導(dǎo)讀：高溫渦輪流量計(jì)測(cè)量原理： 

高溫渦輪流量計(jì)的工作原理是流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號(hào)檢測(cè)器(由永久磁鋼和線圈組成)的磁場(chǎng)中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)量。在一定的流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時(shí)流量Q成正比，流量方程為：Q=3600×f/k;式中： f——脈沖頻率[Hz]； k——傳感器的儀表系數(shù)[1/m3]，由校驗(yàn)單給出。若以[1/L]為單位 Q——流體的瞬時(shí)流量(工作狀態(tài)下)[m3/h]； 3600——換算系數(shù)。 每臺(tái)傳感器的儀表系數(shù)由制造廠填寫在檢定證書中，k值設(shè)入配套的顯示儀表中，便可顯示出瞬時(shí)流量和累積總量。

1、渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)：

  液體渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器和流量積算儀組成。

1.1、渦輪流量傳感器：

  渦輪流量傳感器是渦輪流量計(jì)的基本單元 ,主要由整流器、導(dǎo)流體、渦輪、感應(yīng)線圈 、槽頭接頭 、提手等組成。它基于動(dòng)力矩平衡原理, 當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí),在整流器和導(dǎo)流體作用下得到整流并加速 。由于渦輪葉片與流體流向成一定角度, 在加速流體的作用下 ,葉輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 ,克服摩擦力矩和流體阻力矩后 ,渦輪開始旋轉(zhuǎn) 。在一定流量范圍內(nèi) ,渦輪轉(zhuǎn)速與流體體積流量成正比。葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線,周期性地改變線圈中的磁通量 ,使線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號(hào), 該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形后送入流量積算儀。

1.1.1、渦輪：

  渦輪由導(dǎo)磁不銹鋼材料制成, 裝有螺旋葉片, 葉片數(shù)為 6 片 ,葉片傾角為 35°, 葉片與內(nèi)殼間的間隙為 0.8mm 。

1.1.2、整流器：

  渦輪流量計(jì)特性與管線內(nèi)的速度分布有很大的關(guān)系,因此保證進(jìn)入流量計(jì)的流體具有均勻的速度分布,是提高計(jì)量的準(zhǔn)確性一個(gè)重要的前提條件。因此研制的渦輪流量計(jì)內(nèi)置了整流器 。整流器由一束細(xì)不銹鋼管組成,整流束的長(zhǎng)度 B=100mm:整流束管子的數(shù)目 n=42 。通過(guò)增加整流器,可以減少流量計(jì)前后直管段的長(zhǎng)度,提高計(jì)量精度,減小體積和重量。

1.2、流量積算儀：

  流量積算儀作為流量計(jì)的計(jì)算顯示部分 , 采用高性能微功耗的集成芯片, 配有脈沖輸出 、4m A ～20m A 模擬信號(hào)輸出和 RS -485 通訊接口三種輸出方式 ,內(nèi)置高容量 3.6V 鋰電池供電, 并內(nèi)置溫度傳感器 。積算儀接收傳感器的信號(hào), 并進(jìn)行運(yùn)算處理 ,就地顯示于顯示窗口上。其主要特點(diǎn)如下:

   1)采用高性能微功耗的集成芯片 , 整機(jī)多功能 ,功耗低。

   2)可切換顯示總累積流量 、批累積量 、瞬時(shí)流量及介質(zhì)溫度,清晰直觀,讀數(shù)方便。

   3)配有脈沖輸出 , 4m A ～ 20m A 模擬信號(hào)輸出 ,RS -485 通訊接口 。

   4)內(nèi)置高容量 3.6V 鋰電池供電 , 壽命長(zhǎng) , 更換方便 ,電池壽命可達(dá)兩年以上 。

   5)軟件中采用了多段非線性修正 , 把生產(chǎn)過(guò)程中由于加工精度造成的儀表誤差通過(guò)軟件計(jì)算修正到標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)。

   6)內(nèi)置式溫度傳感器 , 可以在線補(bǔ)償由于溫度引起的變化量 。

   7)在軟件包中內(nèi)置了汽油 、噴氣燃料和柴油的體積膨脹率, 通過(guò)設(shè)置的切換開關(guān) ,可對(duì)不同油品進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

