渦輪流量計是葉輪式流量（流速）計的主要品種，葉輪式流量計還有風速計、水表等。
在各種流量計中渦輪流量計、容積式流量計和科氏質(zhì)量流量計是三類重復性、精確度最佳的產(chǎn)品，而渦輪流量計又具有自己的特點，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大（同樣口徑可通過的流量大）和可適應高參數(shù)（高溫、高壓和低溫）等。至今，這類流量計產(chǎn)品可達技術(shù)參數(shù)：口徑4-750mm，壓力達250MPa，溫度為-240-700℃，像這樣的技術(shù)參數(shù)其他兩類流量計則是難以達到的。
渦輪流量計廣泛應用于以下一些測量對象：石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等。在國外液化石油氣、成品油和輕質(zhì)原油等的轉(zhuǎn)運及集輸站，大型原油輸送管線的首末站都大量采用它進行貿(mào)易結(jié)算。在歐洲和美國渦輪流量計是僅次于孔板流量計的天然氣計量儀表，僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸，壓力從0.8MPa到6.5MPa的氣體渦輪流量計，他們已成為優(yōu)良的天然氣流量計。盡管渦輪流量計的優(yōu)良計量特性受到人們的青睞，可是給人的印象是由活動部件，使用期短，在選用時不免躊躇，經(jīng)過人們的不懈努力，應該說情況大有改觀。
渦輪流量計作為最通用的流量計，其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、全系列、多規(guī)格批量生產(chǎn)的規(guī)模。應該指出，渦輪流量計除前述工業(yè)部門大量應用外，在一些特殊部門亦得到廣泛應用，如科研實驗、國防科技、計量部門，這些領域的使用恰好避開了其弱點（不適于長期連續(xù)使用），充分發(fā)揮其特點（高精度，重復性好，可用于高壓、高溫、低溫及微流量等條件）。在這些領域，大多是根據(jù)被測對象的特殊要求進行專門的結(jié)構(gòu)設計，它們是專用儀表不進行批量生產(chǎn)。
渦輪流量計工作原理
圖1所示為渦輪流量計傳感器結(jié)構(gòu)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(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。檢測線圈中磁通隨之發(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。
渦輪流量計的實用流量方程為
qv=f/K (7.1) qm=qvρ (7.2)
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。
流量計的儀表系數(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。線性段約為工作段的三分之二，其特性與傳感器結(jié)構(gòu)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限時，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。當流量超過流量上限時要注意防止空穴現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)相似的渦輪流量計特性曲線的形狀是相似的，他僅在系統(tǒng)誤差水平方面有所不同。
傳感器的儀表系數(shù)由流量校驗裝置校驗得出，它完全不問傳感器內(nèi)部流體的流動機理，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。
一、渦輪流量計主要特點
1） 高精確度，對于液體一般為±0.25％R－±0.5％R，高精度型可達±0.15％R；而介質(zhì)為氣體，一般為±1％R－±1.5％R，特殊專用型為±0.5％R－±1％R。在所有流量計中，它屬于最精確的。
2） 重復性好，短期重復性可達0.05％-0.2％，正是由于具有良好的重復性，如經(jīng)常校準或在線校準可得極高的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計。
