气体涡轮流量计

1、世界上现存最古老的滴漏：埃及水钟（公元前14世纪）。TANCY INSTRUMENT GROUP CO.LTD北京故宫博物院的铜壶漏刻是西汉时期（公元前206年到公元8年）制造的，最上面漏壶的水从雕刻精致的龙口流出，依次流向下壶，箭壶盖上有个铜人仿佛报着箭杆，箭杆上刻有96格，每格为15分钟，人们根据铜人手握箭杆处的标志来报告时间。TANCY INSTRUMENT GROUP CO.LTD流量的起源及发展 公元前3000年，用测量水位的方法为测量尼罗河水位，以计算水的分配量。 16世纪发明了风速计 17世纪发明了用于明渠的流速计 18世纪发明了皮托管 伯努利方程的建立 大发展：20世纪下半叶

2、我国：20世纪50年代自主生产水表和燃气表，发展和达到质量稳定是在90年代TANCY INSTRUMENT GROUP CO.LTD按原理分类 差压式：节流装置、均速管、靶式、临界流、内锥式、弯管、面积式 速度式：涡轮、涡街、电磁、超声、热线测速仪 容积式：圆盘、活塞、椭圆齿轮、腰轮（罗茨）、旋转叶片式、隔膜式 质量流量计：科氏力、热式气体涡轮流量计气体涡轮流量计 气体涡轮流量计是一种速度式流量计，它具有压力损失小、精气体涡轮流量计是一种速度式流量计，它具有压力损失小、精度高、始动流量低，量程比大、抗振与抗脉动流性能好等特点。该类度高、始动流量低，量程比大、抗振与抗脉动流性能好等特点。该类型产

3、品广泛使用于石油、化工、电力、工业锅炉、燃气调压站、输配型产品广泛使用于石油、化工、电力、工业锅炉、燃气调压站、输配气管网天然气、城市天然气等领域，并已被广泛使用于贸易计量。在气管网天然气、城市天然气等领域，并已被广泛使用于贸易计量。在欧洲和美国气体涡轮流量计是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表。欧洲和美国气体涡轮流量计是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表。 气体涡轮流量计作为最通用的流量计之一，其产品已发展为多品气体涡轮流量计作为最通用的流量计之一，其产品已发展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。种、全系列、多规格批量生产的规模。气体涡轮流量传感器的结构气体涡轮流量传感器的结构 涡轮流量传感

4、器一般结构主要由壳体、前导流体涡轮流量传感器一般结构主要由壳体、前导流体（整流器）、导流圈、涡轮（叶轮）、防尘迷宫件、轴承、（整流器）、导流圈、涡轮（叶轮）、防尘迷宫件、轴承、主轴、内藏式储油管、后导流体、加油系统、讯号发生盘、主轴、内藏式储油管、后导流体、加油系统、讯号发生盘、信号传感器、压力传感器、温度传感器等组成。带机械计数信号传感器、压力传感器、温度传感器等组成。带机械计数器的还增加蜗杆、连杆、磁耦合、齿轮组、机械计数器等。器的还增加蜗杆、连杆、磁耦合、齿轮组、机械计数器等。修正电子型修正电子型修正双显示型修正双显示型防尘迷宫件：防尘迷宫件：避免灰尘进入机芯起保护轴承作用，该件设计的优

5、劣直避免灰尘进入机芯起保护轴承作用，该件设计的优劣直接影响涡轮流量计寿命，实际使用证明静密封比动密封防尘效果好，接影响涡轮流量计寿命，实际使用证明静密封比动密封防尘效果好，最好与涡轮一起设计形成径向迷宫最好与涡轮一起设计形成径向迷宫。导流体：导流体：对被测流体起压缩、整流、导向作用和支撑叶轮的作用（若对被测流体起压缩、整流、导向作用和支撑叶轮的作用（若采用导流圈时还起到固定导流圈的作用），材料可选用塑料、锌合金、采用导流圈时还起到固定导流圈的作用），材料可选用塑料、锌合金、铝合金、不导磁不锈钢。铝合金、不导磁不锈钢。涡轮涡轮( (叶轮叶轮) )：是传感器的检测元件，接受流体动量，克服阻力矩是传

