水流量傳感器

渦輪流量計是吸取了國內外流量儀表*技術經過優化設計，具有結構簡單、輕巧、精度高、復現性好、反應靈敏，安裝維護使用方便等特點的新一代渦輪流量計，廣泛用于測量封閉管道中與不銹鋼1Cr18Ni9Ti、2Cr13及剛玉Al2O3、硬質合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質，工作溫度下運動粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運動粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計進行實液標定后使用，若與具有特殊功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、超量報警等，是流量計量和節能的理想儀表。

工作原理：

圖所示為渦輪流量傳感結構簡圖，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，檢測線圖中的磁通隨之發生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

實用流量方程 qv=f/k 公式1 qm=qvp 公式2

式中qv,qm……分別為體積流量，m3/s；質量流量，kg/s

f……流量計輸出信號的頻率Hz；K……流量計的儀表系數，P/m3

結構：

渦輪流量計主體、前支撐、渦輪、前置放大器、后支撐、導流器、軸承等組成，前置放大器內設置有磁鐵，感應線圈和放大單元，當被測流體經過流量計時，推動渦輪旋轉，渦輪周期性地改變磁路的磁阻值，使通過線圈的磁通量發生周期性變化，從而在線圈內感應出脈動電信號，經放大和處理后傳送至二次儀表，或就地現場顯示，以實現流量積算。

產品特點：

1.高**度，一般可達±1%R、±0.5%R，高精度型可達±0.2%R；
2.重復性好，短期重復性可達0.05%~0.2%；
3.就地顯示，瞬時流量和累積流量；
4.輸出脈沖頻率信號，4-20mA，485通訊
5.可獲得很高的頻率信號，信號分辨力強；
6.范圍度寬，中大口徑可達1：20，小口徑為1：10；
7.結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；
8.適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；
9.專用型傳感器類型多，可根據用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器；
10.可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護方便。

技術參數：

流量范圍：

安裝注意事項：

1.安裝場所

傳感器應安裝在便于維修，管道無振動、無強電磁干擾與熱輻射影響的場所，渦輪流量計的典型安裝管路系統如圖所示，圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不一定全部都需要。渦輪流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進入傳感器應為充分發展管流，因此要根據傳感器上游側阻流件類型配備必要的直管段或流動調整器，如表所示。若上游側阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能 滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流調整器，渦輪流量計傳感器安裝在室外時，應有避直射陽光和防雨淋的措施。

2.連接管道的安裝要求

水平安裝的傳感器要求管道不應有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應小于5°，垂直安裝時流件方向必須向上。需連續運行不能停流的場所，應裝旁通管和可靠的截止閥（見圖），測量時要確保旁通管無泄漏，在新鋪設管道裝傳感器的位置先接入一段短管代替傳感器，待：“掃線”工作完畢確認管道內清掃干凈后，再正式接入傳感器。由于忽視此項工作，掃線損壞傳感器屢見不鮮。

若流體含雜質，則應在傳感器上游側裝過濾器，對于不能停流的，應并聯安裝兩套過濾器輪流**雜質，或選用自動清洗型過濾器，若被測液體含有氣體，則應在傳感器上游側裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向安全的場所。若傳感器安裝位置位于管線的低點，為防止流體中雜質沉淀滯留，應在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質。

使用注意事項：

1.投入動行的啟閉順序

未裝旁路管的流量計，先以中等開度開啟流量計上游閥，然后緩慢開啟下游閥。以較小流量運行一段時間（如10分鐘），然后全開上游閥，再開大下游閥開度，調節到所需正常流量。裝有旁路管的流量計，先全開旁路管閥，以中等開度開啟上游閥，緩慢開啟下游閥，關小旁路閥開度，使儀表以較小流量運行一段時間，然后全開上游閥，全關旁路閥（要保證無泄漏），*后調節下游開度到所需的流量。

2.低溫和高溫流體的啟用

低溫流體管道在通流前排凈管道中的水分，通流時先以很小流量運行15分鐘，再漸漸升高至正常流量，停流時也要緩慢進行，使管道溫度和環境溫度逐漸接近，高溫流體運行與此相類似。

3.其他注意事項

啟閉閥應盡可能平緩，如采用自動控制啟閉，*好用“兩段開啟，兩段關閉”方式，防止流體突然沖擊葉輪甚至發 生水錘現象損壞葉輪。檢查流量計下游壓力。當管道壓力不高，在投入運行初期觀察*大流量下傳感器下游壓力是否大于公式5計算的Pmin，否則應采取措施以防止產生氣穴。

流量計的儀表系數是經過標準裝置校驗后，供給用戶校驗單上寫明的，謹防丟失。傳感器長期使用因軸承磨損等原因，儀表系數會發生變化，應定期進行離線或在線校驗。若流量超出允許范圍，應更換傳感器。有些測量對象，如輸送成器油管線更換油品或停用時，需定期進行掃線清管工作。掃線清管所用流體的流向、流量、壓力和溫度等均應符合渦輪流量計的規定，否則會引起**度降低甚至損壞。

為保證流量計長期正常工作，要加強儀表的運行檢查，一旦發現異常及時采取措施排除，監測葉輪旋轉情況，如聽到異常聲音，用示波器監測檢測線圈輸出波形，如有異常波形，應及時卸下檢查傳感器內部零件，如懷疑有不正常現象 應及時檢查，保持過濾器暢通，過濾器可從出入口壓力計的壓差來判斷是否堵塞，要定期排放消氣器中從液體逸出的氣體等等。

