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針對渦輪流量計的基礎知識詳細介紹

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2019-01-07 08:46:10【小中大】

基礎知識：

關于渦輪流量計的基礎知識你了解多少，下面小編針對渦輪流量計的基礎知識詳細介紹。上海自動化儀表有限公司渦輪流量計使用自由旋轉的渦輪機葉輪來測量流體速度，就像安裝在流動流中的微型風車一樣。渦輪流量計的基本設計目標是使渦輪機元件盡可能自由旋轉，因此不需要扭矩來維持渦輪機的旋轉。如果達到這個目標，渦輪葉片將實現與流體的線速度成正比的旋轉（尖端）速度，無論該流體是氣體還是液體：

流體速度和渦輪機葉尖速度之間的數學關系假設無摩擦條件是由渦輪葉片角度的正切定義的比率：

對于45度葉片角度，該關系為1：1，葉尖速度等于流體速度。較小的葉片角度（每個葉片更接近與流體速度矢量平行）導致葉尖速度是流體速度的分數比例。使用磁傳感器很容易感知渦輪機葉尖速度，每當其中一個鐵磁渦輪機葉片經過時產生電壓脈沖。傳統上，這種傳感器只不過是靜止磁鐵附近的線圈，稱為拾波線圈或傳感線圈，因為它“拾取”（感應）渦輪機葉片的通過。通過線圈中心的磁通量隨著鋼制渦輪機葉片的通過呈現變化的磁阻（磁通量的“電阻”）而增大和減小，導致電壓脈沖的頻率等于每秒經過的葉片的數量。該信號的頻率表示流體速度，因此表示體積流速。

上海自動化儀表有限公司渦輪流量計的剖視演示模型如下圖所示。可以看到葉片傳感器從流量管的頂部突出，正好在渦輪機葉輪上方：

注意在照片中的渦輪機葉輪之前和之后的“流動調節器”葉片組。正如人們所預料的那樣，渦輪流量計對過程流體流動中的渦流非常敏感。為了實現高精度，流動剖面不得在渦輪機附近旋轉，以免渦輪機葉輪旋轉得更快或更慢，以表示直流流體的速度。對于渦輪流量計，典型的最小直管長度為上游管道直徑20和下游管道直徑5，以便消除管道擾動產生的渦流。

歷史上，機械齒輪和旋轉電纜也用于將渦輪流量計的渦輪機葉輪連接到指示器。這些設計遭受比電子（“拾取線圈”）設計更大的摩擦，可能導致更多的測量誤差（指示的流量小于實際值，因為渦輪機葉輪因摩擦而減速）。然而，機械渦輪流量計的一個優點是能夠通過轉動簡單的里程表式累加器來維持總的燃氣使用量。當流量計的目的是跟蹤總燃料氣體消耗（例如商業或工業設施使用的天然氣）進行計費時，通常使用這種設計。

在電子渦輪流量計中，體積流量與拾波線圈輸出頻率成直接且線性成比例。我們可以用等式的形式表達這種關系：

其中，

f =輸出信號的頻率（Hz，相當于每秒脈沖數）

Q =體積流量（例如每秒加侖數）

k =渦輪機元件的“K”系數（例如每加侖脈沖數）

尺寸分析證實了該方程的有效性。使用GPS（每秒加侖）和每加侖脈沖的單位，我們看到這兩個量的乘積確實是每秒脈沖數（相當于每秒周期數，或Hz）：

使用代數求解流量（Q），我們看到它是頻率和k因子的商，它產生渦輪流量計的體積流量：

上海自動化儀表有限公司渦輪流量計的固有線性度優于非線性流量元件，例如文丘里管和孔板，因為這種線性度導致更大的調節比，以實現精確的流量測量。與通常限制為調節比為4：1的普通孔板式儀表相比，渦輪機儀表通常超過10：1的調節比。

如果拾取信號頻率直接表示體積流速，則在任何給定時間跨度中累積的脈沖總數將表示在相同時間跨度內通過渦輪流量計的流體體積（V）的量。我們可以用代數表示平均流量（Q），平均頻率（f），k因子和時間的乘積：

計算通過渦輪流量計的總體積的更復雜的方法需要微積分，表示在t = 0到t = T的一段時間內瞬時信號頻率和k因子的時間積分的體積變化：

上海自動化儀表有限公司可以簡單地通過使用數字計數器電路來累加由拾波線圈和微處理器輸出的脈沖以在我們認為合適的任何測量單位中計算體積，從而獲得大致相同的結果。與孔板流量元件一樣，已經起草了使用渦輪流量計作為氣流應用中的精密測量儀器的標準，特別是天然氣的貿易交接。美國燃氣協會發布了一個名為報告＃7的標準，規定了用于高精度氣體流量測量的渦輪流量計的安裝，以及基于渦輪機速度，氣體壓力和氣體溫度精確計算流量的相關數學。

壓力和溫度補償與氣流應用中的渦輪流量計有關，因為氣體密度是壓力和溫度的強大函數。渦輪機葉輪本身僅感測氣體速度，因此必須考慮這些其他因素以精確計算質量流量（或標準體積流量;例如SCFM）。

在高精度應用中，單獨確定渦輪流量計校準的k因子非常重要。從流量計到流量計的制造變化使得k因子的精確復制具有挑戰性，因此應當針對校準實驗室中的“流量證明器”測試用于高精度測量的流量計，以憑經驗確定其k因子。如果可能，測試流量計k系數的最佳方法是將證明器連接到將要使用的現場儀表。這樣，由流量計前后的管道引起的任何影響都將被納入測量的k因子中。

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