管还包括数据通讯电路和无线传输模块，用于数据通信及无线传输测量信号。
[0015]进一步，所述的上下限报警器采用干簧管作为触发元件。
[0016]进一步，所述的测量管内的锥形段采用金属、有机玻璃或者玻璃制造。
[0017]效果汇总
[0018]本发明由于将定位装置的两个定位单元均置于浮子的上段位置，所以浮子的下端不需要任何辅助装置，流体从测量管的下端进入后，直接流向浮子的圆盘，流体的压力完全不会减小，对圆盘的压力保持绝对向上，最大限度地减少了降低测量精度的因素，测量精度显著提高，并有利于降低流体流量的最低测量值，对于低压流体的流量测定更加实用；采用永磁斥力型定位单元，没有机械摩擦力，便于浮子的上下移动，同时能够对其进行水平方向的定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是传统金属管浮子流量计的测量管和浮子的轴向剖视图；
[0020]图2是本发明所述永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计的测量管和浮子的轴向剖视图；
[0021]图3是本发明所述定位柱、外永磁条、内永磁环与浮子的俯视放大示意图；
[0022]图4是本发明所述永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计应用时的轴向剖视示意图。
[0023]图中:1、法兰；2、定位体；3、测量管；4、浮子；5、圆盘；6、锥形段；7、外用磁条；8、定位柱；9、内永磁环；10、指示盘。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]如图1所示，传统的金属管浮子流量计包括轴心线重合的测量管3和浮子4，以测量管3的流体入口为下端，测量管3内的中下部内壁设有锥形段6，浮子4上设有圆盘5，圆盘5的直径大于浮子4其它部位的直径，圆盘5的直径略大于测量管3内的锥形段6的最小内径，浮子4通过与测量管3的内壁连接的定位装置定位于测量管3的中心并能自由上下移动；此处的定位装置包括两个结构相同的定位体2，分别位于浮子4的上段和下段处。其工作过程如下:流体从测量管3的下端进入，先要经过下端的定位体2，然后才能流向浮子4上最大直径的圆盘5，并带动浮子4向上移动，在流体流量不变的情况下，浮子4也会最后保持静止，从而获得一个与该位置对应的流量指示值。这种传统金属管浮子流量计的缺陷在于:流体经过定位体2时必然会使其流向发生一定变化，这种变化会在一定程度上改变流体对浮子4的圆盘5的压力分布，使其难以受到绝对向上的压力，从而降低测量精度；另外，由于下端的定位体2会抵消部分流体压力，是流体相对于其本来的压力减小，也会导致其测量精度降低，而且会提高流体流量的最低测量值，对于低压流体的流量测定会受到一定限制。
[0026]如图2和图3所示，本发明所述永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，与传统金属管浮子流量计相比最大的差别在于定位装置不同，同时因为定位装置发生了改变，所以浮子4的结构也有了相应的变化，具体为:圆盘5设于浮子4的下端端部，圆盘5的下端外表面为圆弧形；所述定位装置包括两个上下方向排列且结构相同的定位单元，每个定位单元包括三个与测量管3的内壁固定连接的定位柱8，三个定位柱8位于相同水平面且相邻两个定位柱8之间的夹角为120°，每个定位柱8靠近测量管3的中心轴线的端头安装有外永磁条7，浮子4的上段套装有与外永磁条7相互排斥的内永磁环9，内永磁环9在上下方向的长度以满足浮子4的上下移动范围为限，三个外永磁条7将浮子4的上段夹持限位并使浮子4能够自由上下移动同时不能水平移动，这一点主要靠调节内永磁环9与外永磁条7之间斥力大小和两者之间的间隙大小来实现，以目前的工业技术是很容易做到的。为了确保两个定位单元能够使浮子4处于竖直方向，两个定位单元之间的距离不小于浮子4总长度的八分之一，一般取到六分之一多比较合适。
[0027]进一步，所述的外用磁条7可以使用励磁铁芯，励磁铁芯外接电压可调的直流电源，采用直流励磁的方式产生磁场，产生的磁场的可以强度根据待测流量预先设定。
[0028]进一步，所述的浮子4上端的横截面还可以为正三角形、正方向或者其他正多边形，浮子上端内套装有与正多边形边数一致的分块的内永磁体，所述的励磁铁芯的个数与内永磁体的个数一致。
[0029]进一步，所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计还包括磁夹角变送器、能够显示瞬时流量的指示针，能够显示瞬时和累积流量的液晶显示器，上下限报警器。
[0030]进一步，所述的磁夹角变送器内部设置有微处理器、A/D模块输出电路、精密电压电路，精密电压电路与A/D模块输出电路连接，A/D模块输出电路与微处理器连接，微处理器与液晶显示器连接。
[0031]进一步，所述的液晶显示器内部有三个积算器可分别显示正向累积量、反向累积量、及差值积算量，显示器内部设有掉电时钟，具有掉电保护功能。
[0032]进一步，所述的永磁斥力定位型高精度金属管还包括数据通讯电路和无线传输模块，用于数据通信及无线传输测量信号。
[0033]进一步，所述的上下限报警器采用干簧管作为触发元件。
[0034]进一步，所述的测量管内的锥形段6采用金属、有机玻璃或者玻璃制造。
[0035]图1、图2和图3中均示出了用于外接流体管道的法兰1，两个法兰I分别安装于测量管3的上、下两端。
[0036]如图4所示，本发明所述永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计的工作过程如下:
