第1節介紹

　　渦輪流量計（以下稱為渦輪流量計）是葉輪式流量（流量）計量器的主要品種，葉輪式流量計也具有風速計，水表等。

　　渦輪流量計，容積式流量計和各種流量計中的科里奧利質量流量計是具有最佳重復性和精度的三種類型的產品。渦輪流量計具有自身的特點，如結構簡單，零件加工。體積小，重量輕，維修方便，流量大（通過口徑的流量相當大），并能適應高參數（高溫，高壓，低溫）等。到目前為止，這些流量計產品可以達到的技術參數：口徑4?750mm，壓力可達250MPa，溫度-240?700℃，其他兩種類型的流量計難以實現。

　　渦輪流量計廣泛用于以下測量對象：石油，有機液體，無機液體，液化氣體，天然氣，氣體和低溫流體。在國外，首尾站采用液化石油氣，成品油，輕質原油等運輸集輸站，大小原油管道進行貿易結算。歐洲和美國的渦輪流量計是孔板儀表后的天然氣儀表，僅限于荷蘭氣體管線上使用了2,600多種尺寸和壓力各不相同的燃氣渦輪流量計，它們已經成為優秀的天然氣流量計。

　　雖然渦輪流量計的精密計量特性受到了人們的青睞，但這種印象是由于運動部件壽命短，在選擇過程中無法避免的事實給人的印象。經過不懈努力，應該說情況發生了很大變化。

　　作為最常用的流量計，渦輪流量計已經發展成為一個大規模，全范圍，多尺度的大規模生產規模。需要指出的是，渦輪流量計除了科研實驗，國防科學技術和計量部門等上述工業部門外，還在一些特殊部門得到廣泛應用。這些領域的使用只是避免了它們的弱點（不適合長期連續使用）。充分發揮其特點（精度高，重復性好，可用于高壓，高溫，低溫和微流動條件下）。在這些領域中，大多數都是基于被測物體的特殊要求，它們是特殊的結構設計。它們是不是大規模生產的特殊儀器。

第二節工作原則

渦輪流量計的工作原理

　　圖1顯示了渦輪流量計傳感器的結構。從圖中可以看出。當待測流體通過傳感器時，在流體的作用下，葉輪被迫旋轉，其轉速與管道平均流速成正比。葉輪的旋轉周期性地改變磁電轉換器的磁阻。周期性地改變檢測線圈中的磁通量以產生周期性感應電勢，即，由放大器放大并發送到顯示儀表顯示器的電脈沖信號。

　　渦輪流量計的流量方程為

Qv = f / K（7.1）

Qm =qvρ（7.2）

       在公式

       Qv，qm-分別為體積流量，m3 / s，質量流量，kg / s;

       F--流量計輸出信號的頻率，Hz;

       K米表系數，P / m3。

　　流量計的流量計系數和流量（或流水線雷諾數）的曲線如圖2所示。從圖中可以看出，流量計系數可以分為兩部分，即線性部分和非線性部分。線性部分約為工作部分的三分之二，其特征與傳感器結構的尺寸和流體的粘度有關。在非線性中在該部分中，特性受軸承摩擦和流體粘性阻力的影響很大。當流量低于傳感器下限時，儀表系數隨流量迅速變化。壓力損失和流量近似平方。當流量超過流量上限時，應小心防止氣蝕。類似結構的渦輪流量計特征曲線在形狀上是相似的，并且他僅在系統誤差水平方面不同。

渦輪流量計特性曲線

　　傳感器的儀表系數由流量校準裝置進行驗證。它不會詢問傳感器內部流體的流動機制。傳感器被用作黑匣子。轉換系數根據輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定。這很方便。實際應用。但是，應該注意的是，這個換算系數（儀表系數）是有條件的。其檢查條件是參考條件。如果使用時偏離此條件，則系數會改變。這種變化將取決于傳感器的類型，管道安裝條件和流體性能參數。視情況而定。

第3節主要特點

1）精度高，一般為±0.25％R-±0.5％R，液體精度為±0.15％R，高精度型為±1％R-±1.5％R，尤其是特殊型精度為±0.5％R- ±1％R。它是所有流量計中最準確的。

