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速度式流量计的分类及结构原理

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速度式流量计的分类及结构原理
点击次数: 发布时间:2016-06-08
速度式流量计的原理和水轮机相似,用流体冲激叶轮或涡轮旋转,转速与瞬时流最成正比,一段时间内的转数与该时间段的累积总流量成正比.由于靠流体的流速工作,故有“速度式”之称。

1.叶轮式

家用自来水表就是典型的叶轮式流量计,其用途只在于提供总用水量,以便按量收费.自来水表的结构如图4.3.1.自进水口1流入的水经简状部件2周围的斜孔,沿切线方向冲激叶轮3。叶轮轴经过齿轮逐级减速,带动各个十进位指针以指示累积总流量,齿轮装在图中4处.此后,水流再经筒状部件上排各孔5,汇总至出水口6。
叶轮式流量计
为了减少磨损,叶轮及各个齿轮都采用较轻而耐磨的塑料制造.这样也避免了锈蚀。
叶轮式自来水表比较简单价廉,但精确度不高一般只有2级左右。
同样的原理也可以用在气体流量测量上,国产QBJ-A型高压力然气表就是叶轮式,用在4kgf/cm2管路上,由降压至700mmH2O的燃气经五个喷嘴吹动叶轮。

2.涡轮式

如果说叶轮式流量计类似辐流式水轮机.涡轮流量计就类似轴流式水轮机,甚至可以看成是个微型水轮发电机组。在图4.3.2中画出了它的纵剖视图。
涡轮式流量计
在管形壳体1的内壁有导流架2,一方面促使流体沿轴线方向平行流动,另一方面支承了涡轮的前后轴承3和6。涡轮4上装有螺旋桨形的叶片,在流体冲激下旋转。为了测出涡轮的转速,管壁外装有带线圈的永久磁铁5.并将线圈两端引出。由于涡轮材质具有一定的铁磁性,当叶片在永久磁铁前扫过时,会引起磁通的变化,因而在线圈两端产生感应电势。此短暂的电势起伏经过放大和整形,便可得到足以测出额率的方波脉冲,或将脉冲送入计数器以求累积总流量。可见,涡轮流量计实际上是个能发出电脉冲的流量传感器.配以频率转换器就成为流量变送器。
涡轮流量计有较高的精确度.基本误差可小于±(0.25%"~1.5%),而且量程宽,最大流量与最小流量之比达到l0~30,动态特性好,时间常数只有1~50ms,能耐高达5X1O7Pa的压力.而其使用温度范围宽.从一240℃到540℃都有产品。输出脉冲信号又便于和计算机相连.是很受欢迎的一种仪表。
涡轮轴承是影响推广使用的薄弱环节,有各种减小磨损的设计和工艺.但仍必须严格要求流体纯净。此外,应装在水平管道中。
在涡轮叶片的平均半径r。处取断面.并将圆周展开成直线,便可画出图4.3-3。
涡轮叶片及流体的速度分析图
设流体速度。完全平行于轴向,叶片的切线速度u垂直于v若叶片的倾斜角为a,则可写出
涡轮式流量计原理公式
式中:n为涡轮的转速(单位是r/min):
w为涡轮的角速度(单位是rad/min )。
叶片缝隙间的有效流通面积为A.则瞬时容积流量为
涡轮式流量计原理公式
如涡轮上叶片总数为Z.则线圈输出脉冲频率f就是60nZHz,代入式(4.3.1)可得
涡轮式流量计原理公式
式中:ε为仪表常数,它完全取决于结构参数;制造完成后就恒定不变。
根据以上分析可知.理想情况下qv与f为正比关系。但实际仪表里有轴承摩擦力矩、电磁阻力矩、流体对涡轮的粘性摩擦阻力等因素,所以f并不严格地保持常数。特别是在流量很小的情况下,阻力矩的影响相对较大,在流体从层流到紊流变化时.ε也不稳定。所以最好应用在量程上限的50%以上,有比较满意的线性关系。
除工业自动化仪表之外,气象仪器和水文仪器中也常用叶轮或涡轮测风速和流速。

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