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一體化液體渦輪流量計(jì)傳感器帶電流輸出
更新時(shí)間:2019-11-06   點(diǎn)擊次數(shù):1245次

一體化液體渦輪流量計(jì)傳感器帶電流輸出(以下簡(jiǎn)稱TUF)是葉輪式流量(流速)計(jì)的主要品種,葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。TUF由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成,傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速,從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)數(shù))可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國(guó)早在1886年即發(fā)布過個(gè)TUF,1914年的認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國(guó)的臺(tái)TUF是在1938年開發(fā)的,它用于飛機(jī)上燃油的流量測(cè)量,只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今,它已在石油、化工、科研、國(guó)防、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

 

流量計(jì)中TUF、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、度的產(chǎn)品,而TUF又具有自己的特點(diǎn),如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等,是其他兩類流量計(jì)是難以達(dá)到的。

 

LWGY系列渦輪流量計(jì)是吸取了國(guó)內(nèi)外流量?jī)x表先進(jìn)技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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(dòng)粘度小于5×10-6m2/s的液體,對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10-6m2/s的液體,可對(duì)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。

 

一體化液體渦輪流量計(jì)傳感器帶電流輸出工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,由圖可見,當(dāng)被測(cè)流體流過傳感器時(shí),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(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化,產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì),即電脈沖信號(hào),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。

(1) 實(shí)用流量方程

qv=f/K 公式1

qm=qvρ 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(hào)的頻率,Hz;

K ……流量計(jì)的儀表系數(shù),P/m3。

流量計(jì)的系數(shù)與流量(或管道雷諾數(shù))的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見,儀表系數(shù)可分為二段,即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二,其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段,特性受軸承摩擦力,流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下*,儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上*要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的,它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

圖2 渦輪流量計(jì)特性曲線

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出,它*不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理,把傳感器作為一個(gè)黑匣子,根據(jù)輸入(流量)和輸出(頻率脈沖信號(hào))確定其轉(zhuǎn)換系數(shù),它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意,此轉(zhuǎn)換系數(shù)(儀表系數(shù))是有條件的,其校驗(yàn)條件是參考條件,如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化,變化的情況視傳感器類型,管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

(2) 理論流量方程

根據(jù)動(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程

公式3

式中 J: 葉輪的慣性矩;

dw/dt: 葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度;

M1: 流體的驅(qū)動(dòng)力拒;

M2: 粘性阻力矩;

M3: 軸承摩擦阻力矩;

M4: 磁阻力矩。

當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí), 0,則M1=M2+M3+M4。經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得

公式4

式中 n: 葉輪轉(zhuǎn)速;

qv: 體積流量;

A: 與流體物性(密度、粘度等),葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)(葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等)有關(guān)的系數(shù);

B: 與葉片頂隙,流體流速分布有關(guān)的系數(shù);

C: 與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程,它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚,它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù),儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義,它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。

一體化液體渦輪流量計(jì)傳感器帶電流輸出產(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%,正是由于具有良好的重復(fù)性,如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到*的度,在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì);

3. 輸出脈沖頻率信號(hào),適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接,無零點(diǎn)漂移,抗干擾能力強(qiáng);

4. 可獲得很高的頻率信號(hào)(3~4kHz),信號(hào)分辨力強(qiáng);

5. 范圍度寬,中大口徑可達(dá)1:20,小口徑為1:10

6. 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧,安裝維護(hù)方便,流通能力大;

7. 適用高壓測(cè)量,儀表表體上不必開孔,易制成高壓型儀表;

8. 型傳感器類型多,可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類型傳感器,例如低溫型、雙向型、井下型、混砂型等;

9. 可制成插入型,適用于大口徑測(cè)量,壓力損失小,價(jià)格低,可不斷流取出,安裝維護(hù)方便。

四、基本參數(shù)與技術(shù)性能

1.技術(shù)性能表1

儀表口徑及連接方式

4、61015、20、25、32、40采用螺紋連接

15、2025、32、4050、65、80、100125、150、200采用法蘭連接

精度等級(jí)

±1%R、±0.5%R±0.2%R(需特制)

量程比

1:10;1:151:20

儀表材質(zhì)

304不銹鋼、316L)不銹鋼等

被測(cè)介質(zhì)溫度(

-20~+120

環(huán)境條件

溫度-10+55,相對(duì)濕度5%~90%,大氣壓力86106Kpa

輸出信號(hào)

傳感器:脈沖頻率信號(hào),低電平≤0.8V 高電平≥8V

變送器:兩線制4 ~ 20mADC電流信號(hào)

供電電源

傳感器:+12VDC +24VDC(可選)

變送器:+24VDC

現(xiàn)場(chǎng)顯示型:儀表自帶3.2V鋰電池

信號(hào)傳輸線

STVPV3×0.3(三線制),2×0.3(二線制)

傳輸距離

1000m

信號(hào)線接口

基本型:豪斯曼接頭,防爆型:內(nèi)螺紋M20×1.5

防爆等級(jí)

