渦輪流量計概述與工作原理是怎樣的
一、概述
液體渦輪流量計是吸取了國內(nèi)外流量儀表技術經(jīng)過優(yōu)化設計，具有結構簡單、輕巧、精度高、復現(xiàn)性好、反應靈敏，安裝維護使用方便等特點的新一代渦輪流量計，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質，工作溫度下運動粘度小于5*10-6m2/s的液體，可對流量計進行實液標定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、超量報警等，是流量計量和節(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構簡圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。
渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。
（1） 實用流量方程
qv=f/k
qm=qvp
式中
qvqm……分別為體積流量，m3/s，質量流量，kg/s；
f… …流量計輸出信號的頻率，Hz；
k… …流量計的儀表系數(shù)，p/m3。
渦輪流量計的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分兩段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上要注意防止空穴現(xiàn)象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，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)由流量校驗裝置校驗得出，它不問傳感器內(nèi)部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數(shù)，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗條件時參考文件，如果使用時偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，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)動量矩定理可以列出葉輪的運動方程
Jdwdt =M1-M2-M3-M4
式中
J:葉輪的慣性矩；
dw/dt：葉輪的旋轉加速度；
M1：流體的驅動力矩；
M2：粘性阻力矩；
M3：軸承摩擦阻力矩；
M4：磁阻力矩。
當葉輪以恒速旋轉時，J×dwdt =0，則M1=M2+M3+M4。
經(jīng)理論分析與實驗驗證可得
n=Aqv+B-C/qv
式中
n：葉輪轉速；
qv：體積流量；
A：與流體物性（密度，粘度等），葉輪結構參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、流道截面積等）有關的系數(shù)；
B：與葉片頂隙，流體流速分布有關的系數(shù)；
C：與摩擦力矩有關的系數(shù)。
國內(nèi)外學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力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當現(xiàn)場有旋渦和非對稱速度分布時水動力特征就非常復雜。不能用立論式推導儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實流校驗確定。但是理論流量發(fā)成有巨大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數(shù)設計計現(xiàn)場使用條件變化時儀表系數(shù)變化規(guī)律的預測和估算。
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