2）良好的重復性，0.05％-0.2％的短期重現性，由于重復性好，如頻繁校準或在線校準等可以非常高的準確度獲得，是貿易結算中的首選流量計。

3）輸出脈沖頻率信號，適合與計算機進行全面測量和連接，無零點漂移，抗干擾能力強。

4）可以獲得高頻信號（3-4 kHz），信號分辨率很強。

5）范圍很廣。中大口徑可達40：1-10：1，小口徑可達6：1或5：1。

6）結構緊湊輕巧，安裝維修方便，循環量大。

7）適用于高壓測量，儀表本體不需要開孔，便于制作高壓儀表。

8）專用傳感器種類繁多，可根據用戶的特殊需求設計各種專用傳感器，如低溫型，雙向型，井型等。羽絨型，沙子專用型。

9）可制成插入式，適用于大口徑測量，低壓力損失，價格低廉，流量恒定，安裝維修方便。

10）很難長時間保持校準特性，需要定期校準。對于非潤滑液體，液體中含有懸浮物或磨蝕性物質，引起軸承磨損和卡死等問題，限制了其應用范圍，使用耐磨硬質合金軸和軸承有所提高。對于貿易儲存和高精度測量要求，最好有現場校準設備，可以定期校準以保持其特性。

11）通用液體渦輪流量計不適用于高粘度介質（高粘度型除外）。隨著粘度的增加，流量計測量的是較低的線值，范圍變小，線性變差。

12）流體特性（密度，粘度）對儀器特性有很大影響。氣體流量計易受密度影響，液體流量計對粘度變化敏感。由于密度和粘度與溫度和壓力密切相關，溫度和壓力波動在現場是不可避免的。必須根據對精度的影響程度采取補償措施，以保持較高的測量精度。

13）流量計受流速分布和旋轉流量變形，傳感器影響在上游和下游側，需要長直管段。如果安裝空間有限，可以增加流量調節器（整流器）以縮短直管段的長度。

14）不適合測量脈動流量和可混流量。

15）被測介質的清潔度要求很高，這限制了適用領域。雖然可以安裝過濾器以適應臟介質，但也會帶來副作用，如壓力損失增加和維護量增加。

16）小直徑（DN50以下）儀表的流量特性受物理特性的嚴重影響，小直徑渦輪流量計的儀表性能難以提高。

第四節分類和傳感器結構

4.1分類

（1）按傳感器結構分類

1）軸型（普通型）葉輪軸心與管軸一致，是渦輪流量計的主導產品。有全套產品（DN10-DN600）。

2）切向型葉輪的軸線垂直于管道軸線，流體流向葉片平面的迎角約為90度，適用于小直徑微流動產品。

3）機械式葉輪直接旋轉或通過磁力聯軸器驅動機械計數機構，但總量累計，測量精度略低于電氣信號檢測傳感器，傳感器和顯示裝置被集成到一個類型中，并受到用戶的歡迎。

4）井下專用型適用于地下采油作業和采礦，測量介質泥漿和油流量，傳感器體積有限，需要承受高壓，高溫和流體沖擊。

5）自校準雙渦輪機型可用于天然氣和其他氣體流量測量。傳感器由主葉輪和輔助葉輪組成。流量特性的變化可以通過兩個葉輪的速度之間的差異自動校正。

6）寬粘度型在波特浮動轉子壓力平衡結構的基礎上擴大了上錐體和下錐體的直徑，并增加了粘度補償翼和承壓葉片等結構措施，使得傳感器適用于高粘度液體，如重油，粘度可達30mm2 / s。

4.2傳感器結構

　　渦輪流量計傳感器由本體，導向體（導軌），葉輪，軸，軸承和信號檢測器（見圖1）組成。

1）身體。傳感器的主體是傳感器的主要部分。它起到待測流體壓力，檢測部件的固定安裝以及管道連接的作用。主體由非磁性不銹鋼或硬鋁合金制成。對于大直徑傳感器，已經使用碳鋼和不銹鋼的組合，并且在體壁的外側安裝了信號檢測器。

2）導向體。傳感器的入口和出口處有一個導向體。他作為流體整流和支撐葉輪的指導，葉輪通常由非磁性不銹鋼或硬鋁制成。推力反向渦輪流量傳感器的后部偏轉器也需要足夠數量的反向推力，這在很多形式中都是如此。前導流板具有可以抵抗流體流動的嚴重干擾的專利產品。

3）渦輪機。葉輪也稱為傳感器的檢測元件，由高導磁性材料制成。葉輪有直葉片，螺旋葉片和T形葉片等。嵌入有許多磁鐵的多孔環套圈也可用于增加一定數量渦輪葉片的旋轉頻率。葉輪由支架中的軸承支撐并與本體同軸。葉子的數量取決于孔徑的大小。葉輪必須根據流體的性質，流量范圍和應用要求來設計對傳感器性能有很大影響的形狀和尺寸。葉輪的動態平衡非常重要，這直接影響儀器的性能和使用壽命。

4）軸和軸承。它支持葉輪旋轉，并需要足夠的剛性，強度和硬度，耐磨性和耐腐蝕性。它決定了傳感器的可靠性和使用壽命。傳感器故障通常由軸和軸承引起，因此其結構和材料選擇和維護非常重要。

5）信號檢測器。國內常用的可變磁阻型，如圖1的前半部分所示。由永磁體，磁棒（磁芯），線圈等組成。永磁體吸引葉片并產生磁阻轉矩。當小口徑傳感器處于小流量時，磁阻轉矩成為阻力矩中的主要項目。為此，將永磁體分成兩種尺寸，小直徑小尺寸以減小磁阻轉矩。有效值10mV以上的輸出信號可以直接配備流量計算機，放大器可以用來輸出電平的頻率信號。

　　傳感器結構有很多種類。這里介紹幾種廣泛使用的產品。

1）推力式渦輪流量傳感器該類產品的示意結構如圖3所示。圖（a）和（b）為軸向推力型，使用平面或球形點接觸，接觸點與傳感器的軸線重合。點接觸的優點是摩擦力矩非常小，可用于下限下限流量，但流量大時磨損嚴重。圖（c）是端面接觸推力型。末端是球形的，軸承是平的。這種結構只適用于小直徑（DN≤15mm）的傳感器，并具有很高的靈敏度。

渦輪流量計推力結構圖

2）反推式渦輪流量傳感器該類型產品的結構示意圖如圖4所示。在圖4（a）中，輸入端面的壓力降低，產生反推力。圖4（b）顯示了流體通過前孔引入的反推力。圖4（c）顯示了流體的向后推力。反推結構可使葉輪在一定流量范圍內保持浮動狀態，軸向無接觸點，端面摩擦磨損不會延長使用壽命。

渦輪流量計反推結構圖

3）切向渦輪流量傳感器圖5顯示了用于微流量測量的渦輪流量傳感器。流體沿葉輪的切線方向流動并且影響葉片的旋轉。由于測量流量小，為了增加流體對葉輪的沖擊，在入口處安裝噴嘴，并且可以更換噴嘴孔以調節流量范圍。葉輪的轉速采用光電方法測試，以避免不情愿的時刻，如不情愿。

渦輪流量計切向結構圖

4）氣體渦輪流量計氣體密度遠小于液體密度，流體推力扭矩小。氣體流量傳感器和液體流量傳感器之間的結構參數存在顯著差異。為了增加輪轂的半徑，縮小流路的橫截面面積并增加氣流的流速并將其聚焦通過葉片的邊緣。由于氣流速度較高，需要攻角較小的葉片。一般要降低摩擦阻力矩，使用滾動軸承，并將潤滑劑注入軸承系統。它可以沖走軸承表面的顆粒并延長軸承壽命。在潤滑劑交換過程中，多孔油槽可以持續向軸承供油。圖6中示出了典型的燃氣渦輪流量計。圖6（a）示出了燃氣渦輪流量計的橫截面圖。圖6（b）顯示了傳感器顯示設備上的氣體體積補償器。補償器通過壓力和溫度將傳感器測得的實際體積流量轉換為標準條件下的體積流量。還有許多功能，如報警，自診斷，遠程信號等。他是一個功能齊全的流量計算機。

燃氣輪機流量計傳感器結構

第五節選擇的考慮因素

（1）準確性

　　一般來說，渦輪流量計的選擇主要是因為其高精度。目前，渦輪流量計的精度大致為液體：國際市場為±0.15％R，±0.2％R，±0.5％R和±1％R。國產定型產品的R值為±0.5％和±1％;氣體：國際市場為±0.5％R和±1％R，國內為±1％R和±1.5％R。以上精度指的是6：1或10：1的范圍。表1列出了幾種渦輪流量傳感器的典型參數。除了其自身的產品質量外，精度還與使用條件密切相關。

　　如果范圍變窄，則精度可以提高;特別是作為標準儀表流量標準裝置的標準流量計，如果在固定點使用，則可以大大提高精度。

　　流量計的精確度越高，對現場使用條件的變化越敏感。為保持其高精度，需要對儀表系數進行特殊處理。一種處理方法是所謂的計量系數浮動方法。也就是說，在現場進行實時處理的條件如下：a）粘度受溫度影響; b）密度受壓力和溫度的影響; c）傳感器信號冗余（一個傳感器該設備輸出兩個信號并監測其比率; d）系數的長期穩定性（由控制圖確定）。

　　對于貿易儲存和交付測量，常常提供在線校準設備用于定期驗證。

　　制造商使用說明書中列出的儀器精度是基本誤差。應當當場估計額外的錯誤。現場錯誤應該是兩者的結合。

（2）流量范圍的選擇

　　渦輪流量計流量范圍的選擇對其精度和壽命有很大影響。一般來說，工作時的最大流量不應該太高。使用狀態分為兩種類型：連續工作和間歇工作。連續工作意味著每天工作時間超過8小時，間歇工作時間少于每天8小時。對于連續運行，應在儀表上限流量的下限處選擇最大流量，可在較高位置選擇間歇工作。在一般的連續工作中，實際最大流量乘以1.4作為流量范圍的上限流量，而間歇工作乘以1.3。

　　如果儀器的直徑與過程管道的直徑不相同，則應使用不同直徑的管道和直管來修改管道。

　　對于低流量的工藝流程，最小流量是選擇儀器口徑的首選考慮到這個問題，實際的最小流量通常乘以0.8作為流量范圍的下限流量，從而留有一定的余量。如果配備了具有分段線性化功能的顯示裝置，如果傳感器流量的下限不能滿足實際最小流量，則應要求制造商在實際最小流量及其附近進行流量檢查，并且測量的流量系數應為被輸入到顯示器。這不僅會降低儀器的流量下限，還會保持測量的準確性。

（3）準確度等級

　　應該認真考慮對儀器準確度的要求，并從經濟角度考慮。例如，大口徑石油（天然氣）管道的貿易結算工具在經濟上具有重要意義。對儀器進行更多投資是符合成本效益的。對于輸送量不大或者只有中等精度的水平可以用作過程控制，就不能避免高精度的盲目追求。本安型防爆傳感器適應安全圍欄型號和制造廠，并檢查防爆等級和認證編號。要顯示質量流量（或標準狀態下的體積流量），請選擇壓力，溫度傳感器或密度計。渦輪流量計顯示器現已包含在流量計計算機中，該流量計計算機可以基于微處理器與主計算機通信。儀表的功能和使用范圍遠遠超過舊式風機的流量。儀表。目前，用作貿易量度的各種流量計傾向于配備直讀式顯示裝置（如圖6所示）。不僅顯示測量的總量，還添加補償器（全功能流量計算機）輸出遠程信號。

（4）對流體的要求

　　渦輪流量計需要清潔（或基本清潔），單相或低粘度的流體。常用流體的實例包括以下：一般流體，包括水，空氣，氧氣，高壓氫氣，牛奶，咖啡等。石油化工產品：汽油，輕油，噴氣燃料，輕柴油，石腦油，乙烯，聚乙烯，苯乙烯，液化氣，二氧化碳和天然氣;化學溶液：氨水，甲醇，鹽水等;有機液體：乙醇，乙醚，苯，甲苯，二甲苯，丁二烯，四氯化碳，甲胺，丙烯腈等;無機：甲醛，檸檬酸，苛性鈉，二硫化碳等。對于腐蝕性介質，應考慮使用材料選擇。不建議含有雜質和研磨介質。

（5）對液體粘度的要求

　　液體渦輪流量計是一種粘度敏感型流量計。當液體的粘度增加時，儀表系數的線性范圍變窄，并且下限流量增加。當粘度增加到一定值時，即使沒有線性區域。螺旋葉片比直葉片好得多。

　　對于液體，通常使用水校準傳感器。精度為0.5時，無論粘度如何，液體均可達到5×10-6mm2 / s以下。當流體粘度高于5×10-6 mm2 / s時，可以使用相當粘度的液體進行校準，而無需進行粘度校正。另外，還可以采取一些措施來補償粘度的影響。如果您減少使用范圍，請增加流量離線值或儀表系數乘以雷諾數校正系數。

　　粘度對儀表系數的影響與傳感器結構的類型和參數的大小有關。有多種方式可以表示粘度對儀表系數的影響：儀表系數與雷諾數之間的關系，儀表系數與輸出頻率之間的關系以及儀表系數與輸出頻率之間的關系除以在幾個粘度下的運動年比率。其中一些材料已準備好生產，但并非所有制造商都有此信息。