基本型:非防爆產(chǎn)品,防爆型:ExdIIBT6

防護(hù)等級(jí)

IP65

2.測(cè)量范圍及工作壓力表2

儀表口徑

mm

正常流量范圍(m3/h

擴(kuò)展流量范圍(m3/h

常規(guī)耐受壓力

MPa

特制耐壓等級(jí)(MPa

(法蘭連接方式)

DN 4

0.040.25

0.040.4

6.3

12、16、25

DN 6

0.10.6

0.060.6

6.3

12、16、25

DN 10

0.21.2

0.151.5

6.3

12、1625

DN 15

0.66

0.48

6.3、2.5(法蘭)

4.0、6.312、1625

DN 20

0.88

0.459

6.3、2.5(法蘭)

4.06.3、12、1625

DN 25

110

0.510

6.3、2.5(法蘭)

4.0、6.3、1216、25

DN 32

1.515

0.815

6.32.5(法蘭)

4.0、6.312、16、25

DN 40

220

120

6.3、2.5(法蘭)

4.0、6.3、12、16、25

DN 50

440

240

2.5

4.0、6.3、12、1625

DN 65

770

470

2.5

4.0、6.3、1216、25

DN 80

10100

5100

2.5

4.06.3、12、16、25

DN 100

20200

10200

2.5

4.0、6.312、1625

DN 125

25250

13250

1.6

2.5、4.06.3、12、16

DN 150

30300

15300

1.6

2.5、4.0、6.3、12、16

DN 200

80800

40800

1.6

2.54.0、6.312、16

 

五、儀表分類

1.按儀表功能分類,LWGY系列渦輪流量計(jì)可分為2大類,即:

l 渦輪流量傳感器/變送器

l 智能一體化渦輪流量計(jì)

2.功能說明

l 渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能,僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)(4-20mA);儀表價(jià)格低廉,集成度高,體積小巧,特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號(hào),該類產(chǎn)品可分為LWGY-N型和LWGY-A

LWGY-□N型傳感器:1224VDC供電,三線制脈沖輸出,高電平≥8V,低電平≤0.8V;信號(hào)傳輸距離≤1000米;

儀表選型表3

型 號(hào)

說 明

LWGY─

/□

/□

/□

/□

/□

/□

4

 

 

 

 

 

 

4mm,標(biāo)準(zhǔn)量程0.04~0.25m3/h,寬量程為0.04~0.4m3/h

6

6mm,標(biāo)準(zhǔn)量程0.1~0.6m3/h, 寬量程為0.06~0.6m3/h

10

10mm,標(biāo)準(zhǔn)量程0.2~1.2m3/h,寬量程為0.15~1.5m3/h

15

15mm,標(biāo)準(zhǔn)量程0.6~6m3/h寬量程為0.4~8m3/h

20

20mm,標(biāo)準(zhǔn)量程0.8~8m3/h,寬量程為0.4~8m3/h

25

25mm,標(biāo)準(zhǔn)量程1~10m3/h,寬量程為0.5~10m3/h

32

32mm,標(biāo)準(zhǔn)量程1.5~15m3/h,寬量程為0.8~15m3/h

40

40mm,標(biāo)準(zhǔn)量程2~20m3/h,寬量程為1~20m3/h

50

50mm,標(biāo)準(zhǔn)量程4~40m3/h,寬量程為2~40m3/h

65

65mm,標(biāo)準(zhǔn)量程7~70m3/h,寬量程為4~70m3/h

80

80mm,標(biāo)準(zhǔn)量程10~100m3/h,寬量程為5~100m3/h

100

100mm,標(biāo)準(zhǔn)量程20~200m3/h,寬量程為10~200m3/h

125

125mm,標(biāo)準(zhǔn)量程25~250m3/h,寬量程為13~250m3/h

150

150mm,標(biāo)準(zhǔn)量程30~300m3/h,寬量程為15~300m3/h

200

200mm,標(biāo)準(zhǔn)量程80~800m3/h,寬量程為40~800m3/h

類 型

N

基本型,+12V供電,脈沖輸出,高電平≥8V低電平≤0.8V

A

4~20mA兩線制電流輸出,遠(yuǎn)傳變送型

B

電池供電現(xiàn)場(chǎng)顯示型

C

現(xiàn)場(chǎng)顯示/4~20mA 兩線制電流輸出

C1

現(xiàn)場(chǎng)顯示/RS485通訊協(xié)議

C2

現(xiàn)場(chǎng)顯示/HART通訊協(xié)議

精度等級(jí)

05

精度0.5級(jí)

10

精度1.0級(jí)

渦 輪

類 型

W

寬量程渦輪

S

標(biāo)準(zhǔn)渦輪

材 質(zhì)

S

304不銹鋼

L

316(L)不銹鋼

防 爆

 

無標(biāo)記,為非防爆型

E

防爆型 (ExmCT6或 ExdBT6)

壓力等級(jí)

N

常規(guī) (參照表2)

H(x)

高壓 (參照表2)

 

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