摘 要: 通過對機(jī)械表頭和電子表頭兩種結(jié)構(gòu)型式的氣體渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)、工作原理、實(shí)際應(yīng)用幾方面所進(jìn)行的分析比較, 增加燃?xì)庥?jì)量用戶對氣體渦輪流量計(jì)產(chǎn)品的了解程度, 便于在選型時做出正確的選擇。
  氣體渦輪流量計(jì)是一種用于準(zhǔn)確測量管道氣體流量的儀表, 廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、工業(yè)鍋爐等燃?xì)庥?jì)量領(lǐng)域。從結(jié)構(gòu)型式、讀數(shù)方式上分兩種: 一種是帶有LCD 顯示屏的電子表頭式, 一種是帶有低頻脈沖輸出的計(jì)數(shù)器字輪指示的機(jī)械表頭式。
  下面從氣體渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)型式方面作對比分析。

1、結(jié)構(gòu)與工作原理：
1.1、機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與工作原理：
  如圖 1, 機(jī)械表頭式的氣體渦輪流量計(jì)主要由殼體、導(dǎo)流器、機(jī)心組件、計(jì)數(shù)器組件( 表頭) 、潤滑系統(tǒng)、智能體積修正儀( 可選) 幾部分組成。

圖 1 機(jī)械表頭式氣體渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖
( 1) 殼體 流量計(jì)的承壓部件, 其強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。
( 2) 導(dǎo)流器 位于殼體進(jìn)口端, 作用是使氣體平穩(wěn)的通過測量元件。
( 3) 機(jī)心組件 是流量計(jì)的核心部分, 經(jīng)標(biāo)定后的機(jī)心具有互換性。
( 4) 計(jì)數(shù)器組件( 表頭) 屬于非承壓部件, 機(jī)械字輪式計(jì)數(shù)器顯示出工作溫度、壓力條件下的體積流量, 表頭上裝有防爆低頻脈沖發(fā)生器, 所發(fā)出的低頻脈沖信號可用來對流量計(jì)進(jìn)行測試或傳輸給體積修正儀。
( 5) 潤滑系統(tǒng) 流量計(jì)在使用過程中, 機(jī)心蝸桿軸兩端的軸承轉(zhuǎn)速特別高, 為保證其使用壽命, 需通過潤滑系統(tǒng)定期向流量計(jì)內(nèi)注油, 而且天然氣中還含有一些雜質(zhì)或冷凝物, 定期注油也會起到清潔軸承的作用。
( 6) 智能體積修正儀 屬于流量計(jì)的智能可選部分,能把實(shí)際工作溫度、壓力條件下的體積流量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力條件下的體積流量。可根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置。
  工作原理: 進(jìn)入流量計(jì)的被測氣體經(jīng)截面收縮的導(dǎo)流器加速后, 作用在軸向安裝的葉輪葉片上, 葉輪受流體沖擊而旋轉(zhuǎn), 葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度在一定的流量范圍內(nèi)與流體的流量近似成正比, 即葉輪轉(zhuǎn)數(shù)與被測氣體體積成正比。葉輪的轉(zhuǎn)動通過蝸輪蝸桿及磁耦合機(jī)構(gòu)傳送至表頭, 經(jīng)多級齒輪減速后傳到多位數(shù)的計(jì)數(shù)器上, 從而顯示出工作壓力和溫度條件下流過流量計(jì)的( 以立方米為單位) 被測氣體的累積體積量。

1.2、電子表頭式渦輪流量式的結(jié)構(gòu)與工作原理：
  如圖 2, 電子表頭式的氣體渦輪流量計(jì)主要由殼體、整流器、渦輪、信號檢測器、溫度傳感器、壓力傳感器、LCD 顯示屏( 體積修正儀) 、潤滑油泵幾部分組成。
( 1) 殼 體 、整 流 器 、渦輪、潤滑油泵幾部分的作用與機(jī)械表頭流量計(jì)的作用相同。
( 2) 信號檢測器 用來采集機(jī)心處所發(fā)出的高頻脈沖信號。

圖 2 電子表頭式氣體渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖
( 3) 溫度、壓力傳感器 屬于智能體積修正儀的一部分。工作原理: 當(dāng)流體流入流量計(jì)時, 在整流器的作用下得到整流并加速, 由于渦輪葉片與流體流向成一定角度,此時渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩, 在克服摩擦力矩和流體阻力矩后, 渦輪開始旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi), 渦輪旋轉(zhuǎn)的角速度與流體體積流量成正比。根據(jù)磁感應(yīng)原理, 利用信號檢測器從與渦輪同步轉(zhuǎn)動的參考輪上感應(yīng)出與流體體積流量成正比的高頻脈沖信號, 該信號經(jīng)放大、濾波整形后和溫度傳感器、壓力傳感器檢測到的溫度、壓力信號同時輸送給體積修正儀進(jìn)行運(yùn)算處理, 直接顯示于 LCD 顯示屏上。

