涡轮流量计标定装置及测量电路设计
3）试验系统的稳压；
4）改进试验装置，减小流体测量过程中动态冲量对试验引起的误差； 5）流量计的标定；
6）试验误差及不确定度的分析。
对测量涡轮转速传感器信号的转换电路的绘制需要经过电路仿真和PCB设计，涡轮驱动电动机控制装置包含并口卡、步进电机、步进电机控制器的连线以及软件控制。根据试验中产生的误差因素，可从几个方面对实验进行优化与改进。如减小或者消除测量过程中冲量所引起的动态误差，进一步提高小流量的稳定流动，规范安装过程和操作过程以减少人为因素等。
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8 涡轮流量计的选择及设计
基于本试验装置主要适用于液体流量的测量，并考虑到受液体粘度等的影响较小等因素，本课题选用涡轮流量计。涡轮流量计:利用置于流体中的叶轮感受流体平均速度来测量流体流量的流量计。与流量成正比的叶轮转速通常由安装在管道外的检出装置检出。涡轮流量计由涡轮流量传感器和显示仪表组成。
8.1 涡轮流量计概述
涡轮流量计是一种速度式流量仪表，它利用置于流体中的叶轮旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量的大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量显示仪表组成，可实现瞬时流量和累积流量的计量。传感器输出与流量成正比的脉冲频率信号，该信号通过传输线路可以远距离传送给显示仪表，便于进行流量的显示。此外，传感器输出的脉冲信号可以单独与计算机配套使用，由计算机代替流量显示仪表实现密度、温度或压力补偿，显示质量流量或气体的体积流量。涡轮流量计因其精度高、重复性好、量程范围宽、体积小、输出脉冲信号等优点，而广泛应用于天然气计量、油品精确计量、工业生产过程监控、测量等领域。
8.1.1 涡轮流量计发展概况
美国早在1886年即发布过第一个TUF（涡轮流量计）专利，1914年的专利认为TUF的流量与频率有关。美国的第一台是在1938年开发的，它用于飞机上燃油的流量测量，只是直至二战后因喷气发动机和液体喷气燃料急需一种高精度、快速响应的流量计才使它获得真正的工业应用。涡轮流量计是测量仪表门类中的一个重要的产品系列，若用于洁净的低粘度液体流量测量时，在相当宽的流量范围内，其测量精确度高，重复性好，这是它最为突出的优点。另外，它还具有体积小、重量轻、易于做到耐高压及数字脉冲输出等特点，因而不仅可做监控测量仪表，而且更重要的是，由它组成的流量测量系统可达国际商业贸易允许的计量误差要求。
涡轮流量计的主要部分涡轮流量传感器有如下几种类型：
1．轴向型（普通型），叶轮轴中心与管道轴线重合，是涡轮流量传感器的主要产品。有全系列产品（DN10—DN600）。 2．切向型，叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约 90 度，适用于小口径微流量测量，在大口径流量测量时也用到了插入式的切向型涡轮流量计。 3．机械型，叶轮的转动直接或经磁耦合带动机械计数机构，指示积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置是一体式的。
4．井下专用型，适用于石油开采井下作业使用，测量介质有泥浆及油气流等，
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传感器体积受限制，需耐高压、高温及流体冲击等。
5．自校正双涡轮型，可用于天然气等气体流量测量，传感器由主、辅双叶轮组成，可由两叶轮的转速差自动校正流量特性的变化。
6．广粘度型，在波特型浮动转子压力平衡结构基础上扩大上锥体与下锥体的直径，增加粘度补偿翼及承压叶片等结构措施，使传感器适用于高粘度液体（如重油，粘度达30mm2/s）。 7．插入型，插入型流量传感器由测量头、插入杆、插入机构、转换器及仪表等部分组成。
总之，涡轮流量传感器按结构可分为轴向式涡轮流量传感器和切向式涡轮流量传感器两种。轴向式涡轮流量传感器目前应用较为广泛，而切向式涡轮流量传感器应用较少。但切向式涡轮流量传感器自身的一些特点是轴向式涡轮流量传感器所不具备的，例如：测量下限更低，测量灵敏度更高，动态响应速度更快。
