渦輪流量計

氣體渦輪流量計  

    LJWQ型氣體渦輪流量傳感器是吸取了國內外流量儀表*技術經過優化設計，綜合了氣體力學、流體力學、電磁學等理論而自行研制開發的新一代高精度、高可靠性的氣體精密計量儀表，具有出色的低壓和高壓計量性能，多種信號輸出方式以及對流體擾動的低敏感性，廣泛適用于天然氣、煤制氣、液化氣、輕烴氣等氣體的計量。
    該產品經國家防爆產品質檢部門按GB3836.2000《爆炸性氣體環境用電氣設備第1部：通用要求》，GB3836.2-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備第2部分：隔爆型“d"》和GB3836.4-2000《爆炸性氣體環境用電氣設備第4部分：本質安全型“i"》標準檢驗合格，防爆等級為：ExdIIBT6（隔爆型）、ExdIIBT6（本安型）。

   采用新型傳感器，始動流量低、壓力損失小、抗振與抗脈動流性能好，不易腐蝕、可靠性好、使用壽命長。
 采用新型微處理與高性能的集成芯片，運算精度高，整機功能*，性能*。
 采用*的微功耗高薪技術，整機功耗低。既能用內電池長期供電運行，又可由外電源供電運行。
 按流量頻率信號，可將儀表系數分八段自動進行線性修正，可根據用戶需要提高儀表的計算精度。
 采用EEPROM數據存貯技術，具備歷史數據的存貯與查詢功能，三種歷史數據記錄方式可供用戶選擇。
 流量計表頭可180°旋轉，安裝使用簡單方便。
 高精確度，一般可達±1.5%R、±1.0%R.
 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，在貿易結算中是優先選用的流量計。
 可檢測被測氣體的溫度、壓力和流量，能進行流量自動跟蹤補償，并顯示標準狀態下（Pn=101.325Kpa，Tn=293.15K）的氣體流量；可實時查詢溫度、壓力、時間、日期等數據。
 優質合金渦輪，具有更高的穩流和耐腐蝕作用.

1）流量計結構

2）工作原理

當氣流進入流量計時，首先經過獨立機芯的前導流體并加速，在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,
此時渦輪產生轉動力矩，在渦輪克服阻力矩和摩擦力矩后開始轉動。當諸力矩達到平衡時，轉速穩定，渦輪轉動速度與流量成線性關系，通過旋轉的發信盤上的磁體周期性地改變傳感器磁阻，從而在傳感器兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號。該信號經前置放大器放大、整形后和壓力溫度傳感器檢測到的壓力、溫度信號同時輸給流量積算儀進行處理，直接顯示標準體積流量和標準體積總量。
3、流量積算儀工作原理
   流量積算儀有溫度和壓力檢測模擬通道、流量傳感器通道以及微處理單元組成，并配有外輸接口，輸出各種信號。流量
計中的微處理器按照氣態方程進行溫壓補償，并自動進行壓縮因子修正，氣態方程如下：
   Qn=Zn／Zg•(Pg+Pa)／Pn•Tn／Tg•Qg
   式中：Q n一標準狀態下的體積流量(m 3／h)
   Qg—未經修正的體積流量(m 3／h)
   Pg—流量計壓力檢測點處的表壓(KPa)
   Pa—當地大氣壓(KPa)
   Tg—介質的溫度(273．15+t)k
   t—被測介質攝氏溫度(℃)
   Zn—標準狀態下的壓縮系數
   Zg—工作狀態下的系數
   Tn—標準狀態下的溫度(2 9 3．1 5 k)
   P n—標準大氣壓(101．325KPa)
注：對于天然氣Zn/Zg=(Fz)2，Fz稱為超壓縮因子，按中國石油天然氣總公司的標準sY／T6143—4996中的公式進行計算。

