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液体涡轮流量计原理介绍
 液体涡轮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，因为在一定的流量范围内，流量计的转动速度与流体的流速成比例关系。
涡轮流量计使用中的主要特点：体积小；重量轻；准确度高(有的流量计可以当作计量标准仪表)；反应时间快(有些可达到毫秒级)；量程比宽(一般为10∶1)；压力损失小；适用工作流体温度高；输出为脉冲信号，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 液体涡轮流量计的工作过程
涡轮流量计通常由涡轮(机械部分)、磁电转换器、放大机构(电子部分)等组成。
涡轮流量计构成图
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脉冲信号，以此脉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，而信号的脉冲数则与涡轮的转速成正比。所以，当我们检测出信号脉冲总数以后，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)
举一例：流量计ξ为 180 次/L，用仪器测出在10,min 内仪表计算得的脉冲数为 7,200 次，则 10,min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
涡轮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。
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：
M＝K1·tgθ·rρQ2/A–ωr2ρQ ???????????(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。
由(3)式可知，当 dω/dt 为零时，涡轮以角速度ω作匀速转动；当流量发生变化时，dω/dt≠0，涡轮将作加速旋转运动，经过一段时间后，随着流量的稳定，涡轮又会达到新的力矩平衡状态，即 dω/dt 又等于零值。就是说，涡轮将以另一新的角速度匀速旋转，以适应新的流量，并出现了新的稳定状态。
通过分析和计算可知，在 dω/dt＝0 时，涡轮转动角速度ω与体积流量 Q 有如下式的近似关系：
ω＝ξQ－ξa ???????????(4)
式中：a——与流量计结构参数、流体介质、流动状态有关的系数；ξ——流量计转换系数，当介质流量大于某一数值时，在一段区间内可以近似看作为一常数，有时也称为仪表常数。

仪表常数ξ是流量计重要的特性参数，由于流量计是通过磁电转换器将角速度ω 转换成相应的脉冲数，因而我们可以把ξ看成是单位体积流量 Q 通过流量计时，转换器输出的脉冲数(脉冲数/升)，故也称为流量系数。流量计作为产品出厂时，生产单位则是测取测量范围内的转换系数平均值作为仪表常数，因而可以认为流体总量 V 与脉冲数 N 的关系，如(5)式所示：

V＝N/ξ??????????????? ?(5)
3 磁电转换器的工作过程
磁电转换器工作时如图 3 所示。
当流体通过涡轮叶片时，涡轮 5 将发生旋转运动，叶轮片 4 将周期性切割磁钢 1 而产生磁力线 3，从而改变通过线圈 2 的磁通量，根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号。不难理解，脉动电势信号的频率与涡轮旋转的角速度ω成正比，即与被测介质的流量 Q 成正比。通过放大机构(电子部分)将上述脉冲信号放大到 1V 左右脉冲电压，传送给显示仪表，即可显示出被测介质的流量数据。

涡轮流量计磁电转换器工作示意图

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