渦輪流量計是人們常用的一種流量測量儀表，由于它具有重復(fù)性好、適應(yīng)性強、量程比寬等優(yōu)點，加上智能化顯示控制儀表的出現(xiàn)，在準(zhǔn)確度要求較高的計量場合得到了廣泛的采用。雖然近年來出現(xiàn)的科里奧利質(zhì)量流量計能直接測量流體的質(zhì)量，且準(zhǔn)確度高，但價格昂貴，安裝要求較高，阻礙了它的應(yīng)用。這樣用渦輪流量計間接測量液體的質(zhì)量流量就成為人們首選方案之一。這里首先說明一下，儲罐液位的高度同，流過流量計的流量也不同。如果液體有幾m 的高度差，瞬時流量就有較大的變化，以致使計量大大超差。當(dāng)選用精度為0.5%的渦輪流量計時，如何保證計量要求的精度（不大于0.3%）呢？從下文可以看出，渦輪流量計的精度是表示流量變化范圍內(nèi)的流量系數(shù)的變化大小，那么要準(zhǔn)確測量液體流量就有兩種方法：第一種方法是固定通過渦輪的液體流量（即恒定流速法），這種方法構(gòu)成的計量系統(tǒng)安裝量大，但檢定很容易；第二種方法是根據(jù)流量的不同來修正流量系數(shù)，這種方法雖然安裝量小，但檢定比較麻煩，因為要據(jù)儲罐內(nèi)液面的不同高度，來確定幾個流量系數(shù)，以精確計算流量。下面詳細介紹第一種方法。

      一、渦輪流量計的工作特性

      1、工作原理

      渦輪流量計是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計，與流量成正比的葉輪轉(zhuǎn)速通常由安裝在管道外的檢測裝置檢出，它由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成。

      流經(jīng)變送器的流體體積流量qv可用下式表示：

qv=f/k    （1）

      式中：f為電信號的頻率，它同葉輪轉(zhuǎn)動頻率有正比關(guān)系；k為常數(shù)，亦稱儀表系數(shù)。式（1）也可改成 k=f/qv

      由上式可看出，儀表系數(shù)k是變送器輸出電信號的頻率f（次/s）同流經(jīng)儀表的液體體積流量qv （L/s）的比值，k 的單位是次/L。輸出頻率信號的流量計都有儀表系數(shù)這一特征常數(shù)，它能幫助了解和掌握儀表性能，同時也對流量儀表的檢定有重要意義。

      2、工作特性

      k-qv 的關(guān)系曲線稱為渦輪流量計的特性曲線如圖1所示。

      理論上，k-qv 關(guān)系應(yīng)該是確定的，但實際上由于在不同的流動狀態(tài)下，流體產(chǎn)生阻力機理不同，效果也不同，所以使特性曲線成為曲線形狀。

      （1）在層流區(qū)，當(dāng)qv>qmin時為層流流動狀態(tài)，儀表系數(shù)k將隨流量qv 的增加而增大。

      （2）在紊流流動狀態(tài)下，儀表系數(shù)k 僅與儀表本身結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，而與流量qv、流體粘度μ等參數(shù)無關(guān)，可近似為一常數(shù)。只有在這種狀態(tài)下，儀表系數(shù)k 才真正顯示了常數(shù)的性質(zhì)。儀表系數(shù)k 為常數(shù)的這個區(qū)間，也就是該流量計的流量測量范圍。

      （3）圖1中虛線為渦輪流量計的理想特性，若只有這種特性，不論流量如何變化，總可以使累積流量、瞬時流量的誤差為零。圖1中實線為一般渦輪流量計特性曲線的大致趨勢，在進入測量范圍（即進入紊流流動狀態(tài)）以內(nèi)，隨流量的變化其儀表系數(shù)K也會有變化， 通常其變化幅度左右流量計的測量精度。

