常用流量计 常用流量计的能耗 从节能角度选择流量计

常用流量计 常用流量计的能耗 从节能角度选择流量计

涡轮流量计是吸取了国内外流量仪表先进技术经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、复现性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计，广泛用于测量封闭管道中与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2Cr13及刚玉Al2O3、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质，工作温度下运动粘度小于5×10-6m2/s的液体，对于运动粘度大于5×10-6m2/s的液体，可对流量计进行实液标定后使用，若与具有特殊功能的显示仪表配套，还可以进行定量控制、超量报警等，是流量计量和节能的理想仪表。       

工作原理：

图所示为涡轮流量传感结构简图，由图可见，当被测流体流 过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道 平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值，检测线图中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示，涡轮流量计的流量方程可分为两种：实用流量方程和理论流量方程。

实用流量方程  qv=f/k 公式1    qm=qvp 公式2

式中qv,qm……分别为体积流量，m3/s；质量流量，kg/s

f……流量计输出信号的频率Hz；K……流量计的仪表系数，P/m3

结构：

涡轮流量计主体、前支撑、涡轮、前置放大器、后支撑、导流器、轴承等组成，前置放大器内设置有磁铁，感应线圈和放大单元，当被测流体经过流量计时，推动涡轮旋转，涡轮周期性地改变磁路的磁阻值，使通过线圈的磁通量发生周期性变化，从而在线圈内感应出脉动电信号，经放大和处理后传送至二次仪表，或就地现场显示，以实现流量积算。

产品特点：

1.高精确度，一般可达±1%R、±0.5%R，高精度型可达±0.2%R；
2.重复性好，短期重复性可达0.05%~0.2%；
3.就地显示，瞬时流量和累积流量；
4.输出脉冲频率信号，4-20mA，485通讯
5.可获得很高的频率信号，信号分辨力强；
6.范围度宽，中大口径可达1：20，小口径为1：10；
7.结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；
8.适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表；
9.专用型传感器类型多，可根据用户特殊需要设计为各类专用型传感器；
10.可制成插入型，适用于大口径测量，压力损失小，价格低，可不断流取出，安装维护方便。

技术参数：

流量范围：

涡轮流量计的修正技术，文章主要是针对涡轮流量计如何提高在使用中的精度,并对该方法进行了原理分析和验证。涡轮流量计(即涡轮传感器)是一种速度式流量计,是近些年来迅速发展的新型仪表,这种流量计具有精度高、压力损失小、量程比大等优点,可测量多种气体和液体的瞬时流量和流体总量,并可输出0~10mA、4~20mA DC、实时频率信号,与调节仪表配套可形成流量控制系统,缺点是受被测流体粘度影响大。

