卡箍流量計(jì),卡箍連接流量計(jì),卡箍式流量計(jì)
卡箍渦輪流量計(jì)是吸取了國內(nèi)外流量儀表*技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運(yùn)動粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計(jì)進(jìn)行實(shí)液標(biāo)定后使用，若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。
工作原理：
圖所示為渦輪流量傳感結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流 過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道 平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測線圖中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。
實(shí)用流量方程 qv=f/k 公式1 qm=qvp 公式2
式中qv,qm……分別為體積流量，m3/s；質(zhì)量流量，kg/s
f……流量計(jì)輸出信號的頻率Hz；K……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3
結(jié)構(gòu)：
渦輪流量計(jì)主體、前支撐、渦輪、前置放大器、后支撐、導(dǎo)流器、軸承等組成，前置放大器內(nèi)設(shè)置有磁鐵，感應(yīng)線圈和放大單元，當(dāng)被測流體經(jīng)過流量計(jì)時，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪周期性地改變磁路的磁阻值，使通過線圈的磁通量發(fā)生周期性變化，從而在線圈內(nèi)感應(yīng)出脈動電信號，經(jīng)放大和處理后傳送至二次儀表，或就地現(xiàn)場顯示，以實(shí)現(xiàn)流量積算。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
1.高**度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；
2.重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%；
3.就地顯示，瞬時流量和累積流量；
4.輸出脈沖頻率信號，4-20mA，485通訊
5.可獲得很高的頻率信號，信號分辨力強(qiáng)；
6.范圍度寬，中大口徑可達(dá)1：20，小口徑為1：10；
7.結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；
8.適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；
9.專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類專用型傳感器；
10.可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。
技術(shù)參數(shù)：
流量范圍：
雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)的研制與流量特性分析：
設(shè)計(jì)雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)解決氣液兩相流流量計(jì)量問題，改變前后兩渦輪葉片數(shù)量分析其流量特性，實(shí)驗(yàn)研究改變前、后葉輪連接彈簧直徑下的流量特性，提出了初始相位角修正值方法，以改善流量誤差特性的有效方法。蒸汽流量計(jì)量為典型的氣液兩相流量計(jì)量。目前，用于蒸汽計(jì)量的主要流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)孔板或渦街流量計(jì)，這些流量計(jì)測量的是體積流量，而蒸汽的貿(mào)易交接是以質(zhì)量流量進(jìn)行結(jié)算。因此，上述流量計(jì)則必須加以溫度、壓力變送器、密度計(jì)進(jìn)行補(bǔ)償和積算才能實(shí)現(xiàn)。
雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)能夠很好地滿足蒸汽計(jì)量的實(shí)際應(yīng)用。它是一種直接式質(zhì)量流量計(jì)量儀表，無須加溫度變送器、壓力變送器或密度變送器。在高溫、高壓及飽和蒸汽的兩相流的情況下，應(yīng)用雙渦輪流量計(jì)可以較好地解決準(zhǔn)確度及重復(fù)性差等問題。
