针对涡轮流量计的基础知识详细介绍

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2019-01-07 08:46:10【小中大】

基础知识：

关于涡轮流量计的基础知识你了解多少，下面小编针对涡轮流量计的基础知识详细介绍。上海自动化仪表有限公司涡轮流量计使用自由旋转的涡轮机叶轮来测量流体速度，就像安装在流动流中的微型风车一样。涡轮流量计的基本设计目标是使涡轮机元件尽可能自由旋转，因此不需要扭矩来维持涡轮机的旋转。如果达到这个目标，涡轮叶片将实现与流体的线速度成正比的旋转（尖端）速度，无论该流体是气体还是液体：

流体速度和涡轮机叶尖速度之间的数学关系假设无摩擦条件是由涡轮叶片角度的正切定义的比率：

对于45度叶片角度，该关系为1：1，叶尖速度等于流体速度。较小的叶片角度（每个叶片更接近与流体速度矢量平行）导致叶尖速度是流体速度的分数比例。使用磁传感器很容易感知涡轮机叶尖速度，每当其中一个铁磁涡轮机叶片经过时产生电压脉冲。传统上，这种传感器只不过是静止磁铁附近的线圈，称为拾波线圈或传感线圈，因为它“拾取”（感应）涡轮机叶片的通过。通过线圈中心的磁通量随着钢制涡轮机叶片的通过呈现变化的磁阻（磁通量的“电阻”）而增大和减小，导致电压脉冲的频率等于每秒经过的叶片的数量。该信号的频率表示流体速度，因此表示体积流速。

上海自动化仪表有限公司涡轮流量计的剖视演示模型如下图所示。可以看到叶片传感器从流量管的顶部突出，正好在涡轮机叶轮上方：

注意在照片中的涡轮机叶轮之前和之后的“流动调节器”叶片组。正如人们所预料的那样，涡轮流量计对过程流体流动中的涡流非常敏感。为了实现高精度，流动剖面不得在涡轮机附近旋转，以免涡轮机叶轮旋转得更快或更慢，以表示直流流体的速度。对于涡轮流量计，典型的最小直管长度为上游管道直径20和下游管道直径5，以便消除管道扰动产生的涡流。

历史上，机械齿轮和旋转电缆也用于将涡轮流量计的涡轮机叶轮连接到指示器。这些设计遭受比电子（“拾取线圈”）设计更大的摩擦，可能导致更多的测量误差（指示的流量小于实际值，因为涡轮机叶轮因摩擦而减速）。然而，机械涡轮流量计的一个优点是能够通过转动简单的里程表式累加器来维持总的燃气使用量。当流量计的目的是跟踪总燃料气体消耗（例如商业或工业设施使用的天然气）进行计费时，通常使用这种设计。

在电子涡轮流量计中，体积流量与拾波线圈输出频率成直接且线性成比例。我们可以用等式的形式表达这种关系：

其中，

f =输出信号的频率（Hz，相当于每秒脉冲数）

Q =体积流量（例如每秒加仑数）

k =涡轮机元件的“K”系数（例如每加仑脉冲数）

尺寸分析证实了该方程的有效性。使用GPS（每秒加仑）和每加仑脉冲的单位，我们看到这两个量的乘积确实是每秒脉冲数（相当于每秒周期数，或Hz）：

使用代数求解流量（Q），我们看到它是频率和k因子的商，它产生涡轮流量计的体积流量：

上海自动化仪表有限公司涡轮流量计的固有线性度优于非线性流量元件，例如文丘里管和孔板，因为这种线性度导致更大的调节比，以实现精确的流量测量。与通常限制为调节比为4：1的普通孔板式仪表相比，涡轮机仪表通常超过10：1的调节比。

如果拾取信号频率直接表示体积流速，则在任何给定时间跨度中累积的脉冲总数将表示在相同时间跨度内通过涡轮流量计的流体体积（V）的量。我们可以用代数表示平均流量（Q），平均频率（f），k因子和时间的乘积：

计算通过涡轮流量计的总体积的更复杂的方法需要微积分，表示在t = 0到t = T的一段时间内瞬时信号频率和k因子的时间积分的体积变化：

上海自动化仪表有限公司可以简单地通过使用数字计数器电路来累加由拾波线圈和微处理器输出的脉冲以在我们认为合适的任何测量单位中计算体积，从而获得大致相同的结果。与孔板流量元件一样，已经起草了使用涡轮流量计作为气流应用中的精密测量仪器的标准，特别是天然气的贸易交接。美国燃气协会发布了一个名为报告＃7的标准，规定了用于高精度气体流量测量的涡轮流量计的安装，以及基于涡轮机速度，气体压力和气体温度精确计算流量的相关数学。

压力和温度补偿与气流应用中的涡轮流量计有关，因为气体密度是压力和温度的强大函数。涡轮机叶轮本身仅感测气体速度，因此必须考虑这些其他因素以精确计算质量流量（或标准体积流量;例如SCFM）。

在高精度应用中，单独确定涡轮流量计校准的k因子非常重要。从流量计到流量计的制造变化使得k因子的精确复制具有挑战性，因此应当针对校准实验室中的“流量证明器”测试用于高精度测量的流量计，以凭经验确定其k因子。如果可能，测试流量计k系数的最佳方法是将证明器连接到将要使用的现场仪表。这样，由流量计前后的管道引起的任何影响都将被纳入测量的k因子中。

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