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转子流量计结构和测量原理

时间:2022-04-18 12:15 浏览:22次 电工技术 转子流量计 结构 测量 原理

转子流量计结构和测量原理

  转子流量计又称浮子流量计。它也是利用节流原理测量流体的流量,但在测量过程中节流元件前后的差压值基本保持不变,而通过节流面积的变化反映流量的大小,故也称恒压降变截面流量计。

  转子流量计在工业生产过程中应用较广,可以测量多种介质的流量,特别适用于中小管径和低雷诺数的中小流量测量。转子流量计结构简单,灵敏度高,量程比宽(10:1),压力损失小且恒定,对直管段的要求不高,刻度近似线性,价格便宜,使用维护简便。但仪表受被测介质密度、粘度、温度、压力等因素的影响,其精度一般在1.5级左右。

  (1)测量原理

  转子流量计本体由一根自下向上直径逐渐扩大的垂直锥形管和一只可以随流体流量大小而沿锥形管上下自由移动的转子组成,如图1所示。

  当被测流体自下而上流经锥形管时,由于节流作用而在转子上下端面产生差压形成作用于转子的上升力,使得转子向上运动。随着转子的上移,转子与锥形管之间的环形流通面积增大,流体流速变慢,直到转子的重量与流体作用在转子上的力达到平衡时,转子就稳定在一个平衡位置上。当流量变化时,转子便会移到新的平衡位置,这样平衡位置的高度就代表被测介质流量值的大小。

图1 转子流量计测量原理

  根据流体连续性方程和伯努利方程,转子流量计的体积流量可表示为

                    (1)

  式中,α为流量系数;A为转子与锥形管间的环形流通面积;ρ流体密度;Δp为差压转子在锥形管中的受力平衡条件为

                 (2)

  式中,Af、Vf为转子的迎流面积和体积;ρf为转子的密度;g为重力加速度;

  环形流通面积A的大小由转子和锥形管尺寸所决定,即

                   (3)

  式中,D为转子所在处锥形管内径;Df为转子的最大直径

  若锥形管设计时保证在零刻度处D=Df,锥形管锥角为ψ,转子高度为h,因为锥角ψ很小,则A可近似表示为

  因此,体积流量为

          (4)

  由式(4)可知,只要保持流量系数α为常数,则流量与转子所处高度h成近似线性关系,测得h就可知流量大小。

  流量系数α与转子形状、流体流动状况及其物理性质有关。一般可认为α是雷诺数的函数,每种流量计有相应的界限雷诺数,在低于此值情况下d不再是常数…qu与h不呈线性,从而影响测量精度。因此,转子流量计测量的流体,其雷诺数应大于一定的心范围。

  (2)转子流量计结构

  转子流量计按锥形管制造材料不同,可分为两大类。

  ①玻璃管转子流量计

  主要由玻璃锥形管、转子和支撑结构组成。转子根据不同的测量范围及不同介质(气体或液体)可分别采用不同材料制成不同形状。流量示值刻在锥形管上,由转子位置高度直接读出流量值。玻璃管转子流量计结构简单,价格低廉,使用方便,可制成防腐蚀仪表,耐压低,多用于透明流体的现场测量。

  ②金属管转子流量计

  金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成,其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种,测量时将转子的位移通过测量转换机构进行传递变换,变换后的位移信号可直接用于就地指示,也可将该位移转换为电信号或气信号进行远传及显示。

  图2所示为电远传式转子流量计工作原理。采用差动变压器作为转换机构,用于测量转子的位移。当流体流量变化引起转子移动时,磁钢l、2通过磁耦合带动杠杆3及连杆机构6、7、8,使指针l0在标尺9上就地指示流量,同时再通过连杆机构ll、12、13带动差动变压器中的铁心14作上、下运动,产生的差动电势通过放大和转换后输出电信号表示相应流量大小,供显示和调节。

图2 电远传式转子流量计工作原理图

1、2-磁钢;3-杠杆;4-平衡锤;5-阻尼器;6、7、8-连杆机构;9-标尺;l0-指针;11、12、13-连杆机构;l4-铁心;l5-差动变压器

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