渦輪流(liú)量計(以(yǐ)下簡稱(cheng)流量計(jì))是以流(liú)體動量(liang)矩原理(li)爲基礎(chu)的🤩流量(liang)計量儀(yí)表。有些(xie)科技文(wen)獻又将(jiāng)其劃分(fen)爲速度(du)式儀🌈表(biǎo)，因爲在(zài)一定🏒的(de)流量範(fan)圍内，流(liu)量計的(de)轉動🈲速(sù)度與流(liú)體的流(liu)速成比(bǐ)例關系(xi)。
　　渦輪流(liú)量計使(shi)用中的(de)主要特(te)點：體積(jī)小；重量(liang)輕；精🔞度(du)高(有的(de)流量計(ji)可以當(dang)作計量(liang)标準儀(yi)表)；反應(ying)時間快(kuai)(有些🔴可(ke)達到毫(háo)秒級)；量(liang)程比寬(kuan)(一般爲(wèi)10∶1)；壓力損(sun)失小；适(shì)用工作(zuò)流體溫(wēn)度高；輸(shu)出爲脈(mò)沖信号(hào)，故不易(yì)受到幹(gàn)擾；可以(yi)長距離(lí)傳輸，便(biàn)于各種(zhǒng)參數處(chu)理。當它(tā)與多功(gong)🚶‍♀️能、多參(cān)數的顯(xiǎn)示儀表(biao)(以下簡(jiǎn)稱儀表(biǎo))組合使(shi)用時，可(kě)🚶‍♀️以同時(shí)對累積(ji)🔴流量、瞬(shun)時流量(liang)或流體(ti)溫度、内(nei)部壓力(li)👌等參數(shu)進行測(cè)量及分(fèn)析、調節(jie)。
1 渦輪流(liu)量計的(de)工作過(guo)程
　　渦輪(lún)流量計(ji)通常由(you)渦輪(機(jī)械部分(fèn))、磁電轉(zhuan)換器、放(fàng)大🏃‍♀️機構(gou)👄(電子部(bù)分)等組(zu)成。

　　當流體(tǐ)流經安(an)裝在管(guǎn)道裏的(de)渦輪，即(ji)流經渦(wō)輪葉片(piàn)☔與管道(dào)之💞間的(de)間隙時(shí)，由于流(liú)體的沖(chong)擊作用(yòng)，使得渦(wō)輪圍⚽繞(rào)軸心發(fa)生旋轉(zhuan)。渦輪旋(xuan)轉的轉(zhuǎn)數與介(jiè)♌質流體(tǐ)的體積(jī)流量呈(chéng)現近似(si)的線性(xing)關系。再(zai)将渦輪(lun)的旋轉(zhuǎn)🏃🏻通過磁(cí)電轉換(huan)器變🧑🏽‍🤝‍🧑🏻換(huan)成相對(duì)應的電(diàn)脈沖信(xìn)号，以此(cǐ)脈沖信(xìn)号經電(diàn)子放大(dà)機構放(fang)大後，即(jí)可輸送(sòng)顯示儀(yi)表進行(háng)多參數(shù)物理量(liang)的指示(shì)。
　　由前可(kě)知，在測(cè)量範圍(wéi)内，渦輪(lún)的轉速(su)與流量(liàng)成正比(bi)，而信号(hào)的脈沖(chong)數則與(yu)渦輪的(de)轉速成(cheng)正比。所(suǒ)以，檢測(ce)出信号(hào)脈沖總(zǒng)數以後(hòu)，除以儀(yí)表常數(shù)ξ(次/升)，便(bian)可計算(suàn)♌得到該(gāi)段時間(jiān)💛内的介(jie)質流體(tǐ)總量 V(升(sheng))，即：
V＝N/ξ(L)　　　　(1)
舉一(yī)例：流量(liang)計ξ爲 180 次(ci)/L，用儀器(qi)測出在(zài)10,min 内儀表(biǎo)計算得(de)的脈💃沖(chong)數爲 7,200 次(ci)，則 10,min内管(guǎn)道中流(liu)過流體(tǐ)的總量(liang)爲：
V＝N/ξ＝7200 次/180 次(ci)/L＝40L
2 渦輪旋(xuan)轉的基(ji)本原理(lǐ)
