圖 1 所示為渦輪流量傳感器結構簡圖，由圖可見，當被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

圖 1

渦輪流量計的流量方程可分為兩種：實用流量方程和理論流量方程。

•  實用流量方程

q v =f/K 公式 1

q m =qvρ 公式 2

式中 q v , q m ……分別為體積流量， m 3 /s ，質量流量， 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/m 3 。

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。

圖 2 渦輪流量計特性曲線

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）確定其轉換系數(shù)，它便于實際應用。但要注意，此轉換系數(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。

•  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 ： 葉輪的旋轉加速度；

M 1 ： 流體的驅動力拒；

M 2 ： 粘性阻力矩；

M 3 ： 軸承摩擦阻力矩；

M 4 ： 磁阻力矩。

當葉輪以恒速旋轉時， 0 ，則 M 1 = M 2 + M 3 + M 4 。經理論分析與實驗驗證可得

公式 4

式中 n ： 葉輪轉速；

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)。

國內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。