[0037]流体从测量管3的下端进入后，直接流向浮子4的圆盘5，对圆盘5的向上的压力使浮子4向上移动，同时流体沿圆盘5的周围向上流动，由于圆盘5的圆周与测量管3的内壁之间的间隙相同，所以流体的流动也非常均匀，一定时间后，由于流体的流量保持相同，所以浮子4会定位于一个对应的高度，不再上下移动，处于一个动平衡状态。此时，圆盘5的圆周与测量管3的内壁之间的环形间隙面积也保持一定。根据流体动力学——柏努力方程，流体的连续性定理和力的动平衡方程式，可以计算出流体通过该环形面积的平均瞬时流量。
[0038]上述过程中，由于流体直接流向浮子4的圆盘5，流体的压力完全不会减小，对圆盘5的压力保持绝对向上，最大限度地减少了降低测量精度的因素，测量精度显著提高，并有利于降低流体流量的最低测量值，对于低压流体的流量测定更加实用。
[0039]如图4所示,实际应用中，用指示盘10显示的方式反应流体的流量,具体结构和原理为:在浮子4内部嵌有一个高性能永久磁钢，随着浮子4的上下移动，磁钢在其周围产生的磁场也发生变化，浮子4处于动平衡时，磁场分布也处于稳定。指示盘10的内部安装有磁夹角变送器11，它内置磁场检测电子模块，能精确测量其周围磁场的变化，以磁夹角的形式与浮子4的位置相对应，流体的流量值、浮子4的位置、磁夹角三者一一对应。通过电子模块的微处理器，将磁场的变化转换成一个标准的4-20mA电流信号输出，并通过指示盘10的指针直观反应出来。上述指示盘10的结构与传统金属管浮子流量计的指示盘的结构相同。
[0040]本发明由于将定位装置的两个定位单元均置于浮子的上段位置，所以浮子的下端不需要任何辅助装置，流体从测量管的下端进入后，直接流向浮子的圆盘，流体的压力完全不会减小，对圆盘的压力保持绝对向上，最大限度地减少了降低测量精度的因素，测量精度显著提高，并有利于降低流体流量的最低测量值，对于低压流体的流量测定更加实用；采用永磁斥力型定位单元，没有机械摩擦力，便于浮子的上下移动，同时能够对其进行水平方向的定位。
[0041]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，包括轴心线重合的测量管和浮子，以所述测量管的流体入口为下端，所述测量管内的中下部内壁设有锥形段，所述浮子上设有圆盘，所述圆盘的直径大于所述浮子其它部位的直径，所述圆盘的直径略大于所述测量管内的锥形段的最小内径，所述浮子通过与所述测量管内壁连接的定位装置定位于所述测量管的中心并能自由上下移动；其特征在于:所述圆盘设于所述浮子的下端端部，所述圆盘的下端外表面为圆弧形；所述定位装置包括两个上下方向排列且结构相同的定位单元，每个定位单元包括三个与所述测量管内壁固定连接的定位柱，三个所述定位柱位于相同水平面且相邻两个所述定位柱之间的夹角为120°，每个所述定位柱靠近所述测量管中心轴线的端头安装有外永磁条，所述浮子的上段套装有与所述外永磁条相互排斥的内永磁环，所述内永磁环在上下方向的长度以满足所述浮子的上下移动范围为限，三个所述外永磁条将所述浮子的上段夹持限位并使所述浮子能够自由上下移动同时不能水平移动；两个所述定位单元之间的距离不小于所述浮子总长度的八分之一。
2.如权利要求1所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的外用磁条还可以使用励磁铁芯，励磁铁芯外接电压可调的直流电源，采用直流励磁的方式产生磁场，产生的磁场的可以强度根据待测流量预先设定。
3.如权利要求1或2或3所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的浮子上端的横截面还可以为正三角形、正方向或者其他正多边形，浮子上端内套装有与正多边形边数一致的分块的内永磁体,所述的励磁铁芯的个数与内永磁体的个数一致。
4.如权利要求1所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计还包括磁夹角变送器、能够显示瞬时流量的指示针、能够显示瞬时和累积流量的液晶显示器、上下限报警器。
5.如权利要求1所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的磁夹角变送器内部设置有微处理器、A/D模块输出电路、精密电压电路，精密电压电路与A/D模块输出电路连接，A/D模块输出电路与微处理器连接，微处理器与液晶显示器连接。
6.如权利要求1或5所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的液晶显示器内部有三个积算器可分别显示正向累积量、反向累积量、及差值积算量，显示器内部设有具有掉电保护功能的掉电时钟。
7.如权利要求1所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的永磁斥力定位型高精度金属管还包括用于数据通信及无线传输测量信号的数据通讯电路和无线传输模块。
8.如权利要求1或5所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的上下限报警器采用干簧管作为触发元件。
9.如权利要求1所述的永磁斥力定位型高精度金属管浮子流量计，其特征在于，所述的测量管内的锥形段采用金属、有机玻璃或者玻璃制造。
【文档编号】G01F15/06GK103983310SQ201410196494
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】易建军, 李斌 申请人:金湖县仪器仪表总厂