渦輪流量計（以下簡稱TUF）是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風速計、水表等。TUF由傳感器和轉換顯示儀組成，傳感器采用多葉片的轉子感受流體的平均流速，從而推導出流量或總量。轉子的轉速（或轉數）可用機械、磁感應、光電方式檢出并由讀出裝置進行顯示和傳送記錄。據稱美國早在1886年即發布過個TUF，1914年的認為TUF的流量與頻率有關。美國的臺TUF是在1938年開發的，它用于飛機上燃油的流量測量，只是直至二戰后因噴氣發動機和液體噴氣燃料急需一種高、快速響應的流量計才使它獲得真正的工業應用。如今，它已在石油、化工、科研、國、計量各部門中獲得廣泛應用。

流量計中TUF、容積式流量計和科氏質量流量計是三類重復性、度的產品，而TUF又具有自己的特點，如結構簡單、加工部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參數等，是其他兩類流量計是的。

LWGY系列渦輪流量計是吸取了國內外流量儀表技術經過優化設計，具有結構簡單、輕巧、高、復現性好、反應靈敏，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、硬質合金不起腐蝕作用，且無纖維、顆粒等雜質，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定后使用。若與具有功能的顯示儀表配套，還可以進行定量控制、量報警等，是流量計量和的理想儀表。

二、工作原理

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

圖1

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。

（1）       實用流量方程

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，P/m³。

流量計的系數與流量（或管道雷諾數）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下，儀表系數隨著流量變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量過流量上要注意空穴現象。結構相似的TUF特性曲線的形狀是相似的，它在系統誤差水平方面有所不同。

圖2  渦輪流量計特性曲線

傳感器的儀表系數由流量校驗裝置校驗得出，它不問傳感器內部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉換系數，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數（儀表系數）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數將發生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。

（2）       理論流量方程

根據動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

              公式3

式中    J：     葉輪的慣性矩；

    dw/dt：     葉輪的旋轉加速度；

M₁：   流體的驅動力拒；

M₂：   粘性阻力矩；

M₃：   軸承摩擦阻力矩；

M₄：   磁阻力矩。

當葉輪以恒速旋轉時， 0，則M₁=M₂+M₃+M₄。經理論分析與實驗驗證可得

              公式4

式中  n：   葉輪轉速；

qv：   體積流量；

A：   與流體物性（密度、粘度等），葉輪結構參數（葉片傾角、葉輪直徑、

流道截面積等）有關的系數；

B：   與葉片頂隙，流體流速分布有關的系數；

C：   與摩擦力矩有關的系數。

國內外學者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就復雜。不能用理論式推導儀表系數，儀表系數仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數設計及現場使用條件變化時儀表系數變化規律的預測和估算。

三、產品特點

1. 高度，一般可達&plun;1%R、&plun;0.5%R，高型可達&plun;0.2%R；
2. 重復性好，短期重復性可達0.05%~0.2%,正是由于具有良好的重復性，如經常校準或在線校準可得到高的度，在貿易結算中是優先選用的流量計；
3. 輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無點漂移，干擾能力強；
4. 可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；
5. 范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；
6. 結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；
7. 適用高壓測量，儀表表體上不開孔，易制成高壓型儀表；
8. 型傳感器類型多，可根據用戶需要設計為各類型傳感器，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。

四、基本參數與技術性能

1.技術性能

表1

2.測量范圍及工作壓力

表2

五、儀表分類

1．按儀表功能分類，LWGY系列渦輪流量計可分為2大類，即：

l         渦輪流量傳感器/變送器

l         智能一體化渦輪流量計

2．功能說明

l         渦輪流量傳感器/變送器

該類渦輪流量產品本身不具備現場顯示功能，將流量信號遠傳輸出。流量信號可分為脈沖信號或電流信號（4-20mA）；儀表價格低廉，集成度高，體積小巧，適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計算機控制系統配合使用。

按照不同的輸出信號，該類產品可分為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；信號傳輸距離≤1000米；

LWGY-□A型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號傳輸距離≤1000。

該類渦輪流量產品均分為基本型和爆型（ExdIIBT6）兩種，外形如圖

圖3                               圖4

基本型傳感器/變送器                 爆型傳感器/變送器

l         智能一體化渦輪流量計

采用的功耗單片微機技術研制的渦輪流量傳感器與顯示積算一體化的新型智能儀表，采用雙排液晶現場顯示，具構緊湊、讀數直觀清晰、性高、不受外界電源干擾、雷擊、成本低等明顯優點。儀表具備儀表系數三點修正，智能補償儀表系數非線性，并可進行現場修正。高清晰液晶顯示器同時顯示瞬時流量（4位數字）及累積流量（8位數字，帶清功能）。數據掉電后保持10年不丟。該類渦輪流量計均為爆產品，爆等級為：ExdIIBT6。

