一种磁悬浮式浮子流量计的制作方法

本发明属于计量技术领域，具体涉及一种磁悬浮式浮子流量计。

背景技术：

浮子流量计通过测量浮子的高度测量管道中流体的流量大小。流量增大时管内的浮子向上移动，反之流量减小时浮子向下移动。当浮子所受的浮力与浮子的重力达相等时，浮子处于平衡状态。因此，可以通过测量浮子的高度测出管内流量的大小。测量浮子的高度有多种方式，最为简单的是通过计量管上的刻度直接读取。也有采用光学、磁电方式获取浮子高度的数据。

由于浮子有一定的重力，因此流体的流量必须达到一定的值，使得浮子受到的浮力超过浮子的重力时才能使得浮子起浮。因此，浮子流量计能够测试的流量有一个下限，一般为5倍左右的压力损失。假定某流量计管内浮子前后的压差为7kpa，则该流量计最小可以测量的流量为35kpa。也就是说，浮子流量计很难测量流量小于某一极限值的流量。

为了减小该极限值，一般采用的方法是将计量管设计成锥度管，以提高浮子向上的浮力，如专利号为200820206788.1，名称为“磁翻柱转子流量计”的实用新型专利。也有采用其他方式，如专利号为201920360517.x，名称为“一种直读节流流量计”，采用并列平行的主管和透明计量管，计量管内设置有浮子，主管内设有分隔板，分隔板上开有通水口，将主管分为高压区和低压区，计量管两端分别接高压区和低压区，这样即可增加浮子向上的浮力。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有浮子流量计存在存在测量下限的问题，提供一种磁悬浮式浮子流量计，可以对很小流量进行计量。

本发明包括竖直设置的计量管和设置在计量管内的浮子。

所述的计量管为透明管，计量管的两端固定连接有法兰盘；

所述的浮子活动设置在计量管内，可以沿计量管上下移动；浮子内或浮子底部设置有圆柱形的磁钢，磁钢的磁极上下设置；浮子顶部设置有反光锥，反光锥为圆锥体，圆锥体的中心轴截面为底角45度的等腰三角形，圆锥体侧面为反光面；

所述的计量管外设置有磁钢环，磁钢环套置于计量管外，固定安装在计量管下部靠近法兰盘处；磁钢环的中心轴线的磁力线与磁钢的磁力线相对。

所述的计量管内设置有激光发射器，激光发射器设置在计量管上部，发射的光束平行于计量管中心轴；

所述的计量管外对应浮子位置设置有光敏位置传感器，光敏位置传感器连接位置信号数据处理单元。

进一步，所述的计量管为内径下小上大的锥度管。

由于磁钢环的内环磁极与磁钢下部磁极为同极，产生的恒定排斥力将磁钢连同浮子悬浮在计量管内的某一位置，而流量很小的流体经过浮子时即可推动浮子上行。

由于采用了磁悬浮式浮子，为避免磁力干扰，不能采用磁力的方式读取数据，同时为了读数准确方便，采用光学读数的方式。激光发射器竖直向下发射的激光经反光锥的反光面反射，形成水平光束。浮子上下位移时，该水平光束相应在竖直方向移动，光敏位置传感器接收光束的信号，并发送给位置信号数据处理单元，即可获取浮子的高度信息，经处理后转换成流量进行显示或远传到监控室。为了抑制浮子晃动对流量读数的影响，位置信号数据处理单元可在设定的时间内对位置数据进行累加后平均，使得流量计的稳定性得以提高。光敏位置传感器对光束信号的接收，以及位置信号数据处理单元对信息的处理都是成熟的现有技术，与本发明所要解决的消除流量计测量下限的问题并无关系。

本发明利用磁场的斥力使得在零流量时浮子已经处于悬浮状态，计量管内只要有很小的流量，即可使得浮子的高度发生变化，使得测量下限大幅向下拓展；同时采用光敏位置传感器测量浮子高度的变化，进一步提高浮子高度测量的精确度。另外，光敏位置传感器输出的数据可以进行进一步的处理，可以滤掉因浮子振动等因素导致的测量误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种磁悬浮式浮子流量计，包括竖直设置的计量管1和设置在计量管内的浮子2。

计量管1为透明的内径下小上大的锥度管，计量管1的两端固定连接有法兰盘3，法兰盘3用于将流量计串接在需要测量流量的管路i上。其中计量管1的下端为流体进口，上端为流体出口，图中空心箭头方向为流体流向。

浮子2活动设置在计量管1内，可以沿计量管1上下移动；浮子2内或浮子2底部设置有圆柱形的磁钢4，磁钢4的磁极上下设置；浮子2顶部设置有反光锥5，反光锥5为圆锥体，圆锥体的中心轴截面为底角45度的等腰三角形，圆锥体侧面为反光面。