8.1.2 涡轮流量计的特点
涡轮流量计多年来用于工业和实验室测量，并一直得到广泛的应用，其具有如下主要特点：
1．测量精度高。涡轮流量计的测量精度是指示值的 0.05%--0.2%之间，在线性范围内，即使流量发生变化，累计流量准确度也不会发生变化。
2．压力损失较小。在最大流量下其压力损失为 0.01--0.1 MPa。
3．流量测量范围宽。最大和最小流量比通常为 10:1 到 20:1，故相对适用于流量大幅度变化的场合。
4．重复性好。短期重复性可达 0.05%--0.2%。由于良好的重复性，经过校准或在线校准即可得到很高的精度。
5．耐高压、耐腐蚀。由于具有较简单的外形且采用磁电感应结构，容易实现耐高压设计，故可适用于高压管路液体的测量；采用抗腐蚀材料制造，使得流量计耐腐蚀性能良好。
6．可获得很高的频率信号(3--4 kHz)，信号分辨能力强。通过传输线路不会降低其精度，容易进行累积显示，易于送入计算机进行数据处理，无零点漂移，抗干扰能力强。
7．结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大。
8．专业性传感器类型多。可根据用户特殊需要设计为各种专用型传感器，例如低温型、双向型、井下型及混沙专用型等。
9．一般液体涡轮流量计不适用于测量较高粘度介质(高粘度型除外)，这是因为随
着粘度的增大，流量计测量下限值提高，范围度缩小，线性度变差。
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10．流体的物理性质对仪表的特性有较大影响。气体流量计易受密度影响，而液体量计对粘度变化反应敏感。
8.2 切向式涡轮流量计
切向涡轮流量计是一种速度式流量仪表，它以动量守恒原理为基础。流体冲击叶轮，使叶轮旋转，叶轮的旋转速度随流量的变化而变化，根据叶轮转速求出流量值。在工业上，可采用涡轮流量计测量粘度较低的各种液体和气体的流量。这种流量计具有测量精度高、量程范围宽、线性好、脉冲输出等优点。
切向涡轮流量计由涡轮流量传感器和接收电脉冲信号的显示仪表组成。通过信号检测放大器将叶轮的转速转换成电脉冲，送入二次仪表进行计数和显示，实现对瞬时流量和累积流量的计量。
不同厂家的切向涡轮流量传感器，其整体结构差异较大，目前国内外主要有三种，如下图 2-1 所示。
图2-1 切向涡轮式流量传感器结构图
1．单流束水平流动结构，如图 2-1(a)所示。
传感器的流体入口和出口在同一轴线上。流体经过一个喷嘴，冲击叶轮上部的叶片表面，推动叶轮旋转。流体经过另外一个与入口喷嘴在同一轴线上反向安装的喷嘴
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流出传感器。
2．单流束环形流动结构，如图 2-1(b)、(c)所示。
传感器流体入口和出口轴线平行或成一定的角度。流体经过一个喷嘴，冲击叶轮侧面的叶片表面，推动叶轮旋转；随叶轮旋转，流体在传感器腔内做环形流动，进一步推动叶轮旋转；在叶轮另一侧，流体经过另外一个与入口喷嘴轴线平行或成一定角度反向安装的喷嘴或管道，流出传感器。
3．预旋流切向流动结构，如图 2-1(d)所示。
流体首先经过一个螺杆 1，形成螺旋形流动，再推动叶轮 2 旋转。
在图2-1(a)所示单流束水平流动结构的切向涡轮流量传感器主要用于微流量测量。其结构主要由仪表壳体、涡轮（叶轮）、喷嘴、轴和轴承以及信号检测放大器等组成。
本文设计的切向涡轮流量计如下：
图 2-2 为传感器壳体结构图，图中左侧上图为壳体的俯视图，左侧下图为纵向切面图，右侧图则为壳体的透视图。壳体的各个几何参数图中均有标注。仪表壳体一般采用不导磁的不锈钢或铝合金制成，对于大口径传感器亦可用碳钢与不锈钢组合的镶嵌结构。壳体是传感器的主体部件，它起到承受被测流体的压力，固定安装检测部件，连接管道的作用，壳体内装有叶轮、轴、轴承，壳体外壁安装有信号检测放大器。
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