絮凝劑流量計

      絮凝劑流量計是速度式流量計中的主要種類，當被測流體流過渦輪流量計傳感器時，在流體的作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量，根據(jù)電磁感應原理，在線圈內(nèi)將感應出脈動的電勢信號，即電脈沖信號，此電脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。影響流量計精度的主要外部因素是流體的流動狀態(tài)，渦輪流量計特性曲線要保持良好的線性關(guān)系，流過流量計的流體應為充分發(fā)展的流型。
1.旋轉(zhuǎn)系數(shù)與下游直管段長度之間的關(guān)系
旋轉(zhuǎn)流的旋轉(zhuǎn)強度用旋轉(zhuǎn)系數(shù)來表示，旋轉(zhuǎn)系數(shù)定義為角動量通量與軸向動量通量的比值：

式中：ω -- 周向速度；
u -- 軸向速度；
R -- 管道半徑；
A -- 流體流過的橫截面積；
ρ -- 密度。
對于圓管內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流，在r=0.95R處的旋轉(zhuǎn)角度最大，即：

采用多項迭代的方法，可編程計算出在某個值時（X 為圓管直徑D的倍數(shù)）滿足一定精度的Sw值：

    常數(shù)b和c與流體性質(zhì)、雷諾數(shù)和流量有關(guān)，需要通過實驗確定。對于不可壓縮流體，b=0.030~0.085，c=0.10~0.50。一般來說，流量越大，旋轉(zhuǎn)流的衰減越大，由式（3）可以看出，旋轉(zhuǎn)流發(fā)生后的直管段越長，旋轉(zhuǎn)流的強度越弱，對渦輪流量計精度的影響越小。
2.玻璃水流量計實驗設(shè)計與結(jié)果分析
    為了在實驗過程中能得到理想的旋轉(zhuǎn)流體，實驗中采用了模擬多種強度旋轉(zhuǎn)流的發(fā)生器，旋轉(zhuǎn)流發(fā)生器安裝在流量計上游來流的起始點處。
    實驗采用稱量法，記錄電子稱上的質(zhì)量脈沖數(shù)N，N乘以質(zhì)量脈沖常數(shù)（0.08333），即得到質(zhì)量值（kg），同時記錄時間和渦輪變送器的脈沖數(shù)，在每個流量點重復做三次，記錄三組數(shù)據(jù)，共選擇5個流量點來覆蓋渦輪流量計的測量量程。流量Q=0.08333N/t，儀表系數(shù)為：

儀表系數(shù)K與旋轉(zhuǎn)數(shù)Sw成線性關(guān)系，儀表精度為：

其中α、d均為待定系數(shù)。
    根據(jù)實驗所得多組脈沖數(shù)和流量數(shù)據(jù)，可計算出儀表精度δ值。按δ-X方程及δ和X數(shù)據(jù)進行最小二乘法回歸，可確定α和d的數(shù)值。一般來說，對不可壓縮流體，α=1.15~2.20，d=0.016~0.11。
3.直管段長度和流量計精度的初步預測
    在工程設(shè)計中，根據(jù)流體性質(zhì)、流量和雷諾數(shù)確定α和d值。這樣，按照式（5）就可以依不同的流量計精度要求，對直管段長度進行初步預測，或確定直管段長度后，對流量計的精度做初步預測。
當δ=0.2%時，不同流量下所需直管段長度見表1。
表1 不同流量下所需直管段長度

當X=30時，不同流量下儀表精度見表2。
表2 不同流量下預測的儀表精度

對流量計的精度和直管段的預測，為不同精度要求的渦輪流量計選擇適當長度的直管段提供了理論參考。
4.結(jié)語
（1）旋轉(zhuǎn)數(shù)Sw與X成指數(shù)關(guān)系，即隨著下游距離X的增加，旋轉(zhuǎn)流強度以指數(shù)方式衰減。指數(shù)系數(shù)c和α值與介質(zhì)的性質(zhì)，雷諾數(shù)等參數(shù)有關(guān)。
（2）對于任一旋轉(zhuǎn)流源，隨著下游距離的增加，在大流量區(qū)旋轉(zhuǎn)流強度衰減速度快，而在小流量區(qū)，旋轉(zhuǎn)流強度衰減速度要慢一些，因此，對小流量的流量計管道設(shè)計中需要加長直管段，以減少旋轉(zhuǎn)流對流量計精度的影響。
（3）不論旋轉(zhuǎn)流的方向如何，流量計越靠近旋轉(zhuǎn)流源，流量計的精度δ越差，流量計精度可以按式（5）進行初步預測。
    流量計中液體渦輪流量計、容積式流量計和科氏質(zhì)量流量計是三類重復性、精確度最佳的產(chǎn)品，而液體渦輪流量計又具有自己的特點。如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大和可適應高參數(shù)等。是其他兩類流量計是難以達到的。
絮凝劑流量計優(yōu)點 
1.測量精度高，復現(xiàn)性好，穩(wěn)定可靠 
2.范圍度寬，一般6：1，可達40:1
3.線性度好 
4.壓損小(0.01~0.1MPa)，氣體更低，外形無需開孔，可耐高壓 
5.系統(tǒng)響應快 
6.抗擾性強，可遠傳 
7.安裝維護方便，結(jié)構(gòu)簡單 
8.耐腐蝕性好，傳感器可用耐腐材料 
缺點 
1.制造困難 
2.因軸承磨損，需定時校準特性 
3.對高黏度流體，其線性變差 
4.受流體特性(密度、黏度)影響大 
5.上、下游直管段長度要求高 
6.對流體清潔度要求高 
7.成本高 
8.小口徑儀表的精度下降
注：液體渦輪流量計產(chǎn)品本身不具備現(xiàn)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）；
1引言 
       所謂脈動流是指流體在測量區(qū)域的流速是時間的函數(shù)(但在一個足夠長的時間段內(nèi)有一個恒定的平均值，脈動流的存在會導致流量計出現(xiàn)計量誤差(甚至不能正常工作，如何校正或減少脈動對流量測量特性的影響(是流量測量中比較重要的課題。 |
2、脈動對渦輪流量計流量測量的影響 
2.1誤差方程及其計算 
   應用機翼理論來分析作用在渦輪轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動力矩和阻力矩(可得到其運動方程： 

