渦輪流量計計算方法

渦輪流量計當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。渦輪流量計計算檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

　　國內(nèi)外學者提出許多理論流量方程，它們適用于各種傳感器結構及流體工作條件。至今渦輪儀表特性的水動力學特性仍舊不很清楚，它與流體物性及流動特性有復雜的關系。比如當流場有旋渦和非對稱速度分布時水動力學特性就非常復雜。不能用理論式推導儀表系數(shù)，儀表系數(shù)仍需由實流校驗確定。但是理論流量方程有巨大的實用意義，它可用于指導傳感器結構參數(shù)設計及現(xiàn)場使用條件變化時儀表系數(shù)變化規(guī)律的預測和估算。

　　渦輪流量計計算的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

　　（1） 渦輪流量計實用流量方程

　　qv=f/k 公式1

　　qm=qvρ 公式2

　　式中 qv, qm ……分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s;

　　f流量計輸出信號的頻率，hz;

　　k 流量計的儀表系數(shù)，p/m3。

　　渦輪流量計的系數(shù)與流量（或管道雷諾數(shù)）的關系曲線如圖2所示。由圖可見，儀表系數(shù)可分為二段，即線性段和非線性段。線性段約為其工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下*，儀表系數(shù)隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。當流量超過流量上*要注意防止空穴現(xiàn)象。結構相似的tuf特性曲線的形狀是相似的，它僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。

　　渦輪流量計計算特性曲線

　　傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗裝置校驗得出，它*不問傳感器內(nèi)部流體機理，把傳感器作為一個黑匣子，根據(jù)輸入（流量）和輸出（頻率脈沖信號）確定其轉(zhuǎn)換系數(shù)，它便于實際應用。但要注意，此轉(zhuǎn)換系數(shù)（儀表系數(shù)）是有條件的，其校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件系數(shù)將發(fā)生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數(shù)的情況而定。

　　（2） 渦輪流量計理論流量方程

　　根據(jù)動量矩定理可以列出葉輪的運動方程

　　公式3

　　式中 j： 葉輪的慣性矩;

　　dw/dt： 葉輪的旋轉(zhuǎn)加速度;

　　m1： 流體的驅(qū)動力拒;

　　m2： 粘性阻力矩;

　　m3： 軸承摩擦阻力矩;

　　m4： 磁阻力矩。

　　當葉輪以恒速旋轉(zhuǎn)時， 0，則m1=m2 m3 m4。論分析與實驗驗證可得

　　公式4

　　式中 n： 葉輪轉(zhuǎn)速;

　　qv： 體積流量;

　　a： 與流體物性（密度、粘度等），葉輪結構參數(shù)（葉片傾角、葉輪直徑、

　　流道截面積等）有關的系數(shù);

　　b： 與葉片頂隙，流體流速分布有關的系數(shù);

　　c： 與摩擦力矩有關的系數(shù)。