金属管回転子流量計は、古典的な変面積式流量計として、その安定した信頼性のあるコアは精妙な力学平衡システムに由来する。流量を直接測定するのではなく、フロートの変位を測定することで流量の大きさを間接的に反映し、全過程が流体力学と機械力学の結合である。

コア力学モデル：力平衡方程式

その仕事の核心は、テーパ測定管におけるフロートの力のバランスにある。フロートは主に3つの力によって作用する：

フロート自体の重力（G）：垂直下向きで、一定の力です。

フロートに対する流体の浮力（Fフロート）：垂直上向き、フロートが流体を排出する重量に等しい。

フロートに対する流体の差圧抵抗（F抵抗）：垂直方向、これが重要な変数です。流体がフロートと管壁との間の環状隙間を流れると、絞り作用によりフロートの上下端に圧力差ΔP（下端圧力が上端より高い）が発生し、それにより上向きの力が発生する。

流量が安定していると、フロートはある位置に留まり、その時三者は受力平衡：G=Fフロート+F抵抗に達する。

変位と流量のマッピング関係

流量が増大すると流体流速が速くなり、フロートに作用する差圧抵抗Fが増大し、元の平衡を瞬間的に破壊する。F>G-Fが浮いているため、力を合わせて上向きになり、フロートが上昇します。

フロートが上昇するにつれて、テーパ管壁との間の環状面積が徐々に増加し、そこでの流体流速が低下し始め、従って差圧抵抗Fも減少する。Fが再びG=Fフロート+F抵抗を満たすまで減少すると、フロートは新しい、より高い位置で新しいバランスに達する。

逆に、流量が減少すると、プロセスは逆にフロートが低下する。

したがって、フロートの各高さ位置は、特定の環状流通面積に対応し、さらに特定の流量値に対応する。磁気結合などの方法でフロートの変位を指示器に伝達することで、ダイヤル上に瞬間流量を直感的に表示することができる。

結論

金属管回転子流量計の本質は、力平衡に基づく機械式フィードバックシステムである。それはテーパ管構造を利用して、流量の変化をフロート変位に変換して、変位を通じて流通面積を変えて、最終的に圧力差抵抗と流量を新しい平衡に達成して、それによって流量の正確な測定を実現します。