CN200993584Y - 插入式光纤涡轮流量计 - Google Patents

Abstract

一种能测量流体流量的插入式光纤涡轮流量计，包括安装架和涡轮体，安装架中间固定连接有筒状的导流管，导流管的两个端口处分别固定安装有涡轮轴架及轴套，两个涡轮轴架及轴套之间相对旋转连接有涡轮体；导流管的管壁上前后对应开有两个通孔，两个通孔处分别设有两个光纤传感器。本实用新型能用来测量多种流体的流量参数，能完成现有测量技术难以完成的测量任务。

Description

插入式光纤涡轮流量计

技术领域

本实用新型涉及一种工业仪表自动化流量计，尤其涉及一种插入式光纤涡轮流量计。

背景技术

流量测量涉及范围非常广泛，并且随着工业技术的发展，被测介质品种也越来越多。目前世界上每年都要增添上万种新介质，其中与生活及实践有密切关系的介质就有五六万种之多。这些介质涉及液体、气体以及双相、多相流体，流体温度从高温到极低温，流体压强有低压、中压、高压甚至于超高压的，流体流动形态有层流、湍流、脉动流，这些介质，即有牛顿型流体，又有非牛顿型流体，即有大流量流体流量测量，又有微流量流体流量测量，这些问题就给流体流量检测工作带来了极大的困难。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能测量流体流量的插入式光纤涡轮流量计。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种插入式光纤涡轮流量计，包括安装架和涡轮体，其特征在于：安装架中间固定连接有筒状的导流管，导流管的两个端口处分别固定安装有涡轮轴架及轴套，两个涡轮轴架及轴套之间安装有可以相对旋转的涡轮体；在安装涡轮体的导流管部分，其管壁上前后对应开有两个通孔，两个通孔处分别设有两个光纤传感器，两个光纤传感器与涡轮体上的信号导出光纤截面对应。

光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，能完成现有测量技术难以完成的测量任务。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是本实用新型的工作原理方框图。

附图中：

1、光纤传感器    2、光纤传感器    3、安装架

4、导流管        5、涡轮体        6、涡轮轴架及轴套

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述：

一种插入式光纤涡轮流量计，如图1、图2所示，包括安装架3和涡轮体5，安装架3中间固定连接有筒状的导流管4，导流管4的两个端口处分别固定安装有涡轮轴架及轴套6，两个涡轮轴架及轴套6之间相对旋转连接有涡轮体5；导流管4的管壁上前后对应开有两个通孔，两个通孔处分别设有光纤传感器1和光纤传感器2，两个光纤传感器与涡轮体上的信号导出光纤截面对应。

在狭小的空间及电磁干扰环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。所谓光纤传感器，就是光纤自身直接接收外界的被测量，外接的被测量物理量能够引起光纤测量臂长度、折射率及直径的变化，从而使得光纤内传输的光在振幅、相位、频率、偏振等方面发生变化。测量臂传输的光与参考臂的参考光互相干涉(比较)，使输出的光的相位(或振幅)发生变化，根据这个变化就可检测出被测量的变化。光纤中传输的光波相位受外界影响的灵敏度很高，利用干涉技术能够检测出10^-4的弧度的微小相位变化所对应的物理量，利用光纤的挠性和传输信号时的低损耗，能够将很长的光纤盘成直径很小的光纤圈，以增加利用长度，获得更高的灵敏度。

本实用新型能满足：

(1)仪表的流量方程简单明确，可预先计算出仪表的流量系数；

(2)输出为频率信号为数字式，适于远传信号与计算机联用；

(3)仪表输出信号受介质状态的影响小；

(4)仪表输出信号不受流体畸变的影响，即无需安装在较长的直管段上；

(5)量程比较宽，且为线性关系；

(6)仪表可靠性高，，维修技术不复杂；

(7)无需个别实流标定，只要“干”校。

把本实用新型的传感器改成光纤传感器，间接测量流量具有很多的优点，表现为：①光纤是电介质，绝缘性能高，抗电磁干扰；②利用光纤进行非电测量，无电火花，因此无需防爆装置；③光纤材料是由化学稳定性好的石英或塑料组成，抗酸碱、耐腐蚀；④可用于恶劣环境的测量；用光作为媒介，高速度，而光可以聚焦，高密度；⑤质轻(密度小)，径细(包层直径为0.1mm量级)，可挠性好，易于狭窄空间测量；⑥损耗小(最小达0.2db/Km)，易于远距离传输，传输频带宽。

