电磁流量计

涡轮流量计分类与传感器结构

涡轮流量计分类

( l ）按传感器结构分类

l ）轴向型（普通型）叶轮轴中心与管道轴线重合，是 TUF 的主导产品，有全系列产品（ DN10 一 DN600 ）

2 ）切向型 叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约 9 0 °， 适用于小口径微流量产品。

3 ）机械型 叶轮的转动直接或经磁藕合带动机械计数机构，指示积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置组成一体式，受到用户欢迎。

4 ）井下专用型 适用于石油开采井下作业及采输用，测量介质有泥浆及油气流等，传感器体积受限制，需耐高压、高温及流体冲击等。

5 ）自校正双涡轮型 可用于天然气等气体流量测量，传感器由主、辅双叶轮组成，可由二叶轮的转速差自动校正流量特性的变化。

6 ）广粘度型 在波特型浮动转子压力平衡结构基础上扩大上锥体与下锥体的直径，增加粘度补偿翼及承压叶片等结构措施，使传感器适用于高粘度液体，如重油，粘度可达 30mm2/s

7 ）插入型 插人型流量传感器由测量头、插入杆、插人机构、转换器及仪表表体等组成（见第 13 章插入式流量计）。

( 2 ）按被测介质分类

l ）液体用 TUF

a ．普通型适用于测量低粘度（≤ 5mpa.s ） 液体体积流量，公称通径为 DN10 ～ DN600, 精确度等级为 0 . 25 一 0 . 5 （高精度型为 0.15 使用介质温度为一 20 一＋ 120 ℃ 压力为 6 . 3MPao

b ．耐腐型 适用于腐蚀性流体，如稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸等，一般只有小口径产品 ( DN20 一 DN50 ）。

c ．高温型 适用于液体温度在 300 ℃ 以下，被测液体温度受检测线圈耐温性能的限制 .

d ．低温型 被测流体可低至一 250 ℃ ，应用于液态氧、液态氮等流体的测量。

e ．高粘度型 适应液体粘度达 70 一 400mpa · s ，通常口径愈大粘度可愈高，同一台传感器，当流体粘度增大时会使线性流量的下限值提高，而范围度缩小。

2 ）气体用 TUF

a ．普通型 测量洁净气体的流量，公称通径为 DN15 一 DN350 ，流体温度为一 20+ 120 ℃ ，压力为 2 . 5 一 10MPa ，精确度等级 1 级。

b ．燃气型 适用于石油气 . 、人工燃气、天然气及液化石油气等，可采取自动注油器润滑保护轴承，避免杂质进人运动部件，提高使用期限。结构大部分采用机械式就地显示装置，亦可用光导纤维技术输出高分辨率的脉冲信号，口径系列为 DN25 一 DN600 ，工作压力≤ 10mpa ，精确度为土 1 % （或土 0 . 5 % ) o

( 3 ）按信号检测方式分类

l ）感应式 传感器叶轮中嵌有永磁性材料。当叶轮和永磁性材料旋转时，磁场交替接近与远离传感器表体外的检测线圈，线圈的感应电势随着变化，此周期变化的频率信号经放大后输出。

2 ）变磁阻式 叶轮叶片或轮箍由导磁材料制成，传感器表体外检测线圈中装有永磁性材料。当叶轮旋转时，线圈内永磁材料形成的磁路，因导磁性叶片交替接近或远离，磁通产生周期性变化，线圈的等效阻抗亦随着变化，在放大线路中产生连续的脉冲波。

3 ）笛簧管（干簧管）式 嵌在叶轮（或与其同步的其他旋转元件）里的永磁性材料周期地打开和闭合传感器表体外笛簧管的簧片触点，这种开关作用使恒流（或恒压）源产生电脉冲信号。

4 ）光电式 叶轮叶片或叶轮驱动的元件随着叶轮旋转，周期性地遮断光束，所产生光脉冲信号转换成电脉冲信号，近年出现光纤传输方式，有效地提高抗干扰能力。

( 4 ）按传感器与管道连接方式分类

l ）法兰连接型 传感器以法兰方式与管道连接。定型产品法兰标准按国家标准。 压力限于 6 . 3MPa 以下。

2 ）螺纹连接型 传感器以螺纹方式与管道连接。螺纹有密封型管螺纹和非密封型管螺纹两种，可承受高压，但不适用于较大口径。

3 ）夹装型传感器本身无法兰，靠管道上法兰夹持住传感器的两密封端面，但不适用于较高压力和较大口径。

( 5 ）按流动方向分类安装方便

1 ）单向型 只允许流体从一方向流人传感器，因此有回流可能的场所，需加装止回阀。

2 ）双向型 传感器允许流体从“正”、“逆”两个方向流人，至少有两个信号检测器，流量显示仪表能鉴别信号的相位。累积量采用“加”或“减”来处理“正”或“逆”两个方向来流的总量。例如潜水艇用的 TUF

7 . 4 . 2 传感器结构

TUF 传感器由表体、导向体（导流器）、叶轮、轴、轴承及信号检测器组成（见图 7 . 1 ）。

l ）表体 表体是传感器的主体部件，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用。表体采用不导磁不锈钢或硬铝合金制造。对于大口径传感器亦可用碳钢与不锈钢组合的镶嵌结构，表体外壁装信号检测器。

