渦輪流量計（以下簡稱流量計）是以流體動量矩原理為基礎(chǔ)的流量計量儀表。有些科技文獻(xiàn)又將其劃分為速度式儀表，因為在一定的流量范圍內(nèi)，流量計的轉(zhuǎn)動速度與流體的流速成比例關(guān)系。

    流量計使用中的主要特點：體積小；重量輕；準(zhǔn)確度高（有的流量計可以當(dāng)作計量標(biāo)準(zhǔn)儀表）；反應(yīng)時間快（有些可達(dá)到毫秒級）；量程比寬（一般為10∶1）；壓力損失?。贿m用工作流體溫度高；輸出為脈沖信號，故不易受到干擾；可以長距離傳輸，便于各種參數(shù)處理。當(dāng)它與多功能、多參數(shù)的顯示儀表（以下簡稱儀表）組合使用時，可以同時對累積流量、瞬時流量或流體溫度、內(nèi)部壓力等參數(shù)進(jìn)行測量及分析、調(diào)節(jié)。

    1 流量計的工作過程

    流量計通常由渦輪（機械部分）、磁電轉(zhuǎn)換器、放大機構(gòu)（電子部分）等組成。

 

1——渦輪（機械部分）；2——磁電轉(zhuǎn)換器；

3——放大機構(gòu)（電子部分）

圖1 流量計構(gòu)成圖

    當(dāng)流體流經(jīng)安裝在管道里的渦輪，即流經(jīng)渦輪葉片與管道之間的間隙時，由于流體的沖擊作用，使得渦輪圍繞軸心發(fā)生旋轉(zhuǎn)。同時實驗表明，渦輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)與介質(zhì)流體的體積流量呈現(xiàn)近似的線性關(guān)系。再將渦輪的旋轉(zhuǎn)通過磁電轉(zhuǎn)換器變換成相對應(yīng)的電脈沖信號，以此脈沖信號經(jīng)電子放大機構(gòu)放大后，即可輸送顯示儀表進(jìn)行多參數(shù)物理量的指示。

    由前可知，在測量范圍內(nèi)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流量成正比，而信號的脈沖數(shù)則與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比。所以，當(dāng)我們檢測出信號脈沖總數(shù)以后，除以儀表常數(shù)ξ（次/升），便可計算獲得該段時間內(nèi)的介質(zhì)流體總量V（升），即：

    V＝N/ξ（L）    （1）

    舉一例：流量計ξ為180次/L，用儀器測出在10min內(nèi)儀表計算得的脈沖數(shù)為7200次，則10min內(nèi)管道中流過流體的總量為：

    V＝N/ξ＝7200次/180次/L＝40L

    2 渦輪旋轉(zhuǎn)的基本原理

    流量計主要組件包括：導(dǎo)流體組件、渦輪組件、殼體、磁電轉(zhuǎn)換器和放大機構(gòu)等。通過對流體流過管道及渦輪結(jié)構(gòu)的分析，我們可以得出，當(dāng)流體沿管道的軸線方向流動而沖擊渦輪葉片時，便有與流量Q、密度φ和流速V的乘積成比例的力作用于葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。

 

圖2 渦輪旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生示意圖

    如圖2所示，由于渦輪對·流體是作相對運動，如果渦輪旋轉(zhuǎn)的圓周速度V＝w•r與軸線平行的流速與葉片的夾角為θ，流通面積為A，則介質(zhì)流速V=Q/A，則推動渦輪旋轉(zhuǎn)的力矩M可用下式表示：

        （2）

    式中：K1——與流量計結(jié)構(gòu)尺寸、流體質(zhì)量、狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)；r——平均半徑，常取葉片寬度1/2到中心的距離。

    由（2）式可知，力矩M除與流量Q有關(guān)外，與流體介質(zhì)密度ρ、流動狀態(tài)與流向等多個因素有關(guān)。

    在渦輪旋轉(zhuǎn)時，除推動渦輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動力矩M外，還同時存在阻礙渦輪旋轉(zhuǎn)的阻力矩，其中包括：介質(zhì)粘度對渦輪流量計摩擦引起的阻力矩M1，軸承摩擦引起的阻力矩M2，磁電轉(zhuǎn)換器引起的磁電反應(yīng)阻力矩M3。根據(jù)動量矩守恒原理，渦輪的運動方程式可以用以下函數(shù)關(guān)系式表示：

    Jdω/dt＝M－M1-M2-M3    （3）

    式中：J——渦輪的轉(zhuǎn)動慣量；dω/dt——渦輪的角加速度。