一、简介
涡轮流量计(以下简称TUF)是叶轮式流量(流速)仪表的主要类型，它还包括风速计和水表。
在各种流量计中，TUF、容积式流量计和科里奥利质量流量计是重复性和准确性最好的三种产品，TUF有自己的特点，结构简单，加工零件少，重量轻，维护方便，流通能力大(同口径大流量)，适应高参数(高温、高压、低温)。到目前为止，这类流量计产品可以达到的技术参数：口径4-750mm，压力250MPa，温度-240-700。这种技术参数是其他两种流量计难以达到的。
TUF广泛应用于以下测量对象：石油、有机液体、无机液体、液化气体、天然气、气体和低温流体。在国外液化石油气、成品油、轻质原油的转运集输站中，广泛应用于大型原油管道的首末站进行贸易结算。在欧美，TUF是仅次于孔板流量计的天然气计量仪表。仅在荷兰，就有2600多套0.8 MPa-6.5 MPa各种尺寸和压力的TUF用于天然气管道，成为优秀的天然气流量计。
虽然TUF优秀的测量特性受到人们的青睐，但它给人的印象是由使用寿命较短的运动部件组成的，所以在选择时难免会有所犹豫。经过人们的不懈努力，应该说情况有了很大的改善。
作为最常见的流量计，TUF的产品已经发展到多品种、全系列、多规格批量生产的规模。需要指出的是，TUF广泛应用于一些特殊部门，如科学研究与实验、国防科技、计量等。这些领域的使用正好避开了它的弱点(不适合长期连续使用)，发挥了它的特点(精度高，重复性好，可以在高压、高温、低温、微流量条件下使用)。在这些领域中，大多数都是根据被测对象的特殊要求而设计的。它们是特殊仪器，不进行批量生产。
二、工作原理
图1显示了TUF传感器的结构图。从图中可以看出，当被测流体流经传感器时，叶轮在流体的作用下被迫旋转，其转速与管道的平均流量成正比，叶轮的旋转周期性地改变磁电转换器的磁阻。检测线圈中的磁通量周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后送到显示仪表显示。
TUF的实际流量方程为
qv=f/K(7.1)
qm=qv(7.2)
其中qv和QM-分别为体积流量，m3/s，
质量流量，千克/秒；
f——流量计输出信号的频率，Hz；
k——流量计的仪表系数，P/m3。
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。从图中可以看出，仪表系数可以分为两段，即线性段和非线性段。线性段约为工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺寸和流体粘度有关。在非线性部分，特性受轴承摩擦和流体粘性阻力的影响很大。当流量低于传感器流量下限时，仪表系数随流量快速变化。压力损失和流量之间的关系近似为平方关系。当流量超过流量上限时，应注意防止气蚀。具有相似结构的TUF特性曲线在形状上是相似的，但是它们仅在系统误差水平上不同。
传感器的仪表系数由流量检定装置检定，完全忽略了传感器内部流体的流动机理，将传感器作为一个黑匣子，根据输入(流量)和输出(频率脉冲信号)确定其换算系数，便于实际应用。但需要注意的是，这个换算系数(仪器系数)是有条件的，其校准条件是
1)精度高，一般液体为0.25% r-0.5% r，高精度型为0.15% r；介质为气体，一般为1% r-1.5% r，特殊类型为0.5% r-1% r，在所有流量计中是最精确的。
2)重复性好，短期重复性可达0.05%-0.2%。正是由于其良好的重复性，如频繁校准或在线校准，可以获得极高的精度，是贸易结算中首选的流量计。
3)输出脉冲频率信号，适用于总测量和与计算机连接，无零点漂移，抗干扰能力强。
4)可以获得很高频率的信号(3-4kHz ),具有很强的信号分辨率。
5)范围广，中大口径可达40: 1-10: 1，小口径6: 1或5: 1。
6)结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。
7)适用于高压测量，不需要在仪器本体上开孔，易于制作高压仪器。
8)特殊传感器有多种类型，可根据用户特殊需求设计，如低温传感器、双向传感器、井下传感器、混砂传感器等。
9)可做成插入式，适合大口径测量，压力损失小，价格低，流量连续，安装维护方便。