6、感器的检测元件，接受流体动量，克服阻力矩, ,是是齿轮传动机构的动力源。不同厂家根据需要采用不同的材料制造，它齿轮传动机构的动力源。不同厂家根据需要采用不同的材料制造，它可由高导磁性材料制成，其高频信号可以由叶轮切割电感传感器产生。可由高导磁性材料制成，其高频信号可以由叶轮切割电感传感器产生。也可选用塑料或铝合金材料制造，并在其上镶嵌导磁体或磁体，或在也可选用塑料或铝合金材料制造，并在其上镶嵌导磁体或磁体，或在后面通过增加发信盘以产生高频信号。后面通过增加发信盘以产生高频信号。 后导流体：后导流体：支承轴承、机芯、加油连支承轴承、机芯、加油连接件，防止灰尘进入机芯，材料为铝接件，防止灰尘进入机

7、芯，材料为铝合金或锌合金。反推式涡轮流量传感合金或锌合金。反推式涡轮流量传感器的后导流件还要求能产生足够的反器的后导流件还要求能产生足够的反推力，其结构形式很多。推力，其结构形式很多。轴承：轴承：支撑主轴和叶轮旋转，减小转动轴摩擦力矩，需选用高精支撑主轴和叶轮旋转，减小转动轴摩擦力矩，需选用高精度、低噪音、有足够的刚度、强度和硬度及耐磨性、耐腐蚀性好度、低噪音、有足够的刚度、强度和硬度及耐磨性、耐腐蚀性好的不锈钢轴承，它和主轴一起直接决定着传感器的可靠性和使用的不锈钢轴承，它和主轴一起直接决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由轴与轴承引起的，因此它的结构与材期限。传感器失效通常是由

8、轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是很重要的。料的选用以及维护是很重要的。 主轴：主轴：起传动、支承作用，它与轴承的装配结构、装配精度起传动、支承作用，它与轴承的装配结构、装配精度以及主轴本身同轴度，直接影响流量计精度及使用寿命。材料以及主轴本身同轴度，直接影响流量计精度及使用寿命。材料也要选用耐磨性好、高硬度的不锈钢。也要选用耐磨性好、高硬度的不锈钢。内藏式储油管内藏式储油管：对于采用加油系统的涡轮流量传感器，一般有对于采用加油系统的涡轮流量传感器，一般有采用该结构件，它是加油系统的缓冲装置，可有效避免因一次采用该结构件，它是加油系统的缓冲装置，可有效避免因一次加油过量影响仪表

9、精度及污染机芯，也可有效避免使用过程中加油过量影响仪表精度及污染机芯，也可有效避免使用过程中因失油造成轴承损伤。对于不采用加油系统的，无此机构。因失油造成轴承损伤。对于不采用加油系统的，无此机构。低频信号模块：低频信号模块：将机械计数器将机械计数器的读数按一定的脉冲当量转换的读数按一定的脉冲当量转换成电脉冲信号传输，为体积修成电脉冲信号传输，为体积修正仪输出低频脉冲信号。正仪输出低频脉冲信号。加油系统：加油系统：由油杯组件、止回阀、油管、接头、密封圈等组成。由油杯组件、止回阀、油管、接头、密封圈等组成。不采用加油系统的无此机构不采用加油系统的无此机构。机械计数器：机械计数器：显示累积流量。讯号

10、发生盘（高频信号）：由不锈显示累积流量。讯号发生盘（高频信号）：由不锈铁加工而成，它与涡轮同步转动，由接近开关传感器检测出涡轮铁加工而成，它与涡轮同步转动，由接近开关传感器检测出涡轮旋转频率。也有采用其它形式的信号检测方式，如光电、电磁感旋转频率。也有采用其它形式的信号检测方式，如光电、电磁感应、磁阻等方式。应、磁阻等方式。传动机构：传动机构：由涡杆、连杆、磁耦合和齿轮组等组成，将涡轮由涡杆、连杆、磁耦合和齿轮组等组成，将涡轮的转动按一定的数比传动给机械计数器。的转动按一定的数比传动给机械计数器。 工作原理 当气流进入流量计时，首先经过机芯的前导流体并加速，当气流进入流量计时，首先经过机芯的前

11、导流体并加速，在流体的作用下，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，此时涡轮在流体的作用下，由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，此时涡轮产生转动力矩，在涡轮克服阻力矩和磨擦力矩后开始转动。当诸力产生转动力矩，在涡轮克服阻力矩和磨擦力矩后开始转动。当诸力矩达到平衡时，转速稳定，涡轮转动角速度与流量成线性关系，对矩达到平衡时，转速稳定，涡轮转动角速度与流量成线性关系，对于机械计数器式的涡轮流量计，通过传动机构带动计数器旋转计数。于机械计数器式的涡轮流量计，通过传动机构带动计数器旋转计数。对采用电子式流量积算仪的流量计，通过旋转的发讯盘或信号传感对采用电子式流量积算仪的流量计，通过旋转的发讯盘或信号传感器

