涡轮流量计(以下称为流量计)是基于流体动量矩原理的流量计。一些科学文献将其分为速度计,因为流量计的流速与某一流量范围内的流体流速成比例。
涡轮流量计的主要特点:体积小;重量轻;精度高(某些流量计可用作计量标准);快速响应时间(有些可以达到毫秒);宽范围比(通常为10:1);压力损失小;适用的工作液温度高;输出是脉冲信号,因此不易受干扰;它可以长距离传输,以方便各种参数处理。当它与多功能,多参数显示仪表(以下简称仪表)结合使用时,可以同时测量,分析和调整累积流量,瞬时流量或流体温度,内部压力等参数。
1、涡轮流量计的工作过程
涡轮流量计通常由涡轮(机械部件),磁电转换器,放大机构(电子部件)等组成。
涡轮流量计组成图
当流体流过安装在管道中的涡轮机时,即,通过涡轮机叶片和管道之间的间隙时,由于流体的冲击,使涡轮机围绕轴。原始轮换。同时,实验表明涡轮机的转数旋转并且介质流体的体积流量具有近似线性的关系。然后,通过磁电转换器将涡轮的旋转转换成相应的电脉冲信号,并且通过电子放大机构放大脉冲信号,然后可以发送显示仪器以指示多参数物理量。从前面可以看出,在测量范围内,涡轮的转速与流速成比例,并且信号的脉冲数与涡轮的转速成比例。因此,当我们检测到信号脉冲的总数除以仪表常数次数(次/升)时,我们可以计算出在此期间的介质流体 V(升)的总量,即:
V = N /ξ(L) (1)
例如:流量计ξ为180次/ L,仪器在10 min内计算的脉冲数为7,200次。在10 min内流过管道的流体总量为:
V = N /ξ= 7200次/ 180次/ L = 40L
2、涡轮旋转的基本原理
涡轮流量计的主要部件包括:流体引导组件,涡轮组件,壳体,磁电转换器和放大机构。通过使流体流过管道和涡轮机结构在分析中,我们可以得出结论,当流体沿着管道的轴线流动并撞击涡轮机叶片时,与流量Q,密度φ和流速V的乘积成比例的力作用在叶片上。推动涡轮旋转。
涡轮机旋转示意图
如图2所示,由于涡轮相对于流体移动,如果涡轮旋转的圆周速度V = w·r平行于轴线并且叶片和叶片之间的角度是θ,则流动面积是A,中等流量V = Q / A,驱动涡轮旋转的力矩M表示为:M = K1·tgθ·rρQ2/ A-ωr2ρQ (2)
其中:K1 - 与流量计结构尺寸,流体质量,状态有关的参数; r - 平均半径,通常取刀片宽度1/2到中心距离。
从等式(2)可以看出,力矩M与流量Q有关,并且与诸如流体介质的密度ρ,流动状态和流动方向之类的因素有关。
当涡轮机旋转时,除了驱动涡轮机旋转的旋转力矩M之外,还存在阻碍涡轮机旋转的阻力矩,包括:由介质的摩擦力抵抗摩擦力引起的阻力矩。涡轮M1,轴承由摩擦M2引起的阻力矩,由磁电转换器引起的磁电反应阻力矩M3。根据动量守恒原理,涡轮机的运动方程可用以下函数关系表示:
Jdω/ dt的= M-M1-M2-M3 (3)
其中:J - 涡轮的转动惯量; dω/ dt - 涡轮机的角加速度。
从等式(3)可以看出,当dω/ dt为零时,涡轮以角速度ω旋转;当流量变化时,dω/ dt≠0,涡轮机将加速旋转运动。在一段时间之后,随着流动稳定,涡轮机将达到新的扭矩平衡状态,即dω/ dt等于零。也就是说,涡轮机将以新的角速度旋转以适应新的流动和新的稳定状态。
从分析和计算可以看出,在dω/ dt = 0时,涡轮转动角速度ω与体积流量Q的关系如下:
ω=ξQ-ξa (4)
其中:a - 与流量计结构参数,流体介质,流动状态有关的系数; ξ - 流量计转换系数,中等流量时当该量大于某个值时,它可以近似为某个间隔内的常数,有时称为仪表常数。
仪表常数ξ是流量计的重要特征参数。由于流量计通过磁电转换器将角速度ω转换成相应的脉冲数,我们可以将ξ视为单位体积流量Q.脉冲数(脉冲数/升),也称流量系数。当流量计作为产品运输时,生产单元测量测量范围内的转换系数的平均值作为仪表常数。因此,可以考虑流体总量V和脉冲数N之间的关系,如等式(5)所示:
V = N /ξ (5)
3、磁电转换器的工作过程
磁电转换器的工作原理如图3所示。当流体通过涡轮叶片时,涡轮5将旋转,叶轮叶片4将周期性地切割磁钢1以产生磁力线3,从而改变通过线圈2的磁通量。根据原理在电磁感应中,将在线圈中引起脉动。潜在的信号。不难理解,脉动电位信号的频率与涡轮机旋转的角速度ω成比例,即与测量介质的流速Q成比例。上述脉冲信号通过放大机构(电子部件)放大到约1V的脉冲电压,并传输到显示仪表以显示被测介质的流量数据。
