導讀：渦輪流量計傳感器的工作原理      

一、渦輪流量計傳感器的工作原理                  

渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，渦輪的轉速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉速也大，再經(jīng)磁電轉換裝置把渦輪的轉速轉換為相應頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。     

渦輪流量傳感器的工作原理是當流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有與流量qv流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉。渦輪旋轉的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應原理，線圈內將感應出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。其中，qv為流體的體積總量，N為流量傳感器發(fā)生的脈動總數(shù)；ξ為流量系數(shù)。

渦輪流量傳感器的重要特性參數(shù)，不同的儀表有不同的ξ，并隨儀表臨時使用的磨損情況而變化；其含義是單位體積流量通過流量傳感器時，流量傳感器的輸出的脈沖數(shù)。

渦輪流量傳感器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置于放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的丈量。

二、液體渦輪流量計現(xiàn)場標定法

1．流量計工作公式：Q=3600f/km3/h式中：

f脈沖頻率[Hz]

k傳感器的儀表系數(shù)[1/m3]由校驗單給出。

Q流體的瞬時流量（工作狀態(tài)下）[m3/h]

2．需要流量計顯示質量單位時，將原系數(shù)k修改成k/p,其中p被測介質的密度（t/m3

3．流量計出廠前，表內已設定好系數(shù)k用戶要求以質量單位顯示時，出廠前按用戶提供的介質密度，已經(jīng)將系數(shù)修正完置入表中，現(xiàn)場直接使用即可；

4．如果現(xiàn)場被測介質物性與水相差較大時，可以進行現(xiàn)場標定，修正系數(shù)k

5．具體方法如下：

1先將流量計按要求裝置好，開動閥門，使管道充溢介質，保證儀表正常工作；關斷閥門，準備標定；

2準備規(guī)范容器或稱重設備，這里舉例用稱重方法（記好皮重）

3先記錄流量計的累計流量Q1開動閥門，使流量計工作在流量范圍內，容器快滿時，關斷閥門，記錄流量計的累計流量Q2稱上讀出被測介質的凈重M1;計算得：流量計的丈量流量M2=Q2-Q1規(guī)范流量為M1

4誤差F=1M2/M1;

5新的儀表系數(shù)k1=k/1+F;

6將新測得的儀表系數(shù)重新置入表中即可（具體操作方法見說明書）

7為可靠起見，方法34可重復3次，得出平均誤差再進行設定。

三、氣體渦輪流量傳感器的使用

1.氣體型渦輪流量傳感器是一種精密流量丈量儀表，與相應的流量積算儀表配套可用于測量液體的流量和總量。廣泛用于石油、化工、冶金、科研等領域的一般氣體、天然氣、煤氣等氣體計量、控制系統(tǒng)。

傳感器和輸出放大器有多種組合，該傳感器還可與控制室中的二次儀表或控制器相連，實現(xiàn)積算、傳輸和控制功能。

2.結構

傳感器的結構，主要由殼體、前導向架、葉輪、后導向架、壓緊圈和帶放大器的磁電感應轉換器等組成；

3.工作原理

當被測液體流經(jīng)傳感器時，傳感器內的葉輪借助于流體的動能而產生旋轉，葉輪即周期性地改變磁電感應系統(tǒng)中的磁電阻，使通過線圈的磁通量周期性地發(fā)生變化而發(fā)生電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后傳送至相應的流量積算儀表，進行流量或總量的丈量。

4.裝置的場所

傳感器應在被測氣體的溫度為-20~+60℃，環(huán)境相對濕度不大于95%條件下工作。從維護方便角度考慮，應安裝在容易拆換和防止配管振動或配管有應力影響的場所?？紤]到對放大器的維護，應盡量防止使它受到強的熱輻射和放射性的影響。同時，必需防止外界強電磁場對檢測線圈的影響，如不能防止時，應在傳感器的放大器上加設屏蔽罩，否則干擾將會嚴重影響顯示儀表的工常工作。

