氣體渦輪流量計流量傳感器的結構組成和設計要求
氣體渦輪流量計流量傳感器的結構組成和設計要求
以軸流式為例，渦輪流量傳感器一般結構主要由殼體、前導流體（整流器）、導流圈、渦輪（葉輪）、防塵迷宮件、軸承、主軸、內藏式儲油管、后導流體、加油系統、訊號發(fā)生’盤、信號傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、內藏式四通閥組件（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
器結構分解圖
1．殼體
殼體是傳感器的主體部件，可以起到承受被測流體的壓力、固定安裝檢測部件、連接管道的作用。根據實際被測流體壓力及化學性質需要，材料可選用硬鋁合金、不導磁的鑄鋼和不銹鋼等。對于大口徑傳感器也可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結構。
2．前導流體
前導流體對被測流體起壓縮、整流、導向作用和支撐葉輪的作用（若采用導流圈時還起到固定導流圈的作用），材料可選用塑料、鋅合金、鋁合金、不導磁不銹鋼。
3．導流圈
導流圈對被測流體進行導向、節(jié)流、調整流量，對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元件，接受流體動量、克服阻力矩，也是齒輪傳動機構的動力源。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種。不同廠家根據需要采用不同的材料制造，它可由高導磁性材料制成，其高頻信號可以由葉輪切割電感傳感器產生。也可選用塑料或鋁合金材料制造，并在其上鑲嵌導磁體或磁體，或在后面通過增加發(fā)信盤以產生高頻信號。對氣體渦輪流量計而言，當通徑dn≤200mm時材料可選用塑料或鋁合金，當通徑dn> 200mm時材料選用鋁合金。制造鋁合金渦輪成本較高，但穩(wěn)定性好、強度高，維修費用小。葉輪由支架中軸承支撐，與表體同軸，其葉片數視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，要根據流體性質、流量范圍、使用要求等設計。葉輪的動平衡很重要，直接影響儀表性能和使用壽命，因此，加工完成后必需嚴格進行動平衡校檢。
5．防塵迷宮件
防塵迷宮件可避免灰塵進入機芯起到保護軸承的作用，該件設計的優(yōu)劣直接影響渦輪流量計壽命。實際使用證明靜密封比動密封防塵效果好，與渦輪一起設計形成徑向迷宮。
6．軸承
軸承可支撐主軸和葉輪旋轉，減小轉動軸摩擦力矩。需選用高精度、低噪聲．有足夠的剛度、強度和硬度及耐磨性、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，因此其結構與材料的選用以及維護是很重要的。
7．主軸
主軸起傳動、支承的作用，它與軸承的裝配結構、裝配精度以及主軸本身同軸度，直接影響流量計準確度及使用壽命。材料也要選用耐磨性好、高硬度的不銹鋼。
8．內藏式儲油管
對于采用加油系統的渦輪流量傳感器，一般會采用內藏式儲油管，它是加油系統的緩沖裝置，可有效避免因一次加油過量影響儀表準確度及污染機芯，也可有效避免使用過程中因失油造成軸承損傷。對于不采用加油系統的，無此機構。
9．后導流體
后導流體支承軸承、機芯、加油連接件，防止灰塵進入機芯，材料為鋁合金或鋅合金反推式渦輪流量傳感器的后導流體還要求能產生足夠的反推力，其結構形式很多。
10．加油系統
加油系統由油杯組件、止回閥、油管、接頭、密封圈等組成。不采用加油系統的無此機構。
11．訊號發(fā)生盤
訊號發(fā)生盤由鋁合金或塑料圓盤鑲嵌磁體或導磁體組成，它與渦輪同步轉動，周期性改第二章 選型、應用及設計制造變磁場強度，由磁傳感器將葉輪旋轉的高頻信號檢測輸出。若渦輪已經采用高導磁性材料制成，或其上已鑲嵌有導磁體或磁體，就無需該部件。
12．信號傳感器
信號傳感器可以感應渦輪或訊號發(fā)生盤產生的磁場變化，產生脈沖信號，并傳遞給前置放大器。目前國內常用變磁阻式，其電磁感應器件分磁阻式磁電感應轉換器和半導體磁阻傳感器兩種。磁阻式磁電感應轉換器由磁鋼、導磁棒（鐵芯）和線圈等組成，其優(yōu)點為結構和原理簡單，缺點為由于磁鋼對葉片或發(fā)訊盤有吸引力，會產生磁阻力矩，在諸阻力矩中成為主要項，對渦輪流量傳感器的始動和小流量性能有較大影響。其次，這種感應方式對磁場的線切割速度較敏感，當渦輪轉速很低時電感線圈輸出信號很弱，難于檢測，會出現渦輪慢轉而無信號輸出情況。半導體磁阻傳感器為半導體磁敏器件，對磁場敏感且與轉速無關，同時無磁吸力，因此該檢測方式有利于降低始動流量和提高小流量檢測準確度。