標準表法渦輪流量計誤差評定方法：

對6臺標準Hualu/華陸渦輪流量計的測量數據進行分析，采用線性內插和曲線擬合方法，比較兩種方法計算結果的不確定度，結果表明采用曲線擬合的方法對渦輪流量計的誤差評定更符合流量計的儀表特性，且引入更低的不確定度。

標準表法流量裝置是指流體在相同的時間間隔內連續通過標準流量計和被檢流量計，用比較的方法確定被檢流量計的準確度的方法。裝置由流體源、試驗管路系統、標準流量計、流量調節閥以及輔助設備等組成，方便量值傳遞、擴大流量范圍、節約投資和提高檢定效率。渦輪流量計具有精度高、響應快、測量范圍寬和壓損小等優點，常作為標準器應用在標準表法流量標準裝置中。

根據JJG 643-2003《標準表法流量標準裝置》可知，利用標準裝置對流量計進行檢定時，選取量程內的固定幾個流量點作為檢定點，檢定點與被檢流量計工作時的實際流量點不一致，即非定點使用的情況。非定點使用的流量計，需基于檢定點的不確定度對未檢定流量點的不確定度進行評估，不同的評估方法對不確定度的引入存在差別。本文對6臺渦輪流量計的校準結果為參考，采用線性內插和曲線擬合兩種方法對比，分析兩種評估方法。

1 渦輪流量計

渦輪流量計是一種流量測量儀表，流動流體的動力驅使渦輪葉片旋轉，其旋轉速度與體積流量近似成比例。通過流量計的流體體積示值是以渦輪葉輪轉數為基準的。使用儀表系數K計算流量計示值誤差的為A類，使用累積流量計算流量計示值誤差的為B類。

1.1 使用儀表系數K計算示值誤差

式中:K_i———檢定點的平均儀表系數，(m³)^-1或L^-1;

K_ij———第i檢定點第j次檢定的系數，(m³)^-1或L^-1;

N_ij———第i個檢定點第j次檢定時流量計顯示儀表測得的脈沖數;

V_ij———第i個檢定點第j次檢定時標準裝置測得的實際體積，m³或L;

i———1,2，…，m,m為檢定點數，m≥3;

j———1,2，…，n,n為檢定點數，n≥3。

渦輪流量計的儀表系數K:

渦輪流量計儀表的示值誤差E:

式中:(K_i)_max———流量計在q_t和q_max流量范圍各流量檢定點的K_i中的值，(m³)^-1或L^-1;

(K_i)_min———流量計在q_t和q_max流量范圍各流量檢定點的K_i中的值，(m³)^-1或L^-1。

1.2 使用累積流量計算流量計的相對示值誤差

式中:E_ij———第i檢定點第j次檢定被檢流量計的相對示值誤差，%;

V_ij———第i檢定點第j次檢定時流量計顯示的累積流量值，m³;

(V_s)_ij———第i檢定點第j次檢定時標準器換算到流量計處狀態的累積流量值，m³。

第i檢定點被檢流量計的相對示值誤差(見表1):

2 誤差評估方法

2.1 線性內插

Hualu/華陸渦輪流量計的理想特性是假定渦輪處于勻速運動的平衡狀態，并且機械摩擦阻力矩和流體對渦輪的阻力矩均可忽略的條件下，儀表系數與流量之間的關系為線性。

對于非定點使用下渦輪流量計的相對示值誤差，國內普遍采用線性內插法(簡寫為LI)，即通過相鄰流量的q_v,i、q_v,i+1及誤差E_i、E_i+1，采用線性內插的方式計算得到相鄰流量間q_v,I,i+1的誤差E_LI,i,i+1，則:

將示值誤差視為B類不確定度，為矩陣分布，K_LI,i,i+1相對標準不確定度u_r(K_LI,i,i+1)為:

線性內插法的相對標準不確定度u_r,K-LI，為標準不確定度中的大值(見表2):

2.2 曲線擬合

渦輪流量計的儀表系數主要受機械摩擦阻力和流體阻力的影響。機械摩擦阻力越小，流量計的始動流量值也越小，即在小流量區段量限越寬，減小流量計的軸與軸承間的摩擦力可提高小流量特性。流體的運動粘度較低時，儀表系數幾乎為一常數，超過某一黏度值后，儀表系數將隨著運動黏度的增大不再呈現線性。

對6臺渦輪流量計的校準數據進行流量計誤差E和檢定點q_v間進行曲線擬合，計算擬合參數和不確定，其公式如下:

帶入多項式擬合公式中，計算得到儀表系數K_CR,i，與實驗測試結果K_i間的偏差D_CR,i為:

基于各流量點的偏差，并考慮多項式擬合公式中5個常數計算對自由度的影響，擬合曲線的不確定度u_r,K-CR為:

2.3 評估方法比較

基于6臺渦輪流量計的校準結果，線性內插和曲線擬合得到的各渦輪流量計的不確定度如圖1所示。

圖1表明:線性內插法的不確定度明顯超過曲線擬合法，線性內插的不確定度為0.072%，曲線擬合法大為0.025%，其中兩種不確定度差異的達到0.047%。

3 結論

以6臺氣體渦輪流量計的測量數據為基礎，比較線性插值和曲線擬合兩種誤差評定方法引入的不確定度，曲線擬合結果更符合Hualu/華陸渦輪流量計的儀表特性，能更好的預測渦輪流量計在各流量點的誤差值，實現量值傳遞的準確可靠。