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涡轮流量计仪表工作原理的分析

发布时间:2018-07-09 来源:http://www.kessin.cn/news/153.html

 涡轮流量计(以下简称流量计)是以流体动量矩原理为基础的流量计量仪表。有些科技文献又将其划分为速度式仪表,因为在一定的流量范围内,流量计的转动速度与流体的流速成比例关系。


   流量计使用中的主要特点:体积小;重量轻;准确度高(有的流量计可以当作计量标准仪表);反应时间快(有些可达到毫秒级);量程比宽(一般为10∶1);压力损失小;适用工作流体温度高;输出为脉冲信号,故不易受到干扰;可以长距离传输,便于各种参数处理。当它与多功能、多参数的显示仪表(以下简称仪表)组合使用时,可以同时对累积流量、瞬时流量或流体温度、内部压力等参数进行测量及分析、调节。


   1 流量计的工作过程


   流量计通常由涡轮(机械部分)、磁电转换器、放大机构(电子部分)等组成。




1——涡轮(机械部分);2——磁电转换器;


3——放大机构(电子部分)


   当流体流经安装在管道里的涡轮,即流经涡轮叶片与管道之间的间隙时,由于流体的冲击作用,使得涡轮围绕轴心发生旋转。同时实验表明,涡轮旋转的转数与介质流体的体积流量呈现近似的线性关系。再将涡轮的旋转通过磁电转换器变换成相对应的电脉冲信号,以此脉冲信号经电子放大机构放大后,即可输送显示仪表进行多参数物理量的指示。


   由前可知,在测量范围内,涡轮的转速与流量成正比,而信号的脉冲数则与涡轮的转速成正比。所以,当我们检测出信号脉冲总数以后,除以仪表常数ξ(次/升),便可计算得到该段时间内的介质流体总量V(升),即:


   V=N/ξ(L)    (1)


   举一例:流量计ξ为180次/L,用仪器测出在10min内仪表计算得的脉冲数为7200次,则10min内管道中流过流体的总量为:


   V=N/ξ=7200次/180次/L=40L


   2 涡轮旋转的基本原理


   流量计主要组件包括:导流体组件、涡轮组件、壳体、磁电转换器和放大机构等。通过对流体流过管道及涡轮结构的分析,我们可以得出,当流体沿管道的轴线方向流动而冲击涡轮叶片时,便有与流量Q、密度φ和流速V的乘积成比例的力作用于叶片上,推动涡轮旋转。


   如图2所示,由于涡轮对·流体是作相对运动,如果涡轮旋转的圆周速度V=w•r与轴线平行的流速与叶片的夹角为θ,流通面积为A,则介质流速V=Q/A,则推动涡轮旋转的力矩M可用下式表示:


       (2)


   式中:K1——与流量计结构尺寸、流体质量、状态有关的参数;r——平均半径,常取叶片宽度1/2到中心的距离。


   由(2)式可知,力矩M除与流量Q有关外,与流体介质密度ρ、流动状态与流向等多个因素有关。


   在涡轮旋转时,除推动涡轮旋转的转动力矩M外,还同时存在阻碍涡轮旋转的阻力矩,其中包括:介质粘度对涡轮流量计摩擦引起的阻力矩M1,轴承摩擦引起的阻力矩M2,磁电转换器引起的磁电反应阻力矩M3。根据动量矩守恒原理,涡轮的运动方程式可以用以下函数关系式表示:


   Jdω/dt=M-M1-M2-M3    (3)


   式中:J——涡轮的转动惯量;dω/dt——涡轮的角加速度。




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