渦輪流量計的分類與工作原理
渦輪流量計的分類方式有很多,包括按傳感器結(jié)構(gòu)分類、按被測介質(zhì)分類、按信號檢測方式分類、按流動方向分類、按傳感器與管道連接方式分類等。這里主要介紹其中兩種分類方式:
1、按傳感器的結(jié)構(gòu)分類:
1)軸向型(普通型) : 渦輪與管道是同軸的,適用范圍較廣,是主導(dǎo)產(chǎn)品。
2)切向型: 渦輪與管道的軸心是互相垂直的,流體流向葉片時,與葉片平面的夾角簡稱沖角,切向型的沖角在90“左右,適用于小口徑微流量產(chǎn)品。
3)機械型: 機械性的渦輪的轉(zhuǎn)動帶動機械計數(shù)器,將總量計數(shù),機械型檢測的測量精度略比電信號檢測的低一些。機械型的傳感器和顯示器件是在一起的,小巧便捷廣。
2、按信號檢測方式分類:
1)感應(yīng)式:傳感器渦輪中嵌有永磁材料,當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)式磁場交替接近或遠離攢干起殼體外的檢測線圈,線圈里的感應(yīng)電動勢發(fā)生變化,此周期變化的頻率脈沖信號經(jīng)放大輸出。
2)變磁阻式:渦輪葉片或輪箍由導(dǎo)磁材料制成,傳感器殼體外檢測線圈中裝有永磁材料,當(dāng)渦輪旋轉(zhuǎn)時,導(dǎo)磁葉片周期性地切割線圈內(nèi)永磁材料形成的磁路,磁通量同時周期性變化,線圈的等效阻抗亦隨著變化,在放大電路中產(chǎn)生連續(xù)的脈沖波。
3)光電式: 渦輪葉片或渦輪驅(qū)動的元件隨著渦輪旋轉(zhuǎn),周期性的折斷光束,產(chǎn)生光脈 沖信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。此外,還有光纖傳輸方式,它可有效地提高抗干擾能力。
渦輪流量計的工作原理:
下面通過圖2. 3來描述其工作原理:
圖2. 3禍輪流量計工作原理框圖
經(jīng)過渦輪流量傳感器的流體通過導(dǎo)流器沖擊渦輪葉片時,流體與渦輪的葉片形成一個沖角e,流體推動渦輪使其轉(zhuǎn)動(即轉(zhuǎn)動力矩);渦輪轉(zhuǎn)動時,同時也在克服各種阻力(即機械摩擦阻力矩和流動阻力矩),渦輪轉(zhuǎn)速與流體流量有函數(shù)關(guān)系。在渦輪轉(zhuǎn)動時,葉片無論是接近管壁外地磁感應(yīng)線圈還是遠離,這樣感應(yīng)線圈磁回路的磁阻導(dǎo)致磁通也在做周期性的改變,磁通改變感應(yīng)電流,磁電流是正比例于流量的脈沖信號。此脈沖信號經(jīng)信號檢測放大器放大整形后送至顯示儀表(或計算機)顯示流體流量或總量。因此,流體的流量與傳感器的輸出信號成正比例關(guān)系的,即可計算出結(jié)果。
在流量與粘度都符合要求的情況下,渦輪流量計輸出的f與流經(jīng)渦輪的流體體積流量qv,的關(guān)系如下式。即:
式中:K為渦輪流量計的儀表系數(shù)(1/L或1/m³)。儀表系數(shù)K受到渦輪流量計構(gòu)成、被測流體的物性等因素的影響。結(jié)果得出,K值與被測流體的流態(tài)也有很大關(guān)系,唯有充分湍流態(tài)K值才近似于常數(shù)(即流速與流量成正比例);反之,被測流體為層流狀態(tài)K值也受到流體的物性(粘性)等影響。在非線性范圍內(nèi),K值的復(fù)現(xiàn)性也是比較好的。所以K值與輸出的頻率成線性關(guān)系,考慮到流體的物性(粘性等)需要矯正一下,就可以應(yīng)道線性區(qū)域內(nèi)。
圖2.4儀表系數(shù)K的特性曲線
通過測量流體流動的速率,得出一種測量方法。速度式流量計對管道和管道內(nèi)很多限制,為了滿足穩(wěn)定的速度分布的要求,流體流至流量計前須流經(jīng)一段直管。
分析軸向渦輪工作原理時通常是根據(jù)兩種理論作為基礎(chǔ)。一種是根據(jù)動量守恒的原理通過渦輪手里過程進行分析,另一種是根據(jù)飛行動力學(xué)的副翼理論進行分析的。種理論的好處是它較直觀的描述基本工作過程,常用于對影響因素的定性分析,需要配合實驗數(shù)據(jù)求得他們之間的關(guān)系;而第二種方法通過副翼理論分析,使得其分析更充分和全面,但計算過程較復(fù)雜,需要處理大量的數(shù)據(jù)。以下討論使用動量交換方法作為軸向渦輪流量計分析的基本概念。