优质清水流量表

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概述
涡轮流量计（以下简称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。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、光电方式检测并由读出装置进行显示和传送记录。据称美国早在1886年即发布过个TUF专利，1914年的专利认为TUF的流量与频率有关。美国的台TUF是在1938年开发的，它用在飞机上燃油的流量测量，只是至少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、计量各部分中获得广泛应用。
      流量计中TUF、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、度佳的产品，而TUF又有自己的特点，如结构简单、加工零件少、重量轻、维修方便、流通能力大和可适应高参数等，是其他两类流量计是难以达到的。
       LWGY系列涡轮流量计是吸取了国外流量仪表先进技术经过优化设计，具有结构简单、轻巧、精度高、重复性好、反应灵敏，安装维护使用方便等特点的新一代涡轮流量计，广泛用于测量密封管道与不锈钢1Cr18Ni9Ti、2CrI3及刚玉AL2O3、硬质合金不起腐蚀作用，且无纤维、颗粒等杂质，工作温度下运动粘度小于5?10-6m2/s的液体，可对流量计进行实液标定后使用。若用分体式的还可以进行定量控制、超量报警，免去安装二次显示仪表，是流量和节能的理想仪表。
 
二、工作原理
      图1所示为流量传感器结构图，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即发生周期性的变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经过放大器放大后，送至显示仪表。
 

 
 
图1 涡轮流量计变送器结构
 
 
 
      
涡轮流量计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    公式1
qm=qvp   公式2
      式中qv、qm分别为体积流量m3/h、质量流量kg/h
               f为流量计输出的频率信号Hz
               k为流量计的流量系数
      

 
图2 涡轮流量计特性曲线
 
流量计的仪表系数与流量(或管道雷诺数)的关系曲线如图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枯性有关。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IUF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，把传感器作为一个黑匣子，根据输人(流量)和输出(频率脉冲信号)确定其转换系数，它便于实际应用。但要注意，此转换系数(仪表系数)是有条件的，其校验条件是参考条件，如果使用时偏离此条件系数将发生变化，变化的情况视传感器类型，管道安装条件和流体物性参数的情况而定。
 
(2)理论流方程
 
公式3
 
根据动量矩定理可以列出叶轮的运动方程
 


 
当叶轮以恒速旋转时       0，则M1=M2 M3 M4。经理论分析与实验验
 
证可得n=Aqv B-                                                        公式4
 
              n：叶轮转速
              qv：体积流量
              A：与流体物性（密度、粘度等），叶轮结构参数（叶片倾角、叶轮直径、流道截面积等）有关的系数
              B：与叶片顶隙，流体流速分布有关的系数
              C：与摩擦力矩有关的系数
      国内外学者提出许多理论流量方程，它们适用于各种传感器结构及流体工作条件。至今涡轮仪表特性的水动力学特性仍旧不很清楚，它与流体物性及流动特性有复杂的关系。比如当流场有旋涡和非对称速度分布时水动力学特性就非常复杂。不能用理论推导仪表系数，仪表系数仍需由实验校验确定。但是理论流量方程有巨大的实用意义，它可用于指导传感器结构参数设计及现场使用条件变化时仪表系数变化规律的预测和估算。
 
三、产品特点
      1.高度，一般可达?1%R、?0.5%R、高精度型可达?0.2%R；
       2.重复性好，短期重复性可达0.05% ~ 0.2%，正是由于具有良好的重复性，如经常校准或在线校准可得到极高的度，在贸易结算中是优先选用的流量计；
       3.输出脉冲频率信号，适于总量计量与计算机连接，无零点漂移，抗烦扰能力强；
       4.可获得很高的频率信号（3 ~ 4kHz），信号分辨率强；
       5.流量范围度宽，大可达1:30；
       6.结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大；
       7.适用高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高压型仪表；
       8.专用型传感器类型多，可根据用户特殊需要设计为各类专用型传感器，例如低温型、双向型、井下型、混砂专用型等；
       9.可制成插入型，适用于大口径测量，压力损失小，价格低，可不断流取出，安装维护方便。
 