5.裝置的位置

傳感器應水平安裝，裝置時傳感器上的指示流向的箭頭應與流體的流動方向相符。

6.配管要點

1為了清除氣體渦流和斷面流速不均勻對測量的影響，應在傳感器進出口處安置必要的直段或整流器。一般要求上游局部（進口處）直管段為（15~20DD為傳感器公稱通徑）下游局部（入口處的直管段長度為25D而直管管徑和傳感器通徑要一樣。

為了更有效地清除渦流，提高丈量精度，可在上游局部的直管段轉入一束導管組成的整流器。法語上整流器后上游部分的直管段長度為（10~20D

2為了清除流體中的雜質，確保傳感器的正常工作，提高傳感器的壽命，傳感器前的管路上應裝上目數(shù)為40-80目/厘米2過濾器。一般情況下通徑大的目數(shù)稀，通徑小的目數(shù)密。為保證傳感器正常運行，還應根據(jù)實際使用情況選用過濾網(wǎng)的目數(shù)。

3焊接傳感器進口法蘭時，必需注意管內無突出部分。當連接進口法蘭時，兩法蘭外周要完全吻合，墊圈不能暴露在管內。偏心異徑接頭將會引起流速不均勻分布現(xiàn)象，故不能使用。

4為了保證工作通徑下檢修的需要，變送器前后管道上應安排切斷閥門（截止閥）同時應設置旁通管道。流量控制閥要裝在傳感器的下游。傳感器使用時上游所裝的載止閥必須全開，防止上游局部的流體發(fā)生紊流現(xiàn)象。

5通過傳感器的流量過大時（逾越流量范圍上限）軸承將因轉速過高而加快磨損。為此，預計有過大流量的情況時，可利用安置在下游局部的流量控制閥調節(jié)流體流量。

6新管路上裝置傳感器時，為防止管路中雜質進入傳感器，應先用一根空管子代替?zhèn)鞲衅鞯冗\行一段時間后，確認雜質已排除再換上傳感器。

7.使用和維護

1傳感器應依照銘牌上的規(guī)范流量范圍、公稱壓力及流向標志裝置使用。

2傳感器應在流體溫度為-20~+60℃、環(huán)境溫度-20~+55℃環(huán)境相對濕度不大于95%條件下工作。

3傳感器的使用期在正常情況下，一般為半年至一年，視工作條件的惡劣水平而定。并應定期進行拆洗。如發(fā)現(xiàn)軸或軸承有嚴重磨損時，應進行更換偏重新標定。

渦輪流量計積算儀原理功能說明 

1、渦輪流量計原理：

所示為 TUF 傳感器結構圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示積算儀處理。 

  渦輪流量變送器結構 1－緊固件；2－殼體；3－前導向件；4－止推片；5－葉輪； 6－電磁感應式信號檢出器；7－軸承；8－后導向件          渦輪流量傳感器的電脈沖信號的的頻率  f  (次/秒)與流過管道的體積流量qv(m3/s)正相關時,其比例系數(shù)即為傳感器的儀表系數(shù)K(Hz/m3),如式(2.1)所示:                                     vfKq=                           （2.1） 即                                     fqvK=                           （2.2） 

  在同一時間內，傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)  N  與流過管道的液體體積  V（m3）也成正相關，其比例系數(shù)也為傳感器的儀表系數(shù)  K（Hz/m3），如式（2.3）所示：                                     NKV=                           （2.3） 即                                    NVK=                            （2.4） 根據(jù)式（2.2）和式（2.4）可以計算出液體的體積流量[2]。 

