乙醇管道流量計是速度式流量計中的主要種類，當(dāng)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(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)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。影響渦輪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(yīng)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(qiáng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(qiáng)度越弱，對渦輪流量計精度的影響越小。
2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果分析
    為了在實(shí)驗(yàn)過程中能得到理想的旋轉(zhuǎn)流體，實(shí)驗(yàn)中采用了模擬多種強(qiáng)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(diǎn)處。
    實(shí)驗(yàn)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(diǎn)重復(fù)做三次，記錄三組數(shù)據(jù)，共選擇5個流量點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yù)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(jìn)行初步預(yù)測，或確定直管段長度后，對流量計的精度做初步預(yù)測。
當(dāng)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(dāng)X=30時，不同流量下儀表精度見表2。
表2 不同流量下預(yù)測的儀表精度

對流量計的精度和直管段的預(yù)測，為不同精度要求的渦輪流量計選擇適當(dāng)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(qiáng)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(qiáng)度衰減速度快，而在小流量區(qū)，旋轉(zhuǎn)流強(qiáng)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(jìn)行初步預(yù)測。
1.脈動流特性
    幾乎所有的管道流都是不穩(wěn)定的，不論是層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)下都存在各種干擾。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，這個值決定于脈動流的流動規(guī)律。
    真正的管道定常流僅出現(xiàn)在層流中，大多數(shù)工業(yè)管流均出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，試試一種統(tǒng)計意義上的定常流，脈動流會影響渦輪流量計的測量精確度，有時會使其測量值嚴(yán)重失真，所以工業(yè)上迫切需要研究脈動流對其測量精確度的影響。
    脈動無處無時不在，但測量卻非常困難，我們通常只能測量出脈動的主要參數(shù)，如輻值、頻率和波形，然后通過這些參數(shù)分析脈動可能給流量計造成的影響。
2.脈動流對導(dǎo)管連接型渦輪流量計測量精度的影響
2.1特性方程及計算
    渦輪流量計以動量矩守恒定理為基礎(chǔ)的一種速度式流量儀表，對非穩(wěn)定流由于轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)傳動裝置的共振、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、脈動的形狀、轉(zhuǎn)子和齒輪摩擦阻力及轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)矩等因素影響，使渦輪流量計產(chǎn)生很大的誤差，用機(jī)翼理論來分析作用在轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動力矩和阻力矩，可得到其運(yùn)動方程:

    式中J為葉片轉(zhuǎn)動慣量，θ為葉與軸線之間的夾角，r為渦輪葉片的平均半徑，A為管道流量面積，ρ為流體密度，ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角加速度，Q為通過管道流量。
    若把脈動流表示為Q=asin2πfpt，經(jīng)過分析整理，可得出渦輪旋轉(zhuǎn)角加速度與脈動流各參數(shù)的關(guān)系：22

其中C為穩(wěn)態(tài)時的ω值。
    對特定的渦輪流量計和不同的脈動流，可編程計算出（2）式在脈動周圍內(nèi)各離散點(diǎn)所對應(yīng)的ω（t），據(jù)此計算可畫出ω（t）曲線，其流程圖如圖1：
2.2結(jié)構(gòu)與分析
    經(jīng)過計算分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動流的頻率，所加的正弦脈動流的頻率與穩(wěn)態(tài)下渦輪的旋轉(zhuǎn)角加速度的關(guān)系為ω=2πfp(1/qm)r2時，相應(yīng)曲線與輸入正弦曲線較為接近，與理論分析基本吻合，多次改變脈動流頻率、振幅參數(shù)，發(fā)現(xiàn)有時圖形失真非常厲害，通過對多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：（見圖2、3）

當(dāng)脈動流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，儀表的相應(yīng)曲線開始失真，脈動頻率導(dǎo)致相應(yīng)曲線的幅值發(fā)生改變，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，脈動頻率越大，響應(yīng)幅值越小，脈動頻率越小，響應(yīng)幅值越大，即隨著頻率的增大，響應(yīng)失真程度隨著增大，但最終有趨于穩(wěn)定的趨勢。 當(dāng)脈動流頻率fp大于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，響應(yīng)曲線的失真程度隨脈動振幅的增大而加劇，但當(dāng)脈動振幅小于某一振幅值時，其變化可認(rèn)為不影響渦輪流量計的精度；當(dāng)脈動頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，響應(yīng)曲線的失真程度與脈動振幅的變化無關(guān)聯(lián)。 對于形狀不失真的響應(yīng)曲線，其響應(yīng)曲線的幅值還與其它參數(shù)有關(guān)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對測量誤差影響較大的參數(shù)還有葉片轉(zhuǎn)動慣量J和葉片的初始旋轉(zhuǎn)角加速度C.J越小，響應(yīng)曲線的幅值越大，J越大，響應(yīng)曲線的幅值越小，但J太大或太小都會影響響應(yīng)曲線的幅值失真過大，其值取在2*10-6-3*10-6（kg.m2）之間時，響應(yīng)曲線最好，從參數(shù)分析可知，響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線之間有一個位移，此位移的大小主要是與初始值C有關(guān)。

 
3.結(jié)論
   從以上分析計算可知，脈動流頻率對渦輪流量計的測量精度影響最大，當(dāng)脈動頻率fp小于旋轉(zhuǎn)角加速度ω時，流量儀表的響應(yīng)曲線與輸入脈動曲線相似，測量結(jié)構(gòu)接近于真值；脈動振幅對渦輪流量計的測量精度存在影響，但當(dāng)脈動振幅小于某一振幅值時，可認(rèn)為其不影響渦輪流量計的精度；葉片轉(zhuǎn)動慣量J和葉片的初始旋轉(zhuǎn)加速度C也對渦輪流量計測量精度有影響。
產(chǎn)品特點(diǎn)
1） 維護(hù)方便高精度，一般可達(dá)±1%R、±0.5%R，高精度型可達(dá)±0.2%R；

2） 重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%～0.2%，正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得到*的精確度，
在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計；

3） 輸出脈沖頻率信號，適用總量計量及與計算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗*力強(qiáng)；

4） 可獲得很高的頻率信號（3～4kHz），信號分辨力強(qiáng)；

5） 范圍度款，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10；

6） 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大；

7） 適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表；

8） 專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設(shè)計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等

9） 可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝。

基本參數(shù)與技術(shù)性能

乙醇管道流量計選型：

注：DN15～DN40常規(guī)為螺紋連接，DN50以上為法蘭連接

例如，選用一臺法蘭連接式非防爆型渦輪流量計測量水，需要內(nèi)部鋰電池供電，管道為DN40，要求精度0.5級，304不銹鋼材質(zhì)，儀表耐壓16MPa測量范圍為標(biāo)準(zhǔn)量程，其產(chǎn)品型號應(yīng)為：LWGY-40B-5SSN/H16