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  • 渦輪流量計的流量計算方法
    發布日期:2018-04-11
    工作原理
    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生周期性變化,產生周期性的感應電勢,即電脈沖信號,經放大器放大后,送至顯示儀表顯示。
    圖1
     
     
     
    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               公式1
    qm=qvρ              公式2
    式中   qv, qm ……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,P/m3。
    渦輪流量計的系數與流量(或管道雷諾數)的關系曲線如圖2所示。由圖可見,儀表系數可分為二段,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。在非線性段,特性受軸承摩擦力,流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下限時,儀表系數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上限時要注意防止空穴現象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的,它僅在系統誤差水平方面有所不同。
    圖2 渦輪流量計特性曲線
    傳感器的儀表系數由流量校驗裝置校驗得出,它完全不問傳感器內部流體機理,把傳感器作為一個黑匣子,根據輸入(流量)和輸出(頻率脈沖信號)確定其轉換系數,它便于實際應用。但要注意,此轉換系數(儀表系數)是有條件的,其校驗條件是參考條件,如果使用時偏離此條件系數將發生變化,變化的情況視傳感器類型,管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。
    (2)       理論流量方程
    根據動量矩定理可以列出葉輪的運動方程
                   公式3
    式中     J:     葉輪的慣性矩;
         dw/dt:     葉輪的旋轉加速度;
    M1:   流體的驅動力拒;
    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, 0,則M1=M2 M3 M4。經理論分析與實驗驗證可得
                   公式4
    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(葉片傾角、葉輪直徑、
    流道截面積等)有關的系數;
    B:   與葉片頂隙,流體流速分布有關的系數;
    C:   與摩擦力矩有關的系數。
    國內外學者提出許多理論流量方程,它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。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。比如當流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數,儀表系數仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義,它可用于指導傳感器結構參數設計及現場使用條件變化時儀表系數變化規律的預測和估算。

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