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江苏衡正自动化仪表有限公司
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金属管浮子流量计
一、金属管浮子流量计概述
FZ系列金属管浮子流量计是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表。采用全金属结构、Modular概念设计，因其具有体积小、压损小、量程比大(10：1)、安装维护方便等特点，故广泛应用于各行业复杂、恶劣环境下、对小流量、低流速、各种苛刻介质条件的流量测量与过程控制。
FZ系列金属管浮子流量计的系列产品，针对不同的用户需求、不同场合，有多种测量形式供用户可选；按输出形式分有就地指示型、远传输出型、控制报警型，按输出形式分有就地指示型、远传输出型、控制报警型；按防爆要示分类，又可分为普通型、本质安全型、隔离防爆型三种。
FZ系列金属管浮子流量计采用了国际先进的 Honeywell无接触检测磁场角度变化的磁测传感器、并配以Motorola微处理系统，可实现液晶指示、累积、远传输出(4-20Ma)、脉冲输出、上下限报警输出等功能，该型智能信号变送器具有及高的精度和可靠性，完全可以取代进口同类型仪表，且具有性价比高、多参数标定、掉电保护等到特点。
FZ系列金属管浮子流量计的设计制作还考虑了用户工艺流向要求，有HZ50垂直安装式、HZ51上进下出安装式、HZ52侧进侧出安装式、HZ53底进侧出安装式、HZ54螺纹连接式、HZ56R/L水平安装式等安装方式可选。

二、金属管浮子流量计原理：
FZ系列金属管浮子流量计由二部分组成：
传感器———测量管及浮子；
信号变送器———指示器；
传感器的触液材质有四种：不锈钢、哈氏合金、钛材、不锈钢衬PTFE；用户可根据不同的触液材质，来满足工艺的耐压及介质防腐的需要。根据不同的测量要求，用户在选型时，可以选择不同的指示器组合，来实现不同的测量要求。流量的测量是由指示器内的变送器通过耦合磁钢感受浮子位置的变化来完成流量的指示和信号的远传输出的。当被测介质自下而上流经测量管时，浮子受重力、浮力及流体流速对浮子垂直向上的推动力三者平衡时，浮子即相对而言静止在某个位置，这个位置随浮子与锥管的环面积、流体流速而变化，浮子的位置即对应被测介质流量的大小。
三、金属管浮子流量计特点
◇模块化组合设计，维修方便，正常使用免维护
◇单轴、非接触新型磁耦全结构，信号传输更稳定
◇双行、大屏幕液晶显示瞬时、累计流量，可带背光
◇智能型具有掉电保护、数据备份及恢复功能
◇全金属结构，抗震、耐压、耐温、防腐
◇短行程、总主250mm，设计安装更方便
四、金属管浮子流量计技术参数
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 特殊型20：1
精度： 标准型1．5级 特殊型1．0级
压力等级：标准型： DN15－DN50 4.0MPa DN80-DN200 1.6MPa
特殊型： DN15－DN50 25MPaDN80-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：最高可达400℃
介质粘度：DN15: <5mPa.s(F15.1-F15.3)
<30mPa.s(F15.4-F15.8)
DN25: <250mPFa.s
DN50-DN150: <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：由用户指定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：85－265VAC50HZ
电池型：3．6V@4AH镍氢电池
报警输出：上限或下限瞬时流量报警
标准型：集电极开路输出(最大100mA@30VDC内部阻抗100欧)
特殊型：继电器输出(触点容量最大5A@250VAC)
脉冲输出：累积脉冲输出，最小间隔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
防护等级：IP65
防爆标志：本安型iaⅡCT6 隔爆型dⅡCT6
检测原理：
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，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；
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(最大直径)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。

式中d 浮子最大直径(即工作直径)，m;
h 浮子从锥管内径等于从浮子最大直径处上升高度，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；
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(最大直径)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。

式中d 浮子最大直径(即工作直径)，m;
h 浮子从锥管内径等于从浮子最大直径处上升高度，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)

