所谓动流是指流体在涡轮流量计测量区域的流速是时间的函数，但在个足够长的时间段内有个恒定的平均值，这个值取决于动流的流动规律。动流分为周期性动流和随机动流，通常提及的动流大多指周期性动流。随机动流体通常在速度、压力和温度上出现连续的、无规则的、随机的波动。导致波动产生的原因有多种，可因旋转动力机械，如旋转或往复式发动机、压缩机和鼓风机或水泵造成，可由工作管道的振动、别是共振造成，也可由流量控制器的周期性动作和调节器的往复开关及流体管道装置、阀门或旋转的机械装置等分流造成，还可因流体系统的几何征而引起的流体力学振动和多段流而引起。动流的存在会导致流量计出现测量误差，甚不能正常工作，其中尤以差压式流量计、涡轮流量计和涡街流量计对其为敏感。如何校正或减少动对流量测量性的响，是流量测量中比较重要的课题。本文对按正弦规律变化的动流对涡轮流量计的测量误差的响做了探讨。

    动流无时无处不在，但动流的测量却非常困难，我们通常测量出动流的主要参数，例如动流的幅值、频率和波形，然后通过这些参数分析动流可能给流量计造成的响。通常主要的测量方法有非接触方法和接触方法。非接触方法包括光学方法和声学方法。光学方法主要采用LDA，此技术可测出管轴线处的点速度，并对动振幅和波形做出估算。声学方法主要采用多普勒频移，该技术仅用于液体，其传送器和接受器安装在管道外壁，可根据其测得的充分发展的瞬时速度剖面计算其动性。接触方法主要是热线风速仪法，可用来测量动流的点速度，它具有足够的测量频宽，可采用在线计算机显示流速的动量[1，2]。

    动气体流对涡轮流量计测量误差响的理论分析

    涡轮流量计以动量矩守恒原理为基础，是种速度式流量仪表。对气体流量而言，如果已知其流动速度v和涡轮流量计转子叶片中心的切线速度w，则二之间的关系可由下列非线性微分方程确定[3]。

    式中，C为流量计常数，θ为叶片与转子中心轴线之间的夹角，通常取其为45°方程（1）假定涡轮加速所需的旋转力矩由气体动流所引起的变化力矩来提供，忽略磨擦。

    对定常流，w=v，但是当气体流动速度从它的平均值v0开始发生变化时，涡轮速度与流体速度会出现短暂差异，从而引起流量计出现测量误差。

    为了解式（1）对动振幅αv0（α为动强度，取值在0与1之间）的响应，对式（1）进行拉氏变换，得到

    CsL（s）-C0+vL（s）=v2/s

    其中，s为拉氏变换变量。对上式进行拉氏反变换，并代入v=（1±α）v0，整理后得到：

    式中，τ1=c/[（1±α）v0]。

    从式（2）可知，时间常数τ1与平均流速v0、动强度α有关。流体速度增大会引起τ1发生变化，但τ1的变化率比速度的变化率要小些，因此，周期性动将导致仪表读数出现个正的误差。

    为估计动流所引起的流量计测量误差，假定动流按正弦规律变化，并可表示为：

    v=v0（1+sinωt）        （3）

    对方程（1），要解出其对正弦输入的响应比较困难，但是有实验结果表明，输入个正弦变化的动，涡轮的速度响应也呈现正弦变化规律。因此，涡轮速度的变化可近似表示为：

    w=v0+Δw0+kv0sin（ωt+φ）     （4）

    式中，Δw0是由动引起的流量计平均读数误差；k是与动振幅有关的涡轮转子的速度因子；φ为相移。

    将式（3）、式（4）代入式（1）中，忽略所有的次谐波，对正弦动输入的响应的标准化形式可表示为：

    式中，τ=C/v0。

    从式（5）可知，由动引起的误差取决于动振幅αv0、平均流速v0。以及流量计常数C。当ω趋向无穷大时，相对误差趋向值α2/2，此值取决于α，当动振幅为动振幅（α=1）时，的相对误差可达50%。

    以动频率ω与仪表时间常数τ的乘积为对数横坐标，以流量计相对误差为纵坐标，画出式（5）的变化曲线，如图1中实线所示。图中实线为理论计算曲线，虚线为实验结果曲线。从图中可以发现存在以下规律：

    1）由于曲线仅出现在象限，可知动流只能导致涡轮流量计叶片转速出现个正误差。从物理角度来看，当流体存在动时，在加速流体中，叶片的转动惯量能引起转子速度变慢，落后于定常流时的转速；在减速流体中，叶片的转动惯量能导致转子速度加快，过定常流时的转速。由于加速时的响比减速时的响小得多，因此，动流存在时流量计显示值远大于平均流量，出现正误差，与以上理论推导相吻合。

    2）当ωτ<0.1时，误差很小，可以忽略。

    3）当0.1≤ωτ≤5时，误差取决于动强度和频率。

    4）当ωτ>5时，误差达到值，此值的大小仅由动强度α来决定。

    3 实验与结果

    采用苏州华陆仪器仪表有限公司型号为LWQ100的气体涡轮流量计进行测试分析，图2为实验装置示意图。压缩空气从来流方向进入装置，经过整流器后进入标准孔板，经足够长的管道后，到动发生器，在定信号作用下动发生器产生按定规律变化的动流，该动流经流量调节器后进入涡轮流量计。标准孔板采用图3所示测量系统，该系统采用可换孔板的节流装置，确保孔板在管道中的垂直度和同心度符合家标准；信号转换部分应用K系列差压变送器，能对现场压力、温度、雷诺数进行在线补偿，采样时间为10μs，计算周期为5s。动发生器采用变频调速器控制，控制信号的频率范围为2~50Hz，动振幅可达1000%。

    实验结果如图1中虚线所示。从图中可以看出，实验结果与数值计算基本吻合，尤其是在ωτ增大5后，理论计算与实验数据基本重合。