1 渦輪流量計(jì)測(cè)量原理

1.1 基本原理

渦輪流量計(jì)是一種速度式儀表，它是以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)的，流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化，最后從渦 輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值，通過磁電轉(zhuǎn)換裝置（或機(jī)械輸出裝置）將渦輪轉(zhuǎn)速變化成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行計(jì)算和顯示，由單位時(shí)間電脈沖數(shù)和累計(jì)電脈沖數(shù)反映出 瞬時(shí)流量和累計(jì)流量。

1.2 渦輪流量計(jì)的影響因素

渦輪流量計(jì)的理想特性曲線僅與儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與流量變化無關(guān)，儀表系數(shù)K為一常數(shù)。而實(shí)際曲線并非如此，對(duì)于實(shí)際的渦輪流量計(jì)， 渦輪首先必須克服軸承的靜摩擦力后才能轉(zhuǎn)動(dòng)。我們將渦輪克服靜摩擦力矩所需的最小流量值稱為該渦輪的始動(dòng)流量值。當(dāng)通過流量計(jì)的流量小于始動(dòng)流量值時(shí)，渦 輪不轉(zhuǎn)，無信號(hào)輸出。當(dāng)流量大于始動(dòng)排量以后，隨著流量的增加，渦輪旋轉(zhuǎn)角速度也將增大。以后在測(cè)量范圍內(nèi)，流體產(chǎn)生的阻力矩將成為影響流量計(jì)特性的主要 因素。相對(duì)來說，由軸承間摩擦產(chǎn)生的機(jī)械阻力矩就比較小了。流體產(chǎn)生的阻力矩對(duì)渦輪的影響又分為兩種情況，當(dāng)流體以較低速度流經(jīng)渦輪，儀表常數(shù)是隨被測(cè)液 體的流量和運(yùn)動(dòng)粘度變化而變化的；當(dāng)流體以較高速度流經(jīng)渦輪，儀表常數(shù)只與儀表本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而與流量無關(guān)。只有這種狀態(tài)時(shí)，儀表常數(shù)才真正表示了 常數(shù)的性質(zhì)。渦輪流量計(jì)的流量范圍就是根據(jù)這一區(qū)間來確定的。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)－渦輪在水中不同溫度下的響應(yīng)

不同溫度下，用水標(biāo)定渦輪k值的情況如表1，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，由于水的溫度有所增加，渦輪的K（K=F/Q）值相對(duì)減小。

表1

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)－渦輪在油中不同溫度下的響應(yīng)

不同溫度下，標(biāo)準(zhǔn)渦輪對(duì)油流量的響應(yīng)數(shù)值如下表：

表2

根據(jù)上表做出油對(duì)K值得響應(yīng)特性曲線，如圖1所示，冷油（16度）對(duì)K值的響應(yīng)特性，即F=119.7Q-46.383；熱油（60度）對(duì)K值的響應(yīng)特性，即：

F=107.04Q-20.484。

由此，我們可以推導(dǎo)出：

Q₁=（F₁+20.48）/107.04 （1）

Q₂=（F₂+46.38）/119.7 （2）

式中：Q₁-熱油流量；Q₂-冷油流量；F₁-渦輪對(duì)Q₁的頻率響應(yīng)值；F₂-渦輪對(duì)Q₂的頻率響應(yīng)值。

圖1

將公式（1）（2）組成方程組，解得：（1）當(dāng)F=F₁=F₂=142.2時(shí)，Q₁=Q₂；

（2）當(dāng)F=F₁=F₂>142.2時(shí)，K值大的渦輪流速相對(duì)較??；

（3）當(dāng)F=F₁=F₂<142.2時(shí)，K值大的渦輪流速相對(duì)較大。

如圖2為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在不同流量、不同油溫下的K值響應(yīng)曲線。標(biāo)準(zhǔn)渦輪K值計(jì)算公式為：K=F/Q。

圖2

其中F為標(biāo)準(zhǔn)渦輪在某量范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率。Q=V/T（m^3/D），假設(shè)V為某一固定體積容器，那么T即為以某固定流量Q充滿固定體積V所用的時(shí)間。

由上面圖表我們看到，當(dāng)Q₁=Q₂時(shí)，F(xiàn)₁2，K₁2。因此可以得出，當(dāng)流量一定時(shí)，標(biāo)定冷水的K值比熱水的K值大。如果提高流量Q1，使F1=F2，這時(shí)又出現(xiàn)下面的情況：當(dāng)F₁=F₂時(shí)，Q₁>Q₂，K₁>K₂。