勉縣智能一體化渦輪流量計(jì)

一、概述
        渦輪流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TUF）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、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。如今，它已在石油、化工、科研、國(guó)防、計(jì)量各部門(mén)中獲得廣泛應(yīng)用。
       流量計(jì)中TUF、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類(lèi)重復(fù)性、度更佳的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(lèi)流量計(jì)是難以達(dá)到的。
       BN-WL系列渦輪流量計(jì)是吸取了國(guó)內(nèi)外流量?jī)x表先進(jìn)技術(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，廣泛用于測(cè)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(wú)纖維、顆粒等雜質(zhì)，工作溫度下運(yùn)動(dòng)粘度小于5×10^-6m²/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10^-6m²/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)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(bào)警等，是流量計(jì)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(jiǎn)圖，由圖可見(jiàn)，當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)傳感器時(shí)，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(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線(xiàn)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(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

圖1

渦輪流量計(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。
                                                                             
（1） 實(shí)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(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;
           K ……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m³。
       流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。由圖可見(jiàn)，儀表系數(shù)可分為二段，即線(xiàn)性段和非線(xiàn)性段。線(xiàn)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(xiàn)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(shí)，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(guò)流量上限時(shí)要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的TUF特性曲線(xiàn)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(jì)特性曲線(xiàn)

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它完全不問(wèn)傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)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(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類(lèi)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(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)，0，則M₁=M₂+M₃+M₄。經(jīng)理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guó)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(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱(chēng)速度分布時(shí)水動(dòng)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(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。
三、產(chǎn)品特點(diǎn)
       1. 高度，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(xiàn)校準(zhǔn)可得到極高的度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；
       3. 輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)；
       4. 可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)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(cè)量，儀表表體上不必開(kāi)孔，易制成高壓型儀表；
       8. 專(zhuān)用型傳感器類(lèi)型多，可根據(jù)用戶(hù)特殊需要設(shè)計(jì)為各類(lèi)專(zhuān)用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專(zhuān)用型等；
       9. 可制成插入型，適用于大口徑測(cè)量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

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