四、基本参数与性能
1.技术性能
仪表口径及连接方式
4、6、10、15、20、25、32、40采用螺纹连接
（15、20、25、32、40）50、65、80、100、125、150、200采用法兰连接
精度等级
?1%R、?0.5%R、?0.2%R（需定制）
仪表材料
304不锈钢、316（L）不锈钢
量程比
1:10、1:20、1:30
被测介质温度
-20 ~  100℃、-20 ~  150℃（需定制）
环境温度
温度-10~ 55℃，相对湿度5%~90%，大气压86~106kPa
输出信号
传感器：脉冲频率信号，低电平≤0.8v，高电平≥2v
变送器：两线制4~20mADC电流信号，RS485，开关量
供电电源
传感器： 5v ~  24v DC
变送器： 12v ~  24v DC
现场显示型：仪表自带3.6v锂电池
信号传输线
STVPV3?0.3（三线制），2?0.3（二线制）
传输距离
≤1000m
防爆等级
基本型：ABS塑料，防爆型：304内螺纹M20?1.5
防爆等级
基本型：非防爆产品，防爆型：ExdIIBT5
防护等级
IP65
 
 
2.测量范围及工作压力    表1
仪表口径
（mm）
正常流量范围（m3/h）
扩展流量范围（m3/h）
超扩展流量范围（m3/h）
常规耐受压力（MPa）
DN4
0.04-0.25
0.04-0.4
0.02-0.4
6.3
DN6
0.1-0.6
0.06-0.6
0.03-0.6
6.3
DN10
0.2-1.2
0.15-1.5
0.07-1.5
6.3
DN15
0.6-6
0.4-8
0.3-8
6.3、2.5（法兰）
DN20
0.8-8
0.45-9
0.25-9
6.3、2.5（法兰）
DN25
1-10
0.5-10
0.3-10
6.3、2.5（法兰）
DN32
1.5-15
0.8-15
0.4-15
6.3、2.5（法兰）
DN40
2-20
1-20
0.5-20
6.3、2.5（法兰）
DN50
4-40
2-40
1-40
2.5
DN65
7-70
4-70
2-70
2.5
DN80
10-100
5-100
3-100
2.5
DN100
20-200
10-200
5-200
1.6
DN125
25-250
13-250
7-250
1.6
DN150
30-300
15-300
9-300
1.6
DN200
80-800
40-800
30-800
1.6
 
五、仪表分类
1.按仪表功能分类，LWGY系列涡轮流量计可分为三大类，


即：
◆涡轮流量传感器/变送器（图3、图4）
◆智能一体化涡轮流量计（图5）
◆智能分体涡轮流量计（图6）
       2.功能说明
      ◆涡轮流量传感器/变送器
      该类涡轮流量计本身不具备现场显示功能，仅将流量信号远处输出。流量信号可分为脉冲信号或电流信号（4 ~ 20mA）；该类仪表价格低廉，体积小巧，特别适用于与二次显示仪、PLC、DCS等计算机控制系统配合使用。
      按照不同的输出信号，该类产品可分为LWGY型和LWGYA型。
LWGY型传感器：12VDC或24VDC供电，三线制脉冲输出，高电平≥2V，低电平≤0.8V，如无特殊说明，高电平为5V；信号传输距离≤1000m。
LWGYA型传感器：24VDC供电，二线制电流4-20mA输出，信号传输距离≤1000m。
该类涡轮流量产品均为基本型和防爆型两种
◆ 智能一体化涡轮流量计
采用先进的16位超低功耗超强抗扰单片机技术研制的传感器与显示积算一体化的型智能仪表，采用双排液晶显示，具有结构紧凑、读数直观清晰、可靠型高、成本低等明显优点。仪表具备仪表系数四点修正，智能补偿仪表系数非线性，并可进行现场修正。高清晰液晶显示器同时显示瞬时流量（5位有效数字）及累积流量（8为有效数字，带清零功能）。所有有效数据掉电后10年不丢，该类涡轮流量产品为基本型和防爆型两种。
该类涡轮流量计按照供电方式可分为：
       LWGYB型：3.6V锂电池供电，现场显示瞬时流量累积流量，无输出。
       LWGYC型：24VDC供电，二线制4 – 20mA输出，并现场瞬时流量累计流量。并口根据不同的现场需要可增加RS485或HART同讯。
      ◆智能分体涡轮流量计
图6智能分体涡轮流量计
 


