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渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu) |
渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)
渦輪流量傳感器的結(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)磁的不銹鋼或硬質(zhì)合金制成，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。
2.導(dǎo)流器
導(dǎo)流器通常也選用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁材料制成，安裝在傳感器進(jìn)出口處，對(duì)流體其導(dǎo)向整流以及支承葉輪的作用，避免意外擾動(dòng)對(duì)葉輪的影響。
3.渦輪
亦稱葉輪，一般有高導(dǎo)磁材料制成，是傳感器的檢測(cè)部件。它的作用是把流體動(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，亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)罩環(huán)來(lái)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。葉輪幾何形狀及尺寸對(duì)傳感器性能有較大的影響，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)平衡非常重要。直接影響儀表的性能和使用壽命。
葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，包括葉片傾角、葉片的頂端與外殼內(nèi)壁的間隙、葉片根徑和頂徑的流通截面、葉片重疊度以及葉片的數(shù)量等設(shè)計(jì)。這些參數(shù)直接影響流量計(jì)的特性。選擇得合理就可以提高流量計(jì)的測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度，延長(zhǎng)其使用年限。根徑理論分析和大量的試驗(yàn)，比較合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：
葉片傾角θ：對(duì)氣體為10°~15°；對(duì)液體30°~45°，見圖3-2，渦輪進(jìn)出口速度三角形。
葉片重疊度p：0.9~1.2（重疊度p表示軸線長(zhǎng)度上兩相鄰葉片相互重疊的程度）。
葉片頂端至外殼的間隙δ：當(dāng)D≤10mm時(shí)，δ=（0.05~0.07）D；當(dāng)10mm＜D≤80mm時(shí)，δ=（0.01~0.015）D；當(dāng)D≥80mm時(shí)，δ=0.01D。
葉片數(shù)N：可按照對(duì)輸出信號(hào)的頻率要求以及加工制造的可能性來(lái)考慮。葉片數(shù)應(yīng)根據(jù)流量計(jì)口徑大小不同而異：小口徑（D≤100mm）為3~8片嗎，大口徑（D>100mm）一般為10片以上。
4.軸與軸承
通常選用不銹鋼或硬質(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)。它需有足夠的剛度、強(qiáng)度和硬度、耐磨性、耐腐性等。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，因此它的結(jié)構(gòu)與材料的選用以及維護(hù)是重要問(wèn)題。
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，是軸承的摩擦轉(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，目前仍廣泛應(yīng)用滑動(dòng)軸承（空心套形軸承）?；瑒?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成正比，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。為減少石墨軸承的磨損，常常在不銹鋼表面鍍以硬鉻并進(jìn)行精磨，其表面粗糙度為0.8~0.2.為了徹底解決軸承磨損問(wèn)題，我國(guó)目前生產(chǎn)的無(wú)軸承的渦輪流量變送器。
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。它的作用是把渦輪的機(jī)械傳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電泳信號(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。一般來(lái)說(shuō)，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10mV以上的，也可直接采用流量計(jì)算機(jī)。
圖3-2為常用的兩種前置放大器電器原理圖。圖a采用穩(wěn)流二極管作為負(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).
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