2、脈沖信號輸出：
  機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)可以輸出三種頻率的脈沖信號: 直接從機(jī)心葉輪處及與葉輪同步轉(zhuǎn)動的參比輪處采集的同頻反相高頻脈沖信號 HF3、HF2; 在計(jì)數(shù)器減速齒輪系之前采集的中頻脈沖信號 HF1; 在計(jì)數(shù)器減速齒輪系之后(表頭)采集的低頻脈沖信號 LF。這三種脈沖信號都可用于對流量計(jì)進(jìn)行示值誤差檢測, 但傳輸給智能體積修正儀的只有低頻脈沖信號 LF。一般情況下, 流量計(jì)出廠僅配置低頻脈沖發(fā)生器。電子表頭式渦輪流量計(jì)只能輸出一種直接從機(jī)心處采集的高頻脈沖信號, 并將此信號用于對流量計(jì)進(jìn)行示值誤差檢測或傳輸給體積修正儀。

3、應(yīng)用分析：
3.1、技術(shù)性能：
  從專業(yè)技術(shù)角度來說, 電子表頭式渦輪流量計(jì)一般由于無法有效降低儀表內(nèi)部阻力, 不經(jīng)修正的示值誤差曲線多處( 多段) 超差, 只有通過將儀表流量分為幾段采用不同的儀表系數(shù)進(jìn)行非線性修正, 才能使它達(dá)到合格示值誤差曲線的要求。機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)的示值誤差曲線完全由儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)水平、零部件制造水平、裝配工藝水平、整機(jī)測試水平來決定, 不存在非線性修正的問題。示值誤差曲線比較如圖 3 所示。

圖 3 示值誤差曲線比較示意圖
  渦輪流量計(jì)在實(shí)際使用過程中, 由于氣質(zhì)、安裝條件、使用維護(hù)等原因, 有時會造成在線示值誤差曲線與標(biāo)定示值誤差曲線偏移的現(xiàn)象。對于機(jī)械表頭式的流量計(jì), 它的曲線如果發(fā)生偏移, 只是上下平移, 但曲線形狀不會發(fā)生改變。而經(jīng)過非線性電子修正的流量計(jì), 當(dāng)示值誤差曲線發(fā)生變化上下移動時, 被修正的流量段的固定修正值是不會隨著曲線的變化而變化的, 這樣曲線的形狀就發(fā)生了改變, 容易造成計(jì)量偏差。所以說機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)比電子表頭式渦輪流量計(jì)相對來說性能要穩(wěn)定得多。

3.2、安全性能：
  電子表頭式渦輪流量計(jì)的 LCD 顯示屏具有體積修正儀的功能, 能把經(jīng)過溫度、壓力修正的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的累積體積量直接顯示在 LCD 顯示屏上。機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)所選配的智能體積修正儀與機(jī)械表頭上的字輪式計(jì)數(shù)器是同步顯示實(shí)際工作溫度、壓力條件下的體積流量,并可以在體積修正儀的液晶屏上顯示出轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力條件下的體積流量。
  由于電子元器件的性能受溫度、濕度等環(huán)境因素影響較大, 一旦電子顯示部分出現(xiàn)故障, 電子表頭式的流量計(jì)會造成已計(jì)量的累積體積流量全部丟失, 但機(jī)械表頭式的流量計(jì)還有機(jī)械計(jì)數(shù)器部分能顯示出工作溫度、壓力條件下的燃?xì)庥昧? ***大程度地降低燃?xì)夤镜膿p失。所以相對來說, 電子表頭式的渦輪流量計(jì)不如機(jī)械傳動的機(jī)械表頭式的渦輪流量計(jì)安全、可靠。

3.3、市場應(yīng)用：
  電子表頭這種結(jié)構(gòu)型式的渦輪流量計(jì)在國內(nèi)生產(chǎn)起步較早, 儀表內(nèi)部除了機(jī)心部分以外主要由電子元器件為主, 傳動部件少, 結(jié)構(gòu)較簡單, 制件成本較低, 所以售價相對便宜。機(jī)械表頭式的渦輪流量計(jì), 從機(jī)心到表頭整機(jī)采用機(jī)械傳動, 傳動部件多, 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜, 傳動部件加工精度高, 制造成本相對較高, 銷售價格也略高于電子表頭式的。
  電子表頭流量計(jì)在大流量燃?xì)庥?jì)量的國內(nèi)市場初期應(yīng)用比較廣泛, 為國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)廠家和燃?xì)庥脩羲捎?。另? 在國內(nèi)某些重要的貿(mào)易計(jì)量場合, 從長期運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠、重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高等要求考慮, 許多燃?xì)夤局付ㄊ褂脟庠b進(jìn)口渦輪流量計(jì), 這種流量計(jì)一般都是機(jī)械表頭式的。但是從國外進(jìn)口原裝整機(jī), 存在著價格高、手續(xù)麻煩、無法保證交貨日期、售后服務(wù)難等諸多問題。
  近年來, 隨著國內(nèi)燃?xì)庑袠I(yè)新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷應(yīng)用, 渦輪流量計(jì)的制造技術(shù)也在不斷完善與成熟, 各國內(nèi)廠家也開始研制高準(zhǔn)確度的機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)。現(xiàn)在, 不用經(jīng)過非線性補(bǔ)償就能達(dá)到 1.0 級準(zhǔn)確度的機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)已推向市場, 它的各項(xiàng)性能指標(biāo)與從國外進(jìn)口的機(jī)械表頭式渦輪流量計(jì)產(chǎn)品的水平相近, 但銷售價格卻比國外進(jìn)口整機(jī)便宜一半以上, 它的供貨周期、售后服務(wù)及技術(shù)支持也更有保障。