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渦輪流量計傳感器

所屬分類：渦輪流量計
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發(fā)布日期：2013/3/4 11:03:00

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產品概述

渦輪流量計（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風速計、水表等。TUF由傳感器和轉換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉子感受流體的平均流速，從而推導出流量或總量。轉子的轉速（或轉數(shù)）可用機械、磁感應、光電方式檢出并由讀出裝置進行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過一個TUF專利，1914年的專利認為TUF的流量與頻率有關。美國的第一臺TUF是在1938年開發(fā)的，它用于飛機上燃油的流量測量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動機和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應的流量計才使它獲得真正的工業(yè)應用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計量各部門中獲得廣泛應用。

流量計中TUF、容積式流量計和科氏質量流量計是三類重復性、精確度最佳的產品，而TUF又具有自己的特點，如結構簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參數(shù)等，是其他兩類流量計是難以達到的。

HXLWGY系列渦輪流量計是吸取了國內外流量儀表技術經過優(yōu)化設計，具有結構簡單、輕巧、精度高、復現(xiàn)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(jié)能的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，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。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)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。

（1）實用流量方程

q_v=f/K 公式1

q_m=qvρ 公式2

式中 q_v, q_m ……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(shù)，P/m³。

流量計的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下限時，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上限時要注意防止空穴現(xiàn)象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

圖2 渦輪流量計特性曲線

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗裝置校驗得出，它不問傳感器內部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數(shù)，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

（2）理論流量方程

根據(jù)動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

公式3

式中 J：葉輪的慣性矩；

dw/dt：葉輪的旋轉加速度；

M₁：流體的驅動力拒；

M₂：粘性阻力矩；

M₃：軸承摩擦阻力矩；

M₄：磁阻力矩。

當葉輪以恒速旋轉時， 0，則M₁=M₂+M₃+M₄。經理論分析與實驗驗證可得

公式4

式中 n：葉輪轉速；

qv：體積流量；

A：與流體物性（密度、粘度等），葉輪結構參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等）有關的系數(shù)；

B：與葉片頂隙，流體流速分布有關的系數(shù)；

C：與摩擦力矩有關的系數(shù)。

國內外學者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數(shù)設計及現(xiàn)場使用條件變化時儀表系數(shù)變化規(guī)律的預測和估算。

三、產品特點

1. 高精確度，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%,正是由于具有良好的重復性，如經常校準或在線校準可得到極高的精確度，在貿易結算中是優(yōu)先選用的流量計；

3. 輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗干擾能力強；

4. 可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；

5. 范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；

6. 結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；

7. 適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8. 專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等；

9. 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。

四、基本參數(shù)與技術性能

1.技術性能表1

儀表口徑及連接方式	4、6、10、15、20、25、32、40采用螺紋連接（15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法蘭連接
精度等級	±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制）
量程比	1:10；1:15；1:20
儀表材質	304不銹鋼、316（L）不銹鋼等
被測介質溫度（℃）	-20～＋120℃
環(huán)境條件	溫度－10～+55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa
輸出信號	傳感器：脈沖頻率信號，低電平≤0.8V 高電平≥8V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號
供電電源	傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選）變送器：+24VDC 現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池
信號傳輸線	STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）
傳輸距離	≤1000m
信號線接口	基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內螺紋M20×1.5
防爆等級	基本型：非防爆產品，防爆型：ExdIIBT6
防護等級	IP65

2.測量范圍及工作壓力表2

儀表口徑（mm）	正常流量范圍（m³/h）	擴展流量范圍（m³/h）	常規(guī)耐受壓力（MPa）	特制耐壓等級（MPa）（法蘭連接方式）
DN 4	0.04～0.25	0.04～0.4	6.3	12、16、25
DN 6	0.1～0.6	0.06～0.6	6.3	12、16、25
DN 10	0.2～1.2	0.15～1.5	6.3	12、16、25
DN 15	0.6～6	0.4～8	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 20	0.8～8	0.45～9	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 25	1～10	0.5～10	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 32	1.5～15	0.8～15	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 40	2～20	1～20	6.3、2.5（法蘭）	4.0、6.3、12、16、25
DN 50	4～40	2～40	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 65	7～70	4～70	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 80	10～100	5～100	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 100	20～200	10～200	2.5	4.0、6.3、12、16、25
DN 125	25～250	13～250	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16
DN 150	30～300	15～300	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16
DN 200	80～800	40～800	1.6	2.5、4.0、6.3、12、16

五、儀表分類

1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計可分為2大類，即：

l 渦輪流量傳感器/變送器

l 智能一體化渦輪流量計

2．功能說明

l 渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產品本身不具備現(xiàn)場顯示功能，僅將流量信號遠傳輸出。流量信號可分為脈沖信號或電流信號（4-20mA）；儀表價格低廉，集成度高，體積小巧，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計算機控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號，該類產品可分為LWGY-□N型和LWGY-□A型

LWGY-□N型傳感器：12～24VDC供電，三線制脈沖輸出，高電平≥8V，低電平≤0.8V；信號傳輸距離≤1000米；

儀表選型表3

型號								說明
LWGY─	□	/□	/□	/□	/□	/□	/□	說明
公稱通徑	4							4mm，標準量程0.04～0.25m³/h，寬量程為0.04～0.4m³/h
	6							6mm，標準量程0.1～0.6m³/h，寬量程為0.06～0.6m³/h
	10							10mm，標準量程0.2～1.2m³/h，寬量程為0.15～1.5m³/h
	15							15mm，標準量程0.6～6m³/h寬量程為0.4～8m³/h
	20							20mm，標準量程0.8～8m³/h，寬量程為0.4～8m³/h
	25							25mm，標準量程1～10m³/h，寬量程為0.5～10m³/h
	32							32mm，標準量程1.5～15m³/h，寬量程為0.8～15m³/h
	40							40mm，標準量程2～20m³/h，寬量程為1～20m³/h
	50

上一個：螺紋連接渦輪流量

下一個：液體渦輪流量計

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