涡轮流量计修正技术研究及应用

　　涡轮流量计(即涡轮传感器)是一种速度式流量计,是近些年来迅速发展的新型仪表,这种流量计具有精度高、压力损失小、量程比大等优点,可测量多种气体和液体的瞬时流量和流体总量,并可输出0~10mA、4~20mA DC、实时频率信号,与调节仪表配套可形成流量控制系统,缺点是受被测流体粘度影响大[1]。

　　1　涡轮流量计的组成

　　涡轮流量计通过数显仪表(流量积算仪),将涡轮流量计输出的脉冲数转换成瞬时流量和累积流量,并显示出来。根据数显仪表(数采系统)接收的输入信号种类和功能不同,可以完成放大整形、单位换算、频率与电流/电压转换、积算、累积、自检等功能,如图1所示。

　　2　涡轮流量计的工作原理

　　流体流经传感器壳体,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使用叶片具有转动力矩,克服摩擦力矩和流体阻力矩之后叶片旋转在力矩平衡后转速稳定,在一定条件下,转速和流速成正比,由于叶片的转动带动信号检测器(同永久磁铁和线圈组成)的磁场中,旋转的叶片带动永久磁铁使线圈切割磁力线,周期性地改变线圈磁通量,从而使线圈输出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形波,可远传至显示仪表,显示出流体的实时流量、体积流量和累积流量。

　　作用在涡轮上的力矩可分为以下几个[2]:流体通过涡轮时对叶片产生的切向推动力矩M1;液体沿涡轮表面流动时产生的粘滞摩擦力矩M2;轴承的摩擦力矩M3;磁电转换器对涡轮产生的电磁反作用阻力矩M4。由此建立涡轮的运动微分方程:

　　通过特定的推导公式,可以得到涡轮流量与涡轮流量计的转速并不是简单的线性关系。为了简化应用,通常省略比较小的高次分量,得出一个线性表达式,即qv=f/K,现有的检定规程也采用平均K系数来作为涡轮流量计品质判定。

　　3　涡轮流量计K-qv特性

　　理想的线性特性曲线是平行于qv轴的直线。但由于液体水力特性的影响和叶轮上所受的阻力矩作用的结果,实际的特性曲线具有高峰特性,高峰出现在传感器上限量程的(20~30)% FS。产生高峰特性的原因是,当流量减少到某一数值时,作用于涡轮上的旋转力矩和粘滞力矩都相应减少,但因粘滞力矩减少显著,所以涡轮的转速反而会提高,特性曲线出现高峰。随着流量的进一步减少,作用在涡轮上的所有阻力矩的影响相对突出,涡轮转速降得快,特性曲线明显下降。只有流量增大到超过某一值时,作用在涡轮上的旋转力矩增大,在与阻力矩达到平衡时,特性曲线才趋于平直,如图2所示[3]。

　　流量计检定规程运用的主要计算公式: