一、概述

渦輪流量計（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風(fēng)速計、水表等。TUF由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過第一個TUF專利，1914年的專利認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國的第一臺TUF是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

流量計中TUF、容積式流量計和科氏質(zhì)量流量計是三類重復(fù)性、放心度較佳的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計是難以達(dá)到的。

LWGY系列渦輪流量計是吸取了國內(nèi)外流量儀表先進(jìn)技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點的新一代渦輪流量計，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al₂O₃、硬質(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運動粘度小于5×10^-6m²/s的液體，對于運動粘度大于5×10^-6m²/s的液體，可對流量計進(jìn)行實液標(biāo)定后使用。若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進(jìn)行定量控制、超量報警等，是流量計量和節(jié)能的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

                             圖1

渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

（1） 實用流量方程

q_v=f/K               公式1

q_m=qvρ              公式2

式中   q_v, q_m ……分別為體積流量，m³/s，質(zhì)量流量，kg/s;

           f ……流量計輸出信號的頻率，Hz;

           K ……流量計的儀表系數(shù)，P/m³。

流量計的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下限時，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關(guān)系。當(dāng)流量超過流量上限時要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

圖2  渦輪流量計特性曲線

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗裝置校驗得出，它完全不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

（2） 理論流量方程

根據(jù)動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

            公式3

式中     J：     葉輪的慣性矩；

     dw/dt：     葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；

M₁：   流體的驅(qū)動力拒；

M₂：   粘性阻力矩；

M₃：   軸承摩擦阻力矩；

M₄：   磁阻力矩。

當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時，0，則M₁=M₂+M₃+M₄。經(jīng)理論分析與實驗驗證可得

               公式4

式中   n：   葉輪轉(zhuǎn)速；

qv：   體積流量；

A：   與流體物性（密度、粘度等），葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；

B：   與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；

C：   與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

國內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計及現(xiàn)場使用條件變化時儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測和估算。

三、產(chǎn)品特點

1. 高放心度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；

2. 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到極高的放心度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計；

3. 輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機(jī)連接，無零點漂移，抗干擾能力強(qiáng)；

4. 可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強(qiáng)；

5. 范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6. 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7. 適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8. 專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；

9. 可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

四、基本參數(shù)與技術(shù)性能

1.技術(shù)性能

表1

2.測量范圍及工作壓力

表2