氣體渦輪流量計(jì)流量傳感器的結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計(jì)要求

    以軸流式為例，渦輪流量傳感器一般結(jié)構(gòu)主要由殼體、前導(dǎo)流體（整流器）、導(dǎo)流圈、渦輪（葉輪）、防塵迷宮件、軸承、主軸、內(nèi)藏式儲(chǔ)油管、后導(dǎo)流體、加油系統(tǒng)、訊號(hào)發(fā)生’盤、信號(hào)傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、內(nèi)藏式四通閥組件（有些廠家考慮到用戶使用方便而采用）等組成，如圖2-9所示。各主要部件的功能作用如下

圖2-9渦輪流量傳感

器結(jié)構(gòu)分解圖

  1．殼體

  殼體是傳感器的主體部件，可以起到承受被測(cè)流體的壓力、固定安裝檢測(cè)部件、連接管道的作用。根據(jù)實(shí)際被測(cè)流體壓力及化學(xué)性質(zhì)需要，材料可選用硬鋁合金、不導(dǎo)磁的鑄鋼和不銹鋼等。對(duì)于大口徑傳感器也可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)。

  2．前導(dǎo)流體

  前導(dǎo)流體對(duì)被測(cè)流體起壓縮、整流、導(dǎo)向作用和支撐葉輪的作用（若采用導(dǎo)流圈時(shí)還起到固定導(dǎo)流圈的作用），材料可選用塑料、鋅合金、鋁合金、不導(dǎo)磁不銹鋼。

  3．導(dǎo)流圈

    導(dǎo)流圈對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行導(dǎo)向、節(jié)流、調(diào)整流量，對(duì)儀表流量范圍分段有重要作用，材料為鋁合金。

  4．渦輪（葉輪）

  渦輪是傳感器的檢測(cè)元件，接受流體動(dòng)量、克服阻力矩，也是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種。不同廠家根據(jù)需要采用不同的材料制造，它可由高導(dǎo)磁性材料制成，其高頻信號(hào)可以由葉輪切割電感傳感器產(chǎn)生。也可選用塑料或鋁合金材料制造，并在其上鑲嵌導(dǎo)磁體或磁體，或在后面通過增加發(fā)信盤以產(chǎn)生高頻信號(hào)。對(duì)氣體渦輪流量計(jì)而言，當(dāng)通徑DN≤200mm時(shí)材料可選用塑料或鋁合金，當(dāng)通徑DN> 200mm時(shí)材料選用鋁合金。制造鋁合金渦輪成本較高，但穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高，維修費(fèi)用小。葉輪由支架中軸承支撐，與表體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對(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)平衡很重要，直接影響儀表性能和使用壽命，因此，加工完成后必需嚴(yán)格進(jìn)行動(dòng)平衡校檢。

  5．防塵迷宮件

    防塵迷宮件可避免灰塵進(jìn)入機(jī)芯起到保護(hù)軸承的作用，該件設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響渦輪流量計(jì)壽命。實(shí)際使用證明靜密封比動(dòng)密封防塵效果好，與渦輪一起設(shè)計(jì)形成徑向迷宮。

  6．軸承

  軸承可支撐主軸和葉輪旋轉(zhuǎn)，減小轉(zhuǎn)動(dòng)軸摩擦力矩。需選用高精度、低噪聲．有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度及耐磨性、耐腐蝕性好的不銹鋼軸承。它和主軸一起直接決定著傳感器的可靠性和使用期限。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)是很重要的。

  7．主軸

  主軸起傳動(dòng)、支承的作用，它與軸承的裝配結(jié)構(gòu)、裝配精度以及主軸本身同軸度，直接影響流量計(jì)準(zhǔn)確度及使用壽命。材料也要選用耐磨性好、高硬度的不銹鋼。

  8．內(nèi)藏式儲(chǔ)油管

    對(duì)于采用加油系統(tǒng)的渦輪流量傳感器，一般會(huì)采用內(nèi)藏式儲(chǔ)油管，它是加油系統(tǒng)的緩沖裝置，可有效避免因一次加油過量影響儀表準(zhǔn)確度及污染機(jī)芯，也可有效避免使用過程中因失油造成軸承損傷。對(duì)于不采用加油系統(tǒng)的，無此機(jī)構(gòu)。

  9．后導(dǎo)流體

  后導(dǎo)流體支承軸承、機(jī)芯、加油連接件，防止灰塵進(jìn)入機(jī)芯，材料為鋁合金或鋅合金反推式渦輪流量傳感器的后導(dǎo)流體還要求能產(chǎn)生足夠的反推力，其結(jié)構(gòu)形式很多。

  10．加油系統(tǒng)