該類渦輪流量計按照供電方式、是否具備遠傳信號輸出可分為LWGY-□B型和LWGY-□C型。

LWGY-□B型：供電電源采用3.2V10AH鋰電池（可連續運行4年以上）； 無信號輸出功能。

LWGY-□C型：供電電源采用24VDC外供電，輸出4-20mA標準兩線制電流信號，并可根據不同的現場需要，可增加RS485或HART通訊。

圖5

智能一體化渦輪流量計

六、儀表選型

表3

注：DN15～DN40常規為螺紋連接，如希望采用法蘭連接，請在“公稱通徑”后加“（FL）”

例如，選用一臺法蘭連接式爆型渦輪流量計測量柴油，管道為DN40、現場需要顯示并遠傳電流信號，要求0.5級，304不銹鋼材質，儀表耐壓16MPa測量范圍為標準量程，其產品型號應為：LWGY-40(FL)/C/05/S/S/E/H16

七、安裝尺寸

傳感器的安裝方式根據規格不同，采用螺紋或法蘭連接，安裝方式見圖6、圖7、圖8，安裝尺寸見表4。

整表結構圖                                   過濾器結構圖

1.過濾器 2.前直管段 3.葉輪 4.前置放大器 5.殼體 6.后直管段     1.壓緊圈  2.螺栓4×14  3.墊圈  4.密封墊圈

5.鋼絲1Cr18Ni9Ti-0.8×2.5  6.過濾網  7.座

圖6LWGY-4～10傳感器結構及安裝尺寸示意圖

1. 殼體  2．前導向件  3．葉輪  4．后導向件  5．前置放大器

圖7  LWGY-15～40傳感器結構及安裝尺寸示意圖

1. 球軸承  2．前導向件  3．漲圈  4．殼體 

5．前置放大器  6．葉輪  7．軸承   8．軸

圖8LWGY-50～200傳感器結構及安裝尺寸示意圖

                                                                     表4

八、流量計安裝注意事項

（1）安裝場所

傳感器應安裝在便于維修，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如圖9所示。圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不都需要。渦輪流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進入傳感器應為充分發展管流，因此要根感器上游側阻流件類型配備要的直管段或流動調整器，如表5所示。若上游側阻流件情況不明確，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動調整器。傳感器安裝在室外時，應有避直射陽光和雨淋的措施。                                                          圖9                                     

表5

（2）連接管道的安裝要求

水平安裝的傳感器要求管道不應有目測可覺察的傾斜（一般在5°以內），垂直安裝的傳感器管道垂直度偏差亦應小于5°。

需連續運行不能停流的場所，應裝旁通管和的截止閥（見圖9），測量時要旁通管無泄漏。

在新鋪設管道裝傳感器的位置先介入一段短管代替傳感器，待：“掃線”工作完畢確認管道內清掃干凈后，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，則應在傳感器上游側裝過濾器，對于不能停流的，應并聯安裝兩套過濾器輪流清除雜質，或選用自動清洗型過濾器。若被測液體含有氣體，則應在傳感器上游側裝消氣器。過濾器和消氣器的排污口和消氣口要通向的場所。

若傳感器安裝位置處于管線的低點，為流體中雜質沉淀滯留，應在其后的管線裝排放閥，定期排放沉淀雜質。

被測流體若為易氣化的液體，為發生氣穴，影響測量度和使用期限，傳感器的出口端壓力應高于公式5計算的壓力p_min

p_min=2△p+1.25p_v  Pa               公式5

式中 p_min——壓力，Pa；

     △p——傳感器流量時壓力損失，Pa；

      p_v——被測液體使用溫度時飽和蒸汽壓，Pa。

流量調節閥應裝在傳感器下游，上游側的截止閥測量時應全開，且這些閥門得產生振動和向外泄漏。對于可能產生逆向流的流程應加止回閥以流體反向流動。

傳感器應與管道同心，密封墊圈不得凸入管路。液體傳感器不應裝在水平管線的點，以免管線內聚集的氣體（如停流時混入空氣）停留在傳感器處，不易排出而影像測量。

傳感器前后管道應支撐牢靠，不產生振動。對易凝結流體要對傳感器及其前后管道采取保溫措施。