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渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)
關(guān)鍵字：渦輪流量傳感器，渦輪流量計 日期：2012-7-3 15:15:21
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渦輪流量計的傳感器的結(jié)構(gòu)主要由儀表殼體、導(dǎo)流器、葉輪（渦輪）、軸承和信號檢測放大器等組成。
1．儀表殼體
儀表殼體一般采用不導(dǎo)磁的材料如鋁合金或不銹鋼（如lCr18Ni9Ti）制成，對于大口徑傳感器亦可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)：殼體是傳感器的主體部件，它起到承受被測
流體的壓力、固定安裝檢測部件、連接管道的作用，殼體內(nèi)裝有導(dǎo)流器、葉輪、軸、軸承，殼體外壁安裝有信號檢測放大器。對于一體化溫度、壓力補償型的流量計，殼體上還安裝
有溫度、壓力傳感器（座）。
2．導(dǎo)流器
導(dǎo)流器亦稱整流器或流量調(diào)整器，選用不導(dǎo)磁的鋁合金、工程塑料或不銹鋼材質(zhì)、硬鋁材料制作，安裝在傳感器進出口處，對流體起導(dǎo)向整流作用，避免意外擾動對葉輪的影響，
但應(yīng)注意采用導(dǎo)流器有一定的壓力損失。 3．渦輪葉輪
渦輪葉輪亦稱葉輪（如圖），檢測氣體一般采用工程塑料或鋁合金材質(zhì)，檢測液體一般采用高導(dǎo)磁性材料（如2Cr3或Cr17Ni2等），是傳感器的檢測部件，其作用是把流體動能
轉(zhuǎn)換成機械能。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種。通過葉輪旋轉(zhuǎn)，在葉片上取出和流量成正比的頻率信號。亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護罩環(huán)來增加有一定數(shù)量葉片
渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率。葉輪由支架中軸承支承，與殼體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。葉輪的幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設(shè)計。
葉輪的動態(tài)平衡很重要，直接影響儀表的計量性能和使用壽命。
4．軸與軸承
通常選用不銹鋼（如2Cr13，4Cr13，Cr17Ni2或lCr18Ni9Ti等）或硬質(zhì)合金制作，它們組成一對運動副，支承和保證葉輪自由旋轉(zhuǎn)，并需有足夠的剛度、強度和硬度、耐磨性、耐
腐性它決定著傳感器的可靠性和使用壽命。傳感器失效通常是由軸與軸承引起的，因此其結(jié)構(gòu)與材料的選用以及維護是重要問題。
軸承一般有碳化鎢、聚四氟乙烯和碳石墨三種規(guī)格：碳化鎢的精度最高，可作為工業(yè)拄制的標準件；聚四氟乙烯、碳石墨能防腐，一般在化工場所優(yōu)先選用。軸承的壽命與流速的
平方成正反比，故流速最好選擇最大流速的1/3。
在設(shè)計時應(yīng)考慮軸向推力的平衡，流體作用于葉輪上的力使葉輪轉(zhuǎn)動，同時也給葉輪一個軸向力，使軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩增大。為了抵消這一軸向力，在結(jié)構(gòu)上采取各種軸向推力平衡
措施。另外，軸承磨損要小。這是提高測量準確度、延長儀表壽命的重要環(huán)節(jié)。滾動軸承雖然摩擦力矩很小，但對臟污流體及腐蝕性流體的適應(yīng)性較差，壽命不長。因此，目前仍廣泛
--用滑動軸承（空心套形軸承）?；瑒虞S承的軸與軸承間的摩擦轉(zhuǎn)矩與葉輪的重量及軸的直徑或正比，因此在機械強度允許的情況下，應(yīng)盡可能把軸做細，使葉輪的重量減輕。合理選
擇軸與軸承的材質(zhì)及兩者的配合間隙也是很重要的，目前常采用的材料是耐磨性好的碳化鎢硬質(zhì)合金材料，軸承也可用寶石、塑料或石墨等材料。為減小石墨軸承的磨損，常常在不銹
鋼軸表面鍍以硬鉻并進行精磨，其表面粗糙度為( 0. 8~0.2) ht,m。為了徹底解決軸承磨損問題，我國目前生產(chǎn)無軸承的渦輪流量變送器。
渦輪的軸承一般采用滑動配合的硬質(zhì)合金軸承，要求耐磨性能好。由于流體通過渦輪時會對渦輪產(chǎn)生一個軸向推力，使鈾承的摩擦轉(zhuǎn)矩增大，加速鈾承磨損，為了消除軸向力，需
在結(jié)構(gòu)上采取水力平衡措施，這種方法的原理如下圖所示。由于渦輪處直徑DH略小于前后支架處直徑D。，所以，在渦輪段流通截面擴大，流速降低，使流體靜壓上升Ap，這個
Ap的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用。
水力平衡原理示意圖
5．信號檢測放大器
國內(nèi)常用信號檢測放大器一般采用變磁阻式，它由永久磁鋼、導(dǎo)磁棒（鐵芯）、線圈等組成，其作用是把渦輪的機械轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成電脈沖信號輸出：由于永久磁鋼對高導(dǎo)磁材料
制成的葉片有吸引力而產(chǎn)生磁阻力矩，對于小口徑傳感器在小流量時，磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項，為此將永久磁鋼分為大小兩種規(guī)格，小口徑配小規(guī)格以降低磁阻力矩。一般
線圈感應(yīng)得到的信號較小，需配上前置放大器放大、整形輸出幅值較大的電脈沖信號。線圈輸出信號有效值在lOmV以上的，也可直接配用流量計算機：
下圖為常周的兩種前置放大器電氣原理圖，圖(a)采用穩(wěn)流二極管作負載，采用復(fù)合管射極輸出形式，圖(b)采用負反饋電路以提高儀表的穩(wěn)定性：它們都具有溫度穩(wěn)定性好、放大系
數(shù)高、負載能力強等特點。
前置放大器由磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與放大整形電路兩部分組成，如下圖所示。
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前置放大器電器原理圖
國內(nèi)的磁電轉(zhuǎn)換器一般采用磁阻式，它由永久磁鋼及外部纏繞的感應(yīng)線圈組成。當流體通過使葉輪旋轉(zhuǎn)的，葉片在永久磁鋼正下方時磁阻最小，兩葉片空隙在磁鋼下方時磁阻最
大，渦輪旋轉(zhuǎn)，不斷地改變磁路的磁通量，使線圈中產(chǎn)生變化的感應(yīng)電勢，送人放大整形電路，變成脈沖信號。輸出脈沖的頻率與通過流量計的流量成正比，其比例系數(shù)K為
K=f/(qv)
式中產(chǎn)一渦輪流量計輸出脈沖頻率；
qv——通過流量計的流量。
該比例系數(shù)K亦稱為渦輪流量計的儀表系數(shù)。
渦輪流量計前置放大器原理圖
信號接收與顯示器由系數(shù)校正器、加法器和頻電轉(zhuǎn)換器等組成，其作用是將從前置放大器送來的脈沖信號變換成累積流量和瞬時流量并顯示出來。
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