涡轮流量计

涡轮流量计的工作原理详解

涡轮流量计是叶轮式流量（流速）计的主要品种，叶轮式流量计还有风速计、水表等。

在各种流量计中涡轮流量计、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品，而涡轮流量计又具有自己的特点，如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。至今，这类流量计产品可达技术参数：口径4-750mm，压力达250MPa，温度为-240-700℃，像这样的技术参数其他两类流量计则是难以达到的。

涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。在欧洲和美国涡轮流量计是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸，压力从0.8MPa到6.5MPa的气体TUF，他们已成为优良的天然气流量计。
尽管涡轮流量计的优良计量特性受到人们的青睐，可是给人的印象是由活动部件，使用期短，在选用时不免踌躇，经过人们的不懈努力，应该说情况大有改观。
涡轮流量计作为最通用的流量计，其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。应该指出，涡轮流量计除前述工业部门大量应用外，在一些特殊部门亦得到广泛应用，如科研实验、国防科技、计量部门，这些领域的使用恰好避开了其弱点（不适于长期连续使用），充分发挥其特点（高精度，重复性好，可用于高压、高温、低温及微流量等条件）。在这些领域，大多是根据被测对象的特殊要求进行专门的结构设计，它们是专用仪表不进行批量生产。

图1所示为涡轮流量计传感器结构图，由图可见，当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。
TUF的实用流量方程为
qv=f/K (7.1)
qm=qvρ (7.2)
式中 qv,qm－分别为体积流量，m3/s，
质量流量，kg/s；
f－流量计输出信号的频率，Hz；
K－流量计的仪表系数，P/m3。
流量计的仪表系数与流量（或管道雷诺数）的关系曲线如图2所示。由图可见，仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。线性段约为工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器流量下限时，仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。结构相似的TUF特性曲线的形状是相似的，他仅在系统误差水平方面有所不同。


传感器的仪表系数由流量校验装置校验得出，它完全不问传感器内部流体的流动机理，把传感器作为一个黑匣子，根据输入（流量）和输出（频率脉冲信号）确定其转换系数，它便于实际应用。但要注意，此转换系数（仪表系数）是有条件的，其校验条件是参考条件，如果使用时偏离此条件，系数将发生变化，变化的情况视传感器类型，管道安装条件和流体物性参数的情况而定。

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