　　渦輪流(liu)量計主(zhu)要組件(jiàn)包括：導(dao)流體組(zǔ)件、渦輪(lun)組件、殼(ke)體、磁電(diàn)轉換器(qì)和放大(da)機構等(děng)。通過對(dui)流體流(liú)過🤞管道(dao)✨及渦輪(lun)結構的(de)分析🌈，我(wo)們可以(yǐ)得出，當(dang)流體沿(yán)管道的(de)軸線方(fāng)向流動(dong)而沖擊(jī)🆚渦輪葉(yè)片時，便(bian)有與流(liú)量 Q、密度(du)φ和流速(sù) V 的😄乘積(ji)成比例(li)的力作(zuo)用于葉(ye)片上，推(tuī)動渦輪(lún)旋轉。

　　如圖 2 所(suo)示，由于(yu)渦輪對(dui)流體是(shi)作相對(duì)運動，如(rú)果渦輪(lún)旋轉的(de)💯圓周速(sù)度 V＝w·r 與軸(zhóu)線平行(hang)的流速(sù)與葉片(pian)的夾角(jiǎo)爲θ，流通(tong)面積爲(wei) A，則介質(zhì)流速 V＝Q/A，則(zé)推動渦(wo)輪旋轉(zhuǎn)的力矩(jǔ) M 可用下(xià)式表示(shì)：
M＝K1·tgθ·rρQ2/A–ωr2ρQ　　　　(2)
　　式中：K1——與(yǔ)流量計(ji)結構尺(chǐ)寸、流體(ti)質量、狀(zhuang)态有關(guan)的參數(shù)；r——平❗均半(bàn)徑，常取(qu)葉片寬(kuan)度 1/2 到中(zhong)心的距(ju)離。
由(2)式(shì)可知，力(li)矩 M 除與(yu)流量 Q 有(yǒu)關外，與(yu)流體介(jie)質密度(dù)ρ、流動狀(zhuang)态與流(liu)向等多(duō)個因素(sù)有關。
　　在(zài)渦輪旋(xuán)轉時，除(chú)推動渦(wō)輪旋轉(zhuǎn)的轉動(dong)力矩 M外(wài)，還同時(shí)存在阻(zǔ)礙渦輪(lun)旋轉的(de)阻力矩(ju)，其中包(bāo)括：介質(zhi)粘度對(dui)渦輪摩(mó)擦引起(qǐ)的阻力(li)矩 M1，軸承(cheng)摩擦引(yin)起的阻(zǔ)力矩 M2，磁(ci)電轉換(huan)器引起(qi)的磁電(diàn)反應阻(zu)力矩M3。根(gen)據動量(liàng)矩守恒(héng)原理，渦(wō)輪的運(yun)動方程(cheng)式可以(yǐ)用以下(xia)🏃‍♂️函數關(guan)系式❗表(biǎo)示：
Jdω/dt＝M－M1－M2－M3　　　(3)
　　式中(zhōng)：J——渦輪的(de)轉動慣(guan)量；dω/dt——渦輪(lun)的角加(jia)速度。
　　由(yóu)(3)式可知(zhi)，當 dω/dt 爲零(líng)時，渦輪(lún)以角速(sù)度ω作勻(yun)速轉動(dong)；當流量(liang)🔴發生變(bian)化時，dω/dt≠0，渦(wō)輪将作(zuò)加速旋(xuán)轉運動(dòng)，經過一(yī)段時☀️間(jian)後，随着(zhe)流量的(de)穩定，渦(wo)輪又會(huì)達到新(xin)的力♉矩(jǔ)平衡狀(zhuang)态，即 dω/dt 又(you)等于零(ling)值。就🥰是(shi)說，渦🧑🏾‍🤝‍🧑🏼輪(lún)将以另(ling)一新的(de)角速度(du)勻速旋(xuán)轉，以适(shi)應新的(de)流量，并(bìng)出現了(le)♊新的穩(wen)定狀态(tai)。
　　通過分(fen)析和計(ji)算可知(zhi)，在 dω/dt＝0 時，渦(wo)輪轉動(dòng)角速度(dù)ω與體積(ji)流量 Q 有(yǒu)如🤟下式(shi)的近似(si)關系：
ω＝ξQ－ξa　　　(4)
　　式(shì)中：a——與流(liu)量計結(jie)構參數(shù)、流體介(jiè)質、流動(dong)狀态有(you)關㊙️的系(xi)數；ξ——流量(liàng)計轉換(huàn)系數，當(dāng)介質流(liu)量大于(yú)某一數(shù)值時㊙️，在(zài)一段區(qū)間内㊙️可(ke)以近似(sì)看作爲(wèi)一常數(shù)，有時也(ye)稱爲儀(yí)表常數(shù)。
