涡轮流量计工作原理

涡轮流量计（简称 TUF ）是叶轮式流量(流速计)的主要品种，叶轮式流量计还有风速计、水表等。涡轮流量计 TUF 由传感器和转换显示仪组成，传感器采用多叶片的转子感受流体的平均流速，从而推导出流量或总量。转子的转速（或转数）可用机械、磁感应、光电方式检出并由读出装置进行显示和传送记录。据称美国早在 1886 年即发布过第一个涡轮流量计 TUF 专利， 1914 年的专利认为涡轮流量计 TUF 的流量与频率有关。美国的第一台 TUF 是在 1938 年开发的，它用于飞机上燃油的流量测量，只是直至二战后因喷气发动机和液体喷气燃料急需一种高精度、快速响应的流量计才使它获得真正的工业应用。如今，它已在石油、化工、科研、国防、计量各部门中获得广泛应用。

流量计中涡轮流量计 TUF 、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品，而涡轮流量计 TUF 又具有自己的特点，如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。至今，流量计产品可达技术参数：口径 4 一 750 mm ，压力达 250MPa ，温度为 -240 一 700 ℃ ，像这样的技术参数其他两类流量计是难以达到的。

TUF 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、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。在欧洲和美国涡轮流量计 TUF 是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了 2600 多台各种尺寸，压力从 0 . 8MPa 到 6 . 5MPa 的气体涡轮流量计 TUF ，它们已成为优良的天然气流量计。

尽管 TUF 的优良计量特性受到人们的青睐，可是给人的印象是有活动部件，使用期短，在选用时不免踌躇，经过人们的不懈努力，应该说情况大有改观。由于采用了特殊的耐磨轴承，传感器不仅可用于清洁介质，还可适用于微粒介质。国内某厂产品的平均无故障工作时间（ MTBF ）达到 2 万 h ，在输油（成品油）管线中定的指标为 8000h ，亦即基本上可以连续工作一年，与仪表大修期一致起来。由于传感器的结构较为简单，失效后的可维修性较好，如此用户就放心了。据荷兰产品资料介绍，曾经对 240 台使用 8 ~15 年的天然气 TUF 进行周期检定，发现仪表的精确度的偏移仍在规定范围内。

TUF 作为最通用的流量计，其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。应该指出， TUF 除前述工业部门大量应用外，在一些特殊部门亦得到广泛应用，如科研实验、国防科技、计量部门，这些领域的使用恰好避开了其弱点（不适于长期连续使用），充分发挥其特点（高精度，重复性好，可用于高压、高温、低温及微流量等条件）。在这些领域，大多是根据被测对象的特殊要求进行专门的结构设计，它们是专用仪表不进行批量生产。

20 世纪 90 年代中期世界范围内， TUF 销售台数和金额在流量仪表总量中各占 9 ％左右，年销售 19 万台左右；在我国 90 年代初销售台数占流量仪表总量（不包括家用燃气表和水表及玻璃管浮子流量计）亦为 9 ％左右，年销售 1 . 4 万台左右。 90 年代中期，销售有所下降，近来随着天然气工业的迅速发展又有回升趋势。

7 . 1 所示为 TUF 传感器结构简图，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。检测线圈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。 TUF 的流量方程可分为两种：实用流量方程和理论流量方程。

( 1 ）实用流量方程

qv = f / K ( 7 . 1 )

qm =qv ρ ( 7 . 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 。

流量计的仪表系数与流量（或管道雷诺数）的关系曲线如图 7 . 2 所示。由图可见，仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。线性段约为其工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器流量下限时，仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。结构相似的 TUF 特性曲线的形状是相似的，它仅在系统误差水平方面有所不同。

传感器的仪表系数由流量校验装置校验得出，它完全不问传感器内部流体的流动机理，