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渦輪流量計(jì)（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計(jì)的主要品種，葉輪式流量計(jì)還有風(fēng)速計(jì)、水表等。TUF由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子感受流體的平均流速，從而推導(dǎo)出流量或總量。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)數(shù)）可用機(jī)械、磁感應(yīng)、光電方式檢出并由讀出裝置進(jìn)行顯示和傳送記錄。據(jù)稱美國早在1886年即發(fā)布過*個(gè)TUF，1914年的認(rèn)為TUF的流量與頻率有關(guān)。美國的*臺(tái)TUF是在1938年開發(fā)的，它用于飛機(jī)上燃油的流量測(cè)量，只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今，它已在石油、化工、科研、國防、計(jì)量各部門中獲得廣泛應(yīng)用。

流量計(jì)中TUF、容積式流量計(jì)和科氏質(zhì)量流量計(jì)是三類重復(fù)性、精確度*的產(chǎn)品，而TUF又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應(yīng)高參數(shù)等，是其他兩類流量計(jì)是難以達(dá)到的。

HSBLWGY系列渦輪流量計(jì)是吸取了國內(nèi)外流量儀表*技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(hù)使用方便等特點(diǎn)的新一代，廣泛用于測(cè)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(yùn)動(dòng)粘度小于5×10^-6m²/s的液體，對(duì)于運(yùn)動(dòng)粘度大于5×10^-6m²/s的液體，可對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)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(jìn)行定量控制、超量報(bào)警等，是流量計(jì)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(jié)構(gòu)簡圖，由圖可見，當(dāng)被測(cè)流體流過傳感器時(shí)，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(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。

（1）實(shí)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(zhì)量流量，kg/s;

f ……流量計(jì)輸出信號(hào)的頻率，Hz;

K ……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m³。

流量計(jì)的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關(guān)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(jié)構(gòu)尺寸及流體粘性有關(guān)。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當(dāng)流量低于傳感器流量下*，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(guān)系。當(dāng)流量超過流量上*要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)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 特性曲線

傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗(yàn)裝置校驗(yàn)得出，它*不問傳感器內(nèi)部流體機(jī)理，把傳感器作為一個(gè)黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號(hào)）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實(shí)際應(yīng)用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗(yàn)條件是參考條件，如果使用時(shí)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(dòng)量矩定理可以列出葉輪的運(yùn)動(dòng)方程

公式3

式中 J：葉輪的慣性矩；

dw/dt：葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度；

M₁：流體的驅(qū)動(dòng)力拒；

M₂：粘性阻力矩；

M₃：軸承摩擦阻力矩；

M₄：磁阻力矩。

當(dāng)葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時(shí)，0，則M₁=M₂+M₃+M₄。論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可得

公式4

式中 n：葉輪轉(zhuǎn)速；

qv：體積流量；

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

流道截面積等）有關(guān)的系數(shù)；

B：與葉片頂隙，流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；

C：與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。

國內(nèi)外學(xué)者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結(jié)構(gòu)及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動(dòng)力學(xué)特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動(dòng)特性有復(fù)雜的關(guān)系。比如當(dāng)流場(chǎng)有旋渦和非對(duì)稱速度分布時(shí)水動(dòng)力學(xué)特性就非常復(fù)雜。不能用理論式推導(dǎo)儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實(shí)流校驗(yàn)確定。但是理論流量方程有巨大的實(shí)用意義，它可用于指導(dǎo)傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化時(shí)儀表系數(shù)變化規(guī)律的預(yù)測(cè)和估算。

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 高精確度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；

2. 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到*的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)；

3. 輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗*力強(qiáng)；

4. 可獲得很高的頻率信號(hào)（3~4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)；

5. 范圍度寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6. 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7. 適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8. 型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計(jì)為各類型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂型等；

9. 可制成插入型，適用于大口徑測(cè)量，壓力損失小，價(jià)格低，可不斷流取出，安裝維護(hù)方便。

四、基本參數(shù)與技術(shù)性能

1.技術(shù)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(jí)	±1%R、±0.5%R、±0.2%R（需特制）
量程比	1:10；1:15；1:20
儀表材質(zhì)	304不銹鋼、316（L）不銹鋼等
被測(cè)介質(zhì)溫度（℃）	-20～＋120℃
環(huán)境條件	溫度－10～+55℃，相對(duì)濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa
輸出信號(hào)	傳感器：脈沖頻率信號(hào)，低電平≤0.8V 高電平≥8V 變送器：兩線制4 ~ 20mADC電流信號(hào)
供電電源	傳感器：+12VDC 、+24VDC（可選）變送器：+24VDC 現(xiàn)場(chǎng)顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池
信號(hào)傳輸線	STVPV3×0.3（三線制），2×0.3（二線制）
傳輸距離	≤1000m
信號(hào)線接口	基本型：豪斯曼接頭，防爆型：內(nèi)螺紋M20×1.5
防爆等級(jí)	基本型：非防爆產(chǎn)品，防爆型：ExdIIBT6
防護(hù)等級(jí)	IP65

