一、概述

渦輪流量計(jì)（以下簡稱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。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過第一個(gè)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(tái)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(dòng)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(jì)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(jì)量各部門中獲得廣泛應(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)是三類重復(fù)性、精確度最佳的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，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(jì)是難以達(dá)到的。

LWGY系列渦輪流量計(jì)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(jì)，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(diǎn)的新一代渦輪流量計(jì)，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(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)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流過傳感器時(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(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

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(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特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

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)流場有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(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)場使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測和估算。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1.         高精確度，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)可得到極高的精確度，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(jì)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(jià)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

五、儀表分類

1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計(jì)可分為2大類，即：

l         渦輪流量傳感器/變送器

l         智能一體化渦輪流量計(jì)

2．功能說明

l         渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場顯示功能，僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)（4-20mA）；儀表價(jià)格低廉，集成度高，體積小巧，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號(hào)，該類產(chǎn)品可分為LWGY-□N型和LWGY-□A型

LWGY-□N型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號(hào)傳輸距離≤1000米；

LWGY-□A型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號(hào)傳輸距離≤1000。

該類渦輪流量產(chǎn)品均分為基本型和防爆型（ExdIIBT6）兩種。

l         智能一體化渦輪流量計(jì)

采用先進(jìn)的超低功耗單片微機(jī)技術(shù)研制的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，采用雙排液晶現(xiàn)場顯示，具有機(jī)構(gòu)緊湊、讀數(shù)直觀清晰、可靠性高、不受外界電源干擾、抗雷擊、成本低等明顯優(yōu)點(diǎn)。儀表具備儀表系數(shù)三點(diǎn)修正，智能補(bǔ)償儀表系數(shù)非線性，并可進(jìn)行現(xiàn)場修正。高清晰液晶顯示器同時(shí)顯示瞬時(shí)流量（4位有效數(shù)字）及累積流量（8位有效數(shù)字，帶清零功能）。所有有效數(shù)據(jù)掉電后保持10年不丟。該類渦輪流量計(jì)均為防爆產(chǎn)品，防爆等級(jí)為：ExdIIBT6。

該類渦輪流量計(jì)按照供電方式、是否具備遠(yuǎn)傳信號(hào)輸出可分為LWGY-□B型和LWGY-□C型。

LWGY-□B型：供電電源采用3.2V10AH鋰電池（可連續(xù)運(yùn)行4年以上）；無信號(hào)輸出功能。

LWGY-□C型：供電電源采用24VDC外供電，輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)兩線制電流信號(hào)，并可根據(jù)不同的現(xiàn)場需要，可增加RS485或HART通訊。

智能一體化渦輪流量計(jì)

六、儀表選型