10)校准特性难以长期保持，需要定期校准。对于无润滑性的液体，液体中含有悬浮物或研磨性，造成轴承磨损、卡死等问题，限制了其应用范围。采用耐磨硬质合金轴和轴承后，情况有所改善。对于贸易储运和高精度测量的要求，最好配备现场校准设备，可以定期校准以保持其特性。
11)一般液体TUF不适用于高粘度介质(高粘度介质除外)。随着粘度的增大，流量计测量的下线值增大，量程减小，线性变差。
12)流体物理性质(密度和粘度)对仪器特性影响很大。气体流量计易受密度影响，而液体流量计对粘度变化敏感。由于密度和粘度与温度和压力密切相关，因此在现场温度和压力波动是不可避免的，应根据其对精度的影响程度采取补偿措施，以保持较高的测量精度。
13)流量计受来流和旋流的速度分布畸变影响较大，因此传感器的上下游侧需要有一段较长的直管段。如果安装空间有限，可以安装流量调节器(整流器)来缩短直管段的长度。
14)不适用于脉动流和混相流的测量。
15)被测介质的洁净度较高，限制了其应用领域。虽然可以安装过滤器以适应脏介质，但也带来了压力损失增加、维护量增加等副作用。
16)小口径仪器(DN50以下)的流量特性受物性影响严重，因此小口径TUF的仪器性能很难提高。
四、选择注意事项
(1)准确性
一般来说，选择TUF主要是因为它的高精度。目前TUF的精度是液体的：国际市场0.15% r、0.2% r、0.5% r、1% r，国内定型产品0.5% r、1% r；气体：国际市场是0.5% R和1% R，国内市场是1% R和1.5% R，以上精度指的是6: 1或10: 1的范围。几种涡轮流量传感器的典型参数如表1所示。准确性不仅与产品本身的质量有关，还与使用条件密切相关。如果缩小量程，可以提高精度；特别是标准流量计，作为标准表流量标准装置，如果在定点使用，可以大大提高其准确度。
表1几种涡轮流量计的典型参数列表
(2)流量范围的选择流量计的精度越高，对现场使用条件的变化就越敏感。为了保持其高精度，需要对仪器系数进行特殊处理。一种处理方法是所谓的仪表系数浮动处理方法。也就是说，在以下条件下进行实时处理：a)粘度为af
TUF流量范围的选择对其精度和使用寿命有很大影响。一般工作时最大流量对应的转速不能太高。有两种用法：连续工作和间歇工作。连续工作是指每天工作8小时以上，间歇工作是指每天工作8小时以下。对于连续运行，最大流量应选择在仪表上限流量的下部，而间歇运行可选择在较高的地方。一般情况下，连续运行时实际最大流量乘以1.4作为流量范围的上限流量，间歇运行时乘以1.3。
如果仪表直径与工艺管道直径不一致，应使用变径管和等直管对管道进行修改。
对于低流量的工艺管道，最小流量成为选择仪表口径时首先考虑的因素。通常实际最小流量乘以0.8作为流量范围的下限流量，留有一定的余量。如果配备具有分段线性化功能的显示仪表，当传感器流量下限值不能满足实际最小流量时，应要求制造厂在实际最小流量及其附近检查流量，并将测量的仪表系数输入显示仪表，这样可以降低仪表的下限值，保持测量精度。
(3)精度等级
对仪器精度等级的要求要慎重，从经济角度考虑。比如大口径输油(气)管道的贸易结算仪器，经济意义重大，在仪器上多投入是划算的。对于输送量小或过程控制精度水平中等的，切忌盲目追求高精度。本质安全型防爆传感器应与安全栅的型号和制造商相适应，并检查防爆等级和批准号。为了显示质量流量(或标准状态下的体积流量)，应选择压力和温度传感器或密度计。TUF显示仪表现在包含在流量计计算机中，可以与基于微处理器的上位机通信。该仪表在仪表功能和应用范围上远远超过了老式涡轮流量显示仪表。目前，用作贸易计量的各种流量计都倾向于配备直读显示装置(如图6所示)。不仅总量测量的显示，而且补偿器(一个全功能的流量计算机)可以附加输出远程传输信号。
(4)对流体的要求
TUF要求清洁(或基本清洁)、单相或低粘度流体。常见流体的例子如下：一般流体，包括水、空气、氧气、高压氢气、牛奶、咖啡等。石化：汽油、轻油、喷气燃料、轻柴油、石脑油、乙烯、聚乙烯、苯乙烯、液化气、二氧化碳、天然气；化学溶液：氨、甲醇、盐水等。有机液体：酒精、乙醚、苯、甲苯、二甲苯、丁二烯、四氯化碳、甲胺、丙烯腈等。无机液体：甲醛、醋酸、烧碱、二硫化碳等。对于腐蚀性介质，要注意选材，不推荐杂质多、研磨性大的介质。
(5)对液体粘度的要求
