渦輪流量計(jì)概述與工作原理是怎樣的
一、概述
液體渦輪流量計(jì)是吸取了國(guó)內(nèi)外流量?jī)x表技術(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測(cè)量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無(wú)纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5*10-6m2/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。
二、工作原理
圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，由圖可見(jiàn)，當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線(xiàn)圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。
渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。
（1） 實(shí)用流量方程
qv=f/k
qm=qvp
式中
qvqm……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s；
f… …流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz；
k… …流量計(jì)的儀表系數(shù)，p/m3。
渦輪流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。由圖可見(jiàn)，儀表系數(shù)可分兩段，即線(xiàn)性段和非線(xiàn)性段。線(xiàn)性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過(guò)流量上要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線(xiàn)的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。
傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它不問(wèn)傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件時(shí)參考文件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類(lèi)型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。
（2）理論流量方程
根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程
Jdwdt =M1-M2-M3-M4
式中
J:葉輪的慣性矩；
dw/dt：葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；
M1：流體的驅(qū)動(dòng)力矩；
M2：粘性阻力矩；
M3：軸承摩擦阻力矩；
M4：磁阻力矩。
當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，J×dwdt =0，則M1=M2+M3+M4。
經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得
n=Aqv+B-C/qv
式中
n：葉輪轉(zhuǎn)速；
qv：體積流量；
A：與流體物性（密度，粘度等），葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；
B：與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；
C：與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，他們適用于各種傳感器及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱(chēng)速度分布時(shí)水動(dòng)力特征就非常復(fù)雜。不能用立論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量發(fā)成有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。
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