各種流量計(jì)工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)講解

測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計(jì)或流量表．流量計(jì)是工業(yè)測量中重要的儀表之一．隨著工業(yè)生 產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)流量測量的準(zhǔn)確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術(shù)日新月異．為了適應(yīng)各種用途， 各種類型的流量計(jì)相繼問世。目前已投入使用的流量計(jì)已超過 100 種。

　　每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原 理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。

　　按流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分類。有容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)。

　　按測量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別 稱作總量表和流量計(jì)?？偭勘頊y量一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時(shí)間內(nèi)流過的總量除以該時(shí)間的 商來表示,實(shí)際上流量計(jì)通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此, 以嚴(yán)格意義來分流量計(jì)和總量表已無實(shí)際意義。

　　1.力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動(dòng)量定理的沖量式、 可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)量定理的渦輪式；利 用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。

　　2.電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。

　　3.聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測量的有超聲波式．聲學(xué)式(沖擊波式)等。

　　4.熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。

　　5.光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。

　　6.原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是屬于此類原理的儀表．

　　7.其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。

　　按當(dāng)前流量計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：

　　差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺 寸來計(jì)算流量的儀表。

　　差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式 對(duì)差壓式流量計(jì)分類,如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。

　　二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計(jì),差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數(shù),也可測量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。

　　差壓式流量計(jì)的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益式及射流式幾大類。

　　檢測件又可按其標(biāo)準(zhǔn)化程度分為二大類:標(biāo)準(zhǔn)的和非標(biāo)準(zhǔn)的。

　　所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和 估算測量誤差。

　　非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是成熟程度較差的,尚未列入國際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測件。

　　差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì),在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由于各種 新型流量計(jì)的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計(jì)。

　　優(yōu)點(diǎn):

　　(1)應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;

　　(2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬;

　　(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。

　　缺點(diǎn):

　　(1)測量精度普遍偏低;

　　(2)范圍度窄,一般僅 3:1~4:1;

　　(3)現(xiàn)場安裝條件要求高;

　　(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

　　應(yīng)用概況:

　　差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對(duì)象都有應(yīng)用,如流體方面:單相、混 相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾 mm 到幾 m;流動(dòng)條件方面:亞音速、音速、脈動(dòng)流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計(jì)全部用量的 1/4~1/3。

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件是全世界通用的，并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用，在流量 計(jì)中亦是唯一的。結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉；

　　應(yīng)用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆有產(chǎn)品。

　　檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)；

　　缺點(diǎn)：

　　測量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，精確度難于提 高。范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),一般范圍度僅 3∶1 ～ 4∶1。有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對(duì)較大管徑，問題更加突出；壓力損失大； 通常為維持一臺(tái)孔板流量計(jì)正常運(yùn)行，水泵需要附加動(dòng)力克服孔板的壓力損失。該附加耗電量可直接由

　　壓力損失和流量計(jì)算確定。一年約需多耗電數(shù)萬度，折合人民幣數(shù)萬元。下表中列出了孔板在正常壓力

　　損失情況下的能耗計(jì)算結(jié)果。其中運(yùn)行天數(shù)按三百五十天計(jì)算，電價(jià)按 0.35 元/度計(jì)算。由表中計(jì)算電耗數(shù)據(jù)可見，孔板的附加運(yùn)行費(fèi)用是極高的，而采用彎管流量計(jì)該運(yùn)行費(fèi)用為零！

　　孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此對(duì)腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證， 需每年拆下強(qiáng)檢一次。采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護(hù)工作量。

　　浮子流量計(jì),又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種,在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。

　　浮子流量計(jì)是僅次于差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計(jì),特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

　　80 年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的 15%~20%。我國產(chǎn)量 1990 年估計(jì)在 12~14 萬臺(tái),其中 95%以上為玻璃錐管浮子流量計(jì)。

　　特點(diǎn):

　　(1)玻璃錐管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,缺點(diǎn)是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風(fēng)險(xiǎn); 　　(2)適用于小管徑和低流速;

　　(3)壓力損失較低。

　　容積式流量計(jì),又稱定排量流量計(jì),簡稱 PD流量計(jì),在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機(jī)械測 量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體 的次數(shù)來測量流體體積總量。

　　容積式流量計(jì)按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤流量計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)、濕式氣量計(jì)及膜式氣量計(jì)等。

　　優(yōu)點(diǎn):

　　(1)計(jì)量精度高;

　　(2)安裝管道條件對(duì)計(jì)量精度沒有影響;

　　(3)可用于高粘度液體的測量;

　　(4)范圍度寬;

　　(5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計(jì),總量,清晰明了,操作簡便。

　　缺點(diǎn):

　　(1)結(jié)果復(fù)雜,體積龐大;

　　(2)被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大;

　　(3)不適用于高、低溫場合;

　　(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

　　(5)產(chǎn)生噪聲及振動(dòng)。

　　應(yīng)用概況:

