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摘 要：随着科技的长足进步与发展，在输油管线中如何更为准确和科学地计量流量成为摆在相关工作人员面前的一大难题。特别是怎样保证输油管线系统中流量计量值的准确度更是信息化建设的必然要求。本文中，笔者结合单位的工作实践，谈一谈涡轮流量计在输油管道中的设计问题。
关键词：涡轮流量计 输油管道 设计应用
随着科技的长足进步与发展，在输油管线中如何更为准确和科学地计量流量成为摆在相关工作人员面前的一大难题。特别是怎样保证输油管线系统中流量计量值的准确度更是信息化建设的必然要求。本文中，笔者结合单位的工作实践，谈一谈涡轮流量计在输油管道中的设计问题。
一、涡轮流量计的工作原理分析
涡轮流量计的原理是在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。
涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。
二、涡轮流量计在输油管道中的设计应用
1.涡轮流量计的主要性能
额定压力：四兆帕；长度：六百毫米；流量范围：每小时五十立方米至二百五十立方米；压降：在最大流量下压力损失小于四十千帕（以水为测试介质时）；总质量：小于四十公斤。能在零下四十一摄氏度至零上四十六摄氏度的环境下正常工作。表头同时显示瞬时流量和累积流量，并可切换显示总累积流量、批累积量、瞬时流量及介质温度，读数方便，清晰直观。
所配备的通讯接口，传输距离不小于九百米。仪表系数应用多段非线性修正，根据不同流量点对应的仪表系数，插值计算出流量计的仪表系数。温度补偿功能：基准温度二十摄氏度，不同的油品采用不同温度体积系数进行补偿。
计量精度：零点二级。
2.涡轮流量计的设计
液体涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量积算仪组成。
第一，涡轮流量传感器的设计。涡轮流量传感器是涡轮流量计的基本单元，主要由整流器、导流体、涡轮、感应线圈、槽头接头、提手等组成。它基于动力矩平衡原理，当流体流经传感器时，在整流器和导流体作用下得到整流并加速由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，在加速流体的作用下，叶轮产生转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力矩后，涡轮开始旋转。在一定流量范围内，涡轮转速与流体体积流量成正比。叶轮旋转切割磁力线，周期性地改变线圈中的磁通量，使线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经放大、滤波、整形后送入流量积算仪。
涡轮。涡轮由导磁不锈钢材料制成，装有螺旋叶片，叶片数为六片，叶片倾角为三十五度，叶片与内壳间的间隙为零点八毫米。
整流器。涡轮流量计特性与管线内的速度分布有很大的关系，因此保证进入流量计的流体具有均匀的速度分布，是提高计量的准确性一个重要的前提条件。因此研制的涡轮流量计内置了整流器。整流器由一束细不锈钢管组成，整流束的长度为一百毫米：整流束管子的数目为四十二。通过增加整流器，可以减少流量计前后直管段的长度，提高计量精度，减小体积和重量。
第二，流量积算仪的设计。流量积算仪作为流量计的计算显示部分，采用高性能微功耗的集成芯片，配有脉冲输出、四毫安至二十毫安模拟信号输出和YG——865通讯接口三种输出方式，内置高容量三点六伏锂电池供电，并内置温度传感器。积算仪接收传感器的信号，并进行运算处理，就地显示于显示窗口上。其主要特点如下：
采用高性能微功耗的集成芯片，整机多功能，功耗低。
可切换显示总累积流量、批累积量、瞬时流量及介质温度，清晰直观，读数方便。
配有脉冲输出，四毫安至二十毫安模拟信号输出，YG——865通讯接口。
内置高容量三点六伏锂电池供电，寿命长，更换方便，电池寿命可达两年以上。
软件中采用了多段非线性修正，把生产过程中由于加工精度造成的仪表误差通过软件计算修正到标准值以内。
内置式温度传感器，可以在线补偿由于温度引起的变化量。
在软件包中内置了汽油、喷气燃料和柴油的体积膨胀率，通过设置的切换开关，可对不同油品进行温度补偿。
