1．渦輪流量計的工作原理 渦輪流量計的原理示意圖如圖3—1所示．在管道中心安放一個渦輪，兩端由軸承支撐．當流體通過管道時，沖擊渦輪葉片，對渦輪產生驅動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產生旋轉．在一定的流量范圍內，對一定的流體介質粘度，渦輪的旋轉角速度與流體流速成正比．由此，流體流速可通過渦輪的旋轉角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量．
渦輪的轉速通過裝在機殼外的傳感線圈來檢測．當渦輪葉片切割由殼體內*磁鋼產生的磁力線時，就會引起傳感線圈中的磁通變化．傳感線圈將檢測到的磁通周期變化信號送入前置放大器，對信號進行放大、整形，產生與流速成正比的脈沖信號，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值；同時亦將脈沖信號送入頻率電流轉換電路，將脈沖信號轉換成模擬電流量，進而指示瞬時流量值．
渦輪流量計總體原理框用見圖3—2所示．
2．渦輪流量計的構造
流體從機殼的進口流入．通過支架將一對袖承固定在管中心軸線上，渦輪安裝在軸承上．在渦輪上下游的支架上裝有呈輻射形的整流板，以對流體起導向作用，以避免流體自旋而改變對渦輪葉片的作用角度．在渦輪上方機殼外部裝有傳感線圈，接收磁通變化信號．
下面介紹主要部件．
(1)渦輪
渦輪由導磁不銹鋼材料制成，裝有螺旋狀葉片．葉片數量根據直徑變化而不同，2－24片不等．為了使渦輪對流速有很好的響應，要求質量盡可能小．
對渦輪葉片結構參數的一般要求為：葉片傾角10°－15°(氣體)，30°－45°（液體）；葉片重疊度P為1—1．2；葉片與內殼間的間隙為0．5—1mm．
(2)軸承
渦輪的軸承一般采用滑動配合的硬質合金軸承，要求耐磨性能好．
由于流體通過渦輪時會對渦輪產生一個軸向推力，使鈾承的摩擦轉矩增大，加速鈾承磨損，為了消除軸向力，需在結構上采取水力平衡措施，這方法的原理見圖3—3所示．由于渦輪處直徑DH略小于前后支架處直徑Ds，所以，在渦輪段流通截而擴大，流速降低，使流體靜壓上升 P，這個 P的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用．
圖3－3 水力平衡原理示意圖
(3)前置放大器
前置放大器由磁電感應轉換器與放大整形電路兩部分組成，示意圖見圖3—4所示．
磁電轉換器國內一般采用磁阻式，它由*磁鋼及外部纏繞的感應線圈組成．當流體通過使諷輪旋轉的，葉片在*磁鋼正下方時磁阻zui小，兩葉片空隙在磁鋼下方時磁阻zui大，渦輪旅轉，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產生變化的感應電勢，送入放大整形電路，變成脈沖信號．
輸出脈沖的頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數K為
K＝ （3－1）
式中 f──渦輪流量計輸出脈沖頻率；
qv——通過流量計的流量．
該比例系數亦稱為渦輪流量計的儀表系數。
圖3－4 渦輪流量計前置放大器原理圖
(4)信號接收與顯示
信號接收與顯示器內系數校正器、加法器和頻電轉換器等組成，其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號變換成累積流量和瞬時流量并顯示．
渦輪流量計的特點與安裝使用 1．渦輪流量計的特點 從前面的討論中可知，渦輪流量計是一種有很多優點的流量儀表．歸納起來，它有如下特點． (1)準確度高 渦輪流量計的準確度在(0．5－0. 1)％左右．在線性流量范圍內，即使流量發生變化，累積流量準確度也不會降低．并且在短時間內，渦輪流量計的再現性可達0．05％． (2)量程比寬 渦輪流量計的量程比可達8—10．在同樣口徑下，渦輪流量計的zui大流量值大于很多其它流量計． (3)適應性強 渦輪流量計可以做成封閉結構，其轉速信號是非接觸測量，所以容易實現耐高壓設計。 如果流量計的渦輪和軸承選擇耐高溫、熱膨脹系數小的材料，就可以在較寬的溫度范圍內使用．這時，應注意對它的儀表系數進行修正(主要是其流通截面的變化)： K＝K0[1－( R＋2 H)(t－to)] (3－23) 式中 K，K0——使用時和校驗時的儀表系數； t，t0——使用時和校驗時的流體溫度； R， H分別為渦輪和機殼的材料膨脹系數． (4)數字信號輸出 渦輪流量計輸出為與流量成正比的脈沖數字信號．它具有在傳輸過程中準確度不降低、易于累積、易于送入計算機系統的優點． 2. 渦輪流量計的安裝使用 要想充分發揮渦輪流量計的特點，在流量計的安裝使用上還必須加以充分注意．下面概要討論一下這方面的問題． (1)被測介質 渦輪流量計所測得的液體，一般是低粘度的(一般應小于15×l0－6m2／s)、低腐蝕性的液體．雖然目前已經有用于各種介質測量的渦輪流量計，但對高溫、高粘度、強腐蝕介質的測量仍需仔細考慮，采取相應的措施．當介質粘度v大于15×l0－6m2／s時，流量計的儀表系數必須進行實液標定，否則會產生較大的誤差． 汽－液兩相流、氣－固兩相流、濃－固兩相流均不能用渦輪流量計進行測量． (2)安裝配管要求 流量計的安裝情況對流量計的測量準確度影響很大． ①流速分布不均和管內二次流的存在是影響渦輪流量計測量準確度的重要因素．所以，渦輪流量計對上、下游直管段有—定要求．對于工業測量，一般要求上游20D，下游5D的直管長度．為消除二次流動，在上游端加裝整流器．若上游端能保證有20D左右的直管段，并加裝整流器，可使流量計的測量準確度達到標定時的準確度等級． ②渦輪流量計對流體的清潔度有較高要求，在流量計前須安裝過濾器來保證流體的清潔．過濾器可采用漏斗型的，其本身清潔度，可測其兩端的差壓變化得到． ③為保證通過流量計的液體是單相的，即不能讓空氣或蒸氣進入流量計，在流量計上游必要時應裝消氣器．對于易氣化的液體，在流量計下游必須保證一定背壓．該背壓的大小可取zui大流量下流量傳感器壓降的二倍加上zui高溫度下被測液體蒸氣壓的1．2倍． (3)信號傳輸線 為了保證顯示儀表對渦輪傳感器輸出的脈沖信號有足夠的靈敏度，就要提高信噪比．為此，在安裝時應防止各種電干擾現象，即電磁感應，靜電及電容耦合．所以，在配置信號傳輸線時，必須注意如下幾點： ①限制信號線的zui大長度．信號線的zui大長度為，L＝dV；其中，V為在zui小流量時傳感線圈的輸出電壓有效值，mV；d為系數，m／mV，其值可取：V＜1000mV時，d＝1．0；1000 mV＜d＜5000 mV時，d＝1．5；V＞5000mV時，d＝2．0． ②信號傳輸線應采用屏蔽電纜，以防來自外部的感應噪聲．要求傳輸電纜在顯示儀表端屏蔽接地．傳輸電纜不能靠近強電磁設備，不允許與動力線乎行布置． (4)運轉維護 ①當渦輪流量計的管道需要清洗時，必須開旁路，清洗液體不能通過流量計． ②管道系統啟動時必須先開旁路，以防止流速突然增加，引起渦輪轉速過大而損壞． ③渦輪流量計軸承應定期更換，一般可根據小流量特性變化來觀察其軸承的磨損情況． |
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