摘要：介紹了用較低精度和重複性好的渦輪流量計構成的較高準確度的計量係統，以及計量係統不確定度的合成方法，並列出了確定流量係數的計算公式。

渦輪流量計是人們常用的一種流量測量儀表，由於它具有重複性好、適應性強、量程比寬等優點，加上智能化顯示控製儀表的出現，在準確度要求較高的計量場合得到了廣泛的采用。雖然近年來出現的科裏奧利質量流量計能直接測量流體的質量，且準確度高，但價格昂貴，安裝要求較高，阻礙了它的應用。這樣，用渦輪流量計間接測量液體的質量流量就成為人們*選方案之一。這裏*先說明一下，儲罐液位的高度不同，流過流量計的流量也不同。如果液體有幾m的高度差，瞬時流量就有較大的變化，以致使計量大大超差。當選用精度為0.5%的渦輪流量計時，如何保證計量要求的精度（不大於0.3%）呢？從下文可以看出，渦輪流量計的精度是表示流量變化範圍內的流量係數的變化大小，那麽要準確測量液體流量就有兩種方法：*一種方法是固定通過渦輪的液體流量（即恒定流速法），這種方法構成的計量係統安裝量大，但檢定很容易；*二種方法是根據流量的不同來修正流量係數，這種方法雖然安裝量小，但檢定比較麻煩，因為要根據儲罐內液麵的不同高度，來確定幾個流量係數，以精確計算流量。下麵詳細介紹*一種方法。

1、渦輪流量計的工作特性

1.1工作原理

定量控製渦輪流量計是利用置於流體中的葉輪感受流體平均速度的流量計，與流量成正比的葉輪轉速通常由安裝在管道外的檢測裝置檢出，它由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成。

流經變送器的流體體積流量qv可用下式表示：
qv=f/K   （1）

式中：f為電信號的頻率，它同葉輪轉動頻率有正比關係；K為常數，亦稱儀表係數。

式（1）也可改成

K=f/qv

由上式可看出，儀表係數K是變送器輸出電信號的頻率f（次/s）同流經儀表的液體體積流量qv（L/s）的比值，K的單位是次/L。輸出頻率信號的流量計都有儀表係數這一特征常數，它能幫助了解和掌握儀表性能，同時也對流量儀表的檢定有重要意義。

1.2工作特性

K-qv的關係曲線稱為渦輪流量計的特性曲線如圖1所示。

理論上，K-qv關係應該是確定的，但實際上由於在不同的流動狀態下，流體產生阻力機理不同，效果也不同，所以使特性曲線成為曲線形狀。

①在層流區，當qv＞qmin時為層流流動狀態，儀表係數K將隨流量qv的增加而增大。

②在紊流流動狀態下，儀表係數K僅與儀表本身結構參數有關，而與流量qv、流體粘度μ等參數無關，可近似為一常數。隻有在這種狀態下，儀表係數K才真正顯示了常數的性質。儀表係數K為常數的這個區間，也就是該流量計的流量測量範圍。

③圖1中虛線為渦輪流量計的理想特性，若隻有這種特性，不論流量如何變化，總可以使累積流量、瞬時流量的誤差為零。圖1中實線為一般渦輪流量計特性曲線的大致趨勢，在進入測量範圍（即進入紊流流動
狀態）以內，隨流量的變化其儀表係數K也會有變化，通常其變化幅度左右流量計的測量精度。

④在層流與紊流叫交界點（Re=2300）上，特性曲線上K有一個峰值，其位置受流體粘度的影響較大。

由圖1可以看出，如果流速恒定，那麽係數K也就有**確定的值。下麵提出通過恒定液位（即係統壓頭）的方法來恒定流速，構成一個恒流速計量係統。

2、液體計量控製係統

2.1係統構成

2.2各部分說明

①渦輪流量計：由於這裏渦輪流量計是用於發貨計量，所以應選擇較高的精度，如0.5%～0.1%，由於它的再現性可達0.05%，所以即使選擇0.5%精度的，係統的計量也可望達到很高的準確度。

②顯示控製儀：現在有不少的流量顯示控製儀，它不僅能夠顯示流體的瞬時流量和累積流量，還可實時檢測流體溫度，對流量進行溫度補償，同時當累積流量達到某一設定值時，發出控製信號，以關閉電磁閥和流量泵。

③高位槽：也稱高位溢流槽，它通過溢流堰板保證高位槽液麵的恒定，這樣可保證整個液體流程中的壓頭一定，那麽流體的流速也就一定，從圖1中可以看出，瞬時流qv一定時，儀表係數K也就有**確定的值。

④溫度計：用於質量流量計量時的密度補償。因為在用實流標定流量計時，總是在某一溫度下進行，那麽偏離這一溫度的流量計量也就存在著較大偏差，通常通過檢測實際溫度來補償這一偏差。這裏要選擇反應時間很短的熱電阻，以及時有效地進行補償，因為有些液體不僅不同批次溫度不同，就是同一次發貨，剛開始的一段時間與其後的溫度也大不一樣。

3、係數的確定

計量係統的校驗分兩項內容，*一是對係數K的確定，*二是對係統溫度補償的有效性進行評定。液體的密度ρ是溫度t的函數，在一定的溫度範圍內，可用二次多項式來表示，也可通過回歸法求得函數式ρ=f（t），都能得到較好的擬合效果。當然溫度補償的有效性如何，還要通過校驗來證明，這個工作可以在實驗室內進行。

係數K的確定方法：*先以渦輪上的係數記為K'輸入顯示控製儀表，把標定所用的流體重量設定為G'm；啟動流量係統；然後把計量過的流體用汽車衡或磅秤稱重，其值設為Gm。這時的流量係數K可通過下式計算出來：

K=K'G'm/Gm   （2）

把K值輸入顯示儀表，再計量重量Gm的液體，通過稱量法來校對是否超差。

確定係數K時所用的流體重量要大於1～2t，以減少其它因素對計算K值的影響。當發貨的批量較少時，如幾十kg，這時的計量可能超差，這主要是由於電磁閥不能及時關閉造成的，有的顯示控製儀對此有特別的考慮。

實際上，其它輸入頻率信號的流量計，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、渦輪流量計等都可以用式（2）來確定流量係數。

4、係統計量的不確定度

此係統的計量誤差來源由以下幾項：

①流量係數的重複性誤差：δ1=0.05%；

②流量顯示儀表的誤差：接受頻率信號的流量儀表，其積算精度一般可達0.1%，這裏取δ2=0.1%；

③係數標定時所用衡器的誤差：δ3=0.1%；

④由於溫度不能完全有效補償而引入的誤差；這個誤差通常很小，在此不予考慮。

用方和根法合成的總不確定度為

這個結果用於貿易結算的計量是完全符合要求的。