      采用先进的16位超低功耗超强抗扰单片机技术研制的，传感器与显示积算通过3芯屏蔽电缆连接，远传输距离≤1000m，采用三排液晶显示，具有结构紧凑、读数直观清晰、可靠型高、成本低（无需安装二次显示仪表）等明显优点，安装方式与二次显示仪表安装方式类似。仪表具备仪表系数九点修正，智能补偿仪表系数非线性，并可进行现场修正。高清晰液晶显示器同时显示瞬时流量（5位有效数字）、累积流量（8为有效数字，带清零功能）频率（4位有效数字）或流速（4位有效数字）。所有有效数据掉电后10年不丢，该类涡轮流量产品为基本型
      该类涡轮流量按照供电方式可分为：
       LWGYD-1型：3.6V锂电池供电，现场显示瞬时流量累积流量，频率或流速（默认显示频率），无输出。
       LWGYD-2型：24VDC供电二线制4 – 20mA电流输出，现场显示瞬时流量累积流量，频率或流速（默认显示频率）。
       LEGYD-3型：24VDC供电三线制4 – 20mA电流输出，现场显示瞬时流量累积流量，频率或流速（默认显示频率），并口根据现场需求增加RS485通讯，开关量定量控制。
       LEGYD-4型：220VAC供电4 – 20mA电流输出，现场显示瞬时流量累积流量，频率或流速（默认显示频率），并口根据现场需求增加RS485通讯，开关量定量控制。

六、安装尺寸
      传感器的安装方式根据规格不同，采用螺纹或法兰连接，安装方式见图7、图8、图9
 
图7 LWGY4 ~ 10传感器结构及安装示意图


 
 
 
图8 LWGY15 ~ 40传感器结构及安装示意图
 





 图9 LWGY50-200传感器结构安装尺寸示意图




公称通径
（mm）
L(mm)
G
D(mm)
D（mm）
孔数
4
295
G1/2
 
 
 
6
330
G1/2
10
450
G1/2
15
75
G1
Φ65
Φ14
4
20
80
G1
Φ75
Φ14
4
25
100
G5/4
Φ85
Φ14
4
32
140
G2
Φ100
Φ14
4
40
140
G2
Φ110
Φ18
4
50
150
 
Φ125
Φ18
4
65
170
Φ145
Φ18
4
80
200
Φ160
Φ18
8
100
220
Φ180
Φ18
8
125
250
Φ210
Φ25
8
150
300
Φ250
Φ25
8
200
360
Φ295
Φ28
12
表2
 
七、流量计安装注意事项
（1）
图10
 




 
 
安装场所
传感器应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所。涡轮流量计的典型安装管路系统如图10所示。图中各部分的配置可视被测对象情况而定，并不一定全部都需要。涡轮流量计对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，进入传感器应为流体充满管道，因此要根据传感器上游侧阻流件类型配备必要的直管段或流动调整器，如表5所示。若上游侧阻流件情况不明确，一般推荐上游直管段长度不小于20D，下游直管段长度不小于5D，如安装空间不能满足上述要求，可在阻流件与传感器之间安装流动调整器。传感器安装在室外时，应有避直射阳光和防雨淋的措施。
表3
 


