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雙渦輪輕質油品光纖質量流量測量原理分析
來源:  作者:本站

摘要 本文闡述了一種雙渦輪光纖質量流量傳感器的研制內容,包括基本結構、工作原理、動量矩理論模型及實現方法。

主題詞 流量測量 渦輪 質量流量計 光纖傳感器 理論模型

一. 引言

以質量流量為基礎的工業測量,以質量結算的貿易和分配計劃,目前主要的手段是用體積流量輔以密度來實現。隨著質量流量測量技術的發展,為了提高生產效率和經濟效益,石油、化工、能源等部門紛紛采用質量流量測量儀表。據資料統計,自80年代后期,質量儀表發展速度已超過傳統儀表,質量流量測量亦成為新一代的計量、測量手段。本文應用動量矩直接質量流量測量原理,研制了光纖磁敏傳感器,提出了雙渦輪光纖質量流量測量方法,具有結構簡單、造價低等特點,適用于輕質易燃易爆流體的質量流量測量。

二. 結構及工作原理

雙渦輪光纖質量流量計依據動量矩原理設計,基本結構如圖1所示,其傳感器設計為磁感應強度調制位移型光纖傳感器。兩個安裝角不同的渦輪被強簧連接在一個彈性體上,置于流量計的殼體中,在殼體上設置兩個信號檢測傳感器;在液體流過時由于兩個渦輪葉片的安裝角不同,驅動力矩不同,力矩差使彈簧產生扭轉。扭轉角所形成的位移差與質量流量成比例關系。光纖傳感器檢測位移差并由二次儀表信號處理變換成質量流量。其基本的做法:將小塊的永久磁鐵嵌入渦輪葉片,在管道外殼安裝光纖磁敏傳感器,當葉片轉動,磁鐵處于光纖傳感器正下方時,輸出光脈沖信號。光脈沖信號通過光纖傳入到安全距離以外的二次儀表中,經電路信號處理就可以得到渦輪轉速和兩個渦輪葉片之間相位差。當渦輪結構一定時,容積流量正比于渦輪的轉速,兩個渦輪葉片的相位差正比于質量流量。

三. 理論分析

當雙渦輪流量計的渦輪以恒定的角速度ω旋轉時,作用在渦輪葉片上的各種力矩達到平衡。其中,渦輪1的力矩平衡方程為:

(1)

式中:Td----作用在渦輪的驅動力矩
Th----渦輪輪轂表面阻力矩
Tb----軸承阻力矩
Tt----葉片預隙阻力矩
Tw----渦輪輪轂端面阻力矩
Tsp----彈簧扭力矩

信號讀出裝置所產生的阻力矩通常很小,上式中未計入。
同理,渦輪2的力矩平衡方程為


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