以上这些特点，恰好是传统流量计及其它流量计所无法比拟或无法解决的，本实用新型避免了传统涡轮流量计在干扰情况下的较大误差或根本不能测量、电的传输要利用金属导线(故其损耗无疑要比本实用新型的损耗大，必须装有防爆装置)、要考虑调制频率的因素等一系列问题，本实用新型具备了许多流量计所不及的优越性及先进性，同时本实用新型具有高灵敏度、高精度、高速度、高稳定性、适应在各种恶劣环境下使用以及非接触、非破坏等优势。

由间接测量原理可知，只要利用传统流量计运动部件的轴，就可以进行流量检测，而光纤流量计就恰好是利用这一关系作为检测原理的。

本实用新型流量测量原理如下：

传统的内磁式传感器受其结构限制对涡轮流量计只能检测叶片的转速，由于反射型光纤传感器体积小，因而能将两个反射型光纤传感器并列装配在涡轮流量计上，这样两个传感器可检测同一涡轮叶片不同位置的反射信号，而两个传感器信号互不干扰，两个光纤传感器输出的流量信号为：f₁、f₂，f₁与f₂相位差为Φ，且Φ＝(f₁或f₂)/K

式中：f₁——光纤传感器1的输出信号；

f₂——光纤传感器2的输出信号；

K——流量系数。

传感器输出的f₁信号和f₂信号经信号相位鉴别电路后，可输出流量计正向流动计量信号f₁和反向流动计量信号f₂，同时也可输出流量脉冲信号Q和流向状态信号F。

对于正向流动：0＜Φ＜90°，对于反向流动：Φ＞90°。

反射型光纤传感器应用多模玻璃光纤，单根芯纤直径为250μm，数值孔径为0.4μm，由两根光纤组成，包括光发射纤和光接受纤，检测端固化在一个铝合金护套内，可替代内磁式传感器安装在涡轮流量计上。为了提高反射型光纤传感器的信噪比，保证接受反射信号的分辨率，光电转换器中的光源发射电路设计为8～10kHz的调制光输出，通过发射光纤经涡轮叶片反射，由接受光纤接受调制光的反射信号，经滤波后转换为流量脉冲信号，信号响应时间小于0.2ms，检测距离为1mm。

应用本实用新型可进行双向流量测量，两个流量信号经鉴别电路实现双向流动的检测。对于单向流量测量，也可通过仪表单片机内置算法消除因水击产生的计量误差，如下式：

Q＝[∑f_1(D＝1)-∑f_2(D＝0)]/K

试验证明双光纤传感器涡轮流量计可接受频率为1Hz～6kHz的涡轮信号，量程比为1∶300，全量程误差为±2个脉冲，这主要是由于光纤传感器不存在内磁式传感器在低流速时与涡轮叶片产生磁阻而引起的误差，也克服了内磁式传感器在高流量区信号饱和的问题。光纤传感器的调制光参数还可以随总体设计的要求变化，应用于不同的场合，为涡轮的设计创造了方便条件。

光纤传感器具有本安防爆、无电气信号直接与流体接触的特点，因而适宜大型管路中煤气、天然气、轻质油料等透明介质输送过程的流量测量。

本实用新型中所用的光纤采用多模玻璃光纤，单根芯纤直径为250μm，数值孔径为0.4μm；光纤收发器采用10/100M自适应多模光纤收发器，由广州汉信通信设备有限公司生产；流量转换器采用WHF-PMF插入式流量转换器，由北京尚润科技有限公司生产。

Claims (1)

1、一种插入式光纤涡轮流量计，包括安装架(3)和涡轮体(5)，其特征在于：安装架(3)中间固定连接有筒状的导流管(4)，导流管(4)的两个端口处分别固定安装有涡轮轴架及轴套(6)，两个涡轮轴架及轴套(6)之间相对旋转连接有涡轮体(5)；导流管(4)的管壁上前后对应开有两个通孔，两个通孔处分别设有光纤传感器(1)和光纤传感器(2)。

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