涡轮流量计磁电转换器示意图
4、涡轮流量计显示仪表的工作原理
根据我们对流量计工作原理的分析和讨论,众所周知流量计输出的信号是电脉冲的数量,因此仪表将每单位时间的输出脉冲和输出脉冲的总数转换为瞬时流量和总流体量以及数据通过数字显示分析和显示。因此,仪表的组成可以用图4所示的框图表示:
涡轮流量计的框图
4.1、瞬时流量指示
瞬时流量指示的本质是瞬时频率和脉冲信号的指示。信号处理后的频率和脉冲被线性转换为直流信号,以指示相应的流量参数。在模拟仪表的情况下,标度通常由频率(Hz)值索引,并且指示的频率值f除以流量计仪表常数ξ以获得瞬时体积流量值Q.框图示于频率瞬时指示原理如图5所示。
涡轮流量计频率瞬时指示原理框图
整形输入频率(脉冲)作用于计算电路的输入端T后,截止或导通的两种状态交替出现在电路中,放大器输出端的脉冲波形成形,当放大电路看起来被切断时,与T的波形相反。州电源E通过外围电路(或集成内部)将电荷预先存储在存储电容器C中;当放大电路接通时,预先存储的C电荷通过外围电路(或集成内部)快速释放。这样输入的频率(脉冲)由电子电路改变为与其对应的电流信号。电路4中指示电流的电流立即显示测量电流值I的值,I = q / T,并且q = C·E,f = 1 / T(q是由一个脉冲周期电容器充电的电荷; C是电容量; E是电源电压值; f是充电和放电频率)。结合三个公式得到公式(6):I = C·E·f (6)
从等式(6)可以看出,当电源电压E和电容C恒定时,电流I与输入脉冲的频率f成比例,并且电容C(1到n)参数用于存储外围电路(或集成内部)中的电荷发生变化。或者连接方法和更改电路数据时,可以获得不同介质的流量测量范围。在一些流量计配置中,为了便于检查以指示仪表是否正常工作,在放大器的输入端提供自测电路装置。它会产生振荡器原始恒定频率脉冲信号被发送到后电路,以达到自动检测正常操作的目的。
4.2、总金额计算
在上文中,我们介绍了流量计的工作原理。通常,在一定时间范围内测量流过介质的流量计的体积或质量的累积量。因此,显示仪器具有累积计算功能。下面我们根据流量计的实际运行条件分析累积值计算方法的实现。图6是使用除法方案的累积计算的组成的示意图。
涡轮流量计累积计算电路组成框图
从图6中可以看出,累加器配置包括整形,累积脉冲计数,系统设置,总量计算,软件数据控制等。其四个输出连接到四层波段开关的层,并由软件控制以形成系统设定器。根据流量计系数的值,设定系数可以在0到9,999之间任意选择(其他参数也是可能的)。由放大电路机构输出的脉冲信号被整形为具有一定幅度的脉冲信号并满足前沿的要求,并且该信号被转换为缩放电路机构,并且每次输出脉冲信号时,计数拖动电路机制。数字参数,而软件功能可识别数字量,表示已经有流量单位体积的介质流过流量计。此时,转换电路单元输出的信号直接改变触发稳态电路,使计数参数值恢复到初始“零”状态,重复处理的过程完成,即,累积流动介质的累积完成。
例如,流量计直径为80 mm,流量系数ξ为16.25脉冲/升,系数设置分别由软件设置为1,6,2,5,每当计数器接收到1,625个脉冲信号时,软件操作发出命令并输出固定频率信号以改变电路状态,使计数电路结构统计测量单位,从而实现K的累计操作,显示仪表可显示总量流体介质。
根据上面的例子,如果由流量计传送到显示仪表的脉冲总数是N,并且转换后发送到总累加器的脉冲数是Nc,则流体介质测量的总量是:
V = N /ξ= N /ξ·10m / 10m = N / K·10m (7)
样式中:K是设定因子,(K = 10m·ξ); m是整数。
该划分方案设置系数更简单,稳定性更好,电路易于实现,流量系数可直接输入软件,控制系数设定器,累加器可输入K, 显示仪表显示流体介质的总量。
5、结论
本文分析了涡轮流量计和仪表的工作原理,总结了其工作过程。 描述了参数设置方法,电路组成和功能。 本文对不同介质条件下流量计的选择以及方法和工艺调试的使用具有一定的指导意义。本文涡轮流量计,由金湖县华升计量仪器有限公司为您提供,转载请注明出处!!!