表1

2.測量范圍及工作壓力
表2

注1：表2中“標準量程"中標示的測量范圍為通用測量范圍；（即適用于：LJWQ-N/A/B/C/D）
注2：表2中“擴展量程"中標示得測量范圍用于“智能一體化氣體渦輪流量計"或“智能溫壓補償一體化氣體渦輪流量計" （即適用于：LJWQ-B/C/D）



1．按儀表功能分類LWQ系列氣體渦輪流量計可分為3大類，即：
    氣體渦輪流量傳感器/變送器
    智能一體化氣體渦輪流量計
    智能溫壓補償一體化氣體渦輪流量計
2．功能說明

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LJWQ-B-□型和LJWQ-C-□型。

應用場合：
　　1.在溫度、壓力相對穩定的工況現場，作為工業控制儀表
　　2.在溫度、壓力相對穩定的工況現場，用戶可根據儀表示值氣體方程自行運算到標況流量。

※標準狀態流量（標況流量）：指在20℃、生活大氣壓下的氣體流量

應用場合：精確計量或貿易結算

    用戶在選型時，應根據管道公稱壓力、介質壓力、介質溫度、介質組分情況、流量范圍及信號輸出要求合理選擇流量計的型號規格。
    為使流量計的使用性能，流量計的使用流量范圍應在（20%～80%）Qmax范圍內比較合適。
    流量計出廠時的信號輸出方式：工況脈沖信號輸出（三線制）、標準流量信號（IC卡）輸出或RS-485通訊輸出。若要求有其它輸出功能，請在訂貨時說明。

例：選用一臺不銹鋼材質，溫壓補償一體化氣體渦輪流量計來測量氧氣，用戶工況測量范圍為3-50m3/h,型號為：LWQ-D-40W1/S/S/A
量計外形如圖所示，具體尺寸見右表

注：圖1所示為溫壓補償型儀表外形。
      同口徑所有型號儀表傳感器部分尺寸一致。

液體渦輪流量計

LJGY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、精度高、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AI2O3、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.若與具有特殊功能的顯示儀表配套,還可以進行定量控制、超量報警等,是流量計量和節能的理想儀表。

圖1所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，由圖可見，當被測流體經過傳感器時，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，葉輪的轉動周期的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。
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
  qv=f/K
   qm = qv P
 式中
   qv , qm……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，儀表系數可分為兩段，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，儀表系數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上要注意防止空穴現象。結構相似的TU F特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統誤差水平方面有所不同。
 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

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現場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。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巨大的實用意義，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規律的預測和估算。

 •高精確度,一般可達±1%R、±0.5%R,高精度型可達±0.2%R；
 •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
   到的精確度，在貿易結算中是優先選用的流量計；
 •輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗力強；
 •可獲得很高的頻率信號（3~4kHz），信號分辨力強；
 •范圍度寬，中大口徑可達1:20，小口徑為1:10；
 •結構緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大；
 •適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；
 •專用型傳感器類型多，可根據用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下
   型、混砂專用型等；
 •可制成插入型，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。

1、基本參數

1.測量范圍及工作壓力

1．按儀表功能分類，LJWL系列渦輪流量計可分為2大類，即：
    ■渦輪流量傳感器/變送器
    ■智能一體化渦輪流量計
2．功能說明
■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，僅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，特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計算機控制系統配合使用。
 該類渦輪流量產品均分為基本型和防爆型（ExdIIBT6）兩種，外形如圖

圖1 基本型傳感器/變送器        圖2 防爆型 傳感器/變送器

按照不同的輸出信號，該類產品可分為LJWL-□N型和LJWL-□A型
LJWL-□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；
LJWL-□A型變送器：24VDC供電，二線制4-20mA 輸出，信號傳輸距離≤1000。

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

LJWL-□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。
LJWL-□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。

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，

圖6

  圖4 DN4～DN10
  螺紋連接型渦輪流量傳感器（含直管段部分）尺寸圖
  圖5 DN15～DN40
  螺紋連接型渦輪流量傳感器尺寸圖
  圖6 DN15～DN200
  法蘭連接型渦輪流量傳感器尺寸圖