渦輪流量計的基本概述及工作原理

1、渦輪流量計基本概述

葉輪式流量計是一種速度式流量儀表，主要有渦輪流量計、分流旋翼流量計、水表和葉輪風(fēng)速計等。渦輪流量計是葉輪式流量計的主要品種，在國際上已有近半個世紀(jì)的工業(yè)應(yīng)用歷史，我國從60年代中期開始生產(chǎn)，已形成全系列化儀表。它利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映通過管道的體積流量大小，是目前流量儀表中比較成熟的高精度儀表。渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表(流量積算儀)組成，可實現(xiàn)瞬時流量和累積流量的計量。傳感器輸出與流量成正比的脈沖頻率信號，該信號通過傳輸線路遠(yuǎn)距離傳送給顯示儀表，便于進(jìn)行累積和顯示。此外，傳感器輸出的脈沖頻率信號可以單獨(dú)與計算機(jī)配套使用，由計算機(jī)代替流量顯示儀表實現(xiàn)密度或溫度、壓力補(bǔ)償，顯示質(zhì)量流量或氣體體積流量。本儀表適用于輕質(zhì)成品油、石化產(chǎn)品等液體和空氣、天然氣等低粘度流體介質(zhì)，通常用于流體總量的測量。如今，渦輪流量計已在石油、化工、科研、國防和計量等各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

2、渦輪流量計的工作原理

渦輪流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。

它主要由儀表殼體1、前后導(dǎo)向架組件2和4、葉輪組件3和信號檢測放大器6組成。當(dāng)被測流體通過渦輪流量傳感器時，流體通過導(dǎo)流器沖擊渦輪葉片，由于渦輪的葉片與流體流向間有一傾角θ，流體的沖擊力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使渦輪克服機(jī)械摩擦阻力距和流動阻力矩而轉(zhuǎn)動。實踐表明，在一定的流量范圍內(nèi)，對于一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與通過渦輪的流量成正比。所以，可以通過測量渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度來測量流量。

渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度一般都是通過安裝在傳感器殼體外面的信號檢測放大器用磁電感應(yīng)的原理來測量轉(zhuǎn)換的。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動時，渦輪上由導(dǎo)磁不銹鋼制成的螺旋形葉片依次接近和離開處于管壁外的磁電感應(yīng)線圈，周期性地改變感應(yīng)線圈磁回路的磁阻，使通過線圈的磁通量發(fā)生周期性的變化而產(chǎn)生與流量成正比的脈沖電信號。此脈沖信號經(jīng)信號檢測放大器放大整形后送至顯示儀表（或計算機(jī)）顯示流體流量或總量。

在某**量范圍和一定粘度范圍內(nèi)，渦輪流量計輸出的信號脈沖頻率ｆ與通過渦輪流量計的體積流量qν成正比。即

ｆ=Kqν

式中，K是渦輪流量計的儀表系數(shù)（1/L或1/m3），在渦輪流量計的使用范圍內(nèi)，儀表系數(shù)K應(yīng)為一常數(shù)，其數(shù)值由實驗標(biāo)定得到。每一臺渦輪流量傳感器的校驗合格證上都標(biāo)明經(jīng)過實流校驗測得的儀表系數(shù)K值。

儀表系數(shù)K的意義是單位體積流量（或單位體積的流體量）通過渦輪流量傳感器時傳感器輸出的信號脈沖頻率ｆ（或信號脈沖總數(shù)N）。所以，當(dāng)測得傳感器輸出的信號脈沖頻率或某一時間內(nèi)的脈沖總數(shù)N后，分別除以儀表系數(shù)K（1/L或1/m3），就可得到體積流量qν（L/s或m3/s）或流體總量V（L或m3）。即