      （4）在層流與紊流叫交界點（Re=2300）上，特性曲線上k 有一個峰值，其位置受流體粘度的影響較大。

      由圖1 可以看出，如果流速恒定，那么系數(shù)k 也就有唯一確定的值。下面提出通過恒定液位（即系統(tǒng)壓頭）的方法來恒定流速，構(gòu)成一個恒流速計量系統(tǒng)。

      二、液體計量控制系統(tǒng)

      1、系統(tǒng)構(gòu)成

      2、各部分說明

      （1）渦輪流量計

      由于這里渦輪流量計是用于發(fā)貨計量，所以應(yīng)選擇較高的精度，如0.5%-0.1%，由于它的再現(xiàn)性可達0.05%，所以即使選擇0.5%精度的， 系統(tǒng)的計量也可望達到很高的準(zhǔn)確度。

      （2）顯示控制儀

      現(xiàn)在有不少的流量顯示控制儀，它不僅能夠顯示流體的瞬時流量和累積流量，還可實時檢測流體溫度，對流量進行溫度補償，同時當(dāng)累積流量達到某一設(shè)定值時，發(fā)出控制信號，以關(guān)閉電磁閥和流量泵。

      （3）高位槽

      也稱高位溢流槽，它通過溢流堰板保證高位槽液面的恒定，這樣可保證整個液體流程中的壓頭一定，那么流體的流速也就一定，從圖1 中可以看出，瞬時流量qv 一定時，儀表系數(shù)k 也就有唯一確定的值。

      （4）溫度計

      用于質(zhì)量流量計量時的密度補償。因為在用實流標(biāo)定流量計時，總是在某一溫度下進行，那么偏離這一溫度的流量計量也就存在著較大偏差，通常通過檢測實際溫度來補償這一偏差。這里要選擇反應(yīng)時間很短的熱電阻，以及時有效地進行補償，因為有些液體不僅不同批次溫度不同，就是同一次發(fā)貨，剛開始的一段時間與其后的溫度也大不一樣。

      三、系數(shù)的確定

      計量系統(tǒng)的校驗分兩項內(nèi)容，第一是對系數(shù)k 的確定，第二是對系統(tǒng)溫度補償?shù)挠行赃M行評定。液體的密度ρ是溫度t 的函數(shù)，在一定的溫度范圍內(nèi)，可用二次多項式來表示，也可通過回歸法求得函數(shù)式 ρ=f（t），都能得到較好的擬合效果。當(dāng)然溫度補償?shù)挠行匀绾危?還要通過校驗來證明，這個工作可以在實驗室內(nèi)進行。

      系數(shù)k的確定方法：首先以渦輪上的系數(shù)記 k‘為輸入顯示控制儀表，把標(biāo)定所用的流體重量設(shè)定為G‘m；啟動流量系統(tǒng)；然后把計量過的流體用汽車衡或磅秤稱重，其值設(shè)為Gm 這時的流量系數(shù)k 可通過下式計算出來：

          （2）

      把k 值輸入顯示儀表，再計量重量為Gm 的液體， 通過稱量法來校對是否超差。

      確定系數(shù)k 時所用的流體重量要大于1--2t，以減少其它因素對計算! 值的影響。當(dāng)發(fā)貨的批量較少時，如幾十kg，這時的計量可能超差，這主要是由于電磁閥不能及時關(guān)閉造成的，有的顯示控制儀對此有特別的考慮。

      實際上，其它輸入頻率信號的流量計，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、渦輪流量計等都可以用式（2）來確定流量系數(shù)。

      四、系統(tǒng)計量的不確定度

      此系統(tǒng)的計量誤差來源由以下幾項：

      1、流量系數(shù)的重復(fù)性誤差：δm=0.05%；
      2、流量顯示儀表的誤差：接受頻率信號的流量儀表，其積算精度一般可達0.1%，這里取δ2=0.1%；
      3、系數(shù)標(biāo)定時所用衡器的誤差：δ3=0.1%；
      4、由于溫度不能完全有效補償而引入的誤差：這個誤差通常很小，在此不予考慮。

      用方和根法合成的總不確定度為：

      這個結(jié)果用于貿(mào)易結(jié)算的計量是完全符合要求的。