1　涡轮流量计的组成
涡轮流量计通过数显仪表(流量积算仪),将涡轮流量计输出的脉冲数转换成瞬时流量和累积流量,并显示出来。根据数显仪表(数采系统)接收的输入信号种类和功能不同,可以完成放大整形、单位换算、频率与电流/电压转换、积算、累积、自检等功能,如图1所示。
2　涡轮流量计的工作原理
流体流经传感器壳体,由于叶轮的叶片与流向有一定的角度,流体的冲力使用叶片具有转动力矩,克服摩擦力矩和流体阻力矩之后叶片旋转在力矩平衡后转速稳定,在一定条件下,转速和流速成正比,由于叶片的转动带动信号检测器(同长久磁铁和线圈组成)的磁场中,旋转的叶片带动长久磁铁使线圈切割磁力线,周期性地改变线圈磁通量,从而使线圈输出电脉冲信号,此信号经过放大器的放大整形,形成有一定幅度的连续的矩形波,可远传至显示仪表,显示出流体的实时流量、体积流量和累积流量。
作用在涡轮上的力矩可分为以下几个[2]:流体通过涡轮时对叶片产生的切向推动力矩M1;液体沿涡轮表面流动时产生的粘滞摩擦力矩M2;轴承的摩擦力矩M3;磁电转换器对涡轮产生的电磁反作用阻力矩M4。由此建立涡轮的运动微分方程:
通过特定的推导公式,可以得到涡轮流量与涡轮流量计的转速并不是简单的线性关系。为了简化应用,通常省略比较小的高次分量,得出一个线性表达式,即qv=f/K,现有的检定规程也采用平均K系数来作为涡轮流量计品质判定。
3　涡轮流量计K-qv特性
理想的线性特性曲线是平行于qv轴的直线。但由于液体水力特性的影响和叶轮上所受的阻力矩作用的结果,实际的特性曲线具有高峰特性,高峰出现在传感器上限量程的(20~30)% FS。产生高峰特性的原因是,当流量减少到某一数值时,作用于涡轮上的旋转力矩和粘滞力矩都相应减少,但因粘滞力矩减少显著,所以涡轮的转速反而会提高,特性曲线出现高峰。随着流量的进一步减少,作用在涡轮上的所有阻力矩的影响相对突出,涡轮转速降得快,特性曲线明显下降。只有流量增大到超过某一值时,作用在涡轮上的旋转力矩增大,在与阻力矩达到平衡时,特性曲线才趋于平直,如图2所示[3]。
流量计检定规程运用的主要计算公式:
4　涡轮流量计f-qv特性
频率-流量特性是表示输出信号频率(f)与体积流量(qv)之间的关系。其f-qv特性曲线如图3。理想的f-qv曲线应是通过坐标原点的一条直线。但从线性特性分析可知,在实际的流量测量过程中,仪表系数K随流量大小的变化而有所变化,故其输出脉冲数f与流量大小的变化偏离理想的f-qv曲线,如图3所示。通过图中特性线所示的流量计实际工作直线,流量和频率之间实际是一条带截距的工作直线(理想的工作直线是过原点)。通过图3可看到[3],只要f-qv特性线是一条直线或者是一条可以量化的特性线,均可利用特性线得到准确的流量值。
5　计算结果验证
利用第5条的f-qv特性,将频率和流量拟合成多项式,将频率作为可以精确测量的已知参数,反算出流量,验证如下。
(1)以苏州华陆的LWGY-4A型流量计为例,该传感器通过四川泛华航空仪表电器厂流量计量站检定,本次检定了5个采样点,数据如表1。检定结论:流量计线性度为0·707%,定级为1·0级,平均仪表系数为31915·2095/L。
(2)以苏州华陆的LWGY-10B1型流量计为例,该传感器通过四川泛华航空仪表电器厂流量计量站检定,本次检定了5个采样点,数据见表3。检定结论:流量计线性度为0·39%,定级为0·5级,平均仪表系数为3423·0304/L。
从上述两个例子看,使用平均仪表系数,虽然精度可以控制在一定的范围内,但在部分使用精度要求较高的场合中,并满足不了其精度要求。为了提高测试精度,利用了涡轮流量计f-qv特性,通过线性拟合,一次多项式拟合计算结果虽然多数点下可以提高测试数据的精度,但可能在某个点个出现较大误差。如果使用拟合的二次多项式计算结果,从验证的两组数据看,可以避免上述小问题,并可以将相对误差精度可以提高一个量级(根据傅立叶定律,在提高多项式次数的情况下即可得到更高的计算精度)。
在实际工作中,也常常用到f-qv特性曲线。在单位时间内的流体流过传感器的质量为m=ρgv=af+b (ρ为流体密度; v为单位时间流体流过传感器的体积)。这种方法常用在现场工程测试中(即称重法),测出密度、质量,即可得到f-qv关系式,并计算出引用误差。

现行国家检定规程仍使用平均K系数作为涡轮流量计的考评指标,主要是考虑理想情况下涡轮流量计的输出频率与流过的流量成正比,即用流量积算仪等功能比较单一的仪表也比较容易得出瞬时流量或累积流量。在测试技术日新月异的今天,只要重复好的传感器,通过智能数采系统修正,非线性的特性线也可以比较准确地计算出流量。在不使用平均K系数的智能数采系统中,如果能充分利用涡轮流量计f-qv特性,并采用一次或多次多项式拟合方法进行使用,完全可以将测试精度提高到更高的测试精度。从验证的数据看,采用二次式,其计算量比较小,测试的相对误差即可控制在比较小的范围内。