导读：涡轮流量计传感器的工作原理      

一、涡轮流量计传感器的工作原理                  

涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的转速随流量的变化而变化，即流量大，涡轮的转速也大，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入显示仪表进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。     

涡轮流量传感器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动，并冲击涡轮叶片时，便有与流量qv流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上，推动涡轮旋转。涡轮旋转的同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理，线圈内将感应出脉动的电势信号，此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。其中，qv为流体的体积总量，N为流量传感器发生的脉动总数；ξ为流量系数。

涡轮流量传感器的重要特性参数，不同的仪表有不同的ξ，并随仪表临时使用的磨损情况而变化；其含义是单位体积流量通过流量传感器时，流量传感器的输出的脉冲数。

涡轮流量传感器输出的脉冲信号，经前置于放大器放大后，送入显示仪表，就可以实现流量的丈量。

二、液体涡轮流量计现场标定法

1．流量计工作公式：Q=3600f/km3/h式中：

f脉冲频率[Hz]

k传感器的仪表系数[1/m3]由校验单给出。

Q流体的瞬时流量（工作状态下）[m3/h]

2．需要流量计显示质量单位时，将原系数k修改成k/p,其中p被测介质的密度（t/m3

3．流量计出厂前，表内已设定好系数k用户要求以质量单位显示时，出厂前按用户提供的介质密度，已经将系数修正完置入表中，现场直接使用即可；

4．如果现场被测介质物性与水相差较大时，可以进行现场标定，修正系数k

5．具体方法如下：

1先将流量计按要求装置好，开动阀门，使管道充溢介质，保证仪表正常工作；关断阀门，准备标定；

2准备规范容器或称重设备，这里举例用称重方法（记好皮重）

3先记录流量计的累计流量Q1开动阀门，使流量计工作在流量范围内，容器快满时，关断阀门，记录流量计的累计流量Q2称上读出被测介质的净重M1;计算得：流量计的丈量流量M2=Q2-Q1规范流量为M1

4误差F=1M2/M1;

5新的仪表系数k1=k/1+F;

6将新测得的仪表系数重新置入表中即可（具体操作方法见说明书）

7为可靠起见，方法34可重复3次，得出平均误差再进行设定。

三、气体涡轮流量传感器的使用

1.气体型涡轮流量传感器是一种精密流量丈量仪表，与相应的流量积算仪表配套可用于测量液体的流量和总量。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的一般气体、天然气、煤气等气体计量、控制系统。

传感器和输出放大器有多种组合，该传感器还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，实现积算、传输和控制功能。

2.结构

传感器的结构，主要由壳体、前导向架、叶轮、后导向架、压紧圈和带放大器的磁电感应转换器等组成；

3.工作原理

当被测液体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁电阻，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而发生电脉冲信号，经放大器放大后传送至相应的流量积算仪表，进行流量或总量的丈量。

4.装置的场所

传感器应在被测气体的温度为-20~+60℃，环境相对湿度不大于95%条件下工作。从维护方便角度考虑，应安装在容易拆换和防止配管振动或配管有应力影响的场所。考虑到对放大器的维护，应尽量防止使它受到强的热辐射和放射性的影响。同时，必需防止外界强电磁场对检测线圈的影响，如不能防止时，应在传感器的放大器上加设屏蔽罩，否则干扰将会严重影响显示仪表的工常工作。

5.装置的位置

传感器应水平安装，装置时传感器上的指示流向的箭头应与流体的流动方向相符。

6.配管要点

1为了清除气体涡流和断面流速不均匀对测量的影响，应在传感器进出口处安置必要的直段或整流器。一般要求上游局部（进口处）直管段为（15~20DD为传感器公称通径）下游局部（入口处的直管段长度为25D而直管管径和传感器通径要一样。

为了更有效地清除涡流，提高丈量精度，可在上游局部的直管段转入一束导管组成的整流器。法语上整流器后上游部分的直管段长度为（10~20D

2为了清除流体中的杂质，确保传感器的正常工作，提高传感器的寿命，传感器前的管路上应装上目数为40-80目/厘米2过滤器。一般情况下通径大的目数稀，通径小的目数密。为保证传感器正常运行，还应根据实际使用情况选用过滤网的目数。

3焊接传感器进口法兰时，必需注意管内无突出部分。当连接进口法兰时，两法兰外周要完全吻合，垫圈不能暴露在管内。偏心异径接头将会引起流速不均匀分布现象，故不能使用。

4为了保证工作通径下检修的需要，变送器前后管道上应安排切断阀门（截止阀）同时应设置旁通管道。流量控制阀要装在传感器的下游。传感器使用时上游所装的载止阀必须全开，防止上游局部的流体发生紊流现象。

