水流量傳感器

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)的新一代渦輪流量計(jì)，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(yùn)動粘度小于5×10-6m2/s的液體，對于運(yùn)動粘度大于5×10-6m2/s的液體，可對流量計(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。

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(jì)的流量方程可分為兩種：實(shí)用流量方程和理論流量方程。

實(shí)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(jì)輸出信號的頻率Hz；K……流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m3

結(jié)構(gòu)：

渦輪流量計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)流量積算。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.高**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%；
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(qiáng)；
6.范圍度寬，中大口徑可達(dá)1：20，小口徑為1：10；
7.結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)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(jì)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(hù)方便。

技術(shù)參數(shù)：

流量范圍：

安裝注意事項(xiàng)：

1.安裝場所

傳感器應(yīng)安裝在便于維修，管道無振動、無強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場所，渦輪流量計(jì)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(jì)對管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進(jìn)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(jì)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(yùn)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?，待?/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(xiàng)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(diǎn)，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(xiàng)：

1.投入動行的啟閉順序

未裝旁路管的流量計(jì)，先以中等開度開啟流量計(jì)上游閥，然后緩慢開啟下游閥。以較小流量運(yùn)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(jì)，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(yùn)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(yùn)行15分鐘，再漸漸升高至正常流量，停流時也要緩慢進(jìn)行，使管道溫度和環(huán)境溫度逐漸接近，高溫流體運(yùn)行與此相類似。

3.其他注意事項(xiàng)

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(jì)下游壓力。當(dāng)管道壓力不高，在投入運(yùn)行初期觀察*大流量下傳感器下游壓力是否大于公式5計(jì)算的Pmin，否則應(yīng)采取措施以防止產(chǎn)生氣穴。

流量計(jì)的儀表系數(shù)是經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)裝置校驗(yàn)后，供給用戶校驗(yàn)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(jìn)行離線或在線校驗(yàn)。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(jìn)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(jì)的規(guī)定，否則會引起**度降低甚至損壞。

為保證流量計(jì)長期正常工作，要加強(qiáng)儀表的運(yùn)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(jì)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(jì)誤差評定方法：

對6臺標(biāo)準(zhǔn)Hualu/華陸渦輪流量計(jì)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用線性內(nèi)插和曲線擬合方法，比較兩種方法計(jì)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(jì)的誤差評定更符合流量計(jì)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(jì)和被檢流量計(jì)，用比較的方法確定被檢流量計(jì)的準(zhǔn)確度的方法。裝置由流體源、試驗(yàn)管路系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥以及輔助設(shè)備等組成，方便量值傳遞、擴(kuò)大流量范圍、節(jié)約投資和提高檢定效率。渦輪流量計(jì)具有精度高、響應(yīng)快、測量范圍寬和壓損小等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)進(jìn)行檢定時，選取量程內(nèi)的固定幾個流量點(diǎn)作為檢定點(diǎn)，檢定點(diǎn)與被檢流量計(jì)工作時的實(shí)際流量點(diǎn)不一致，即非定點(diǎn)使用的情況。非定點(diǎn)使用的流量計(jì)，需基于檢定點(diǎn)的不確定度對未檢定流量點(diǎn)的不確定度進(jìn)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(jì)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(jì)

渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)算流量計(jì)示值誤差的為A類，使用累積流量計(jì)算流量計(jì)示值誤差的為B類。

1.1 使用儀表系數(shù)K計(jì)算示值誤差

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

K_ij———第i檢定點(diǎn)第j次檢定的系數(shù)，(m³)^-1或L^-1;

N_ij———第i個檢定點(diǎn)第j次檢定時流量計(jì)顯示儀表測得的脈沖數(shù);

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

i———1,2，…，m,m為檢定點(diǎn)數(shù)，m≥3;

j———1,2，…，n,n為檢定點(diǎn)數(shù)，n≥3。

渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)K:

渦輪流量計(jì)儀表的示值誤差E:

式中:(K_i)_max———流量計(jì)在q_t和q_max流量范圍各流量檢定點(diǎn)的K_i中的值，(m³)^-1或L^-1;

(K_i)_min———流量計(jì)在q_t和q_max流量范圍各流量檢定點(diǎn)的K_i中的值，(m³)^-1或L^-1。

1.2 使用累積流量計(jì)算流量計(jì)的相對示值誤差

式中:E_ij———第i檢定點(diǎn)第j次檢定被檢流量計(jì)的相對示值誤差，%;

V_ij———第i檢定點(diǎn)第j次檢定時流量計(jì)顯示的累積流量值，m³;

(V_s)_ij———第i檢定點(diǎn)第j次檢定時標(biāo)準(zhǔn)器換算到流量計(jì)處狀態(tài)的累積流量值，m³。

第i檢定點(diǎn)被檢流量計(jì)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(jì)的理想特性是假定渦輪處于勻速運(yùn)動的平衡狀態(tài)，并且機(jī)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(diǎn)使用下渦輪流量計(jì)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(jì)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(jì)的儀表系數(shù)主要受機(jī)械摩擦阻力和流體阻力的影響。機(jī)械摩擦阻力越小，流量計(jì)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(jì)的軸與軸承間的摩擦力可提高小流量特性。流體的運(yùn)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(yùn)動黏度的增大不再呈現(xiàn)線性。

對6臺渦輪流量計(jì)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行流量計(jì)誤差E和檢定點(diǎn)q_v間進(jìn)行曲線擬合，計(jì)算擬合參數(shù)和不確定，其公式如下:

帶入多項(xiàng)式擬合公式中，計(jì)算得到儀表系數(shù)K_CR,i，與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果K_i間的偏差D_CR,i為:

基于各流量點(diǎn)的偏差，并考慮多項(xiàng)式擬合公式中5個常數(shù)計(jì)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(jì)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(jì)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(dá)到0.047%。

3 結(jié)論

以6臺氣體渦輪流量計(jì)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(jì)的儀表特性，能更好的預(yù)測渦輪流量計(jì)在各流量點(diǎn)的誤差值，實(shí)現(xiàn)量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。