智能气体涡轮流量计的探索应用

　　本文通过对气体涡轮流量计的工作原理、测量原理、计算公式、检定、标定、优点和注意事项的阐述，并从实际测量氢气的过程中， 分析了氢气压缩因子对气体涡轮流量计测量的相关影响，供同行参考。

　　一、气体涡轮流量计的工作原理

　　涡轮流量计是一种速度式流量仪表， 当被测流体流经涡轮流量计时，流体的动能作用于涡轮的螺旋叶片上，产生驱动力矩Td，使涡轮旋转，涡轮旋转时，驱动力矩必须克服同样作用于涡轮上流过叶片的流体黏性阻力矩Ti、轴承阻力矩Tb、轮壳端部摩擦阻力矩Tw、顶隙阻力矩Tt和作用于轮壳的流体黏性摩擦阻力矩Th。 由此可建立涡轮的运动微分方程：

　　式中：J———涡轮的转动惯量;ω———涡轮的旋转角速度;τ———时间。

　　当流量恒定时，即涡轮处于匀速旋转运动时，以上驱动力矩与阻力力矩相等，则有

　　所有力矩均与来流速度呈一定的函数关系， 当来流速度变化时，其平衡状态的转速也随之改变。 根据运动学的相关知识可以看出， 涡轮的流量与转速并不是简单的线性关系， 其力矩与来流速度的函数关系与涡轮的具体结构参数有关， 这就是涡轮流量计的基本数学模型。

　　二、TBQZ系列智能气体涡轮流量计的测量原理

　　我公司采用的是浙江某仪表公司生产的TBQZ系列智能气体涡轮流量计，它是集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿的新一代流量计。 其工作原理如下：当气流进入流量计时，首先经过独立机芯的前导流体并加速， 流体的动能作用于涡轮的叶片上，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摩擦力矩后开始。 当诸力矩达到平衡时，转速稳定，涡轮转动角速度与流量呈线性关系， 通过旋转的发信盘上的磁体周期性地改变传感器磁阻， 从而在传感器两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经前置放大器放大、整形后和压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度信号同时输出给流量积算仪进行处理， 直接显示标准体积流量和标准体积总量。

　　三、气体涡轮流量计的计算公式

　　由于是对气体的测量，与温度、压力有关系，并将不同工况条件下的气体体积流量转换成标准状态下的(P=101.325kPa，T=293.15K)的体积流量，其气态方程为

　　式中：Qn———标准状态下的体积流量 ，m3/h;Qg———未经修正的体积流量;Pg———流量计压力检测点处的表压，kPa;Pa———当地大气压 ，kPa;Tg———介质的绝对温度(273.15+t)，K;t———被测介质摄氏温度，℃;Zn———标准状态 下 的 压 缩 系 数 ;Zg———工 作 状 态 下 的 压 缩 系 数 ;Tn———标准状态下的绝对温度，293.15K;Pn———标准大气压，101.325kPa。