 
（2）连接管道的安装要求
水平安装的传感器要求管道不应有目测可觉察的倾斜（一般在5?以内），垂直安装的传感器管道垂直度偏差亦应小于5?，垂直安装时流体方向必须向上。
需连续运行不能停流的场所，应装旁通管和可靠的截止阀(见图10），测量时要确保旁通管无泄漏。
在新铺设管道装传感器的位置先介入一段短管代替传感器，待：“扫线”工作完毕确认管道内清扫干净后，再正式接入传感器。由于忽视此项工作，扫线损坏传感器屡见不鲜。
若流体含杂质，则应在传感器上游侧装过滤器，对于不能停流的，应并联安装两套过滤器轮流清除杂质，或选用自动清洗型过滤器。若被测液体含有气体，则应在传感器上游侧装消气器。过滤器和消气器的排污口和消气口要通向安全的场所。
若传感器安装位置处于管线的低点，为防止流体中杂质沉淀滞留，应在其后的管线装排放阀，定期排放沉淀杂质。
被测流体若为易气化的液体，为防止发生气穴，影响测量度和使用期限，传感器的出口端压力应高于公式5计算的低压力Pmin
Pmin=2△p 1.25PvPa公式5
式中Pmin——低压力，Pa；
   △p——传感器大流量时压力损失，Pa；
Pv——被测液体高使用温度时的压力，pa。
流量调节阀应装在传感器下游，上游侧的截止阀测量时应全开，且这些阀门都不得产生振动和向外泄漏，对于可能产生逆向流的流程应加止回阀以防止流体反向流动。
传感器应与管道同心，密封垫圈不得凸入管路。液体传感器不应装在水平管线的高点。以免管线内聚集的气体(如停流时混入空气)停留在传感器处，不易排出而影响测量。
传感器前后管道应支撑牢靠，不产生振动，对易凝结流体要对传感器及其前后管道采取保温措施。
八、接线方式
◆涡轮流量传感器，变送器（LWGY型、LWGYA型）
1、基本型LWGY型：24VDC供电，脉冲输出
“24V ”（红色线）接DC24V正端；
“24V-”（黑色线）接DC24V负端；
“脉冲”（黄色线）接二次表脉冲输入端。
2、变送输出型LWGYA型：24VDC供电二线制4-20mA输出
      “24V ”（红色线）接DC24V正端；
      “24V-”（黑色线）接DC24V负端；
◆智能一体化涡轮流量计
1、LWGYB型：3.6V锂电池供电，无接线端子
2、LWGYC型：24VDC供电二线制4-20mA输出
      “24V ”(红色线)接DC24V正端；
      “24V-”(黑色线)接DC24V负端；
◆智能分体涡轮流量计
1、LWGYD-1型：3.6V锂电池供电
       1-接传感器的红色线；
       2-接传感器的黄色线；
       3-接传感器的黑色线；
2、LWGYD-2型：24VDC供电二线制4-20mA输出
       1-接传感器的红色线；
       2-接传感器的黄色线；
       3-接传感器的黑色线；
       23-接DC24V正端；
       24-接DC24V负端。
3、LWGYD-3：24VDC供电三线制4-20mA输出，RS485输出，开关量定量控制
       1-接传感器的红色线；
       2-接传感器的黄色线；
       3-接传感器的黑色线；
       11-接RS485-A；
       12-接RS485-B；
       13、14-接路开关量定量控制；
       15、16-接第二路开关量定量控制；
       23-接DC24V正端；
       24-接DC24V负端。
4、LWGYD-3：220VAC供电4-20mA输出，RS485输出，开关量定量控制
       1-接传感器的红色线；
       2-接传感器的黄色线；
       3-接传感器的黑色线；
       11-接RS485-A；
       12-接RS485-B；
       13、14-接路开关量定量控制；
       15、16-接第二路开关量定量控制；
       23-接AC220V L端；
       24-接AC220V N端。