13．壓力傳感器
帶溫度壓力修正功能的流量計均有壓力傳感器，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均有溫度傳感器，一般為鉑電阻，也可以用數字溫度傳感器。
15．內藏式四通閥組件
一般是一體化溫壓補償型氣體渦輪流量計設計具有內藏式四通閥組件，主要是考慮現場校準的管道試壓的方便。但大部分產品沒有該部件。
溫壓補償數學模型
由于氣體渦輪流量計一般用于貿易計量場合，且在中國一般都是以20。c，101. 325kpa為標準狀態(tài)的累計體積流量作為結算依據，因此，就必須配套溫度、壓力補償儀或流量計算機和變送器，將工作狀態(tài)下的體積流量轉化為標準狀態(tài)下的體積流量，換算是按理想氣態(tài)方程進行的。
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；
g。——工況流量，m3/h；
g。——標況流量，1113／}1；
p。——介質壓力，kpa；
p。——一個標準大氣壓( 101. 325 kpa)
下標n表示標準狀態(tài)下的參數，下標g表示工況狀態(tài)下的參數。
由于該流量計主要使用領域為天然氣計量，故壓縮因子修正系數的確定可先計算天然氣的超壓縮系數f。，再按zn/z。=f計算壓縮因子修正系數(z。/z。)。當天然氣的計量系統符合gb/t 18603表al準確度為*要求時，必須按gb/t 17747規(guī)定的按天然氣的摩爾組成數據( gb/t 17747. 2-1999)和物性值數據(gb/t 17747. 2-1999)進行計算，這是流量計算機系統所采用的辦法。而當天然氣的計量系統符合gb/t 18603表al準確度為b、c級要求時，可按aga nx -19中的有關公式進行計算，它為介質溫度￡、壓力pg.天然氣真實相對密度g．及氮氣和二氧化碳的摩爾分數m。、m。的函數，即zn／zg= f2= f(pg,t,gr,mn,mc) (2-4)
對于其他介質，可以采用天然氣的壓縮修正系數近似取代
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1．殼體
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2．前導流體
前導流體對被測流體起壓縮、整流、導向作用和支撐葉輪的作用（若采用導流圈時還起到固定導流圈的作用），材料可選用塑料、鋅合金、鋁合金、不導磁不銹鋼。
3．導流圈
導流圈對被測流體進行導向、節(jié)流、調整流量，對儀表流量范圍分段有重要作用，材料為鋁合金。
4．渦輪（葉輪）
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5．防塵迷宮件
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6．軸承
軸承可支撐主軸和葉輪旋轉，減小轉動軸摩擦力矩。需選用高精度、低噪聲．有足夠的剛度、強度和硬度及耐磨性、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，因此其結構與材料的選用以及維護是很重要的。
7．主軸
主軸起傳動、支承的作用，它與軸承的裝配結構、裝配精度以及主軸本身同軸度，直接影響流量計準確度及使用壽命。材料也要選用耐磨性好、高硬度的不銹鋼。
8．內藏式儲油管
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9．后導流體
后導流體支承軸承、機芯、加油連接件，防止灰塵進入機芯，材料為鋁合金或鋅合金反推式渦輪流量傳感器的后導流體還要求能產生足夠的反推力，其結構形式很多。
10．加油系統
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g= 3600 x[/k (2-1)
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z。/zg =f：2 (2-3)
式中z。/z。——壓縮因子修正系數；
g。——工況流量，m3/h；
g。——標況流量，1113／}1；
p。——介質壓力，kpa；
p。——一個標準大氣壓( 101. 325 kpa)
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