计量管1外设置有磁钢环6，磁钢环6套置于计量管1外，固定安装在计量管1下部靠近法兰盘3处；磁钢环6的内环磁极与磁钢4下部磁极为同极。

计量管1内设置有激光发射器7，激光发射器7设置在计量管1上部，发射的光束平行于计量管1中心轴。

计量管1外对应浮子2位置设置有光敏位置传感器8，光敏位置传感器8连接位置信号数据处理单元9。

由于磁钢环的中心轴线的磁力线与磁钢的磁力线相对，产生的斥力将磁钢4连同浮子2悬浮在计量管1内的某一位置，而流量很小的流体经过浮子2时即可推动浮子2上行。磁钢环6使浮子的重心偏向浮子底部以提高浮子的稳定性，浮子上的圆柱型磁钢和计量管下部的磁钢环6在轴线上的极性相对，因此产生斥力使得浮子悬浮，并且能够保证浮子沿中轴线方向移动。

如图1箭头方向，激光发射器7发出的光束照射在浮子上方的45度角反光锥上，反射后的激光束与原光束成90度，射向流量管外的光敏位置传感器8。激光光斑在光敏位置传感器8的位置与浮子的高度相关。流量越大，浮子位置越高，光斑在光敏位置传感器8上的位置也越高。反之，流量越小，浮子位置越低，光斑在光敏位置传感器8上的位置也越低。因此，光敏位置传感器8可以根据激光光斑的位置确定浮子的高度。当计量管1内没有流体流动时，浮子处于磁场斥力和重力平衡的位置，把此时光敏位置传感器8对应的激光光斑位置高度设为0，此即0流量位置。当流量管内有流体流动时，由于浮子本身的重量已经被磁场的斥力抵消，因此即使很小的流量也能导致浮子的高度发生变化。光敏位置传感器8根据激光光斑位置输出信号给位置信号数据处理单元9，根据浮子的高度数据计算出相应的流量进行显示或者远传到监控室。

该浮子流量计有如下优点：

1，利用磁钢与磁环之间的斥力抵消浮子的重力，消除了浮子流量计测量下限不为0的难题，使得浮子流量计的下限可以向下拓展到0；2，采用光敏位置传感器读取浮子的高度，具有精度高、误差小的特点，相应的流量计的精度也得到提升；3，由于采用圆锥形的反光锥反射激光，即使使用中浮子发生旋转和晃动，仍能把激光束反射到位置敏感传感器中，并且通过对位置数据的累加后平均等手段，使得流量计稳定性提高。

技术特征：

1.一种磁悬浮式浮子流量计，包括竖直设置的计量管(1)和设置在计量管内的浮子(2)；其特征在于：

所述的计量管(1)为透明管，计量管(1)的两端固定连接有法兰盘(3)；

所述的浮子(2)活动设置在计量管(1)内，可以沿计量管(1)上下移动；浮子(2)内或浮子(2)底部设置有圆柱形的磁钢(4)，磁钢(4)的磁极上下设置；浮子(2)顶部设置有反光锥(5)，反光锥(5)为圆锥体，圆锥体的中心轴截面为底角45度的等腰三角形，圆锥体侧面为反光面；

所述的计量管(1)外设置有磁钢环(6)，磁钢环(6)套置于计量管(1)外，固定安装在计量管(1)下部靠近法兰盘(3)处；磁钢环(6)中心轴线的磁力线与磁钢(4)的磁力线相对；

所述的计量管(1)内设置有激光发射器(7)，激光发射器(7)设置在计量管(1)上部，发射的光束平行于计量管(1)中心轴；

所述的计量管(1)外对应浮子(2)位置设置有光敏位置传感器(8)，光敏位置传感器(8)连接位置信号数据处理单元(9)。

2.如权利要求1所述的一种磁悬浮式浮子流量计，其特征在于：所述的计量管(1)为内径下小上大的锥度管。

技术总结
本发明公开了一种磁悬浮式浮子流量计。现有的浮子流量计普遍存在存在测量下限的问题。本发明包括竖直设置的计量管和设置在计量管内的浮子。浮子内或浮子底部设置有圆柱形的磁钢，磁钢的磁极上下设置；浮子顶部设置有反光锥，圆锥体侧面为反光面。计量管外套置有磁钢环，磁钢环的中心轴线的磁力线与磁钢的磁力线相对。计量管内设置有激光发射器，计量管外对应浮子位置设置有光敏位置传感器，光敏位置传感器连接位置信号数据处理单元。本发明利用磁场的斥力使得在零流量时浮子已经处于悬浮状态，计量管内只要有很小的流量，即可使得浮子的高度发生变化，消除了测量下限。同时，本发明测量精度高、稳定性好。

技术研发人员：季振国;李阳阳;毛启楠
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2020.06.02
技术公布日：2020.10.23