2 ）导向体 在传感器进出口装有导向体，它对流体起导向整流以及支承叶轮的作用，通常选用不导磁不锈钢或硬铝材料制作。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推力，其结构形式很多。前导流器有专利产品可以抗流体流动的严重干扰。

3 ）涡轮 亦称叶轮，是传感器的检测元件，它由高导磁性材料制成。叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种，亦可用嵌有许多导磁体的多孔护罩环来增加一定数量叶片祸轮旋转的频率，叶轮由支架中轴承支承，与表体同轴，其叶片数视口径大小而定。叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质、流量范围、使用要求等设计，叶轮的动平衡很重要，直接影响仪表性能和使用寿命。

4 ）轴与轴承 它支承叶轮旋转，需有足够的刚度、强度和硬度、耐磨性、耐腐蚀性等。它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，因此它的结构与材料的选用以及维护是很重要的。

5 ）信号检测器 国内常用变磁阻式，如图 7 . 1 上半部分所示。由永久磁钢、导磁棒（铁芯）、线圈等组成。永久磁钢对叶片有吸引力，产生磁阻力矩，小口径传感器在小流量时，磁阻力矩在诸阻力矩中成为主要项，为此将永久磁钢分为大小两种规格，小口径配小规格以降低磁阻力矩。输出信号有效值在 10mv 以上的可直接配用流量计算机，配上放大器则输出伏级频率信号。

传感器结构类型很多，这里介绍几种广泛应用的产品。

l ）止推式涡轮流量传感器 这类产品的结构简图示于图 7 . 3 。图（ a ）与图（ b ）为轴尖止推类，采用平面或球面点接触，接触点与传感器轴线重合，点接触的优点是摩擦力矩很小，可用于较低的下限流量，但是大流量时磨损严重。图（ c ）为端面面接触止推型，端头呈球形，轴承为平面形。此类结构仅用于小口径（≤ DN15mm ）传感器，发挥其灵敏度高的特点。

2 ）反推式涡轮流量传感器 这类产品的结构简图如图 7 . 4 所示。图 7 . 4 ( a ）中在输人端面处压力 pH 降低，产生反推力；图 7 . 4 ( b ）系流体经前面孔引入产生反推力；图 7 . 4 ( c ）表示流体由后反向推。反推式结构在一定流量范围内可使叶轮处于浮游状态，轴向不存在接触点，无端面摩擦和磨损，可延长使用期限。

3 ）切向式涡轮流量传感器 图 7 , 5 所示为用于微流量测量的涡轮流量传感器。流体由叶轮的切向流过，冲击其叶片旋转。由于被测流量小，为加大流体对叶轮的冲力，人口处装有喷嘴，可以更换喷嘴孔径以调节流量范围。叶轮的转速采用光电法检测，以避免如磁阻法产生磁阻力矩。

4 ）气体 TUF 气体的密度远小于液体密度，流体推动力矩小，气体流量传感器与液体流量传感器在结构参数上有显著差别。要加大轮毅半径，缩小流道截面积，使气流流速加大且集中经过叶片边缘。因气流流速很高，要用较小冲角的叶片。一般为降低摩擦阻力矩，采用滚动轴承，并对轴承系统注人润滑剂。它能冲洗掉轴承表面的微粒，延长轴承寿命。多孔状的贮油室能在换加润滑剂期间向轴承持续供油。典型的燃气 TUF 如图 7 . 6 所示。图 7 . 6 （ a ）所示为气体 TUF 的剖面图。图 7 , 6 （ b ）功所示为在传感器显示装置上附加气体体积补偿器，补偿器把传感器测量的实际体积流量经压力、温度换算为标准状态下的体积流量。另外还有报警、自诊断、远传信号等多种功能，它是一台功能齐全的流量计算机。

5 ）自校正气体双涡轮流量传感器 图 7 . 7 所示为这种流量计的作用原理简图。由图 7 . 7 可看出传感器表体内装有两个独立旋转的叶轮。入口处为主涡轮，其下游的称为辅涡轮。两涡轮叶片均为螺旋状，但辅涡轮的螺旋角较小，它起到感受主涡轮出口流体因流速分布畸变、运动件磨损结垢等形成阻力矩变化和流体物性（密度，粘度）变化的影响。它可以保证使用条件与校验条件不同时把仪表系数校正到校验时的精度。

6 ）无轴承涡轮流量传感器 其结构简图如图 7 . 8 所示。利用两个锥形体的动力作用，可以使叶轮浮游工作，虽然无轴承解决了轴承磨损问题，但是流体的不洁净会使浮游失去作用，故对流体清洁度要求高，影响了其推广使用。

7 ）广粘度型涡轮流量传感器 其结构简图如图 7 . 9 所示。叶轮为平板叶片，轴承用套筒轴承，转子前后设置两个锥体，使转子的叶片部分形成双重圆筒流道。下锥体下游处流速减速后恢复的静压通过下锥体内部的压力导人孔作用在转子的下游一侧使其与推力相平衡，叶轮浮动。上下锥体较轮壳直径大，增加粘度补偿翼及在转子两侧安装环形板。采取以上措施可以使传感器在高粘度（ 15 一 30mm2/ s ）仍能保持线性区域和范围度，用于重油测量范围度为 7 : 1 ，精确度达士 0 . 2 ％。