1.2.1、溫度補(bǔ)償：

  流體的體積隨溫度的變化而變化 ,一般來(lái)說(shuō) ,溫度升高,體積膨脹, 流體的這種屬性稱為熱膨脹性,用熱膨脹率表示。不同流體具有不同的熱膨脹率。以 20 ℃為基準(zhǔn)進(jìn)行換算, 計(jì)算公式:

  V20=V t[ 1 -f (t -20)]式中 :V20為油品 20 ℃體積;V t 為油品 t ℃體積 ;f 為油品體積溫度系數(shù) ;t 為輸油實(shí)際溫度 。

  下面通過(guò)示例 , 計(jì)算不同介質(zhì)當(dāng)溫度每升高1 ℃時(shí)的體積變化率 。

  對(duì)于柴油 ,當(dāng)密度為 0.83 ×103kg/ m3時(shí), 溫度體積系數(shù)為 0.00084/ ℃, 當(dāng)溫度升高 1 ℃時(shí) ,體積變化率為 0.84 ‰, 若溫度變化 10 ℃的話 , 將會(huì)引起0.84 %的計(jì)量誤差 。

  對(duì)于噴氣燃料 ,當(dāng)密度為 0.780 ×103kg/ m3時(shí),溫度體積系數(shù)為 0.00098/ ℃, 當(dāng)溫度升高 1 ℃時(shí) ,體積變化率為 0.981 ‰,若溫度變化 10 ℃的話 ,將會(huì)引起 0.981 %的計(jì)量誤差

  對(duì)于汽油 ,當(dāng)密度為 0.710 ×103kg/ m3時(shí),溫度體積系數(shù)為 0.00123/ ℃, 當(dāng)溫度升高 1 ℃時(shí) ,體積變化率為 1.232 ‰, 若溫度變化 10 ℃的話, 將會(huì)引起1.232 %的計(jì)量誤差 。

  從計(jì)算結(jié)果可看出 ,當(dāng)輸送汽油時(shí) ,溫度對(duì)體積的影響很大, 當(dāng)溫度變化 10 ℃時(shí),會(huì)引起 1.232 %的計(jì)量誤差, 而一般流量計(jì)的計(jì)量精確度都可達(dá)到0.5 %, 只從提高儀表的精度出發(fā) , 而不考慮被測(cè)介質(zhì)溫度的變化是不準(zhǔn)確的, 不能滿足計(jì)量交接的要求。溫度補(bǔ)償?shù)哪康木褪菍?shí)測(cè)油品的流量值轉(zhuǎn)換成可代計(jì)量交接的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件(以 20 ℃為基準(zhǔn))下的流量值。

  通過(guò)在渦輪流量計(jì)內(nèi)置高精度的 Pt1000 熱電偶, 可精確測(cè)量輸送介質(zhì)的溫度, 流量積算儀可以根據(jù)測(cè)得的溫度進(jìn)行(每間隔 4s)溫度補(bǔ)償 ,從而提高計(jì)量準(zhǔn)確度。

2、渦輪流量計(jì)的標(biāo)定 , 確定流量計(jì)儀表系數(shù)及精確度分析：

　渦輪流量計(jì)屬于速度式流量計(jì), 在一定的流量范圍內(nèi),對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體的流速成正比 。渦輪流量計(jì)輸出的脈沖頻率與通過(guò)流量計(jì)的流量成正比,其比例系數(shù) K 稱為流量計(jì)的儀表系數(shù)。用公式表示為 K=f/ qv。式中f 為渦輪流量計(jì)的脈沖頻率 , qv 為通過(guò)流量計(jì)的流量。

  該流量計(jì)采用活塞式液體體積管進(jìn)行檢定。體積管型號(hào)為 JHYG —150 , 流量范圍 :0.56m3/h ～560m3/h 、 準(zhǔn)確度為 0.03 %。試驗(yàn)介質(zhì)為輕柴油 。根據(jù)規(guī)程要求, 在流量 25m3/h ～ 250m3/h 的范圍內(nèi)進(jìn)行檢定 ,對(duì)每個(gè)檢定點(diǎn)進(jìn)行 9 次檢定 ,檢定時(shí)記錄每個(gè)檢定點(diǎn)的條件。

  對(duì)不同流量工況下的檢定結(jié)果進(jìn)行分析 , 流量計(jì) 的 線 性 度、 重 復(fù) 性、 精 度 分 別 為 0.152 %、0.031 %、0.158 %。