2、積算儀要實現(xiàn)的主要功能及特點：

功能：

（1）累積并顯示流量累積值；

（2）計算并顯示流量瞬時值；

（3）儀表密碼設置；

（4）流量系數(shù)設置；

（5）數(shù)據(jù)保存；確保所測數(shù)據(jù)掉電依然存在。

（6）流量顯示積算儀可直接輸入脈沖信號，還能直接輸出方波脈沖信號用于遠傳 ；

（7）鍵盤操控。

 特點：

（1）功耗低、抗干擾能力強、故障率低、適應性強；

（2）數(shù)字顯示清晰、準確；

（3）結構設計合理、體積小、重量輕；

（4）安裝、維修、使用方便。 

3 、積算儀設計的技術要求：

3.1、硬件設計要求 ：

   為了達到上述設計特點預期的設計要求，本測量系統(tǒng)在硬件電路上作了充分的考慮，其特點主要在： 

（1） 選擇合適的低功耗元件。為了降低系統(tǒng)的功耗，在元件選擇上，我們盡量選用了適合低功耗設計的元件。

（2） 簡化硬件電路設計。在滿足系統(tǒng)信號處理的基礎上，簡化硬件電路設計，

是降低功耗的有效方法。在本測量系統(tǒng)中主要體現(xiàn)在選用了高集成度的CPU，它功能多，不需要增加額外的器件，為整個硬件電路減少了不少元件，使得電路結構簡單，另外它微功耗，速度快，滿足了整個系統(tǒng)設計的要求。

（3） 設計低功耗電路，選用低功耗 CMOS 器件。CMOS 集成器件的最大優(yōu)點就是微功耗（靜態(tài)功耗幾乎為零），所以 CMOS 集成器件從一開始出現(xiàn)，

就和低功耗儀表結下了不解之緣。設計低功耗電路，大量采用低功耗CMOS 集成器件，是降低傳感器功耗的主要設計原則，也是降低電路功耗的主要和最根本方法。在選用本測量系統(tǒng)各個組成部分的器件時，自始至終貫穿了這個主要原則[3]。

（4） 降低單片機的時鐘頻率。單片機的功耗與系統(tǒng)的振蕩頻率密切相關，單片機的功耗隨時鐘頻率的降低明顯減少。因此，在選擇單片機時鐘頻率時，一方面希望單片機有足夠快的運算速度與外部電路接口；另一方面又希望有比較低的頻率以便降低功耗，設計時必須加以權衡，在滿足測量系統(tǒng)工作要求的前提下，選擇合適的時鐘頻率[5]。

（5） 正確設置 I/O 引腳狀態(tài)。在本測量系統(tǒng)中，所有 I/O 都是根據(jù)信號的輸入輸出狀態(tài)來加以配置的，這保證了系統(tǒng)程序的正常運行。 

3.2、軟件設計要求：

  智能化儀表的軟件設計通常采用模塊化設計方法。所謂“模塊化”就是將整個儀表軟件按功能分為若干個子功能塊，每個子功能塊具有一定的通用性。因此設計不同儀表時，某些功能模塊可以移植，從而加快儀表的研制速度。本測量系統(tǒng)的程序主要有以下幾個模塊： 

（1） 初始化模塊：

  初始化模塊的功能是：儀表在上電復位后即進入初始工作狀態(tài)。CPU 對硬件模塊接口和特殊功能寄存器以及堆棧和一些中間單元進行初始化，初始化完成后，儀表進行自檢，對 CPU 的內部 RAM，外部 RAM 及有關接口進行測試，自檢結束后，等待執(zhí)行主程序。 

（2） 鍵盤管理及顯示程序模塊：

  該部分模塊起人機對話作用。它一方面通過鍵盤把有關參數(shù)、命令、密碼等信號送入 CPU。另一方面將被測參數(shù)用 LCD 顯示出來。因此該模塊由鍵盤處理程序和顯示程序兩部分組成。系統(tǒng)通過按鍵識別，判斷是什么鍵按下，從而轉入相應鍵處理程序。對于不同儀表，定義不同鍵的功能時，只需要修改相應鍵處理程序，而顯示程序則可移植。鍵盤管理及顯示程序模塊通用性較強。

（3） 主控模塊：

  智能儀表的主控模塊主要是完成數(shù)據(jù)運算處理等工作。它隨儀表類型不同而不同。在設計主控模塊時，盡量調用子程序模塊中的子程序，從而可大大減少主程序的重復設計工作。

（4） 中斷子程序模塊：

  本測量系統(tǒng)的中斷子程序模塊比較器中斷子程序和實時時鐘中斷子程序。系統(tǒng)通過這兩個程序來定時記錄信號的脈沖個數(shù)，并定時顯示流體流量值。

（5） 輔助程序：

   在這些輔助子程序里，設計了一般工業(yè)智能儀表所需要的數(shù)據(jù)運算和處理子程序，其中包括：數(shù)據(jù)類型轉換子程序，延時子程序等多個子程序。調用十分方便，通用性強。