   式中 ，J為葉片轉(zhuǎn)動慣量θ為葉片與軸線之間的夾角r為渦輪葉片的平均半徑，A為管道流道面積，ρ為流體密度，ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)，角速度Q為通過管道的流量。
若把脈動流表示為，經(jīng)分析整理，可得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動流各參數(shù)的關(guān)系：

其中，c為穩(wěn)態(tài)時的ω值。此時其顯示誤差可用下式表示：E=ω/C--1 
對特定的渦輪流量計和不同的脈動流,可編程計算出(2)式在脈動周期內(nèi)各離散點所對應的ω(t)，據(jù)此可計算出渦輪流量計顯示誤差E，并畫出相應曲線。 
2.2結(jié)果與分析 
   經(jīng)過計算分析，發(fā)現(xiàn)導致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動流的振幅和頻率，通過對多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：

1. 從曲線分布的象限來看，脈動流導致渦輪流量計出現(xiàn)一個正誤差。當流體存在脈動時，在加速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動慣量能引起轉(zhuǎn)子速度變慢，落后于定常流時的轉(zhuǎn)速；在減速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動慣量能導致轉(zhuǎn)子速度加快，超過定常流時的轉(zhuǎn)速。由于加速時的影響比減速時的影響小得多，因此：脈動流存在時流量計顯示的平均流速遠大于平均流量，出現(xiàn)正誤差(此誤差有時最大可達50%。

2. 當脈動頻率fpx小于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時，流量計類似輸入脈沖，測量結(jié)果接近真值，脈動流所引起的誤差很小。當脈動頻率fp大于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時，響應失真，會引起較大誤差，且隨著頻率的增大，誤差隨著增大，最終趨于穩(wěn)定（如圖1，圖2）
   
   
   
    

3. 當脈動頻率大于渦輪轉(zhuǎn)子的角加速度時,頻率脈動振幅的變化能引起渦輪流量計的測量誤差產(chǎn)生大的改變,此誤差隨著脈動振幅的增大而升高,最大可達
   
   
   50%,但最終趨于穩(wěn)定（如圖3,圖4，a為脈動振幅與穩(wěn)態(tài)振幅之比）。

結(jié)論
    從以上分析計算可知，脈動流使渦輪流量計產(chǎn)生一個正的系統(tǒng)誤差，該誤差受脈動頻率和振幅的影響。當脈動頻率小于角加速度時，其誤差可認為為零；當脈動振幅小于某一振幅值時，其誤差亦可認為不影響渦輪流量計的精度。脈動流對渦輪流量計測量精確度的影響存在極限值。 
基本參數(shù)與技術(shù)性能
技術(shù)性能：表1

測量范圍及工作壓力：表2

      可水平或垂直安裝，垂直安裝時流體流動方向應從下向上，液體必須充滿管道，不得有氣泡；液體流動方向要與傳感器外殼上指示流向的箭頭方向一致；傳感器前后直管段要求，上游端至少應有 10 倍公稱通徑長度的直管段，下游端應不少于 5 倍公稱通徑的直管段，其內(nèi)壁應光滑清潔，無凹痕、積垢和起皮等缺陷。傳感器的管道軸心應與相鄰管道軸心對準，
    連接密封用的墊圈不得深入管道內(nèi)腔；傳感器應遠離外界電場、磁場，必要時應采取有效的屏蔽措施，以避免外來干擾。為了檢修時不致影響液體的正常輸送，建議在傳感器的安裝處，安裝旁通管道。見示意圖

    液體渦輪流量計傳感器露天安裝時，請做好放大器及表頭的防水處理。當流體中含有雜質(zhì)時，應加裝過濾器，過濾器網(wǎng)目根據(jù)流量雜質(zhì)情況而定，一般為 20～60目。當流體中混有游離氣體時，應加裝消氣器。整個管道系統(tǒng)都應良好密封。用戶應充分了解被測介質(zhì)的腐蝕情況，嚴防傳感器受腐蝕。