　　儀表常(cháng)數ξ是流(liu)量計重(zhòng)要的特(tè)性參數(shu)，由于流(liú)量計是(shì)通🚶‍♀️過磁(cí)電轉換(huan)器将角(jiao)速度ω 轉(zhuan)換成相(xiàng)應的脈(mò)沖數，因(yīn)而我們(men)可以把(bǎ)ξ看成是(shì)單位體(ti)積流量(liàng) Q 通過流(liu)量計時(shí)🏒，轉換器(qì)輸出的(de)脈沖數(shu)✔️(脈沖數(shù)🌂/升)，故也(ye)稱爲流(liú)量系數(shu)。流量計(ji)作爲産(chǎn)品出🥰廠(chǎng)時，生産(chǎn)單位則(ze)是✉️測取(qǔ)測量範(fan)圍内的(de)轉換系(xi)數平均(jun1)值作爲(wèi)儀表常(chang)數，因而(ér)可以🍓認(ren)爲流體(ti)總量 V 與(yu)脈沖數(shù) N 的關系(xi)🌏，如(5)式⛹🏻‍♀️所(suo)示：
V＝N/ξ　　　(5)
3 磁電(diàn)轉換器(qì)的工作(zuo)過程
磁(cí)電轉換(huan)器工作(zuò)時如圖(tú) 3 所示。
　　當(dang)流體通(tong)過渦輪(lún)葉片時(shí)，渦輪 5 将(jiang)發生旋(xuán)轉運動(dòng)，葉輪片(piàn) 4 将周期(qī)性切割(gē)磁鋼 1 而(ér)産生磁(cí)力線 3，從(cong)而改變(biàn)通過💛線(xiàn)圈 2 的磁(ci)通量，根(gēn)據電磁(ci)感應原(yuán)理，在線(xiàn)圈内🐕将(jiang)感應出(chu)脈動的(de)電勢🛀信(xìn)号。不難(nán)理解，脈(mo)動電勢(shì)信号的(de)頻率📐與(yu)渦輪旋(xuan)轉的角(jiǎo)速👉度ω成(cheng)正比，即(jí)與被測(ce)介質的(de)流量🏃‍♀️ Q 成(cheng)正比。通(tōng)過放大(dà)機構(電(diàn)子部分(fen))将上述(shù)脈沖信(xin)号放💯大(dà)到 1V 左右(yòu)脈沖電(dian)壓，傳送(sòng)給顯示(shì)儀表，即(jí)可顯‼️示(shì)出被測(ce)介質的(de)流量數(shù)據。

4 渦輪(lun)流量計(ji)顯示儀(yi)表工作(zuò)原理
　　根(gen)據我們(men)對流量(liang)計工作(zuo)原理的(de)分析和(he)探讨，得(dé)知流量(liàng)計輸出(chu)的信号(hao)是電脈(mò)沖數，因(yin)此儀表(biǎo)就是将(jiang)👄單位時(shí)間的輸(shū)📧出脈沖(chong)和輸出(chu)脈沖的(de)總數轉(zhuan)換成瞬(shùn)時流量(liang)和流體(ti)總量，并(bìng)把以上(shang)數據🔱進(jìn)行分析(xī)後通過(guò)數字📐量(liang)顯示。因(yin)而儀表(biao)的組成(chéng)可以用(yong)圖 4 所示(shì)的方框(kuang)圖表示(shì)：

4.1 瞬時流(liu)量指示(shi)
　　瞬時流(liú)量指示(shì)的實質(zhi)，就是對(dui)瞬時頻(pín)率、脈沖(chòng)信号的(de)指示，是(shì)将🌍信号(hao)處理後(hou)的頻率(lü)、脈沖線(xian)性地轉(zhuan)換成直(zhí)流電信(xìn)号而指(zhǐ)示相✍️應(ying)的流量(liàng)參數。如(ru)果是模(mo)拟儀表(biǎo)，标尺常(cháng)以頻率(lü)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼(Hz)數值分(fen)🐇度，指示(shi)㊙️的頻率(lǜ)值 f除👅以(yǐ)流量計(ji)🌐儀表常(chang)數ξ就能(néng)夠得到(dào)瞬時體(ti)積流量(liàng)值😘Q。如圖(tu) 5 所示的(de)頻率瞬(shun)時指示(shi)原理方(fang)框🧡圖。

