1 渦輪流量計的(de)工作原理(lǐ) 

渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大(dà)器、顯示儀表組成。 

渦輪流量計的(de)原理(lǐ)示意圖如圖3—1所示．在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐．當流體通(tōng)過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪産生驅動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和(hé)流體阻力矩而産生旋轉．在一定的(de)流量範圍内，對(duì)一定的(de)流體介質粘度，渦輪的(de)旋轉角速度與流體流速成正比．由此，流體流速可(kě)通(tōng)過渦輪的(de)旋轉角速度得(de)到，從而可(kě)以計算(suàn)得(de)到通(tōng)過管道的(de)流體流量．

渦輪的(de)轉速通(tōng)過裝在機殼外的(de)傳感線圈來(lái)檢測．當渦輪葉片切割由殼體内永久磁鋼産生的(de)磁力線時(shí)，就會引起傳感線圈中的(de)磁通(tōng)變化(huà)．傳感線圈将檢測到的(de)磁通(tōng)周期變化(huà)信号送入前置放大(dà)器，對(duì)信号進行放大(dà)、整形，産生與流速成正比的(de)脈沖信号，送入單位換算(suàn)與流量積算(suàn)電路得(de)到并顯示累積流量值；同時(shí)亦将脈沖信号送入頻(pín)率電流轉換電路，将脈沖信号轉換成模拟電流量，進而指示瞬時(shí)流量值． 

渦輪流量計總體原理(lǐ)框用(yòng)見圖3—2所示． 

被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，渦輪的(de)轉速随流量的(de)變化(huà)而變化(huà)，即流量大(dà)，渦輪的(de)轉速也(yě)大(dà)，再經磁電轉換裝置把渦輪的(de)轉速轉換爲相應頻(pín)率的(de)電脈沖，經前置放大(dà)器放大(dà)後，送入顯示儀表進行計數和(hé)顯示，根據單位時(shí)間内的(de)脈沖數和(hé)累計脈沖數即可(kě)求出瞬時(shí)流量和(hé)累積流量。 

渦輪變送器的(de)工作原理(lǐ)是當流體沿著(zhe)管道的(de)軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有與流量qv、流速V和(hé)流體密度ρ乘積成比例的(de)力作用(yòng)在葉片上，推動渦輪旋轉。在渦輪旋轉的(de)同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵産生的(de)磁力線，改變線圈的(de)磁通(tōng)量。根據電磁感應原理(lǐ)，在線圈内将感應出脈動的(de)電勢信号，此脈動信号的(de)頻(pín)率與被測流體的(de)流量成正比，即： 其中，qv爲流體的(de)體積總量，N爲變送器産生的(de)脈動總數；ξ爲流量系數。 

ξ是渦輪變送器的(de)重要特性參數，不同的(de)儀表有不同的(de)ξ，并随儀表長(cháng)期使用(yòng)的(de)磨損情況而變化(huà)；其含義是單位體積流量通(tōng)過變送器時(shí)，變送器的(de)輸出的(de)脈沖數。 

渦輪變送器輸出的(de)脈沖信号，經前置于放大(dà)器放大(dà)後，送入顯示儀表，就可(kě)以實現流量的(de)測量。 

2．渦輪流量計的(de)構造 

流體從機殼的(de)進口流入．通(tōng)過支架将一對(duì)袖承固定在管中心軸線上，渦輪安裝在軸承上．在渦輪上下(xià)遊的(de)支架上裝有呈輻射形的(de)整流闆，以對(duì)流體起導向作用(yòng)，以避免流體自旋而改變對(duì)渦輪葉片的(de)作用(yòng)角度．在渦輪上方機殼外部裝有傳感線圈，接收磁通(tōng)變化(huà)信号． 

下(xià)面介紹主要部件． 

(1)渦輪 

渦輪由導磁不鏽鋼材料制成，裝有螺旋狀葉片．葉片數量根據直徑變化(huà)而不同，2－24片不等．爲了(le)使渦輪對(duì)流速有很好的(de)響應，要求質量盡可(kě)能小．對(duì)渦輪葉片結構參數的(de)一般要求爲：葉片傾角10°－15°(氣體)，30°－45°（液體）；葉片重疊度P爲1—1．2；葉片與内殼間的(de)間隙爲0．5—1mm． 

(2)軸承 

渦輪的(de)軸承一般采用(yòng)滑動配合的(de)硬質合金軸承，要求耐磨性能好．由于流體通(tōng)過渦輪時(shí)會對(duì)渦輪産生一個(gè)軸向推力，使鈾承的(de)摩擦轉矩增大(dà)，加速鈾承磨損，爲了(le)消除軸向力，需在結構上采取水(shuǐ)力平衡措施，這(zhè)方法的(de)原理(lǐ)見圖3—3所示．由于渦輪處直徑DH略小于前後支架處直徑Ds，所以，在渦輪段流通(tōng)截而擴大(dà)，流速降低，使流體靜壓上升△P，這(zhè)個(gè)△P的(de)靜壓将起到抵消部分(fēn)軸向推力的(de)作用(yòng)．

