一種懸浮陀螺式質(zhì)量流量計的研究
加入技術交流群
隨著工業(yè)水平的不斷提高，人們對流量計量的要求也越來越高，目前發(fā)展的趨勢是單純的體積流量測量已不能滿足工業(yè)要求，而質(zhì)量流量測量作為一種更加穩(wěn)定的，更符合生產(chǎn)和貿(mào)易輸送需求的計量方法得到了廣大用戶的青睞。
我們所研究的新型懸浮陀螺式質(zhì)量流量計利用雙通道法實現(xiàn)質(zhì)量流量測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，適用于臟污流及兩相流的測量，抗震性好，傳感器無須外部供電，使用壽命長等特點。下面首先介紹懸浮陀螺流量計的結(jié)構(gòu)與工作原理。
2. 懸浮陀螺質(zhì)量流量計的結(jié)構(gòu)
懸浮陀螺流量傳感器的殼體主要由收縮段、喉段、漸擴段、腹段和尾段組成，如圖1所示。殼體內(nèi)部封有一個帶中心通孔的小球，小球的里面與通孔垂直的方向上裝有磁環(huán)。入口和尾部的收縮段與中部的漸擴段使得傳感器的前后產(chǎn)生一定的壓差，可以用差壓傳感器測取這個差壓值。
f=K2qv （1）
式中 f-----小球的旋轉(zhuǎn)頻率（可通過頻率計檢測出來），Hz；
K2-----傳感器的體積流量系數(shù)。
入口和尾部的收縮段與中部的漸擴段產(chǎn)生的壓差信號，通過差壓傳感器檢出，這路信號可表示為：
p1---傳感器前的壓力，pa;
p2---傳感器后的壓力，pa;
ρ----工作狀況下被測流體的密度，kg/m3；
k1---傳感器的差壓流量系數(shù)。
上式可改寫成：
（2）
將式（1）、（2）的兩邊分別相除，得
（3）
K—傳感器的質(zhì)量流量系數(shù)。
式（3）是基于雙通道信號檢測原理的新型質(zhì)量流量計的流量方程式。從該方程式可以看出，此新型流量計和傳統(tǒng)的流量儀表不同，當被測流體流經(jīng)傳感器時會同時產(chǎn)生兩個信號，而且這兩個信號都和流量有內(nèi)在的物理聯(lián)系，通過靈活應用，便得到了上面所示的質(zhì)量流量測量結(jié)果。
3. 理論分析
懸浮陀螺流量計工作的物理基礎是流體動力學懸浮效應和動量矩原理。前者可以保證小球穩(wěn)定懸浮，后者將流體動能轉(zhuǎn)化為機械能，再轉(zhuǎn)換為電能進行流量測量。
流體動力學懸浮效應是指在一定流體動力學條件下，位于有限管道中的流體中的旋轉(zhuǎn)體不與管壁接觸，也不會被流體沖走而是固定某一位置，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。因為特殊的壓力分布，小球能穩(wěn)定懸浮于流體中某一點（懸浮點）。 在懸浮點滿足以下兩個條件（假設F是由懸浮點出發(fā)的向量，在懸浮點處r=0）：
——流體作用于懸浮體上各個方向的力； Fr—任一方向上的作用力；
Kr— r方向上流體動力懸浮的剛度系數(shù)。
將小球所受的空間力分解為三方向的力：X向（軸向）、y向（徑向）、z向（橫向），由于球在z向上受的力總相等（因為球和管道相對于管道軸線是對稱的），所以對球在z向上受力不做分析，只對球在軸向、y向上受力情況進行分析。
差壓式流量計相關文章:差壓式流量計原理
評論