　　容積式流量計(jì)與差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)并列為三類使用量最大的流量計(jì),常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油 品、天然氣等)的總量測量。

　　工業(yè)發(fā)達(dá)國家近年 PD流量計(jì)(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的 13%~23%;我國 約占 20%,1990 年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計(jì)為 34 萬臺(tái),其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占 70%和 20%。

　　污水流量計(jì)按計(jì)量原理分類：

　　1、流量計(jì)有節(jié)流式流量計(jì)、畢托管流量計(jì)、均速管流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、靶式流量計(jì)，這些流量計(jì)是利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號(hào)反映流量;

　　2、流量計(jì)有渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、多普勒超聲波流量計(jì)、熱線測速流量計(jì)，上自儀股份有限公司這些是通過測量流體流速來反映流量;

　　3、流量計(jì)有齒輪式流量計(jì)、刮板式流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)，這些是通過測量一個(gè)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的小容積來反映流量;

　　4、流量計(jì)有熱式質(zhì)量流量計(jì)、差壓式質(zhì)量流量計(jì)、葉輪式質(zhì)量流量計(jì)、哥力式質(zhì)量流量計(jì)、間接式質(zhì)量流量計(jì)，這些是通過測量流體質(zhì)量來反映流量;

　　5、流量計(jì)有堰槽式流量計(jì)，它是通過測量液位來反映流量。

　　污水流量計(jì)特點(diǎn)：

　　1、污水流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、使用壽命長。

　　2、測量管內(nèi)無活動(dòng)部件和阻力部件，無壓損，不會(huì)產(chǎn)生阻塞 測量可靠，抗干擾能力強(qiáng) 體積小、重量輕、安裝方便、維護(hù)量小、測量范圍寬，測量不受流體溫度、密度、壓力、粘度、電導(dǎo)率等變化的影響，可在老管道上開孔改造安裝，施工安裝簡單，工程量小。

　　渦輪流量計(jì),是速度式流量計(jì)中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推 導(dǎo)出流量或總量的儀表。

　　一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。

　　渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱為流量計(jì)中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計(jì)之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。

　　優(yōu)點(diǎn):

　　(1)高精度,在所有流量計(jì)中,屬于最精確的流量計(jì);

　　(2)重復(fù)性好;

　　(3)元零點(diǎn)漂移,抗干擾能力好;

　　(4)范圍度寬;

　　(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

　　缺點(diǎn):

　　(1)不能長期保持校準(zhǔn)特性;

　　(2)流體物性對(duì)流量特性有較大影響。

　　應(yīng)用概況:

　　渦輪流量計(jì)在以下一些測量對(duì)象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機(jī)液體、無機(jī)液、液化氣、天然氣和低溫流

　　體統(tǒng)在歐洲和美國,渦輪流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了 2600 多臺(tái)各種尺寸,壓力從 0.8~6.5MPa 的氣體渦輪流量計(jì),它們已成為優(yōu)良的天然氣計(jì)量儀表。

　　 渦街流量計(jì)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體,流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交 錯(cuò)排列的游渦的儀表。當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測量振蕩頻率即可測得流量．渦街流量計(jì)按頻率檢出方式可分為:應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動(dòng)體式、光電式及超聲式 等。 這種流量計(jì)是 70 年代開發(fā)和發(fā)展起來的．由于它兼有無轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā) 展前途。

　　優(yōu)點(diǎn)

　?。?）渦街流量計(jì)無可動(dòng)部件，測量元件結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，使用壽命長。

　?。?） 渦街流量計(jì)測量范圍寬。量程比一般能達(dá)到 1：10。

　?。?） 渦街流量計(jì)的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、密度或粘度等熱工參數(shù)的影響。一般不需 單獨(dú)標(biāo)定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。

　?。?） 它造成的壓力損失小。

　?。?） 準(zhǔn)確度較高，重復(fù)性為 0.5％，且維護(hù)量小。

　　缺點(diǎn)

　?。?） 渦街流量計(jì)工作狀態(tài)下的體積流量不受被測流體溫度、壓力、密度等熱工參數(shù)的影響，但液體或蒸汽的最終測量結(jié)果應(yīng)是質(zhì)量流量，對(duì)于氣體，最終測量結(jié)果應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)體積流量。質(zhì)量流量或標(biāo)準(zhǔn)體 積流量都必須通過流體密度進(jìn)行換算，必須考慮流體工況變化引起的流體密度變化。

　　（2）造成流量測量誤差的因素主要有：管道流速不均造成的測量誤差；不能準(zhǔn)確確定流體工況變化時(shí)的介質(zhì)密度；將濕飽和蒸汽假設(shè)成干飽和蒸汽進(jìn)行測量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計(jì) 的總測量誤差會(huì)很大。

　?。?）抗振性能差。外來振動(dòng)會(huì)使渦街流量計(jì)產(chǎn)生測量誤差，甚至不能正常工作。通道流體高流速?zèng)_擊會(huì)使渦街發(fā)生體的懸臂產(chǎn)生附加振動(dòng)，使測量精度降低。大管徑影響更為明顯。

