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涡轮流量计的分类与工作原理



  涡轮流量计的分类方式有很多,包括按传感器结构分类、按被测介质分类、按信号检测方式分类、按流动方向分类、按传感器与管道连接方式分类等。这里主要介绍其中两种分类方式:

1、按传感器的结构分类:
1)轴向型(普通型) :   涡轮与管道是同轴的,适用范围较广,是主导产品。
2)切向型:    涡轮与管道的轴心是互相垂直的,流体流向叶片时,与叶片平面的夹角简称冲角,切向型的冲角在90“左右,适用于小口径微流量产品。
3)机械型:    机械性的涡轮的转动带动机械计数器,将总量计数,机械型检测的测量精度略比电信号检测的低一些。机械型的传感器和显示器件是在一起的,小巧便捷广。

2、按信号检测方式分类:
    1)感应式:传感器涡轮中嵌有永磁材料,当涡轮旋转式磁场交替接近或远离攒干起壳体外的检测线圈,线圈里的感应电动势发生变化,此周期变化的频率脉冲信号经放大输出。
    2)变磁阻式:涡轮叶片或轮箍由导磁材料制成,传感器壳体外检测线圈中装有永磁材料,当涡轮旋转时,导磁叶片周期性地切割线圈内永磁材料形成的磁路,磁通量同时周期性变化,线圈的等效阻抗亦随着变化,在放大电路中产生连续的脉冲波。
    3)光电式: 涡轮叶片或涡轮驱动的元件随着涡轮旋转,周期性的折断光束,产生光脉    冲信号转换成电脉冲信号。此外,还有光纤传输方式,它可有效地提高抗干扰能力。

涡轮流量计的工作原理:
  下面通过图2. 3来描述其工作原理:
图2. 3祸轮流量计工作原理框图

图2. 3祸轮流量计工作原理框图
  经过涡轮流量传感器的流体通过导流器冲击涡轮叶片时,流体与涡轮的叶片形成一个冲角e,流体推动涡轮使其转动(即转动力矩);涡轮转动时,同时也在克服各种阻力(即机械摩擦阻力矩和流动阻力矩),涡轮转速与流体流量有函数关系。在涡轮转动时,叶片无论是接近管壁外地磁感应线圈还是远离,这样感应线圈磁回路的磁阻导致磁通也在做周期性的改变,磁通改变感应电流,磁电流是正比例于流量的脉冲信号。此脉冲信号经信号检测放大器放大整形后送至显示仪表(或计算机)显示流体流量或总量。因此,流体的流量与传感器的输出信号成正比例关系的,即可计算出结果。
  在流量与粘度都符合要求的情况下,涡轮流量计输出的f与流经涡轮的流体体积流量qv,的关系如下式。即:
计算公式
  式中:K为涡轮流量计的仪表系数(1/L或1/m³)。仪表系数K受到涡轮流量计构成、被测流体的物性等因素的影响。结果得出,K值与被测流体的流态也有很大关系,唯有充分湍流态K值才近似于常数(即流速与流量成正比例);反之,被测流体为层流状态K值也受到流体的物性(粘性)等影响。在非线性范围内,K值的复现性也是比较好的。所以K值与输出的频率成线性关系,考虑到流体的物性(粘性等)需要矫正一下,就可以应道线性区域内。
图2.4仪表系数K的特性曲线

图2.4仪表系数K的特性曲线
    通过测量流体流动的速率,得出一种测量方法。速度式流量计对管道和管道内很多限制,为了满足稳定的速度分布的要求,流体流至流量计前须流经一段直管。
    分析轴向涡轮工作原理时通常是根据两种理论作为基础。一种是根据动量守恒的原理通过涡轮手里过程进行分析,另一种是根据飞行动力学的副翼理论进行分析的。第一种理论的好处是它较直观的描述基本工作过程,常用于对影响因素的定性分析,需要配合实验数据求得他们之间的关系;而第二种方法通过副翼理论分析,使得其分析更充分和全面,但计算过程较复杂,需要处理大量的数据。以下讨论使用动量交换方法作为轴向涡轮流量计分析的基本概念。


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