1 結(jié)構(gòu)與原理
如圖1所示，hualu/華陸雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)主體由兩個葉輪組成，葉輪1#有12個葉片，葉輪2#有6個葉片，葉片傾角相同。兩個葉輪葉片相距15mm，中心通過扭簧相連，在相同流速下，葉輪1#受到的扭力大于葉輪2#，因此扭簧產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)角，使兩個葉輪轉(zhuǎn)速相同，葉輪轉(zhuǎn)過該扭轉(zhuǎn)角所需的時間與流體質(zhì)量流量成正比。葉輪1#、2#都帶有一個隨軸轉(zhuǎn)動特定磁環(huán)，葉輪轉(zhuǎn)一圈，磁敏傳感器1、2各檢測到4個信號。設(shè)兩個磁敏傳感器信號之間的時間差為Δt，葉輪轉(zhuǎn)動周期為T，用示波器可以檢測磁敏傳感器1和2的信號，其波形如圖2，可以計(jì)算出Δt,T，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測量。
設(shè)渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，根據(jù)渦輪流量計(jì)的原理可知，ω與流體速度成正比，設(shè)系數(shù)為k3，有
則兩個渦輪葉片之間的時間差為
構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。
從式（2）可以看出，流體質(zhì)量流量與磁敏傳感器1、2測量的時間差成正比。為了符合習(xí)慣，式（2）可變?yōu)椋?/span>
2 流量特性分析
2.1 0.8 mm扭簧連接的流量特性分析
本次實(shí)驗(yàn)不帶前后導(dǎo)流裝置，采用專用測試管段，前直管段100mm，后直管段50mm，具體如圖3測試管段示意圖。
采用圖3所示測試管段，前渦輪順轉(zhuǎn)，后渦輪反轉(zhuǎn)，兩渦輪用0.8mm扭簧連接，用雙通道示波器同時測量兩個渦輪的磁敏傳感器1和磁敏傳感器2的脈沖信號，記錄兩個相鄰信號的上升沿之間的時間差△t，兩個信號的頻率、周期相同，相位差為△ψ，具體結(jié)果如表1。
從表1可以看出，雙渦輪流量計(jì)的質(zhì)量流量qm與兩個磁傳感器的時間差Δt之間有一一對應(yīng)關(guān)系，但是沒有公式（3）一樣的正比例關(guān)系。
2.2 0.8 mm扭簧連接、后輪葉片減少一半的流量特性分析
采用圖3所示測試管段，前渦輪順轉(zhuǎn)，后渦輪反轉(zhuǎn)，兩渦輪用0.8mm扭簧連接，用雙通道示波器同時測量兩個渦輪的磁敏傳感器1和磁敏傳感器2的脈沖信號，記錄兩個相鄰信號的上升沿之間的時間差Δt，兩個信號的頻率、周期相同，相位差為Δψ，具體結(jié)果如表2。
表2 0.8mm扭簧、后輪葉片數(shù)減半的雙渦輪質(zhì)量流量測試結(jié)果
2.3 0.6 mm扭簧連接、后渦輪葉片數(shù)減少一半的流量特性分析
采用圖3所示測試管段，前渦輪順轉(zhuǎn)，后渦輪反轉(zhuǎn)，兩渦輪用0.6mm扭簧連接，用雙通道示波器同時測量兩個渦輪的磁敏傳感器1和磁敏傳感器2的脈沖信號，記錄兩個相鄰信號的上升沿之間的時間差Δt，兩個信號的頻率、周期相同，相位差為Δψ，具體結(jié)果如表3。
2.4 0.35 mm扭簧連接、后渦輪葉片減少一半的流量特性分析
采用圖3所示測試管段，前渦輪順轉(zhuǎn)，后渦輪反轉(zhuǎn)，兩渦輪用0.35mm扭簧連接，用雙通道示波器同時測量兩個渦輪的磁敏傳感器1和磁敏傳感器2的脈沖信號，記錄兩個相鄰信號的上升沿之間的時間差Δt，兩個信號的頻率、周期相同，相位差為Δψ，具體結(jié)果見表4。
3 初始相位角變量修正后的雙渦輪質(zhì)量流量特性分析
從表1到表4可以看出，質(zhì)量流量與時間差沒有公式（3）所示的正比例關(guān)系，而且時間差Δt與扭簧的直徑也沒有線性關(guān)系。分析表1到表4中質(zhì)量流量與時間差的數(shù)據(jù)可知：流量越大，時間差越小，和公式（3）揭示的流量越大，時間差越大的關(guān)系不一致甚至是相反的。這有必要對雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)的實(shí)際測量方法進(jìn)行分析，對測量模型（2）式進(jìn)行修正[2]。因扭簧的作用，需要考慮代表初始相位角的變量。
由公式（2）可以得到：兩個渦輪的時間差Δt與兩個渦輪的相位角（對應(yīng)磁鐵與中心軸連線的夾角）成正比。如圖4所示，兩個渦輪的相位角，由于結(jié)構(gòu)的原因，無法保證每次裝配時，兩個渦輪的磁鐵同時處于傳感器的位置，即初始相位角為0。由于扭簧的作用，每次裝配完成后，初始相位角是不變的。因此公式（3）有必要引進(jìn)一個代表初始相位角的變量θ，設(shè)Δt時間內(nèi)t0代表轉(zhuǎn)過θ角度需要的時間，即
