文档介绍：涡轮流量计
第一节概论
涡轮流量计(以下简称TUF)是叶轮式流量(流速)计的主要品种,叶轮式流量计还有风速计、水表等。
在各种流量计中TUF、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品,而TUF又具有自己的特点,如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大(同样口径可通过的流量大)和可适应高参数(高温、高压和低温)等。至今,这类流量计产品可达技术参数:口径4-750mm,压力达250MPa,温度为-240-700℃,像这样的技术参数其他两类流量计则是难以达到的。
TUF广泛应用于以下一些测量对象:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站,大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。在欧洲和美国TUF是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,,他们已成为优良的天然气流量计。
尽管TUF的优良计量特性受到人们的青睐,可是给人的印象是由活动部件,使用期短,在选用时不免踌躇,经过人们的不懈努力,应该说情况大有改观。
TUF作为最通用的流量计,其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。应该指出,TUF除前述工业部门大量应用外,在一些特殊部门亦得到广泛应用,如科研实验、国防科技、计量部门,这些领域的使用恰好避开了其弱点(不适于长期连续使用),充分发挥其特点(高精度,重复性好,可用于高压、高温、低温及微流量等条件)。在这些领域,大多是根据被测对象的特殊要求进行专门的结构设计,它们是专用仪表不进行批量生产。
第二节工作原理
图1所示为TUF传感器结构图,由图可见,当被测流体流过传感器时,在流体作用下,叶轮受力旋转,其转速与管道平均流速成正比,叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化,产生周期性的感应电势,即电脉冲信号,经放大器放大后,送至显示仪表显示。
TUF的实用流量方程为
qv=f/K ()
qm=qvρ()
式中 qv,qm-分别为体积流量,m3/s,
质量流量,kg/s;
f-流量计输出信号的频率,Hz;
K-流量计的仪表系数,P/m3。
流量计的仪表系数与流量(或管道雷诺数)的关系曲线如图2所示。由图可见,仪表系数可分为二段,即线性段和非线性段。线性段约为工作段的三分之二,其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段,特性受轴承摩擦力,流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器流量下限时,仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。结构相似的TUF特性曲线的形状是相似的,他仅在系统误差水平方面有所不同。
传感器的仪表系数由流量校验装置校验得出,它完全不问传感器内部流体的流动机理,把传感器作为一个黑匣子,根据输入(流量)和输出(频率脉冲信号)确定其转换系数,它便于实际应用。但要注意,此转换系数(仪表系数)是有条件的,其校验条件是参考条件,如果使用时偏离此条件,系数将发生变化,变化的情况视传感器类型,管道安装条件和流体物性参数的情况而定。
第三节主要特点
1) 高精确度,对于液体一般为±%R-±%R,高精度型可达±%R;而介质为气体,一般为±1%R-±%R,特殊专用型为±%R-±1%R。在所有流量计中,它属于最精确的。
2) 重复性好,%-%,正是由于具有良好的重复性,如经常校准或在线校准可得极高的精确度,在贸易结算中是优先选用的流量计。
3) 输出脉冲频率信号,适于总量计量及与计算机连接,无零点漂移,抗干扰能力强。
4) 可获得很高的频率信号(3-4kHz),信号分辨力强。
5) 范围度宽,中大口径可达40:1-10:1,***为6:1或5:1。
6) 结构紧凑轻巧,安装维护方便,流通能力大。
7) 适用高压测量,仪表表体上不必开孔,易制成高压型仪表。
8) 专用型传感器类型多,可根据用户特殊需要设计为各类专用型传感器,例如低温型、双向型、井下型、混砂专用型等。
9) 可制成插入型,适用于大口径测量,压力损失小,价格低,可不断流取出,安装维护方便。
10) 难以长期保持校准特性,需要定期校验。对于无润滑性的液体,液体中含有悬浮物或磨蚀性,造成轴承磨损及卡住等问题,限制了其适用范围,采用耐磨硬质合金轴和轴承后情况有所改进。对于贸易储运和高精度测量要求的,最好配备现场校验设备,可定期校准以保持其特性。
11) 一般液体TUF不适用于较高粘度介质(高粘度型除外),随着粘度的增大,流量计测量下线值提高,范围度缩小,线性度变差。
12)