2.測(cè)量范圍及工作壓力

表2

儀表口徑（mm）	正常流量范圍（m³/h）	擴(kuò)展流量范圍（m³/h）	常規(guī)耐受壓力（MPa）	特制耐壓等級(jí)（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系列可分為2大類，即：

l 渦輪流量傳感器/變送器

l 智能一體化

2．功能說明

l 渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)場(chǎng)顯示功能，僅將流量信號(hào)遠(yuǎn)傳輸出。流量信號(hào)可分為脈沖信號(hào)或電流信號(hào)（4-20mA）；儀表價(jià)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用。

按照不同的輸出信號(hào)，該類產(chǎn)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(hào)傳輸距離≤1000米；

儀表選型

表3

型號(hào)								說明
LWGY─	□	/□	/□	/□	/□	/□	/□	說明
公稱通徑	4							4mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.04～0.25m³/h，寬量程為0.04～0.4m³/h
	6							6mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.1～0.6m³/h，寬量輪為0.06～0.6m³/h
	10							10mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.2～1.2m³/h，寬量程為0.15～1.5m³/h
	15							15mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.6～6m³/h寬量程為0.4～8m³/h
	20							20mm，標(biāo)準(zhǔn)量程0.8～8m³/h，寬量程為0.4～8m³/h
	25							25mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1～10m³/h，寬量程為0.5～10m³/h
	32							32mm，標(biāo)準(zhǔn)量程1.5～15m³/h，寬量程為0.8～15m³/h
	40							40mm，標(biāo)準(zhǔn)量程2～20m³/h，寬量程為1～20m³/h
	50							50mm，標(biāo)準(zhǔn)量程4～40m³/h，寬量程為2～40m³/h
	65							65mm，標(biāo)準(zhǔn)量程7～70m³/h，寬量程為4～70m³/h
	80							80mm，標(biāo)準(zhǔn)量程10～100m³/h，寬量程為5～100m³/h
	100							100mm，標(biāo)準(zhǔn)量程20～200m³/h，寬量程為10～200m³/h
	125							125mm，標(biāo)準(zhǔn)量程25～250m³/h，寬量程為13～250m³/h
	150							150mm，標(biāo)準(zhǔn)量程30～300m³/h，寬量程為15～300m³/h
	200							200mm，標(biāo)準(zhǔn)量程80～800m³/h，寬量程為40～800m³/h
類型		N						基本型，+12V供電，脈沖輸出，高電平≥8V低電平≤0.8V
		A						4～20mA兩線制電流輸出，遠(yuǎn)傳變送型
		B						電池供電現(xiàn)場(chǎng)顯示型
		C						現(xiàn)場(chǎng)顯示/4～20mA 兩線制電流輸出
		C1						現(xiàn)場(chǎng)顯示/RS485通訊協(xié)議
		C2						現(xiàn)場(chǎng)顯示/HART通訊協(xié)議
精度等級(jí)			05					精度0.5級(jí)
精度等級(jí)			10					精度1.0級(jí)
渦輪類型				W				寬量程渦輪
渦輪類型				S				標(biāo)準(zhǔn)渦輪
材質(zhì)					S			304不銹鋼
材質(zhì)					L			316（L）不銹鋼
防爆								無標(biāo)記，為非防爆型
防爆						E		防爆型（ExmⅡCT6或 ExdⅡBT6）
壓力等級(jí)							N	常規(guī) （參照表2）
壓力等級(jí)							H（x）	高壓（參照表2）

注：DN15～DN40常規(guī)為螺紋連接，如希望采用法蘭連接，請(qǐng)?jiān)?ldquo;公稱通徑”后加“（FL）”

例如，選用一臺(tái)法蘭連接式防爆型測(cè)量柴油，管道為DN40、現(xiàn)場(chǎng)需要顯示并遠(yuǎn)傳電流信號(hào)，要求精度0.5級(jí)，304不銹鋼材質(zhì)，儀表耐壓16MPa測(cè)量范圍為標(biāo)準(zhǔn)量程，其產(chǎn)品型號(hào)應(yīng)為：LWGY-40（FL）/C/05/S/S/E/H16