　　經過整(zheng)形後的(de)輸入頻(pin)率(脈沖(chong))作用于(yú)計算電(dian)路的輸(shu)入端 T，使(shǐ)電路中(zhong)交替出(chū)現截止(zhi)或導通(tong)兩種狀(zhuàng)态，放大(dà)器輸出(chū)端脈沖(chong)波形被(bei)整形，與(yǔ) T 的波形(xíng)相反，當(dāng)放大電(dian)路出現(xian)截止狀(zhuang)态時，電(dian)源 E 通過(guo)外圍電(diàn)路(或⭕集(jí)成内部(bu))在儲能(néng)電容 C 中(zhong)預存電(diàn)荷；當放(fàng)大電路(lu)出現導(dao)通狀态(tai)時，C 預存(cun)的電荷(he)通過外(wai)圍電路(lu)(或集成(cheng)内部)迅(xùn)速釋放(fang)。就這樣(yàng)輸入的(de)‼️頻率(脈(mò)沖)經過(guo)💃🏻電子電(diàn)路改變(biàn)爲與之(zhi)相對應(ying)的電流(liu)信♋号。電(dian)路裏的(de)電流🤩指(zhǐ)示儀表(biao) 4 即刻顯(xian)🚩示該計(ji)量電流(liu)值 I 的多(duo)少，I＝q/T，而 q＝C·E，f＝1/T(q 爲(wèi)一個脈(mò)沖周期(qi)電容所(suǒ)充電荷(he)量；C 爲電(dian)容量；E 爲(wèi)電源電(dian)壓值；f 爲(wei)充放電(diàn)頻率)。合(he)并三式(shì)可得到(dao)✊公式(6)：
I＝C·E·f　　　(6)
　　由(you)公式(6)可(ke)知，當電(dian)源電壓(yā) E 和電容(rong)量 C 爲常(cháng)數時，電(diàn)流⭐ I 與輸(shū)入脈沖(chòng)的頻率(lǜ) f 成正比(bi)，當更改(gǎi)外圍電(diàn)路(或集(ji)☀️成内部(bu))儲存電(dian)荷的電(diàn)容 C(1～n)參數(shù)或連接(jiē)方式以(yǐ)及改🚶變(bian)電路數(shù)據時，就(jiù)可以得(de)到不同(tóng)介質的(de)流量測(cè)量範圍(wéi)。在有些(xiē)流量計(ji)結構中(zhōng)，爲了便(biàn)于檢查(cha)指示儀(yi)表是否(fǒu)工作正(zhèng)常，在放(fang)大器輸(shū)入端設(she)置有自(zi)檢電路(lu)裝置。它(tā)将✍️振蕩(dàng)器産生(shēng)的恒定(ding)頻率脈(mò)沖信号(hào)送入後(hòu)置電路(lù)，實現自(zi)動檢♻️測(ce)工作正(zhèng)常與否(fǒu)的目的(de)。
4.2 總量積(ji)算
　　前述(shu)我們介(jie)紹了流(liu)量計工(gong)作原理(li)，通常還(hái)要計量(liang)在一定(dìng)時間範(fàn)圍内，流(liú)量計流(liú)過介質(zhì)的體積(jī)或質量(liàng)的💯累積(jī)量，因此(cǐ)顯❌示儀(yí)表具有(yǒu)累積計(jì)算功能(néng)。下面我(wǒ)們根據(ju)流量計(ji)實際工(gōng)況對一(yī)種🤞累積(jī)值計算(suàn)方法的(de)實👈現進(jin)行分析(xi)。
圖 6 爲一(yī)種應用(yong)除法方(fang)案進行(háng)累積計(jì)算的組(zu)成原理(li)🏃🏻圖。

　　由圖(tú) 6 可知，此(ci)積算器(qì)構成中(zhong)包括了(le)整形、累(lei)積脈沖(chong)計數、系(xì)統設定(ding)、總量積(jī)算、軟件(jiàn)數據的(de)控制等(děng)。其 4 個輸(shu)出🐇端分(fen)别與🙇🏻四(sì)層✨波段(duàn)開關的(de)各層相(xiang)連，通過(guò)軟件控(kòng)制🔞，組成(chéng)了系統(tǒng)設定器(qi)。根據流(liu)量✏️計系(xì)數ξ的值(zhí)✔️，可以在(zai) 0～9,999(其他參(cān)數也可(kě)以)之間(jiān)任意選(xuan)擇設定(dìng)系數。
