涡轮流量传感器与显示仪表配套组成涡轮流量计。涡轮流量计为速度式流量计,是在动量矩守恒原理的基础上设计的。当被测流体流经传感器时,传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转,叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁阻值,使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号,经放大器放大后送到相应的流量积算仪表、PLC、DCS或上位计算机,进行流量或总量的测量。
在测量范围内,流量脉冲信号的频率f与流量q V成正比,仪表系数K=f/q V,每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中,K值设入配套的显示仪表,便可显示瞬时流量。
2.3.3.1 涡轮流量传感器的结构和工作原理
如图2-13所示,涡轮流量传感器的主要组成部分有前、后导流器,涡轮和支承,磁电转换器(包括永久磁和感应线圈),前置放大器。
导流器由导向环(片)及导向座组成。流体在进入涡轮前先经导流器导流,以避免流体的自旋改变流体与涡轮叶片的作用角度,保证仪表的精度。导流器装有摩擦很小的轴承,用以支承涡轮。轴承的合理选用对延长仪表的使用寿命至关重要。涡轮由导磁的不锈钢制成,装有数片螺旋形叶片。当导磁性叶片旋转时,便周期性地改变磁电系统的磁阻值,使通过涡轮上方线圈的磁通量发生周期性变化,因而在线圈内感应出脉冲电信号。在一定流量范围内,导磁性叶片旋转的速度与被测流体的流量成正比,因此通过脉冲电信号频率的大小得到被测流体的流量。
2.3.3.2 涡轮流量计的特性
流量很小的流体通过流量计时,涡轮并不转动,只有当流量大于某一最小值,能克服启动摩擦力矩时,涡轮才开始转动。
图2-13 涡轮流量传感器的结构
1—涡轮;2—支承;3—永久磁铁;4—感应线圈;5—壳体;6—导流器
当流量较小时,仪表特性不良。这主要是由于黏性摩擦力矩的影响所致。当流量大于某一数值后,脉冲信号的频率f与流量q V才近似为线性关系,应该认为这是变送器测量范围的下限。由于轴承寿命和压力损失等条件的限制,涡轮的转速也不能太大,所以测量范围上限也有限制。
涡轮流量计的优点有以下两点。
(1)量程范围宽,刻度呈线性,测量精度高。精度可以达到0.5级以上,在狭小范围内甚至可达0.1%,故可作为校验1.5~2.5级普通流量计的标准计量仪表。
(2)对被测信号的变化反应快。被测介质为水时,涡轮流量计的时间常数一般只有几毫秒到几十毫秒,故特别适用于对脉动流量的测量。
2.3.3.3 安装
(1)涡轮流量传感器一般应水平安装,垂直安装时流体方向必须向上,液体应充满管道,不得有气泡。
(2)安装时,液体流动方向与传感器外壳上指示流向的箭头方向要一致,上游应有20倍口径长度的直管段,下游应有5倍口径长度的直管段。
2.3.3.4 型号及规格说明
以LWGY-40型为例,LW表示涡轮流量传感器,GY表示远传显示型,输出频率信号(Y表示现场显示型,GB表示变送器,输出4~20 mA电流信号),40表示涡轮流量传感器口径为D g40(mm)。该流量计流量测量范围为2~20 m3/h。
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