12、以及放大电路输出代表涡轮旋转速度的脉冲信号，该脉冲信号的器以及放大电路输出代表涡轮旋转速度的脉冲信号，该脉冲信号的频率与流体体积流量成正比。即频率与流体体积流量成正比。即 式中：式中：q qv v即瞬时流量，单位即瞬时流量，单位m m3 3/h/h。K K是涡轮流量计的是涡轮流量计的仪表系数，其含义为单位体积流体通过流量计时输出的仪表系数，其含义为单位体积流体通过流量计时输出的脉冲数（脉冲数（1/m1/m3 3），在流量计的使用范围内，它是个常数。），在流量计的使用范围内，它是个常数。3600Kfqvtan22222QrTQrTrAZKrfrm 式中：式中：、Q Q为流体的密度和体积流量。为流

13、体的密度和体积流量。 涡轮流量计的数学模型 涡轮在旋转过程中，受以几种力矩的影响：流体的推动涡轮在旋转过程中，受以几种力矩的影响：流体的推动力矩力矩TrTr（主动力矩）（主动力矩）; ;涡轮轴与轴承的磨擦阻力矩涡轮轴与轴承的磨擦阻力矩Trm;Trm;流体通流体通过涡轮时对涡轮产生的流动阻力矩过涡轮时对涡轮产生的流动阻力矩TrfTrf；信号传感器对涡轮产；信号传感器对涡轮产生的电磁阻力矩生的电磁阻力矩TreTre。由涡轮所受力矩得出涡轮的运动方程为：。由涡轮所受力矩得出涡轮的运动方程为： 式中，式中，J J 是涡轮的转动动量；是涡轮的转动动量；是涡轮的旋转角速度。是涡轮的旋转角速度。 推导可得推

14、导可得涡轮流量计的详细数学模型。涡轮流量计的详细数学模型。rerfrmrTTTTdtdJ 气体涡轮流量计的特性分析 （1 1）理想特性曲线：）理想特性曲线： 当忽略涡轮轴与轴承的磨檫阻力矩当忽略涡轮轴与轴承的磨檫阻力矩TrmTrm、流体、流体通过涡轮时对涡轮产生的流动阻力矩通过涡轮时对涡轮产生的流动阻力矩TrfTrf时，其公式时，其公式为为 由上式可见，理想特性仅与涡轮结构参数有关，与由上式可见，理想特性仅与涡轮结构参数有关，与流量无关，仪表系数流量无关，仪表系数K K是常数。是常数。rAZKtan2涡轮流量计的流量特性（涡轮流量计的流量特性（K-QK-Q）曲线分析）曲线分析 仪表系数可分为二

15、段仪表系数可分为二段: :线性段和非线性段。线性段和非线性段。在线性段其特性与传感器结构尺寸有关。在线性段其特性与传感器结构尺寸有关。在非线性段，特性受轴承摩擦力和流体粘性阻力影响较大。当流量低于传在非线性段，特性受轴承摩擦力和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。感器流量下限时，仪表系数随着流量迅速变化。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。当流量超过流量上限时要注意防止空穴现象。结构相似的涡轮流量计特性曲线的形状是相似的，它仅在系统误差水平方结构相似的涡轮流量计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。对于气体涡轮流量计，一般将计量精度

16、分两段，即面有所不同。对于气体涡轮流量计，一般将计量精度分两段，即0.2Qmax0.2Qmax为分为分界流量点。界流量点。 精确度高：全量程一般为精确度高：全量程一般为1 1 2.02.0，高精度型为，高精度型为0.50.5 1.01.0；属于高精确度的一种。；属于高精确度的一种。 重复性好重复性好: :一般可达一般可达0.050.050.10.1，由于其具有良好的重复性，通，由于其具有良好的重复性，通过经常校准或在线校准后可达到极高的精确度，因此在贸易结算中过经常校准或在线校准后可达到极高的精确度，因此在贸易结算中是优先选用的流量计之一。是优先选用的流量计之一。 范围度宽范围度宽: :中大口

