速度式流量計的分類及結(jié)構(gòu)原理

速度式流量計的原理和水輪機相似，用流體沖激葉輪或渦輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與瞬時流*成正比，一段時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)與該時間段的累積總流量成正比.由于靠流體的流速工作，故有“速度式”之稱。

1.葉輪式

家用自來水表就是典型的葉輪式流量計，其用途只在于提供總用水量，以便按量收費.自來水表的結(jié)構(gòu)如圖4.3.1.自進水口1流入的水經(jīng)簡狀部件2周圍的斜孔，沿切線方向沖激葉輪3。葉輪軸經(jīng)過齒輪逐級減速，帶動各個十進位指針以指示累積總流量，齒輪裝在圖中4處.此后，水流再經(jīng)筒狀部件上排各孔5,匯總至出水口6。

為了減少磨損，葉輪及各個齒輪都采用較輕而耐磨的塑料制造.這樣也避免了銹蝕。

葉輪式自來水表比較簡單價廉，但精確度不高一般只有2級左右。

同樣的原理也可以用在氣體流量測量上，國產(chǎn)QBJ-A型高壓力然氣表就是葉輪式，用在4kgf/cm2管路上，由降壓至700mmH2O的燃氣經(jīng)五個噴嘴吹動葉輪。

2.渦輪式

如果說葉輪式流量計類似輻流式水輪機.渦輪流量計就類似軸流式水輪機，甚至可以看成是個微型水輪發(fā)電機組。在圖4.3.2中畫出了它的縱剖視圖。

在管形殼體1的內(nèi)壁有導(dǎo)流架2,一方面促使流體沿軸線方向平行流動，另一方面支承了渦輪的前后軸承3和6。渦輪4上裝有螺旋槳形的葉片，在流體沖激下旋轉(zhuǎn)。為了測出渦輪的轉(zhuǎn)速，管壁外裝有帶線圈的永久磁鐵5.并將線圈兩端引出。由于渦輪材質(zhì)具有一定的鐵磁性，當葉片在永久磁鐵前掃過時，會引起磁通的變化，因而在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢。此短暫的電勢起伏經(jīng)過放大和整形，便可得到足以測出額率的方波脈沖，或?qū)⒚}沖送入計數(shù)器以求累積總流量。可見，渦輪流量計實際上是個能發(fā)出電脈沖的流量傳感器.配以頻率轉(zhuǎn)換器就成為流量變送器。

渦輪流量計有較高的精確度.基本誤差可小于±(0.25%"～1.5%),而且量程寬，*大流量與*小流量之比達到l0～30,動態(tài)特性好，時間常數(shù)只有1～50ms,能耐高達5X1O7Pa的壓力.而其使用溫度范圍寬.從一240℃到540℃都有產(chǎn)品。輸出脈沖信號又便于和計算機相連.是很受歡迎的一種儀表。

渦輪軸承是影響推廣使用的薄弱環(huán)節(jié)，有各種減小磨損的設(shè)計和工藝.但仍必須嚴格要求流體純凈。此外，應(yīng)裝在水平管道中。

在渦輪葉片的平均半徑r。處取斷面.并將圓周展開成直線，便可畫出圖4.3-3。

設(shè)流體速度。完全平行于軸向，葉片的切線速度u垂直于v若葉片的傾斜角為a,則可寫出

式中:n為渦輪的轉(zhuǎn)速(單位是r/min):

w為渦輪的角速度(單位是rad/min )。

葉片縫隙間的有效流通面積為A.則瞬時容積流量為

如渦輪上葉片總數(shù)為Z.則線圈輸出脈沖頻率f就是60nZHz，代入式(4.3.1)可得

式中:ε為儀表常數(shù)，它完全取決于結(jié)構(gòu)參數(shù);制造完成后就恒定不變。

根據(jù)以上分析可知.理想情況下qv與f為正比關(guān)系。但實際儀表里有軸承摩擦力矩、電磁阻力矩、流體對渦輪的粘性摩擦阻力等因素，所以f并不嚴格地保持常數(shù)。特別是在流量很小的情況下，阻力矩的影響相對較大，在流體從層流到紊流變化時.ε也不穩(wěn)定。所以*好應(yīng)用在量程上限的50%以上，有比較滿意的線性關(guān)系。

除工業(yè)自動化儀表之外，氣象儀器和水文儀器中也常用葉輪或渦輪測風(fēng)速和流速。