传统的机械式金属管浮子流量计，由于其局限性，无法进行流量的计量。即便是改进型的机械式金属管浮子流量计，用凸轮板和转角变送器进行修正，虽能提高精度，但凸轮板的加工需要考虑不同测量介质及工况条件，且机加工的复杂度很高，流量计量的精度仍受到加工精度的限制。因此，设计了一种可以通过微处理器灵活配置参数、适应不同测量介质和工况条件的通用型智能金属管浮子流量计，其结构如图1所示。通过自行设计的角位移传感器将浮子位置的变化转换为反映角度变化的电信号，利用程序预设的数字模型进行流量计算，克服了凸轮式机械结构进行流量计算固有的弊端。
1 引言
传统的金属管浮子流量计属于机械式，通过电磁感应耦合和机械连杆机构带动指针显示或远传。该方式存在机械磨损、迟滞、精度低等缺点。
为此，本文研制一种基于霍尔元件的新型智能金属管浮子流量计。通过浮子内嵌的*磁体，利用霍尔元件检测磁场变化，确定浮子位置。
2 结构原理
金属管浮子流量计结构原理图如图1所示。其中，传感器由一个锥形管、一个置于锥形管内可以上下自由移动的浮子（内嵌磁钢）组成，虚线部分为信号处理单元。
根据流量方程式的推导，可得体积流量公式
（1）
其中，Qv— 体积流量；a— 流量系数；DD—标尺零点处锥形管直径；h— 浮子位置；φ—
本文设计的金属管浮子流量计采用磁阻传感器进行角位移检测，使流量计的转换器不需要任何可动的机械零件，消除了机械零件之间摩擦力和传动误差，实现了流量计转换器的全电子化和小型化；同时，采用MSP430单片机进行线性修正和运算，从而使流量计的准确度、回差和重复性等主要指标得到了明显提高。可通过按键，HART375手操器或者组态软件进行多点修正、小流量切除值设置、报警设置、量程范围设置、瞬时流量和累积流量小数点设置等功能。本文设计的金属管浮子流量计具有小型化、数字化、智能化和低功耗等特点，已成功投产。锥形管锥半角；Vf— 浮子体积；ρf— 浮子材料密度；Sf—
浮子垂直于流向的zui大截面积。从流量公式（1）可见，实现流量测量的精度决定于浮子高度的准确测量。
该装置采用双霍尔元件作为敏感元件，通过其对磁场变化的检测，探求霍尔元件输出电压值U与浮子高度h的函数关系，即
U=f（h） （2）
管壁外的双霍尔敏感元件将磁场的变化转换成电压的变化，经A/D转换送至单片机。单片机经过数据处理得到的流量测量，并可现场显示或远传。
3 浮子位置检测的实验研究
霍尔元件测量浮子位置原理图，如图2所示。其中H1和H2为仪表盒中的霍尔元件，浮子运动方向如图2所示，行程为60mm，当变送器工作时，浮子根据流量的变化而上下运动，使切割两个霍尔元件的敏感区磁力线产生变化，因此霍尔元件的输出可反映磁钢位置，即反映出流体流量大小。
霍尔输出电势UH为
UH=KHIBcosθ （3）
式中，KH— 元件的灵敏度；
θ— 磁感应强度B和霍尔片平面法线所成角度；
霍尔元件采用恒流源供电，温度性能较好。由（3）式可知：
①输出电压UH与KH、输入电流I及磁场强度Bcosθ成正比；
②由于θ角是浮子位置h的函数，所以Bcosθ=g（h）；
③由于电子迁移率μ和载流子浓度n随温度变化导致电阻率 、霍尔系数 或灵敏度系数
等，均随温度而变化，因此霍尔电势UHzui终为温度T及浮子位置h的二元函数，即
UH=F（T，h） （4）
显然，实现浮子位置的准确检测，关键是建立（4）式的函数关系。
本文设计的金属管浮子流量计采用磁阻传感器进行角位移检测，使流量计的转换器不需要任何可动的机械零件，消除了机械零件之间摩擦力和传动误差，实现了流量计转换器的全电子化和小型化；同时，采用MSP430单片机进行线性修正和运算，从而使流量计的准确度、回差和重复性等主要指标得到了明显提高。可通过按键，HART375手操器或者组态软件进行多点修正、小流量切除值设置、报警设置、量程范围设置、瞬时流量和累积流量小数点设置等功能。本文设计的金属管浮子流量计具有小型化、数字化、智能化和低功耗等特点，已成功投产。
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