氣體渦輪流量計屬于速度式流量計,是近幾年來迅速發(fā)展起來的一種流量儀表。這種儀表具有測量精度高、壓力損失較小、量程比大等特點,能夠測量多種氣體或是液體的瞬時流量跟流體總量。
氣體渦輪流量計主要是根據渦輪工作原理來進行測量,其作用在渦輪上的力矩可以分為以下幾個:流體通過渦輪時對葉片產生的切向推動力矩m1;流體沿渦輪表面流動時產生的粘滯摩擦力矩m2;軸承的摩擦力矩m3;磁電轉換器對渦輪產生的電磁反作用阻力矩m4。
由此可建立渦輪的運動微分方程:jm1-( m2 + m3 + m4)
(1)上述公式中:j代表渦輪的轉動慣量;ω代表渦輪的旋轉角速度;t代表時間。
若是流量恒定時,渦輪達到勻速轉動,因此m1= m2 + m3 + m4。推動力矩可表示為:m1 = a1qv2 – a2ωqv (2),其中:a1、a2代表與渦輪傳感器結構和流體密度有關的系數(shù);qv為流量,l/s。
因為渦輪流量計在量程范圍內是屬于紊流工作區(qū),因此以下計算只考慮紊流時的情況。反作用力矩中的m2,在紊流時可近似表示為:m2 = a3qv2 (3),通常m3和m4相對于m2比較小,但為了提高計算精度,這*據相關文獻推導出了它們的表達式:
m 3 = a4ω2/3 (4)
m4 = a5ω3 (5)
分別將式(2)、(3)、(4)、(5)帶入式(1)并經整理可得:
qv2 – a6ωqv = a7ω2/3 + a8ω3 (6)
其中:a6、a7、a8為經整理后的綜合系數(shù)。