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涡轮流量计的结构

涡轮流量计的传感器的结构主要由仪表壳体、导流器、叶轮(涡轮)、轴承和信号检测放大器等组成。
  1.仪表壳体
       仪表壳体一般采用不导磁的材料如铝合金或不锈钢(如lCr18Ni9Ti)制成,对于大口径传感器亦可用碳钢与不锈钢组合的镶嵌结构:壳体是传感器的主体部件,它起到承受被测
流体的压力、固定安装检测部件、连接管道的作用,壳体内装有导流器、叶轮、轴、轴承,壳体外壁安装有信号检测放大器。对于一体化温度、压力补偿型的流量计,壳体上还安装

有温度、压力传感器(座)。
    2.导流器
       导流器亦称整流器或流量调整器,选用不导磁的铝合金、工程塑料或不锈钢材质、硬铝材料制作,安装在传感器进出口处,对流体起导向整流作用,避免意外扰动对叶轮的影响,
但应注意采用导流器有一定的压力损失。     
  3.涡轮叶轮
     涡轮叶轮亦称叶轮(如图),检测气体一般采用工程塑料或铝合金材质,检测液体一般采用高导磁性材料(如2Cr3或Cr17Ni2等),是传感器的检测部件,其作用是把流体动能
转换成机械能。叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种。通过叶轮旋转,在叶片上取出和流量成正比的频率信号。亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加有一定数量叶片

涡轮旋转的频率。叶轮由支架中轴承支承,与壳体同轴,其叶片数视口径大小而定。叶轮的几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响,要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计。
叶轮的动态平衡很重要,直接影响仪表的计量性能和使用寿命。

涡轮流量计
4.轴与轴承
  通常选用不锈钢(如2Cr13,4Cr13,Cr17Ni2或lCr18Ni9Ti等)或硬质合金制作,它们组成一对运动副,支承和保证叶轮自由旋转,并需有足够的刚度、强度和硬度、耐磨性、耐
腐性它决定着传感器的可靠性和使用寿命。传感器失效通常是由轴与轴承引起的,因此其结构与材料的选用以及维护是重要问题。
    轴承一般有碳化钨、聚四氟乙烯和碳石墨三种规格:碳化钨的精度最高,可作为工业拄制的标准件;聚四氟乙烯、碳石墨能防腐,一般在化工场所优先选用。轴承的寿命与流速的
平方成正反比,故流速最好选择最大流速的1/3。
    在设计时应考虑轴向推力的平衡,流体作用于叶轮上的力使叶轮转动,同时也给叶轮一个轴向力,使轴承的摩擦转矩增大。为了抵消这一轴向力,在结构上采取各种轴向推力平衡
措施。另外,轴承磨损要小。这是提高测量准确度、延长仪表寿命的重要环节。滚动轴承虽然摩擦力矩很小,但对脏污流体及腐蚀性流体的适应性较差,寿命不长。因此,目前仍广泛
--用滑动轴承(空心套形轴承)。滑动轴承的轴与轴承间的摩擦转矩与叶轮的重量及轴的直径或正比,因此在机械强度允许的情况下,应尽可能把轴做细,使叶轮的重量减轻。合理选
择轴与轴承的材质及两者的配合间隙也是很重要的,目前常采用的材料是耐磨性好的碳化钨硬质合金材料,轴承也可用宝石、塑料或石墨等材料。为减小石墨轴承的磨损,常常在不锈
钢轴表面镀以硬铬并进行精磨,其表面粗糙度为( 0. 8~0.2) ht,m。为了彻底解决轴承磨损问题,
我国目前生产无轴承的涡轮流量变送器。
    涡轮的轴承一般采用滑动配合的硬质合金轴承,要求耐磨性能好。由于流体通过涡轮时会对涡轮产生一个轴向推力,使铀承的摩擦转矩增大,加速铀承磨损,为了消除轴向力,需
在结构上采取水力平衡措施,这种方法的原理如下图所示。由于涡轮处直径DH略小于前后支架处直径D。,所以,在涡轮段流通截面扩大,流速降低,使流体静压上升Ap,这个
Ap的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。

涡轮流量计

                                           水力平衡原理示意图

 5.信号检测放大器
       国内常用信号检测放大器一般采用变磁阻式,它由永久磁钢、导磁棒(铁芯)、线圈等组成,其作用是把涡轮的机械转动信号转换成电脉冲信号输出:由于永久磁钢对高导磁材料
制成的叶片有吸引力而产生磁阻力矩,对于小口径传感器在小流量时,磁阻力矩在诸阻力矩中成为主要项,为此将永久磁钢分为大小两种规格,小口径配小规格以降低磁阻力矩。一般
线圈感应得到的信号较小,需配上前置放大器放大、整形输出幅值较大的电脉冲信号。线圈输出信号有效值在lOmV以上的,也可直接配用流量计算机:
       下图为常周的两种前置放大器电气原理图,图(a)采用稳流二极管作负载,采用复合管射极输出形式,图(b)采用负反馈电路以提高仪表的稳定性:它们都具有温度稳定性好、放大系
数高、负载能力强等特点。

前置放大器由磁电感应转换器与放大整形电路两部分组成,如下图所示。

涡轮流量计

                                                                 前置放大器电器原理图


   
        国内的磁电转换器一般采用磁阻式,它由永久磁钢及外部缠绕的感应线圈组成。当流体通过使叶轮旋转的,叶片在永久磁钢正下方时磁阻最小,两叶片空隙在磁钢下方时磁阻最
大,涡轮旋转,不断地改变磁路的磁通量,使线圈中产生变化的感应电势,送人放大整形电路,变成脉冲信号。输出脉冲的频率与通过流量计的流量成正比,其比例系数K为
           K=f/(qv)
式中产一涡轮流量计输出脉冲频率;
             qv——通过流量计的流量。
    该比例系数K亦称为涡轮流量计的仪表系数。
 

                                                                     

                                                                            涡轮流量计前置放大器原理图

 信号接收与显示器由系数校正器、加法器和频电转换器等组成,其作用是将从前置放大器送来的脉冲信号变换成累积流量和瞬时流量并显示出来。
 

 
 
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