涡轮流量计（以下简称流量计）是以流体动量矩原理为基础的流量计量仪表。有些科技文献又将其划分为速度式仪表，因为在定的流量范围内，流量计的转动速度与流体的流速成比例关系。

 

    流量计使用中的主要点：体积小；重量轻；准确度（有的流量计可以当作计量标准仪表）；反应时间快（有些可达到毫秒）；量程比宽（般为10∶1）；压力损失小；适用工作流体温度；输出为冲信号，故不易受到干扰；可以长距离传输，便于各种参数处理。当它与多功能、多参数的显示仪表（以下简称仪表）组合使用时，可以同时对累积流量、瞬时流量或流体温度、内部压力等参数进行测量及分析、调节。

 

    1 流量计的工作过程

 

    流量计通常由涡轮（机械部分）、磁电转换器、放大机构（电子部分）等组成。

 

 

 

1——涡轮（机械部分）；2——磁电转换器；

 

3——放大机构（电子部分）

 

图1 流量计构成图

 

    当流体流经安装在管道里的涡轮，即流经涡轮叶片与管道之间的间隙时，由于流体的冲击作用，使得涡轮围绕轴心发生旋转。同时实验表明，涡轮旋转的转数与介质流体的体积流量呈现近似的线性关系。再将涡轮的旋转通过磁电转换器变换成相对应的电冲信号，以此冲信号经电子放大机构放大后，即可输送显示仪表进行多参数物理量的指示。

 

    由前可知，在测量范围内，涡轮的转速与流量成正比，而信号的冲数则与涡轮的转速成正比。所以，当我们检测出信号冲总数以后，除以仪表常数ξ（次/升），便可计算得到该段时间内的介质流体总量V（升），即：

 

    V＝N/ξ（L）    （1）

 

    举例：流量计ξ为180次/L，用仪器测出在10min内仪表计算得的冲数为7200次，则10min内管道中流过流体的总量为：

 

    V＝N/ξ＝7200次/180次/L＝40L

 

    2 涡轮旋转的基本原理

 

    流量计主要组件包括：导流体组件、涡轮组件、壳体、磁电转换器和放大机构等。通过对流体流过管道及涡轮结构的分析，我们可以得出，当流体沿管道的轴线方向流动而冲击涡轮叶片时，便有与流量Q、密度φ和流速V的乘积成比例的力作用于叶片上，推动涡轮旋转。

 

 

 

图2 涡轮旋转的产生示意图

 

    如图2所示，由于涡轮对·流体是作相对运动，如果涡轮旋转的圆周速度V＝w•r与轴线平行的流速与叶片的夹角为θ，流通面积为A，则介质流速V=Q/A，则推动涡轮旋转的力矩M可用下式表示：

 

        （2）

 

    式中：K1——与流量计结构尺寸、流体质量、状态有关的参数；r——平均半径，常取叶片宽度1/2到中心的距离。

 

    由（2）式可知，力矩M除与流量Q有关外，与流体介质密度ρ、流动状态与流向等多个因素有关。

 

    在涡轮旋转时，除推动涡轮旋转的转动力矩M外，还同时存在阻碍涡轮旋转的阻力矩，其中包括：介质粘度对涡轮流量计摩擦引起的阻力矩M1，轴承摩擦引起的阻力矩M2，磁电转换器引起的磁电反应阻力矩M3。根据动量矩守恒原理，涡轮的运动方程式可以用以下函数关系式表示：

 

    Jdω/dt＝M－M1-M2-M3    （3）

 

    式中：J——涡轮的转动惯量；dω/dt——涡轮的角加速度。