（6）對氣體密度的要求

　　燃氣輪機流量計主要考慮流量密度對儀表系數的影響，密度效應主要集中在低流量區域，如圖3所示。 14。密度的增加（即壓力的增加）使特性曲線的線性部分向下限流動區域擴展，并且傳感器的范圍擴大，線性得到改善。如果燃氣渦輪流量計在空氣中正常壓力下校準，則被測介質的工作壓力將不同。下限流量計算公式如下：qvmin，qvamin - 壓力p和壓力，pa（101.325kPa）被測介質空氣和空氣體積流量的下限值，m3 / h; p， pa-分別是工作壓力（絕對壓力）和大氣壓力（101.325 kPa），被測介質的相對密度是無量綱的。

（7）體積流量轉換為質量流量

　　渦輪流量計測量實際的體積流量。無論物質平衡還是能量計量，都必須測量介質流量（即標準狀態下的體積流量）。這應該通過縮放

式中qv，qvn-分別為工作狀態和標準狀態下的體積流量，m3 / h;p，T，Z-分別為工作狀態下的絕對壓力（Pa），熱力學溫度（K）和氣體壓縮系數;Pn，Tn，Zn-分別為標準狀態下的絕對壓力（Pa），熱力學溫度（K）和氣體壓縮系數;

（8）不應使用渦輪流量計的地方

　　受污染的流體，如循環冷卻水，河水，污水，燃料等;流量急劇變化的地方，如鍋爐供水系統，帶空氣錘的供氣系統等;在測量液體時，管道壓力不高，流量高。儀器的下游壓力較大，可能接近飽和蒸氣壓力，存在氣蝕風險，如液氨不能從罐體高位流出，不應安裝排氣口;焊機，電機，帶觸點的繼電器在這些位置附近，存在嚴重的電磁干擾;上下游直管段長度嚴重不足，如船艙內;自動鍋爐給水系統，例如頻繁泵送和泵停止，會對葉輪造成影響，并對傳感器造成快速損壞;選擇腐蝕性或磨蝕性介質時應謹慎，并應與制造商聯系。

（9）經濟

　　渦輪流量計用于高精度應用有許多經濟因素考慮。儀器的購買成本只是成本的一部分，但也應考慮以下支出方面：安裝輔助設備費用（如空氣凈化器，過濾器等）或旁路支管，包括閥門;校準費用，為了保持高精確度，必須經常檢查，即使在現場安裝在線校準設備也是非常昂貴的;維修和更換渦輪流量計易損件，他需要保持高性能。

（10）選擇步驟

1）如上所述確認可用的測量對象。

2）選擇類型。根據流體性質的選擇，氣體和液體使用氣體類型和液體類型不能通用。在工作狀態下，液體的粘度應超過5mPa.s.應該使用高粘度型（沒有國內的定型產品）。酸性腐蝕性液體采用耐酸型（國內沒有定型產品）。

　　根據環境條件選擇，根據環境溫度和濕度，選擇合適的儀器，如防爆傳感器周圍應選擇易燃易爆環境。

　　根據管道連接的選擇，傳感器有兩種安裝方式，水平和垂直。法蘭式，螺紋式和夾式連接可用于水平安裝和管道連接。中等口徑選擇法蘭連接，小直徑和高壓管螺紋連接，夾緊該連接僅適用于中低直徑。垂直安裝只有螺紋連接。

3）選擇規格。根據現場條件，如流量范圍，管道直徑，流體壓力和溫度，安裝位置以及性能要求，如精度，重復性，顯示模式等，請參考制造商選擇的型號或手冊來選擇具體的規格和型號。可能找不到合適的，但選擇另一個流量計。

　　由于渦輪流量計種類繁多，尤其是不同制造商的產品質量差異，因此在進行反復調查和比較之前，有必要從制造商和相關標準收集盡可能多的信息。

第6節安裝注意事項

　　傳感器應安裝在易于維護且管道無震動，強電磁干擾和熱輻射的地方。液體渦輪流量計的典型安裝管道系統如圖7所示。圖中每個部件的配置可能取決于被測物體的狀況，但并非全部都是必需的。渦輪流量計對管道中的流速失真和旋轉流的分布敏感。傳感器的入口應該是充分發展管道的流動。因此，應根據傳感器的上游阻斷器類型提供必要的直管段或流量調節器，如表2所示。如果上游堵塞情況不明確，一般建議采用上游直管段。長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D。 如果安裝空間不符合上述要求，可在擾流器和傳感器之間安裝流量調節器。 當傳感器安裝在室外時，應采取措施避免陽光直射并防止下雨。

   渦輪流量計傳感器安裝圖

渦輪流量計所需的最短直管長度

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