涡轮流量计：应用领域及工作原理

涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类，具有准确度高、重复性好、无零点漂移、高量程比等优点，还可用作标定其他流量计的标准仪表。涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流等。由于涡轮流量计拥有高质量轴承和特别设计的导流片，因此极大降低了磨损，对峰值不敏感，甚至在恶劣的条件下也可以给出可靠的测量量。

1.涡轮流量计的结构与工作原理

涡轮流量计的结构如图3-78所示，主要由壳体、导流器、支承轴承、涡轮和磁电转换器组成。

图3-78 涡轮流量计的结构

涡轮是测量元件，它由导磁系数较高的不锈钢材料制成，轴心上装有数片呈螺旋形或F形的叶片，流体作用于叶片，使涡轮转动。壳体和前、后导流器由非导磁的不锈钢材料制成，导流器对流体起导直作用。在导流器上装有滚动轴承或滑动轴承，用来支撑转动的涡轮。磁电感应信号检出器包括磁电转换器和前置放大器，磁电转换器由线圈和磁钢组成，用于产生与叶片转速成比例的电信号，前置放大器放大微弱信号，使之便于远传。

涡轮流量计是基于流体动量矩守恒原理工作的。当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。涡轮叶片周期性地扫过磁钢，使磁路磁阻发生周期性地变化，线圈感应产生的交流电信号频率与涡轮转速成正比，即与流速成正比。涡轮流量计测量系统如图3-79所示。

图3-79 涡轮流量计测量系统

涡轮流量计的流量方程式表示为(www.xing528.com)

式中，q_V为体积流量；f为信号脉冲频率；K为仪表常数。

实际应用中，由于涡轮轴承的摩擦力矩、磁电转换器的电磁力矩、以及流体和涡轮叶片间的摩擦阻力等因素的影响，在整个流量测量范围内仪表常数不是常数，K与流量间的关系曲线如图3-80所示。故在涡轮流量计使用范围内，K应保持常数，使流量与转速接近线性关系。

图3-80 涡轮流量计K与流量间的特性曲线

2.涡轮流量计的特点与安装注意事项

涡轮流量计的主要特点是：测量准确度高、复现性好、测量范围宽、压力损失较小、耐高压、适用的温度范围宽；对流量变化反应迅速，动态响应好；输出为脉冲信号，抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连；结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。但是它不能长期保持校准特性，需要定期校验；流体物性（黏度和密度）对测量准确性有较大影响；对被测介质的清洁度要求较高。

涡轮流量计应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所，安装时应水平安装，并保证其前后有足够长的直管段或加装整流器。要求被测流体黏度低，腐蚀性小，不含杂质，以减少轴承磨损，一般应在流量计前加装过滤装置。