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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(jì) 日期：2012-7-3 15:15:21
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渦輪流量計(jì)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(hào)檢測(cè)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(duì)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(cè)
流體的壓力、固定安裝檢測(cè)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(hào)檢測(cè)放大器。對(duì)于一體化溫度、壓力補(bǔ)償型的流量計(jì)，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(jìn)出口處，對(duì)流體起導(dǎo)向整流作用，避免意外擾動(dòng)對(duì)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(cè)氣體一般采用工程塑料或鋁合金材質(zhì)，檢測(cè)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(cè)部件，其作用是把流體動(dòng)能
轉(zhuǎn)換成機(jī)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(hào)。亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)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(duì)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(jì)。
葉輪的動(dòng)態(tài)平衡很重要，直接影響儀表的計(jì)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(duì)運(yùn)動(dòng)副，支承和保證葉輪自由旋轉(zhuǎn)，并需有足夠的剛度、強(qiáng)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)件；聚四氟乙烯、碳石墨能防腐，一般在化工場(chǎng)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(jì)時(shí)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(dòng)，同時(shí)也給葉輪一個(gè)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(cè)量準(zhǔn)確度、延長(zhǎng)儀表壽命的重要環(huán)節(jié)。滾動(dòng)軸承雖然摩擦力矩很小，但對(duì)臟污流體及腐蝕性流體的適應(yīng)性較差，壽命不長(zhǎng)。因此，目前仍廣泛
--用滑動(dòng)軸承（空心套形軸承）。滑動(dòng)軸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(jī)械強(qiáng)度允許的情況下，應(yīng)盡可能把軸做細(xì)，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(jìn)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(guó)目前生產(chǎn)無(wú)軸承的渦輪流量變送器。
渦輪的軸承一般采用滑動(dòng)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(shí)會(huì)對(duì)渦輪產(chǎn)生一個(gè)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(kuò)大，流速降低，使流體靜壓上升Ap，這個(gè)
Ap的靜壓將起到抵消部分軸向推力的作用。
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水力平衡原理示意圖
5．信號(hào)檢測(cè)放大器
國(guó)內(nèi)常用信號(hào)檢測(cè)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(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)輸出：由于永久磁鋼對(duì)高導(dǎo)磁材料
制成的葉片有吸引力而產(chǎn)生磁阻力矩，對(duì)于小口徑傳感器在小流量時(shí)，磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項(xiàng)，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(hào)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(hào)。線圈輸出信號(hào)有效值在lOmV以上的，也可直接配用流量計(jì)算機(jī)：
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(fù)載，采用復(fù)合管射極輸出形式，圖(b)采用負(fù)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(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
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(guó)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(dāng)流體通過使葉輪旋轉(zhuǎn)的，葉片在永久磁鋼正下方時(shí)磁阻最小，兩葉片空隙在磁鋼下方時(shí)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(shì)，送人放大整形電路，變成脈沖信號(hào)。輸出脈沖的頻率與通過流量計(jì)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(jì)輸出脈沖頻率；
qv——通過流量計(jì)的流量。
該比例系數(shù)K亦稱為渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)。
前置放大器.jpg)
渦輪流量計(jì)前置放大器原理圖
信號(hào)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(hào)變換成累積流量和瞬時(shí)流量并顯示出來。
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