　?。?）對(duì)測量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。渦街流量計(jì)的發(fā)生體極易被介質(zhì)臟污或被污物纏繞，改變幾何體尺寸， 對(duì)測量精度造成極大影響。

　?。?）直管段要求高。專家指出，渦街流量計(jì)直管段一定要保證前 40D 后 20D，才能滿足測量要求。

　?。?）耐溫性能差。渦街流量計(jì)一般只能測量 300℃以下介質(zhì)的流體流量。

　　USF 在 60 年代后期進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用,80 年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占 4%~6%。1992 年世界 范圍估計(jì)銷售量為 3.54.8萬臺(tái),同期國內(nèi)產(chǎn)品估計(jì)在 8000~9000 臺(tái)。

　　電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。

　　電磁流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。

　　70、80 年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計(jì),在流量儀表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。

　　優(yōu)點(diǎn):

　　(1)測量通道是段光滑直管,不會(huì)阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;

　　(2)不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失,節(jié)能效果好;

　　(3)所測得體積流量實(shí)際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的明顯影響;

　　(4)流量范圍大,口徑范圍寬;

　　(5)可應(yīng)用腐蝕性流體。

　　缺點(diǎn):

　　（1）電磁流量計(jì)的應(yīng)用有一定局限性，它只能測量導(dǎo)電介質(zhì)的液體流量，不能測量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，例如氣體和水處理較好的供熱用水。另外在高溫條件下其襯里需考慮。

　?。ǎ玻?strong>電磁流量計(jì)是通過測量導(dǎo)電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計(jì)量要求，對(duì)于液態(tài)介質(zhì)，應(yīng)測量質(zhì)量流量，測量介質(zhì)流量應(yīng)涉及到流體的密度，不同流體介質(zhì)具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器不考慮流體密度，僅給出常溫狀態(tài)下的體積流量是不合適的。

　　（３）電磁流量計(jì)的安裝與調(diào)試比其它流量計(jì)復(fù)雜，且要求更嚴(yán)格。變送器和轉(zhuǎn)換器必須配套使用，兩者之間不能用兩種不同型號(hào)的儀表配用。在安裝變送器時(shí)，從安裝地點(diǎn)的選擇到具體的安裝調(diào)試，必須嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書要求進(jìn)行。安裝地點(diǎn)不能有振動(dòng)，不能有強(qiáng)磁場。在安裝時(shí)必須使變送器和管道有良好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流體等電位。在使用時(shí)，必須排盡測量管中存留的氣體，否則會(huì)造成較大的測量誤差。

　?。ǎ矗?a astyle_h="1" _t="103" _i="http://www.shybdj6.net" _n="http://www.shybdj6.net">電磁流量計(jì)用來測量帶有污垢的粘性液體時(shí)，粘性物或沉淀物附著在測量管內(nèi)壁或電極上，使變送器輸出電勢變化，帶來測量誤差，電極上污垢物達(dá)到一定厚度，可能導(dǎo)致儀表無法測量。

　?。ǎ担┕┧艿澜Y(jié)垢或磨損改變內(nèi)徑尺寸，將影響原定的流量值，造成測量誤差。如100ｍｍ口徑儀表內(nèi)徑變化1ｍｍ會(huì)帶來約2％附加誤差。

　?。ǎ叮┳兯推鞯臏y量信號(hào)為很小的毫伏級(jí)電勢信號(hào)，除流量信號(hào)外，還夾雜一些與流量無關(guān)的信號(hào)，如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準(zhǔn)確測量流量，必須消除各種干擾信號(hào)，有效放大流量信號(hào)。應(yīng)該提高流量轉(zhuǎn)換器的性能，最好采用微處理機(jī)型的轉(zhuǎn)換器，用它來控制勵(lì)磁電壓，按被測流體性質(zhì)選擇勵(lì)磁方式和頻率，可以排除同相干擾和正交干擾。但改進(jìn)的儀表結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

　?。ǎ罚﹥r(jià)格較高

　　應(yīng)用概況:

　　電磁流量計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,大口徑儀表較多應(yīng)用于給排水工程;中小口徑常用于高要求或難測場合,如鋼鐵工業(yè)高爐風(fēng)口冷卻水控制,造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液,化學(xué)工業(yè)的強(qiáng)腐蝕液,有色冶金工業(yè)的礦漿;小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等有衛(wèi)生要求的場所。?EMF從50年代初進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來,使用領(lǐng)域日益擴(kuò)展,80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16%~20%。?我國近年發(fā)展迅速,1994年銷售估計(jì)為6500~7500臺(tái)。國內(nèi)已生產(chǎn)最大口徑為2~6m的ENF,并有實(shí)流校驗(yàn)口徑3m的設(shè)備能力。上自儀股份有限公司上自儀三廠www.junyuan66.com.cn