CN101476908A - 一种弹簧式气体浮子流量计 - Google Patents

Abstract

本发明属于气动系统节能领域，实现了一种弹簧式气体浮子流量计。本发明内容主要涉及通过气体流经浮子时产生的压差而作用在浮子上的流体力与弹簧直接作用在浮子上的弹力达到平衡时的浮子位置来测量管中的气体流量的方法。本发明提出的流量计与传统的利用浮子重力与流体压力达到平衡的浮子流量计不同，本流量计中浮子采用轻质材料，重力基本可以忽略不计，主要利用弹力来与流体压差力达到平衡，从而使得本流量计对安装方向没有要求，在任何安装方向都能正常工作。本流量计结构简单、成本低、寿命长、可任意方向安装，有利于在气动节能领域的广泛使用。

Description

一种弹簧式气体浮子流量计

本发明属于气动系统节能领域，涉及一种弹簧式气体浮子流量计。

背景技术

气体流量测量是气动系统节能领域的关键技术。气体流量是气动系统中的关键参数，是分析和研究气动能耗的基础，气体流量计在许多工业和民用场合使用广泛。

国内现有浮子流量计利用浮子两边的静压压力差及其自身重力之间的平衡来测量气体的流量，这对其安装方式有严格要求——该流量计必须竖直安装，限制了该流量计的使用。另外，电子式流量计价格昂贵、对气体质量要求高、寿命短，不利于工业现场的推广。针对这一情况，本发明提出的弹簧式气体浮子流量计受重力的影响极小以致可以忽略不计，使得其安装方式自由方便，价格低廉，寿命长，有利于工业现场的推广。

发明内容

本发明的目的是：提供一种安装自由、使用方便、体积小、寿命长、造价低廉的弹簧式气体浮子流量计。

本发明的技术方案是：

流量测量原理

根据设计需要，首先确定本流量计的最大量程为Q_max，最大行程长度为x_max，浮子直径D_f，最大通流间隙为Δr_max，管道内径为D。

浮子受力分析：

1.弹簧弹力：F_k＝kx

k——弹簧弹性系数；

x——浮子位移。

2.迎面阻力： $F_d=\mathrm{\ξ}\frac{{\mathrm{\ρv}}^2}{2}{S}_f$

ρ：流经流量计气体的密度；

v：流经流量计气体的速度；

$S_f=\mathrm{\π}{\left(\frac{D_f}{2}\right)}^2:$ 浮子投影在轴垂直截面上的面积；

ξ：迎面阻力系数。

3.静压压力：F_s＝ΔpS₀＝(p₁-p₂)S_f

p₁：浮子上流的气体压力；

p₂：浮子下流的气体压力；

浮子受力平衡，则

F_k＝F_s+F_d

$\mathrm{kh}=\mathrm{\ξ}\frac{{\mathrm{\ρv}}_1^2}{2}{S}_f+(p_1-p_2)S_f$

因为F_s的值较大，F_d<<F_s，F_d可以忽略，则

F_k＝F_s

kh＝(p₁-p₂)S_f

$\mathrm{\&Delta;p}=\frac{\mathrm{kh}}{S_f}$

浮子与外壳内壁间隙的面积：S_Δ＝π·Δr(2D_f+Δr)

设计Δr_max<<D_f且 $\mathrm{\&Delta;r}=k_r\sqrt{x}$

$S_{\mathrm{\&Delta;}}=\mathrm{\&pi;}{D}_f{k}_r\sqrt{x}$

质量流量为：

$G=S_{\mathrm{\&Delta;}}\sqrt{2\mathrm{\&Delta;p\&rho;}}={2k}_r\sqrt{2\mathrm{\&pi;k\&rho;}}x=K_{t}x$

$K_t={2k}_r\sqrt{2\mathrm{\&pi;k\&rho;}}$

K_t为一常数，所以流经流量计气体的质量流量与浮子位移呈线性关系。

附图说明

图1是本发明流量计的结构简图。其中：

1——外壳；2——前卡环；3——前挡圈；4——弹簧；

5——导杆；6——浮子；7——后挡圈；8——后卡环。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明。

浮子采用轻质材料，使重力对测量结果的影响可以忽略不计，其两边的静压力以及弹簧的弹力共同作用下，驱动浮子运动，流量计外壳轴截面内轮廓线的曲率使得浮子与流量计外壳的间隙随着浮子位移的变化按设计的规律变化，来补偿浮子的位移与气体的流量的非线性误差使其成线性关系，从而根据浮子的位置标定通过流量计气体的流量值。弹簧式浮子流量计包括外壳1、前卡环2、前挡圈3、弹簧4、导杆5、浮子6、后挡圈7、后卡环8。(参见图1)。

1.高精度弹簧，其特征在于：

弹簧具有弹性系数，在原点时，弹簧呈不受力的自由状态；当有气体流过时，弹簧受浮子拉伸，其伸展长度与气体的流量值成正比。

2.前外壳轴截面内轮廓，其特征在于：

前外壳轴截面内轮廓线具有特定的曲率，使得浮子的位移与浮子与外壳之间的间隙具有一定的关系，从而保证浮子的位移与流量呈线性关系。

本发明的优点是：与传统的浮子流量计相比，本发明勿需竖直安装，结构简单，体积小，安装方式对精度的影响可以忽略不记；另外，本发明与电子式流量计相比造价低廉，寿命长，有利于工业节能现场的推广。

Claims (2)

1、一种流量与浮子位移呈线性关系的气体流量测量方法，其特征在于：浮子两边的静压压力差及弹簧的弹力的共同作用下驱动浮子运动，由于流量计外壳轴截面内轮廓线的曲率使得浮子与流量计外壳的间隙按一定的规律变化，从而使得浮子的位移与气体的流量呈线性关系。

2、一种安装方向不影响测量结果的流量计，其特征在于：利用浮子两边的静压压力差以及弹簧的弹力来测量气体流量，测量结果主要与弹簧的弹性系数及流量计外壳轴向内轮廓线的曲率有关系，浮子采用轻质材料，重力的影响可以忽略不计。