  加油系統(tǒng)由油杯組件、止回閥、油管、接頭、密封圈等組成。不采用加油系統(tǒng)的無此機(jī)構(gòu)。

  11．訊號(hào)發(fā)生盤

  訊號(hào)發(fā)生盤由鋁合金或塑料圓盤鑲嵌磁體或?qū)Т朋w組成，它與渦輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，周期性改第二章  選型、應(yīng)用及設(shè)計(jì)制造變磁場(chǎng)強(qiáng)度，由磁傳感器將葉輪旋轉(zhuǎn)的高頻信號(hào)檢測(cè)輸出。若渦輪已經(jīng)采用高導(dǎo)磁性材料制成，或其上已鑲嵌有導(dǎo)磁體或磁體，就無需該部件。

    12．信號(hào)傳感器

    信號(hào)傳感器可以感應(yīng)渦輪或訊號(hào)發(fā)生盤產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，并傳遞給前置放大器。目前國(guó)內(nèi)常用變磁阻式，其電磁感應(yīng)器件分磁阻式磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器和半導(dǎo)體磁阻傳感器兩種。磁阻式磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器由磁鋼、導(dǎo)磁棒（鐵芯）和線圈等組成，其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)為由于磁鋼對(duì)葉片或發(fā)訊盤有吸引力，會(huì)產(chǎn)生磁阻力矩，在諸阻力矩中成為主要項(xiàng)，對(duì)渦輪流量傳感器的始動(dòng)和小流量性能有較大影響。其次，這種感應(yīng)方式對(duì)磁場(chǎng)的線切割速度較敏感，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速很低時(shí)電感線圈輸出信號(hào)很弱，難于檢測(cè)，會(huì)出現(xiàn)渦輪慢轉(zhuǎn)而無信號(hào)輸出情況。半導(dǎo)體磁阻傳感器為半導(dǎo)體磁敏器件，對(duì)磁場(chǎng)敏感且與轉(zhuǎn)速無關(guān)，同時(shí)無磁吸力，因此該檢測(cè)方式有利于降低始動(dòng)流量和提高小流量檢測(cè)準(zhǔn)確度。

    13．壓力傳感器

    帶溫度壓力修正功能的流量計(jì)均有壓力傳感器，一般為壓阻式壓力傳感器。

    14．溫度傳感器

    帶溫度壓力修正功能的流量計(jì)均有溫度傳感器，一般為鉑電阻，也可以用數(shù)字溫度傳感器。

    15．內(nèi)藏式四通閥組件

    一般是一體化溫壓補(bǔ)償型氣體渦輪流量計(jì)設(shè)計(jì)具有內(nèi)藏式四通閥組件，主要是考慮現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的管道試壓的方便。但大部分產(chǎn)品沒有該部件。

    溫壓補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型

  由于氣體渦輪流量計(jì)一般用于貿(mào)易計(jì)量場(chǎng)合，且在中國(guó)一般都是以20。C，101. 325kPa為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的累計(jì)體積流量作為結(jié)算依據(jù)，因此，就必須配套溫度、壓力補(bǔ)償儀或流量計(jì)算機(jī)和變送器，將工作狀態(tài)下的體積流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，換算是按理想氣態(tài)方程進(jìn)行的。

    g= 3600 x[/K    (2-1)

    (ZZ(pg/Pn)[293. 15/(273. 15 +t)qg    (2—2)

    g.=(Zn／Zg)×(pg／p.)×[293.15／(273.15+t)]×qg

    Z。/Zg =F：2    (2-3)

式中Z。/Z。——壓縮因子修正系數(shù)；

    g。——工況流量，m3/h；

    g。——標(biāo)況流量，1113／}1；    

    p。——介質(zhì)壓力，kPa；

    p。——一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓( 101. 325 kPa)

    下標(biāo)n表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)，下標(biāo)g表示工況狀態(tài)下的參數(shù)。

    由于該流量計(jì)主要使用領(lǐng)域?yàn)樘烊粴庥?jì)量，故壓縮因子修正系數(shù)的確定可先計(jì)算天然氣的超壓縮系數(shù)F。，再按zn/Z。=F計(jì)算壓縮因子修正系數(shù)(Z。/Z。)。當(dāng)天然氣的計(jì)量系統(tǒng)符合GB/T 18603表Al準(zhǔn)確度為*要求時(shí)，必須按GB/T 17747規(guī)定的按天然氣的摩爾組成數(shù)據(jù)( GB/T 17747. 2-1999)和物性值數(shù)據(jù)(GB/T 17747. 2-1999)進(jìn)行計(jì)算，這是流量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所采用的辦法。而當(dāng)天然氣的計(jì)量系統(tǒng)符合GB/T 18603表Al準(zhǔn)確度為B、C級(jí)要求時(shí)，可按AGA NX -19中的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，它為介質(zhì)溫度￡、壓力pg.天然氣真實(shí)相對(duì)密度G．及氮?dú)夂投趸嫉哪柗謹(jǐn)?shù)M。、M。的函數(shù)，即Zn／Zg= F2= f(pg,t,Gr,Mn,MC)    (2-4)

    對(duì)于其他介質(zhì)，可以采用天然氣的壓縮修正系數(shù)近似取代