液体TUF是一种粘度敏感流量计。当液体粘度增大时，仪表系数的线性区域变窄，下限流量增大。当粘度增加到一定值时，甚至无线区域。螺旋叶片的情况比直叶片好很多。
对于液体，通常用水来检查传感器。当精度为0.5时，不考虑粘度的影响，液体可以在510-6mm2/s以下。当流体粘度高于510-6mm2/s时，可以用等效粘度的液体进行检查，无需进行粘度修正。此外，还可以采取一些措施来补偿粘度的影响。如缩小使用范围，增加流量的下线值或仪表系数乘以雷诺数修正系数。
粘度对仪器系数的影响与传感器结构类型和参数孔径大小有关。粘度对仪表系数的影响有几种表达方式：仪表系数与雷诺数的关系，几种vis下仪表系数与输出频率的关系
气体TUF主要考虑流体密度对仪器系数的影响，密度的影响主要在低流量区域，如图14所示。随着密度(即压力)的增加，特性曲线的线性部分向下限流通面积扩展，传感器的量程扩大，线性度提高。当气体TUF在大气中检查和使用时，如果被测介质的工作压力不同，其下限流量由以下公式计算。
Qvmin，Qvmin——分别为被测介质和空气在压力P和压力pa(101.325kPa)下的体积流量下限值，m3/h；
p、pa——分别为工作压力(绝对压力)和大气压力(101.325kPa)，kPa
D-被测介质的相对密度，无量纲。
(7)体积流量转化为质量流量。
TUF测量实际的体积流量。无论物料平衡还是能量测量，都需要测量介质流量(即标准状态下的体积流量)，要用以下公式换算。
式中，qv，qvn-分别为工作状态和标准状态下的体积流量，m3/h；
p、T、Z-分别为工作条件下的绝对压力(Pa)、热力学温度(K)和气体可压缩性；
Pn、Tn、Zn-分别为标准状态下的绝对压力(Pa)、热力学温度(K)和气体可压缩性；
(8)TUF不适合的地方。
含有许多杂质的流体，如循环冷却水、河水、污水、燃油等。流量变化较快的地方，如锅炉给水系统、带空气锤的送风系统；测量液体时，管道压力不高而流量大，仪表下游侧压力可能接近饱和蒸汽压，有发生气蚀的危险。比如液氨可以从上罐自由流出，所以不适合安装在出料口；电焊机、电机、带触点继电器等附近有严重电磁干扰的场所。上下游直管段长度严重不足，如船舶机舱内；如果锅炉自动供水系统频繁启停泵，会很快冲击叶轮，损坏传感器。在选择腐蚀性或研磨性介质时，应小心谨慎，并联系制造商进行咨询。
(9)经济
在高精度场合选择TUF时，要从多方面考虑其经济因素。仪表购置费只是成本的一部分，还应考虑以下费用：安装辅助设备(如除气器、过滤器等)的费用。)或包括阀门的旁路分支；校准费，为了保持高精度，必须经常校准，甚至现场安装在线校准装置，相当昂贵；维护费，用于更换TUF的易损件。保持高性能是必要的。
(10)选择步骤
1)如上所述，确认可用的测量对象。
2)选择类型。根据流体性质的选择，气体和液体分别是气体型和液体型，不能通用。当工况下液体粘度超过5 MPas时，应选择高粘度型(国内尚无定型产品)。选用耐酸腐蚀液(国内无定型产品)。
根据环境条件选择，根据环境温湿度选择合适的仪表，如果周围有爆炸性和易燃性的大气，选择防爆传感器。
根据管道连接方式，传感器有水平和垂直两种安装方式。水平安装时有法兰连接、螺纹连接和夹紧连接。中口径选用法兰连接，小口径高压管道选用螺纹连接，卡箍连接只适用于低压小口径。垂直安装只有螺纹连接。
3)选择规格。根据现场使用条件，如流量范围、管径、流体压力和温度、安装位置和性能要求，如精度、重复性、显示方式等。参考厂家的选样或使用说明书来选择具体的规格型号，可能找不到合适的，只好另选流量计。
由于TUF的种类和规格繁多，特别是不同厂家的产品质量不同，我们必须尽力收集制造的信息
传感器应安装在易于维护的地方，管道不受振动、强电磁干扰和热辐射。液体TUF的典型安装管道系统如图7所示。图中各部分的配置可能取决于被测对象的情况，并非都是必须的。TUF对管道内速度分布和旋转流动的畸变比较敏感，入口传感器要充分发挥管流，所以需要根据传感器上游节流器的类型配备必要的直管段或流量调节器，如表2所示。如果上游节流不明确，一般建议上游直管段长度不小于20D，下游直管段长度不小于5D。如果安装空间不能满足上述要求，可以在节流器和传感器之间安装一个流量调节器。当传感器安装在室外时，应采取措施避免阳光直射和雨淋。