17、径一般可达中大口径一般可达2020：1 1以上，小口径为以上，小口径为1010：1 1，始动流，始动流量也较低。量也较低。 压力损失较小压力损失较小: :在常压下一般在在常压下一般在0.10.12.5kPa2.5kPa。 结构紧凑，体积轻巧，安装使用比较方便，流通能力大。结构紧凑，体积轻巧，安装使用比较方便，流通能力大。 由于一般采用脉冲频率信号输出，适于总量计量及与计算机连接，由于一般采用脉冲频率信号输出，适于总量计量及与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强。同时若采用高频信号输出，可获得很无零点漂移，抗干扰能力强。同时若采用高频信号输出，可获得很高的频率信号（高的频率信号（3-4kHz3-

18、4kHz），信号分辨力强。），信号分辨力强。 主要优点主要优点 主要缺点主要缺点 要长期保持校准特性，需要定期校验。介质中含有的悬浮物或腐蚀要长期保持校准特性，需要定期校验。介质中含有的悬浮物或腐蚀性成份，会造成轴承磨损及卡住等问题，会改变其精度并限制其适性成份，会造成轴承磨损及卡住等问题，会改变其精度并限制其适用范围，虽然采用耐磨硬质合金轴和轴承后情况有所改进，但此问用范围，虽然采用耐磨硬质合金轴和轴承后情况有所改进，但此问题还是存在。因此必须定期校准，对于贸易储运和高精度测量要求题还是存在。因此必须定期校准，对于贸易储运和高精度测量要求的，最好配备现场校验设备。的，最好配备现场校验设备。

19、定期加油以保证轴承的充分润滑，以保证计量精度和延长使用寿命。定期加油以保证轴承的充分润滑，以保证计量精度和延长使用寿命。 介质的物理特性（如密度、粘度等）对涡轮流量计的特性有较大影介质的物理特性（如密度、粘度等）对涡轮流量计的特性有较大影响。气体流量计易受密度影响，与温度、压力关系密切，因此要进响。气体流量计易受密度影响，与温度、压力关系密切，因此要进行温压修正。行温压修正。 不允许使用在存在快速开关的场合。不允许使用在存在快速开关的场合。主要缺点主要缺点涡轮流量计受流场分布影响较大，因此对入口无整流器的流量计应按涡轮流量计受流场分布影响较大，因此对入口无整流器的流量计应按要求对传感器的上下游

20、侧设置直管段，对入口设计有整流器的流量计也要求对传感器的上下游侧设置直管段，对入口设计有整流器的流量计也应按使用说明的要求设置直管段长度。应按使用说明的要求设置直管段长度。 不适合于存在较强脉动流的场合使用，也不适于混相流的测量。不适合于存在较强脉动流的场合使用，也不适于混相流的测量。对被测介质的清洁度要求较高，需按要求安装过滤器，但这也带来压对被测介质的清洁度要求较高，需按要求安装过滤器，但这也带来压损的增大。损的增大。小口径的涡轮流量计的流量特性受物性影响严重，故小口径涡轮流量小口径的涡轮流量计的流量特性受物性影响严重，故小口径涡轮流量计性能难以提高。如最小口径为计性能难以提高。如最小口径

21、为DN25DN25，但其范围度仅为，但其范围度仅为1010：1 1，精确度，精确度最高仅达最高仅达1.0%1.0%。 气体涡轮流量计主要型号气体涡轮流量计主要型号TBQZII-TFC-BTBQJ-TFC-GTBQZIITBQJ型型TBQJ-FCMTBQZII-TFC-GTBQJ-TFC-BTBQZTBQZ型三维动画演示型三维动画演示TBQJTBQJ型三维动画演示型三维动画演示公称通径公称通径DNDN型号规型号规格格流量范围流量范围(m(m3/h)/h)QmaxQmax时时压力损失压力损失 (kPa)(kPa)始动始动流量流量(m(m3/h)/h)脉冲当量脉冲当量m m3/脉冲脉冲公称压力公称压

22、力(MPa)(MPa)壳体材料壳体材料5050（2 2）A6 665651.601.600.80.80.10.11.61.6；2.52.5；4.04.0；1.6 MPa1.6 MPa铝合金铝合金1.6 MPa1.6 MPa球墨铸铁球墨铸铁碳碳 钢钢耐蚀钢耐蚀钢B10101001001.301.300.80.880（3 3）A8 81601600.700.701.61.61.01.0900.902.32.3C20204004001.501.502.32.3100（4 4）450.452.62.6B20204004000.800.803.53.5C32326506501.801.803.53.5150（6 6）A32326506500.400.407.07.01.61.6；2.52.5B5050100010000.600.609.09.0C8080160016001.501.509.09.0200（8 8）A5050100010000.200.209.09.0B8080160016000.400.401515/p>