若初始相位角的變量θ一定，在渦輪轉(zhuǎn)動周期T確定情況下，代表轉(zhuǎn)過θ角度需要的時間t0的修正值是一個確定度值。據(jù)此原理，在一定的流量下，只要能夠檢出兩個渦輪的時間差Δt，就可以通過計(jì)算或?qū)嵰簶?biāo)定來確定儀表系數(shù)，從而使雙渦輪流量計(jì)成為一種真正的質(zhì)量流量計(jì)，大大擴(kuò)展它的應(yīng)用范圍。
3.2 0.6 mm扭簧、后輪葉片數(shù)減半的雙渦輪質(zhì)量流量測試
3.3 0.35 mm扭簧連接、后渦輪葉片數(shù)減少一半的流量特性分析
測試結(jié)果如表7所示。
通過表5～表7可以看出，不同線徑的扭簧做成的hualu/華陸雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)的質(zhì)量流量與實(shí)際時間差均有較好的線性關(guān)系，均符合公式（3）的正比例關(guān)系。
表7 0.35mm扭簧、后輪葉片數(shù)減半的雙渦輪質(zhì)量流量測量修正結(jié)果
4 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)
選擇0.6mm扭簧、后輪葉片數(shù)減半的雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)做重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，測試結(jié)果如表8所示。
從表8可以得到，當(dāng)流量小于20kg/h時，由于雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)轉(zhuǎn)子太重，流量小時轉(zhuǎn)動不穩(wěn)定導(dǎo)致重復(fù)性明顯變差。
5 實(shí)施方案
雙渦輪流量計(jì)作為質(zhì)量流量計(jì)使用，必須解決的是如何高精度檢測出兩個渦輪的時間差（或相位差），隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，這一要求已不難達(dá)到。雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)，前渦輪12個葉片，傾角45°，后渦輪采用一個和前渦輪相同的渦輪，隔一個葉片去掉一個，變?yōu)?個葉片，傾角45°。帶有特定磁環(huán)的兩個渦輪各自單獨(dú)固定，盡可能緊靠，通過雙通道示波器顯示二路方波，并自動計(jì)算兩者的上升沿時間差。
在實(shí)施過程中，選擇適當(dāng)直徑和彈性模量的扭簧，盡量減少因扭簧的扭力或扭轉(zhuǎn)角對流量測量的重復(fù)性和流量特性的影響。若采用直徑較小的扭簧對兩渦輪連接，當(dāng)小流量時，流體對前后兩個渦輪產(chǎn)生的扭力太小，扭轉(zhuǎn)角也小，導(dǎo)致扭簧反應(yīng)不靈敏；但是流量變大時，扭簧可能被壓縮到極限，扭簧的線性將影響流量計(jì)測量的特性。
雙渦輪流量的結(jié)構(gòu)將直接關(guān)系到測量量程比，渦輪結(jié)構(gòu)緊湊，避免前渦輪對后渦輪流場的干擾。采用模具壓制且高強(qiáng)度材質(zhì)的葉片，通過測量重復(fù)性，合理布置磁鋼和一定磁通量的磁環(huán)，以提高檢測的靈敏度。
6 結(jié)語
hualu/華陸雙渦輪流量計(jì)在體積流量測量方面與一些流量計(jì)相比，并不具有性能優(yōu)勢，但在氣液兩相流質(zhì)量流量測量方面，雙渦輪流量計(jì)有巨大的市場發(fā)展前景。考慮初始相位角引入修正值bT，雙渦輪流量計(jì)的質(zhì)量流量與兩個渦輪的時間差即相位差成正比，與流體流動狀態(tài)或流體的參量無關(guān)。
要使雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)真正投入工業(yè)應(yīng)用，還有大量工作要做，測量準(zhǔn)確度有待提高，時間差的測量或相位差的自動測量及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化將直接關(guān)系到測量的量程比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，雙渦輪質(zhì)量流量計(jì)將以其*的測量方式，在質(zhì)量流量測量領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
