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

渦輪流量計是人們常用的一種流量測量儀表，由于它具有重復性好、適應性強、量程比寬等優點，加上智能化顯示控制儀表的出現，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里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首選方案之一。這里首先說明一下，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（不大于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范圍內的流量系數的變化大小，那么要準確測量液體流量就有兩種方法：第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系統安裝量大，但檢定很容易；第二種方法是根據流量的不同來修正流量系數，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面的不同高度，來確定幾個流量系數，以精確計算流量。下面詳細介紹第一種方法。

1、渦輪流量計的工作特性

1.1工作原理

定量控制渦輪流量計是利用置于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系；K為常數，亦稱儀表系數。

式（1）也可改成

K=f/qv

由上式可看出，儀表系數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系數這一特征常數，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的關系曲線稱為渦輪流量計的特性曲線如圖1所示。

理論上，K-qv關系應該是確定的，但實際上由于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，儀表系數K將隨流量qv的增加而增大。

②在紊流流動狀態下，儀表系數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。只有在這種狀態下，儀表系數K才真正顯示了常數的性質。儀表系數K為常數的這個區間，也就是該流量計的流量測量范圍。

③圖1中虛線為渦輪流量計的理想特性，若只有這種特性，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，在進入測量范圍（即進入紊流流動
狀態）以內，隨流量的變化其儀表系數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，那么系數K也就有唯一確定的值。下面提出通過恒定液位（即系統壓頭）的方法來恒定流速，構成一個恒流速計量系統。

2、液體計量控制系統

2.1系統構成

2.2各部分說明

①渦輪流量計：由于這里渦輪流量計是用于發貨計量，所以應選擇較高的精度，如0.5%～0.1%，由于它的再現性可達0.05%，所以即使選擇0.5%精度的，系統的計量也可望達到很高的準確度。

②顯示控制儀：現在有不少的流量顯示控制儀，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，發出控制信號，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面的恒定，這樣可保證整個液體流程中的壓頭一定，那么流體的流速也就一定，從圖1中可以看出，瞬時流qv一定時，儀表系數K也就有唯一確定的值。

④溫度計：用于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，那么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。這里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后的溫度也大不一樣。

3、系數的確定

計量系統的校驗分兩項內容，第一是對系數K的確定，第二是對系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，在一定的溫度范圍內，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。

系數K的確定方法：首先以渦輪上的系數記為K'輸入顯示控制儀表，把標定所用的流體重量設定為G'm；啟動流量系統；然后把計量過的流體用汽車衡或磅秤稱重，其值設為Gm。這時的流量系數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。

確定系數K時所用的流體重量要大于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，這主要是由于電磁閥不能及時關閉造成的，有的顯示控制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）來確定流量系數。

4、系統計量的不確定度

此系統的計量誤差來源由以下幾項：

①流量系數的重復性誤差：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%，這里取δ2=0.1%；

③系數標定時所用衡器的誤差：δ3=0.1%；

④由于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

這個結果用于貿易結算的計量是完全符合要求的。