　　由(yóu)放大電(diàn)路機構(gou)輸出的(de)脈沖信(xìn)号，經整(zhěng)形處理(lǐ)後，成❓爲(wei)具有一(yī)定幅值(zhi)和能滿(mǎn)足前沿(yán)要求的(de)脈沖信(xìn)号，将此(cǐ)信号轉(zhuan)入換💜算(suàn)電路機(ji)構，它每(měi)輸出一(yī)個脈沖(chong)信号便(biàn)拖動計(ji)數電路(lù)機構統(tǒng)計一個(ge)數碼參(cān)數，同時(shí)軟件🌍功(gōng)能即可(ke)識别紀(ji)錄出一(yī)個數字(zì)量，表明(míng)已經有(yǒu)一個單(dān)位介質(zhi)體積的(de)流量流(liú)過流量(liàng)計。此時(shi)換算電(dian)路🥰單元(yuán)輸出的(de)信号直(zhi)接改變(bian)觸發♈穩(wěn)态電路(lu)，使各計(ji)數參數(shu)值恢複(fu)到起始(shi)的“零”狀(zhuàng)态，重複(fú)此過程(cheng)即完成(chéng)了累❗積(ji)脈沖的(de)積算，就(jiù)是對累(lei)積流量(liàng)介質的(de)積算。
　　例(li)如：口徑(jing)爲 80,mm 的流(liú)量計，流(liú)量系數(shù)ξ爲16.25 脈沖(chong)/升，通過(guo)軟件将(jiang)系數設(shè)定分别(bie)置于 1、6、2、5，則(zé)每當計(ji)數器收(shōu)到 1,625 個脈(mò)沖信号(hào)的瞬時(shí)，軟件操(cāo)作發出(chū)指令并(bìng)輸出一(yī)個固定(ding)頻率信(xìn)号，使電(diàn)路狀态(tai)發生變(bian)化，使計(jì)數電路(lù)結構統(tong)計一個(ge)計量單(dan)位，從而(ér)實現了(le)逢 K 進一(yī)的累計(jì)運算，顯(xiǎn)示儀表(biǎo)就能夠(gou)顯示出(chu)流體介(jie)質總量(liàng)。
　　通過上(shang)例分析(xi)可知，如(ru)果流量(liang)計輸送(sòng)到顯示(shi)儀表的(de)脈沖🐅總(zǒng)數爲 N，經(jing)換算後(hòu)，送到總(zong)量積算(suàn)器的脈(mo)沖數爲(wei) Nc，則流♌體(tǐ)介質計(ji)量總量(liàng)爲：
V＝N/ξ＝N/ξ·10m/10m＝N/K·10m　　(7)
　　式中(zhong)：K 爲設定(dìng)系數，(K＝10m·ξ)；m 爲(wèi)整數。
　　本(ben)除法方(fāng)案設定(dìng)系數的(de)方式較(jiao)爲簡單(dan)，穩定性(xing)比較好(hao)，電路♻️容(rong)易實現(xian)，可以直(zhi)接将流(liú)量系數(shù)ξ 輸入軟(ruǎn)件中，控(kòng)制系數(shù)設定器(qì)，積✉️算器(qì)就可以(yi)逢 K 進一(yi)，顯示儀(yi)表指示(shi)出流體(tǐ)介質總(zǒng)量。
5 結束(shu)語
　　本文(wen)對渦輪(lún)流量計(ji)流量計(jì)和儀表(biao)的工作(zuo)原理進(jìn)🧡行了分(fèn)析，總結(jié)了其工(gong)作過程(chéng)。重點對(duì)參數設(shè)定方法(fǎ)、電路組(zǔ)成及作(zuo)用等進(jin)🌈行了說(shuō)明。文章(zhāng)對測量(liàng)不同介(jiè)質🙇‍♀️狀态(tài)下選擇(ze)流量計(ji)以及使(shǐ)用方法(fǎ)和過程(chéng)調試具(ju)有❄️一定(ding)提示。

以(yi)上内容(róng)來源于(yú)網絡，如(rú)有侵權(quán)請聯系(xi)即删除(chú)!