5通过传感器的流量过大时（逾越流量范围上限）轴承将因转速过高而加快磨损。为此，预计有过大流量的情况时，可利用安置在下游局部的流量控制阀调节流体流量。

6新管路上装置传感器时，为防止管路中杂质进入传感器，应先用一根空管子代替传感器等运行一段时间后，确认杂质已排除再换上传感器。

7.使用和维护

1传感器应依照铭牌上的规范流量范围、公称压力及流向标志装置使用。

2传感器应在流体温度为-20~+60℃、环境温度-20~+55℃环境相对湿度不大于95%条件下工作。

3传感器的使用期在正常情况下，一般为半年至一年，视工作条件的恶劣水平而定。并应定期进行拆洗。如发现轴或轴承有严重磨损时，应进行更换偏重新标定。

涡轮流量计积算仪原理功能说明 

1、涡轮流量计原理：

所示为 TUF 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，送至显示积算仪处理。 

  涡轮流量变送器结构 1－紧固件；2－壳体；3－前导向件；4－止推片；5－叶轮； 6－电磁感应式信号检出器；7－轴承；8－后导向件          涡轮流量传感器的电脉冲信号的的频率  f  (次/秒)与流过管道的体积流量qv(m3/s)正相关时,其比例系数即为传感器的仪表系数K(Hz/m3),如式(2.1)所示:                                     vfKq=                           （2.1） 即                                     fqvK=                           （2.2） 

  在同一时间内，传感器发出的脉冲数  N  与流过管道的液体体积  V（m3）也成正相关，其比例系数也为传感器的仪表系数  K（Hz/m3），如式（2.3）所示：                                     NKV=                           （2.3） 即                                    NVK=                            （2.4） 根据式（2.2）和式（2.4）可以计算出液体的体积流量[2]。 

2、积算仪要实现的主要功能及特点：

功能：

（1）累积并显示流量累积值；

（2）计算并显示流量瞬时值；

（3）仪表密码设置；

（4）流量系数设置；

（5）数据保存；确保所测数据掉电依然存在。

（6）流量显示积算仪可直接输入脉冲信号，还能直接输出方波脉冲信号用于远传 ；

（7）键盘操控。

 特点：

（1）功耗低、抗干扰能力强、故障率低、适应性强；

（2）数字显示清晰、准确；

（3）结构设计合理、体积小、重量轻；

（4）安装、维修、使用方便。 

3 、积算仪设计的技术要求：

3.1、硬件设计要求 ：

   为了达到上述设计特点预期的设计要求，本测量系统在硬件电路上作了充分的考虑，其特点主要在： 

（1） 选择合适的低功耗元件。为了降低系统的功耗，在元件选择上，我们尽量选用了适合低功耗设计的元件。

（2） 简化硬件电路设计。在满足系统信号处理的基础上，简化硬件电路设计，

是降低功耗的有效方法。在本测量系统中主要体现在选用了高集成度的CPU，它功能多，不需要增加额外的器件，为整个硬件电路减少了不少元件，使得电路结构简单，另外它微功耗，速度快，满足了整个系统设计的要求。

（3） 设计低功耗电路，选用低功耗 CMOS 器件。CMOS 集成器件的最大优点就是微功耗（静态功耗几乎为零），所以 CMOS 集成器件从一开始出现，

就和低功耗仪表结下了不解之缘。设计低功耗电路，大量采用低功耗CMOS 集成器件，是降低传感器功耗的主要设计原则，也是降低电路功耗的主要和最根本方法。在选用本测量系统各个组成部分的器件时，自始至终贯穿了这个主要原则[3]。

（4） 降低单片机的时钟频率。单片机的功耗与系统的振荡频率密切相关，单片机的功耗随时钟频率的降低明显减少。因此，在选择单片机时钟频率时，一方面希望单片机有足够快的运算速度与外部电路接口；另一方面又希望有比较低的频率以便降低功耗，设计时必须加以权衡，在满足测量系统工作要求的前提下，选择合适的时钟频率[5]。

（5） 正确设置 I/O 引脚状态。在本测量系统中，所有 I/O 都是根据信号的输入输出状态来加以配置的，这保证了系统程序的正常运行。 

3.2、软件设计要求：

  智能化仪表的软件设计通常采用模块化设计方法。所谓“模块化”就是将整个仪表软件按功能分为若干个子功能块，每个子功能块具有一定的通用性。因此设计不同仪表时，某些功能模块可以移植，从而加快仪表的研制速度。本测量系统的程序主要有以下几个模块： 

（1） 初始化模块：

  初始化模块的功能是：仪表在上电复位后即进入初始工作状态。CPU 对硬件模块接口和特殊功能寄存器以及堆栈和一些中间单元进行初始化，初始化完成后，仪表进行自检，对 CPU 的内部 RAM，外部 RAM 及有关接口进行测试，自检结束后，等待执行主程序。 

（2） 键盘管理及显示程序模块：

  该部分模块起人机对话作用。它一方面通过键盘把有关参数、命令、密码等信号送入 CPU。另一方面将被测参数用 LCD 显示出来。因此该模块由键盘处理程序和显示程序两部分组成。系统通过按键识别，判断是什么键按下，从而转入相应键处理程序。对于不同仪表，定义不同键的功能时，只需要修改相应键处理程序，而显示程序则可移植。键盘管理及显示程序模块通用性较强。

（3） 主控模块：

  智能仪表的主控模块主要是完成数据运算处理等工作。它随仪表类型不同而不同。在设计主控模块时，尽量调用子程序模块中的子程序，从而可大大减少主程序的重复设计工作。

（4） 中断子程序模块：

  本测量系统的中断子程序模块比较器中断子程序和实时时钟中断子程序。系统通过这两个程序来定时记录信号的脉冲个数，并定时显示流体流量值。

（5） 辅助程序：

   在这些辅助子程序里，设计了一般工业智能仪表所需要的数据运算和处理子程序，其中包括：数据类型转换子程序，延时子程序等多个子程序。调用十分方便，通用性强。