金属管浮子流量计的口径、浮子号及刻度的计算
1、计算方法
(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最大值。
(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。
2、修正系数K的确定
(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(Hastelloy)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：被测气体介质的绝对压力(MPa)
T：被测气体介质的绝对温度(K)
ρ0：空气在20℃,0.1013MPa情况下密度(1.205kg/m3)
P 0：标校介质的绝对压力(0.1013MPa)
T 0：标校介质的绝对温度(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绝对温度(K)
Pt:被测气体介质在操作状态下绝对压力(MPa)
p0:被测气体介质在标准状态下绝对压力(MPa)
T0:被测气体介质在操作状态下绝对温度(K)
金属管浮子流量计的结构
1、高温型结构(G)
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)
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)
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.
夹套型金属管流量计结构见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系列的最高压力可以达到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型最大压力为10MPa.

高压型外形尺寸及重量

注:1、G为仪表重量(kg)
金属管浮子流量计安装示意图

金属管浮子流量计的安装注意事项
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：
·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°；
·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；
·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；
·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；
·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；
·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：
·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。
·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；
·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。
五、金属管浮子流量计产品选型
代号 测量管结构
HZ-50 下进上出
HZ-51 下进上横出
HZ-52 下横进上横出
HZ-53R 右进左出
HZ-53L 左进右出
代号 接液材质
R0 0Cr18Ni2Mo2Ti
R1 1Cr18Ni9Ti
Rp PTFE
T1 钛合金
Rl 316L
代号 管道口径
DN15 15
DN25 25
DN50 50
DN80 80
DN100 100
DN150 150
DN200 200
代号 附加结构
无
T 夹套型
Z 阻尼型
G 高温型
Y 高压型
代号 指示器形式代码组合
M1 就地指示器，机械指示瞬时流量
M2 供电型，机械指示瞬时流量，液晶显示瞬时/累积流量
M3 供电型，无机械指示，液晶显示瞬时/累积流量
代码 供电方式
无 只限M1指示器
A 220VAC，4－20mA输出
B 电池供电，无输出
C 24VDC，二线制供电，4－20mA输出
D 24VDC，三、四线制供电，4－20mA输出
代号 防爆标志
l 本安iaCT5方型壳体
d 隔爆Diibt4园壳体
代号 报警或脉冲输出
无 无报警或脉冲输出
K1 上限报警或一路脉冲输出
K2 下限报警或一路脉冲输出
K3 上、下限报警或双路脉冲输出


六、参考流量
选型
通径
(mm) 流量范围 压力损失KPa
水L/h 空气m3/h 水 空气
常规型 防腐型 常规型/防腐型 常规型 防腐型
15 2.5-25
4.0-40
6.3-63
10-100
16-160
25-250
40-400
63-630 2.5-25
4.0-40
6.3-63
10-100
16-160
25-250
40-400 0.07-0.7
0.11-1.1
0.18-1.8
0.28-2.8
0.48-4.8
0.7-7.0
1.0-10.0
1.6-16.0 6.5
6.5
6.6
6.6
6.8
7.0
8.6
11.1 5.5
5.5
5.6
5.6
5.8
6.1
7.3 7.1
7.2
7.3
7.5
8.0
10.8
10.0
14.0
25 100-1000
160-1600
250-2500
400-4000 63-630
100-1000
160-1600
250-2500 3-30
4.5-45
7-70
11-110 7.0
8.0
10.8
15.8 5.9
6.0
6.8
9.2 7.7
8.8
12.0
19.0
50 630-6300
1000-10000
1600-16000 400-4000
630-6300
000-10000 18-180
25-250
40-400 8.1
11.0
17.0 6.8
9.4
14.5 8.6
10.4
15.5
80 2500-25000
4000-40000 1600-16000
2500-25000 60-600
80-800 8.1
9.5 6.9
8.0 12.9
18.5
100 6300-63000 4000-40000 100-1000 15.0 8.5 19.2
150 20000-100000 600-3000 19.2 20.3

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