温度补偿。流体的体积随温度的变化而变化，一般来说，温度升高，体积膨胀，流体的这种属性称为热膨胀性，用热膨胀率表示。不同流体具有不同的热膨胀率。
下面通过示例，计算不同介质当温度每升高一摄氏度时的体积变化率。对于柴油，当密度为每立方米八百三十千克时，温度体积系数为零点零零零八四，当温度升高一摄氏度时，体积变化率为千分之零点八四，若温度变化十摄氏度的话，将会引起百分之零点八四的计量误差。
当输送原油时，温度对体积的影响很大，当温度变化十摄氏度时，会引起分百之一点二三的计量误差，而一般流量计的计量精确度都可达到百分之零点五，只从提高仪表的精度出发，而不考虑被测介质温度的变化是不准确的，不能满足计量交接的要求。温度补偿的目的就是将实测油品的流量值转换成可代计量交接的标准温度条件（以二十摄氏度为基准）下的流量值。
3.涡轮流量计的标定
确定流量计仪表系数及精确度分析涡轮流量计属于速度式流量计，在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体的流速成正比。
该流量计采用活塞式液体体积管进行检定。体积管型号为JHYG-150，流量范围：每小时零点五六立方米至五百六十立方米、准确度为百分之零点零三。根据规程要求，在流量每小时二十五立方米至二百五十立方米的范围内进行检定，对每个检定点进行九次检定，检定时记录每个检定点的条件。对不同流量工况下的检定结果进行分析，流量计的线性度、重复性、精度分别为千分之零点一五二，千分之零点零三一和千分之零点零点一五八。
三、结束语
综上，笔者针对着输油管道中如何准确测量流量的问题谈了涡轮流量计的设计应用，分别从其工作原理、结构特点，以及结合笔者单位的工作情况谈了设计应用问题。希望浅显的论述能为输油管道液体的准确计量起到积极推动和帮助作用。
参考文献
[1]赵媛媛；涡轮流量传感器的实验及仿真研究[D]；天津大学；2011年.
[2]王松；微型涡轮发动机燃油流量测量和过渡态供油规律研究[D]；南京航空航天大学；2012年.
[3]陈立；基于SimpliciTI协议的无线照明节能控制系统[D]；湖南大学；2012年.
[4]朱庆豪；曾蕾；；基于GPRS的远程自动抄表系统的设计[J]；电测与仪表；2006年07期.
关键词：涡轮流量计 输油管道 设计应用
随着科技的长足进步与发展，在输油管线中如何更为准确和科学地计量流量成为摆在相关工作人员面前的一大难题。特别是怎样保证输油管线系统中流量计量值的准确度更是信息化建设的必然要求。本文中，笔者结合单位的工作实践，谈一谈涡轮流量计在输油管道中的设计问题。
一、涡轮流量计的工作原理分析
涡轮流量计的原理是在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。
涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测。当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化。传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。
二、涡轮流量计在输油管道中的设计应用
1.涡轮流量计的主要性能
额定压力：四兆帕；长度：六百毫米；流量范围：每小时五十立方米至二百五十立方米；压降：在最大流量下压力损失小于四十千帕（以水为测试介质时）；总质量：小于四十公斤。能在零下四十一摄氏度至零上四十六摄氏度的环境下正常工作。表头同时显示瞬时流量和累积流量，并可切换显示总累积流量、批累积量、瞬时流量及介质温度，读数方便，清晰直观。
所配备的通讯接口，传输距离不小于九百米。仪表系数应用多段非线性修正，根据不同流量点对应的仪表系数，插值计算出流量计的仪表系数。温度补偿功能：基准温度二十摄氏度，不同的油品采用不同温度体积系数进行补偿。
计量精度：零点二级。
2.涡轮流量计的设计
液体涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量积算仪组成。
