水流量傳感器

渦輪流量計是吸取了國內(nèi)外流量儀表*技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)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(zhì)合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質(zhì)，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(biāo)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。

工作原理：

圖所示為渦輪流量傳感結(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測流體流 過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道 平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測線圖中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)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(zhì)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

結(jié)構(gòu)：

渦輪流量計主體、前支撐、渦輪、前置放大器、后支撐、導(dǎo)流器、軸承等組成，前置放大器內(nèi)設(shè)置有磁鐵，感應(yīng)線圈和放大單元，當(dāng)被測流體經(jīng)過流量計時，推動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪周期性地改變磁路的磁阻值，使通過線圈的磁通量發(fā)生周期性變化，從而在線圈內(nèi)感應(yīng)出脈動電信號，經(jīng)放大和處理后傳送至二次儀表，或就地現(xiàn)場顯示，以實現(xiàn)流量積算。

產(chǎn)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(fù)性好，短期重復(fù)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(jié)構(gòu)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(jù)用戶特殊需要設(shè)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(shù)參數(shù)：

流量范圍：

安裝注意事項：

1.安裝場所

傳感器應(yīng)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(tǒng)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(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進入傳感器應(yīng)為充分發(fā)展管流，因此要根據(jù)傳感器上游側(cè)阻流件類型配備必要的直管段或流動調(diào)整器，如表所示。若上游側(cè)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(diào)整器，渦輪流量計傳感器安裝在室外時，應(yīng)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(yīng)有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內(nèi)），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應(yīng)小于5°，垂直安裝時流件方向必須向上。需連續(xù)運行不能停流的場所，應(yīng)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(shè)管道裝傳感器的位置先接入一段短管代替?zhèn)鞲衅鳎?/span>“掃線”工作完畢確認(rèn)管道內(nèi)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(zhì)，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)裝過濾器，對于不能停流的，應(yīng)并聯(lián)安裝兩套過濾器輪流**雜質(zhì)，或選用自動清洗型過濾器，若被測液體含有氣體，則應(yīng)在傳感器上游側(cè)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(zhì)沉淀滯留，應(yīng)在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質(zhì)。

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(diào)節(jié)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(guān)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(guān)旁路閥（要保證無泄漏），*后調(diào)節(jié)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(huán)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(yīng)盡可能平緩，如采用自動控制啟閉，*好用“兩段開啟，兩段關(guān)閉”方式，防止流體突然沖擊葉輪甚至發(fā) 生水錘現(xiàn)象損壞葉輪。檢查流量計下游壓力。當(dāng)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(yīng)采取措施以防止產(chǎn)生氣穴。

流量計的儀表系數(shù)是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)裝置校驗后，供給用戶校驗單上寫明的，謹(jǐn)防丟失。傳感器長期使用因軸承磨損等原因，儀表系數(shù)會發(fā)生變化，應(yīng)定期進行離線或在線校驗。若流量超出允許范圍，應(yīng)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(yīng)符合渦輪流量計的規(guī)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(fā)現(xiàn)異常及時采取措施排除，監(jiān)測葉輪旋轉(zhuǎn)情況，如聽到異常聲音，用示波器監(jiān)測檢測線圈輸出波形，如有異常波形，應(yīng)及時卸下檢查傳感器內(nèi)部零件，如懷疑有不正?，F(xiàn)象 應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)表法渦輪流量計誤差評定方法：

對6臺標(biāo)準(zhǔn)Hualu/華陸渦輪流量計的測量數(shù)據(jù)進行分析，采用線性內(nèi)插和曲線擬合方法，比較兩種方法計算結(jié)果的不確定度，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)表法流量裝置是指流體在相同的時間間隔內(nèi)連續(xù)通過標(biāo)準(zhǔn)流量計和被檢流量計，用比較的方法確定被檢流量計的準(zhǔn)確度的方法。裝置由流體源、試驗管路系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)流量計、流量調(diào)節(jié)閥以及輔助設(shè)備等組成，方便量值傳遞、擴大流量范圍、節(jié)約投資和提高檢定效率。渦輪流量計具有精度高、響應(yīng)快、測量范圍寬和壓損小等優(yōu)點，常作為標(biāo)準(zhǔn)器應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中。

根據(jù)JJG 643-2003《標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置》可知，利用標(biāo)準(zhǔn)裝置對流量計進行檢定時，選取量程內(nèi)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(zhǔn)結(jié)果為參考，采用線性內(nèi)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(qū)使渦輪葉片旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)為基準(zhǔn)的。使用儀表系數(shù)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(shù)K計算示值誤差

式中:K_i———檢定點的平均儀表系數(shù)，(m³)^-1或L^-1;

K_ij———第i檢定點第j次檢定的系數(shù)，(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(shù);

V_ij———第i個檢定點第j次檢定時標(biāo)準(zhǔn)裝置測得的實際體積，m³或L;

i———1,2，…，m,m為檢定點數(shù)，m≥3;

j———1,2，…，n,n為檢定點數(shù)，n≥3。

渦輪流量計的儀表系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計處狀態(tài)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(nèi)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(tài)，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(shù)與流量之間的關(guān)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(nèi)普遍采用線性內(nèi)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)不確定度u_r(K_LI,i,i+1)為:

線性內(nèi)插法的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u_r,K-LI，為標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(qū)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(shù)幾乎為一常數(shù)，超過某一黏度值后，儀表系數(shù)將隨著運動黏度的增大不再呈現(xiàn)線性。

對6臺渦輪流量計的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)K_CR,i，與實驗測試結(jié)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(shù)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(zhǔn)結(jié)果，線性內(nèi)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(nèi)插法的不確定度明顯超過曲線擬合法，線性內(nèi)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(jié)論

以6臺氣體渦輪流量計的測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，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(jié)果更符合Hualu/華陸渦輪流量計的儀表特性，能更好的預(yù)測渦輪流量計在各流量點的誤差值，實現(xiàn)量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。