3） 輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗干擾能力強。
4） 可獲得很高的頻率信號（3-4kHz），信號分辨力強。
5） 范圍度寬，中大口徑可達40：1-10：1，小口徑為6：1或5：1。
6） 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護方便，流通能力大。
7） 適用高壓測量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表。
8） 專用型傳感器類型多，可根據(jù)用戶特殊需要設計為各類專用型傳感器，例如低溫型、雙向型、井下型、混砂專用型等。
9） 可制成插入型，適用于大口徑測量，壓力損失小，價格低，可不斷流取出，安裝維護方便。
10） 難以長期保持校準特性，需要定期校驗。對于無潤滑性的液體，液體中含有懸浮物或磨蝕性，造成軸承磨損及卡住等問題，限制了其適用范圍，采用耐磨硬質(zhì)合金軸和軸承后情況有所改進。對于貿(mào)易儲運和高精度測量要求的，最好配備現(xiàn)場校驗設備，可定期校準以保持其特性。
11） 一般液體渦輪流量計不適用于較高粘度介質(zhì)（高粘度型除外），隨著粘度的增大，流量計測量下線值提高，范圍度縮小，線性度變差。
12） 流體物性（密度、粘度）對儀表特性有較大影響。氣體流量計易受密度影響，而液體流量計對粘度變化反應敏感。由于密度和粘度與溫度、壓力關系密切，在現(xiàn)場溫度、壓力波動是難免的，要根據(jù)它們對精確度影響的程度采取補償措施，才能保持高的計量精度。
13） 流量計受來流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大，傳感器上下游側(cè)需設置較長的直管段，如安裝空間有限制，可加裝流動調(diào)整器（整流器）以縮短直管段長度。
14） 不適于脈動流和混相流的測量。
15） 對被測介質(zhì)的清潔度要求較高，限制了其適用領域，雖可安裝過濾器以適應臟污介質(zhì)，但亦帶來壓損增大、維護量增加等副作用。
16） 小口徑（DN50以下）儀表的流量特性受物性影響嚴重，故小口徑渦輪流量計的儀表性能難以提高。
分類與傳感器結(jié)構(gòu)
二、渦輪流量計分類
按傳感器結(jié)構(gòu)分類
1）軸向型（普通型）葉輪軸中心與管道軸線重合，是渦輪流量計的主導產(chǎn)品，有全系列產(chǎn)品（DN10-DN600）。
2）切向型 葉輪軸與管道軸線垂直，流體流向葉片平面的沖角約90度，適用于小口徑微流量產(chǎn)品。
3）機械型 葉輪的轉(zhuǎn)動直接或經(jīng)磁耦合帶動機械計數(shù)機構(gòu)，只是積算總量，測量精度比電信號檢測的傳感器稍低，其傳感器與顯示裝置組成一體式，受到用戶歡迎。
4）井下專用型 適用于石油開采井下作業(yè)及采輸用，測量介質(zhì)有泥漿及油氣流等，傳感器體積受限制，需耐高壓、高溫及流體沖擊等。
5）自校正雙渦輪型 可用于天然氣等氣體流量測量，傳感器由主、輔雙葉輪組成，可由二葉輪的轉(zhuǎn)速差自動校正流量特性的變化。
6）廣粘度型 在波特型浮動轉(zhuǎn)子壓力平衡結(jié)構(gòu)基礎上擴大上錐體與下錐體的直徑，增加粘度補償翼及承壓葉片等結(jié)構(gòu)措施，使傳感器適用于高粘度液體，如重油，粘度可達30mm2/s。
三、傳感器結(jié)構(gòu)
渦輪流量計傳感器由表體、導向體（導流器）、葉輪、軸、軸承及信號檢測器組成（見圖1）。
1） 表體 表體是傳感器的主體部件，它起到承受被測流體的壓力，固定安裝檢測部件，連接管道的作用。表體采用不導磁不銹鋼或硬鋁合金制造。對于大口徑傳感器已可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)，表體外壁裝信號檢測器。
2） 導向體 在傳感器進出口裝有導向體，他對流體起導向整流以及支撐葉輪的作用，通常選用不導磁不銹鋼或硬鋁材料制作。反推式渦輪流量傳感器的后導流件還要求能產(chǎn)生足夠的反推力，其結(jié)構(gòu)形式很多。前導流器有專利產(chǎn)品可以抗流體流動的嚴重干擾。