第一，涡轮流量传感器的设计。涡轮流量传感器是涡轮流量计的基本单元，主要由整流器、导流体、涡轮、感应线圈、槽头接头、提手等组成。它基于动力矩平衡原理，当流体流经传感器时，在整流器和导流体作用下得到整流并加速由于涡轮叶片与流体流向成一定角度，在加速流体的作用下，叶轮产生转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力矩后，涡轮开始旋转。在一定流量范围内，涡轮转速与流体体积流量成正比。叶轮旋转切割磁力线，周期性地改变线圈中的磁通量，使线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号，该信号经放大、滤波、整形后送入流量积算仪。
涡轮。涡轮由导磁不锈钢材料制成，装有螺旋叶片，叶片数为六片，叶片倾角为三十五度，叶片与内壳间的间隙为零点八毫米。
整流器。涡轮流量计特性与管线内的速度分布有很大的关系，因此保证进入流量计的流体具有均匀的速度分布，是提高计量的准确性一个重要的前提条件。因此研制的涡轮流量计内置了整流器。整流器由一束细不锈钢管组成，整流束的长度为一百毫米：整流束管子的数目为四十二。通过增加整流器，可以减少流量计前后直管段的长度，提高计量精度，减小体积和重量。
第二，流量积算仪的设计。流量积算仪作为流量计的计算显示部分，采用高性能微功耗的集成芯片，配有脉冲输出、四毫安至二十毫安模拟信号输出和YG——865通讯接口三种输出方式，内置高容量三点六伏锂电池供电，并内置温度传感器。积算仪接收传感器的信号，并进行运算处理，就地显示于显示窗口上。其主要特点如下：
采用高性能微功耗的集成芯片，整机多功能，功耗低。
可切换显示总累积流量、批累积量、瞬时流量及介质温度，清晰直观，读数方便。
配有脉冲输出，四毫安至二十毫安模拟信号输出，YG——865通讯接口。
内置高容量三点六伏锂电池供电，寿命长，更换方便，电池寿命可达两年以上。
软件中采用了多段非线性修正，把生产过程中由于加工精度造成的仪表误差通过软件计算修正到标准值以内。
内置式温度传感器，可以在线补偿由于温度引起的变化量。
在软件包中内置了汽油、喷气燃料和柴油的体积膨胀率，通过设置的切换开关，可对不同油品进行温度补偿。
温度补偿。流体的体积随温度的变化而变化，一般来说，温度升高，体积膨胀，流体的这种属性称为热膨胀性，用热膨胀率表示。不同流体具有不同的热膨胀率。
下面通过示例，计算不同介质当温度每升高一摄氏度时的体积变化率。对于柴油，当密度为每立方米八百三十千克时，温度体积系数为零点零零零八四，当温度升高一摄氏度时，体积变化率为千分之零点八四，若温度变化十摄氏度的话，将会引起百分之零点八四的计量误差。
当输送原油时，温度对体积的影响很大，当温度变化十摄氏度时，会引起分百之一点二三的计量误差，而一般流量计的计量精确度都可达到百分之零点五，只从提高仪表的精度出发，而不考虑被测介质温度的变化是不准确的，不能满足计量交接的要求。温度补偿的目的就是将实测油品的流量值转换成可代计量交接的标准温度条件（以二十摄氏度为基准）下的流量值。
3.涡轮流量计的标定
确定流量计仪表系数及精确度分析涡轮流量计属于速度式流量计，在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体的流速成正比。
该流量计采用活塞式液体体积管进行检定。体积管型号为JHYG-150，流量范围：每小时零点五六立方米至五百六十立方米、准确度为百分之零点零三。根据规程要求，在流量每小时二十五立方米至二百五十立方米的范围内进行检定，对每个检定点进行九次检定，检定时记录每个检定点的条件。对不同流量工况下的检定结果进行分析，流量计的线性度、重复性、精度分别为千分之零点一五二，千分之零点零三一和千分之零点零点一五八。
三、结束语
综上，笔者针对着输油管道中如何准确测量流量的问题谈了涡轮流量计的设计应用，分别从其工作原理、结构特点，以及结合笔者单位的工作情况谈了设计应用问题。希望浅显的论述能为输油管道液体的准确计量起到积极推动和帮助作用。
参考文献
[1]赵媛媛；涡轮流量传感器的实验及仿真研究[D]；天津大学；2011年.
[2]王松；微型涡轮发动机燃油流量测量和过渡态供油规律研究[D]；南京航空航天大学；2012年.
[3]陈立；基于SimpliciTI协议的无线照明节能控制系统[D]；湖南大学；2012年.
[4]朱庆豪；曾蕾；；基于GPRS的远程自动抄表系统的设计[J]；电测与仪表；2006年07期.