 
圖3－3 水(shuǐ)力平衡原理(lǐ)示意圖

(3)前置放大(dà)器 

前置放大(dà)器由磁電感應轉換器與放大(dà)整形電路兩部分(fēn)組成，示意圖見圖3—4所示．磁電轉換器國内一般采用(yòng)磁阻式，它由永久磁鋼及外部纏繞的(de)感應線圈組成．當流體通(tōng)過使諷輪旋轉的(de)，葉片在永久磁鋼正下(xià)方時(shí)磁阻最小，兩葉片空隙在磁鋼下(xià)方時(shí)磁阻最大(dà)，渦輪旅轉，不斷地改變磁路的(de)磁通(tōng)量，使線圈中産生變化(huà)的(de)感應電勢，送入放大(dà)整形電路，變成脈沖信号．輸出脈沖的(de)頻(pín)率與通(tōng)過流量計的(de)流量成正比，其比例系數K爲 

K = f / qv 

式中 f――渦輪流量計輸出脈沖頻(pín)率； 
qv——通(tōng)過流量計的(de)流量． 

該比例系數亦稱爲渦輪流量計的(de)儀表系數。

 
圖3－4 渦輪流量計前置放大(dà)器原理(lǐ)圖

(4)信号接收與顯示 

信号接收與顯示器内系數校正器、加法器和(hé)頻(pín)電轉換器等組成，其作用(yòng)是将從前置放大(dà)器送來(lái)的(de)脈沖信号變換成累積流量和(hé)瞬時(shí)流量并顯示． 

2 渦輪流量計的(de)選型 

計本體最好選區(qū)用(yòng)316不鏽鋼材料以防腐，如是防爆區(qū)還(hái)必須是防爆結果。 

（2）軸承一般有炭化(huà)鎢，聚四氟乙烯，碳石墨三種規格：碳化(huà)鎢的(de)精度最高(gāo)，它作爲工業控制的(de)标準件；聚四氟乙烯，碳石墨能防腐，一般在化(huà)工場(chǎng)所優先考慮。軸承的(de)壽命流速的(de)平方成正反比，故流速最好的(de)在最大(dà)流速的(de)1/3速度比較好。 

（3）感應探頭是檢測轉動體的(de)運動并把它轉化(huà)爲脈沖數字電信号，它電磁線圈電壓輸出值接近正弦曲線，脈沖信号的(de)頻(pín)率範圍随測量的(de)流量大(dà)小成線性變化(huà)，典型的(de)範圍爲10:1，25:1 和(hé)100:1三種規格。 

3渦輪流量計的(de)安裝 

（1）變送器的(de)電源線采用(yòng)金屬屏蔽線，接地要良好可(kě)靠。電源爲直流24V，650Ω阻抗。 
2）變送器應水(shuǐ)平安裝，避免垂直安裝，并保證其前後有适應的(de)直管段，一般前10D，後5D。 
（3）保證流體的(de)流動方向與儀表外殼的(de)箭頭方向一緻，不得(de)裝反。 
(4）被測介質對(duì)渦輪不能有腐蝕，特别是軸承處，否則應采取措施。 
（5）注意對(duì)磁感應部分(fēn)不能碰撞。 

4渦輪流量計的(de)組态與校正 

标準的(de)标定方法是十點水(shuǐ)标定法，但黏度不同标定的(de)值不同，故通(tōng)常要做(zuò)黏度标定曲線。 

5渦輪流量計的(de)顯示儀表 

顯示儀表的(de)任務是将單位時(shí)間輸出脈沖數和(hé)輸出脈沖總數轉換成瞬流量和(hé)總流量，并顯示出來(lái)。 

由前放大(dà)器輸出的(de)脈沖信号，其幅值、波形都是不規則的(de)，在進入顯示儀表後，先需經整形電路整形成爲有規則的(de)具有一定幅值的(de)矩形電脈沖信号民，再經過頻(pín)率/電流轉換電路，将頻(pín)率信号變爲相應的(de)電流信号（4～20mA）再轉換能瞬時(shí)流量值，總量由轉換及積算(suàn)電路得(de)到。有的(de)顯示儀表就地顯示，有的(de)送DCS顯示。 

6注意事項 

（1）安裝渦輪流量計前，管道要清掃。被測介質不潔淨時(shí)，要加過濾器。否則渦輪、軸承易被卡住，測不出流量來(lái)。 

（2）拆裝流量計時(shí)，對(duì)磁感應部分(fēn)不能碰撞。 

（3）投運前先進行儀表系數的(de)設定。仔細檢查，确定儀表接線無誤，接地良好，方可(kě)送電。 

（4）安裝渦輪流量計時(shí)，前後管道法蘭要水(shuǐ)平，否則管道應力對(duì)流量計影(yǐng)響很大(dà)。 

7發展前景 

随著(zhe)科學的(de)不斷發展，當今渦輪變送器已發展成小型化(huà)、高(gāo)集成度的(de)模塊，設計，有強大(dà)的(de)功能軟件，并設有RS232标準計算(suàn)機通(tōng)信接口，對(duì)維護檢修提供了(le)方便。可(kě)與DCS連接通(tōng)信，DCS替代了(le)顯示儀表，如HOFFER流量計在工業臨近生産過程中更方便實用(yòng)。 

總之，渦輪流量計是一種速度式流量儀表，由于具有測量精度高(gāo)，反應速度快(kuài)，測量範圍廣，價格低廉，安裝方便等優點，被廣泛應用(yòng)于化(huà)工生産中。