3） 渦輪 亦稱葉輪，是傳感器的檢測元件，它由高導磁性材料制成。葉輪有直板葉片、螺旋葉片和丁字形葉片等幾種，也可用嵌有許多導磁體的多孔護罩環(huán)來增加一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率，葉輪由支架中軸承支撐，與表體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設計，葉輪的動平衡很重要，直接影響儀表性能和使用壽命。
4） 軸與軸承 它支撐葉輪旋轉(zhuǎn)，需有足夠的剛度、強度和硬度、耐磨性、耐腐蝕性等。它決定著傳感器的可靠性和使用期限。傳感器失效通常是由軸與軸承引起的，因此它的結(jié)構(gòu)與材料的選用以及維護是很重要的。
5） 信號檢測器 國內(nèi)常用變磁阻式，如圖1上半部分所示。由永久磁鋼、導磁棒（鐵芯）、線圈等組成。永久磁鋼對葉片有吸引力，產(chǎn)生磁阻力矩，小口徑傳感器在小流量時，磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項，為此將永久磁鋼分為大小兩種規(guī)格，小口徑配小規(guī)格以降低磁阻力矩。輸出信號有效值在10mV以上的可直接配用流量計算機，配上放大器則輸出伏級頻率信號。
渦輪流量計傳感器結(jié)構(gòu)類型很多，這里介紹幾種廣泛應用的產(chǎn)品。
1） 止推式渦輪流量傳感器 這類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡圖于圖3。其中圖（a）與圖(b)為軸尖止推類，采用平面或球面點接觸，接觸點與傳感器軸線重合，點接觸的優(yōu)點是摩擦力矩很小，可用于較低的下限流量，但是大流量時磨損嚴重。圖(c)為端面面接觸止推型，端頭呈球形，軸承為平面型。此類結(jié)構(gòu)僅用于小口徑（DN≤15mm）傳感器，發(fā)揮其靈敏度高的特點。
2） 反推式渦輪流量傳感器這類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示。圖4(a)中在輸入端面處的壓力pH降低，產(chǎn)生反推力；圖4(b)是流體經(jīng)前面孔引入產(chǎn)生反推力；圖4(c)表示流體由后反向推。反推式結(jié)構(gòu)在一定流量范圍內(nèi)可使葉輪處于浮游狀態(tài)，軸向不存在接觸點，無端面摩擦和磨損，可延長使用期限。
3） 切向式渦輪流量傳感器 圖5所示為用于微流量測量的渦輪流量傳感器。流體由葉輪的切向流過，沖擊其葉片旋轉(zhuǎn)。由于被測流量小，為加大流體對葉輪的沖力，入口處裝有噴嘴，可以更換噴嘴孔徑以調(diào)節(jié)流量范圍。葉輪的轉(zhuǎn)速采用光電法檢測，以避免如磁阻法產(chǎn)生磁阻力矩。
4） 氣體渦輪流量計，氣體的密度遠小于液體密度，流體推動力矩小，氣體流量傳感器與液體流量傳感器在結(jié)構(gòu)參數(shù)上有顯著差別。要加大輪轂半徑，縮小流道截面積，使氣流流速加大且集中經(jīng)過葉片邊緣。因氣流流速很高，要用較小沖角的葉片。一般為降低摩擦阻力矩，采用滾動軸承，并對軸承系統(tǒng)注入潤滑劑。它能沖洗掉軸承表面的微粒，延長軸承壽命。多孔狀的儲油室能在換加潤滑劑期間向軸承持續(xù)供油。典型的燃氣渦輪流量計如圖6所示。圖6(a)所示為氣體渦輪流量計的剖面圖。圖6(b)所示為傳感器顯示裝置上附加氣體體積補償器，補償器把傳感器測量的實際體積流量經(jīng)壓力、溫度換算為標準狀態(tài)下的體積流量。另外還有報警、自診斷、遠傳信號等多種功能，他是一臺功能齊全的流量計算機。
四、渦輪流量計安裝注意事項
傳感器應安裝在便于維修，管道無振動、無強電磁干擾與熱輻射影響的場所。液體渦輪流量計的典型安裝管路系統(tǒng)如圖7所示。圖中各部分的配置可視被測對象情況而定，并不一定全部都需要。渦輪流量計對管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的，進入傳感器應為充分發(fā)展管流，因此要根據(jù)傳感器上游側(cè)阻流件類型配備必要的直管段或流動調(diào)整器，如表2所示。若上游側(cè)阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝流動調(diào)整器。傳感器安裝在室外時，應有避直射陽光和防雨淋的措施。
