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什么是涡轮流量测量?

点击次数:53  发布时间:2020-10-15

涡轮式流量测量是利用置于流体中的涡轮的旋转角速度与流体速度成比例的关系,通过测量涡轮的转速来反映通过管道的体积流量,是目前流量测量中技术比较成熟的高精度测量技术。

如图所示,被测流体流入传感器,经过导流体冲击叶轮。由于涡轮的叶片与流体流向之间有一倾角,流体的冲击力对涡轮产生转动力矩,使涡轮克服机械摩擦阻力矩和流动阻力矩开始旋转。当转动力矩与机械摩擦阻力矩、流动阻力矩相平衡时涡轮便恒速旋转。实践证明,在一定的流量范围内,一定的流体介质黏度下,涡轮的旋转角速度与通过涡轮的流量成正比,因此可以通过测量涡轮的旋转角速度来测量体积流量。

涡轮的旋转角速度一般都是通过安装在传感器壳体外部的信号测量放大器用磁电感应的原理来测量转换的。当涡轮转动时,涡轮上由磁性制成的螺旋形叶片轮流接近和离开固定在壳体上的永磁钢外部的磁电感应线圈,周期性地改变感应线圈磁电回路的磁阻,使通过线圈的磁通量发生周期性的的变化,从而产生与流量成正比的交流电脉冲信号。此脉冲信号经信号测量放大器放大整形后送至显示仪表或计算机显示流体瞬时体积流量或总量。

当涡轮处于均速转动的平衡状态时,忽略机械摩擦阻力矩,可写出涡轮的角速度公式:

                      (4-33)

其中,ω——涡轮的角速度;υ——作用于涡轮上的流体轴向速度;τ——涡轮叶片的平均半径;β——叶片对涡轮轴线的倾角。

此时磁电感应线圈输出的交流电脉冲信号的频率为:

                     (4-34)

其中,Z——涡轮上的叶片数。

管道内流体的体积流量为:

                      (4-35)

其中,A——传感器的有效流通面积。

将公式(4-33)、(4-35)代入公式(4-34),可得:

                  (4-36)

其中,κ——仪表系数,传感器的结构有关。其意义是单位体积流量通过涡轮流量传感器时传感器输出的信号脉冲频率(或信号脉冲总数)。

在涡轮流量传感器的使用范围内,仪表系数κ应为一常数,其数值由实验标定得到。每一台涡轮流量传感器的校验合格证上都标明经过实流校验测得的仪表系数κ值。

所以,当测得传感器输出的信号频率f,除以仪表系数κ(1/L或1/m³)就可得到体积流量qv(L/s或m³/s),即:

                       (4-37)

如果得到的是传感器在某一时间内的脉冲总数N后,同样除以仪表系数κ(1/L或1/m³)就可得到流体总量V(L或m³),即:

                       (4-38)

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