簡(jiǎn)述各種流量計(jì)原理及特點(diǎn)

袁炎生

[摘要]本文簡(jiǎn)述流量監(jiān)測(cè)儀表主要原理及特點(diǎn)，以便在工程實(shí)際中選好流量?jī)x表。

[關(guān)鍵詞]流量計(jì)；原理；特點(diǎn)

1、簡(jiǎn)述

目前工程實(shí)際中，流量測(cè)量方法及流量?jī)x表的種類(lèi)繁多，至今為止，可供工業(yè)用的流量?jī)x表種類(lèi)多達(dá)數(shù)十余種。在流量?jī)x表的家族中，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性及使用局限性。按測(cè)量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類(lèi)：按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量，其儀表分別稱(chēng)作總量表和流量計(jì)。

本文簡(jiǎn)要介紹目前最常用流量計(jì)分類(lèi)法，主要有：差壓式流量計(jì)、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)等分別簡(jiǎn)述各種流量計(jì)的原理及特點(diǎn)。

2、差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是通過(guò)安裝于是工業(yè)管道中流量檢測(cè)元件產(chǎn)生的差壓，將已知流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)差壓式流量計(jì)算流量計(jì)。

差壓式流量計(jì)由一次檢測(cè)件及二次儀表(差壓轉(zhuǎn)換器或變送器和流量顯示儀表)組成。以檢測(cè)件形式劃分差壓式流量計(jì)分類(lèi)，有孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。二次儀表為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓式流量計(jì)、差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量?jī)x表是流量?jī)x表大家族中應(yīng)用最廣泛的一中流量?jī)x表，目前國(guó)內(nèi)外已系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，差壓式流量計(jì)既可單獨(dú)測(cè)量流量參數(shù)，也可測(cè)量其它參數(shù)(壓力、物位、密度)等。差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件按其作用原理可分為：節(jié)流裝置、水利阻力、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓頭增益及射流式、以及離心式等幾大類(lèi)。

檢測(cè)件有標(biāo)準(zhǔn)化型式或非標(biāo)準(zhǔn)兩大類(lèi)。標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)元件是以標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無(wú)需經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測(cè)量誤差。而非標(biāo)型檢測(cè)元件一般尚未列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中檢測(cè)元件。差壓式流量計(jì)也是應(yīng)用最廣泛的一種流量?jī)x表，在各種流量計(jì)使用量中占據(jù)首位。

主要優(yōu)點(diǎn)是：(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(zhǎng)；(2)應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無(wú)任何一流量計(jì)可與之比擬；(3)檢測(cè)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)。

主要缺點(diǎn)是：(1)測(cè)量精度普遍偏低：(2)范圍度窄，一般僅3:1－4:1；(3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高；(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

3、容積式流量計(jì)

容積式流量計(jì)，又稱(chēng)定排量流量計(jì)，簡(jiǎn)稱(chēng)PD流量計(jì)，在流量?jī)x表中是精度最高的一類(lèi)。它利用機(jī)械測(cè)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(cè)量室逐次重復(fù)地充滿(mǎn)和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量。

容積式流量計(jì)按其測(cè)量元件分類(lèi)：有橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤(pán)流量計(jì)、濕式氣體計(jì)及膜盒式氣體計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)等。

主要優(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(méi)有影響；(3)可用于高粘度液體的測(cè)量；(4)范圍度寬；(5)直讀式儀表無(wú)需外部能源可直接獲得累計(jì)，總量，清晰明了，操作簡(jiǎn)便。

主要缺點(diǎn)：(1)結(jié)果復(fù)雜，體積龐大；(2)被測(cè)介質(zhì)種類(lèi)、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大；(3)不適用于高、低溫場(chǎng)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)。

4、浮子流量計(jì)

浮子流量計(jì)，又稱(chēng)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)是繼差壓式流量計(jì)之后應(yīng)用較廣泛的一類(lèi)流量計(jì)，適用于微小流量監(jiān)測(cè)。

主要優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便；(2)適用于小管徑和低流速；(3)壓力損失較低。缺點(diǎn)：耐壓力低，有玻璃管易碎。

5、渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)是屬于速度式流量計(jì)中主要品種，它的結(jié)構(gòu)由多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感應(yīng)流體平均流速，從而計(jì)量出流量或總流量的儀表。其結(jié)構(gòu)由傳感器和顯示儀兩部分組成，有分體式和一體式兩種。

渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科奧利質(zhì)量流量計(jì)統(tǒng)稱(chēng)為流量計(jì)中三類(lèi)重復(fù)性、精度最佳的品種。目前已朝多品種，多系列化發(fā)展。

主要優(yōu)點(diǎn)：(1)精度高，在所有流量計(jì)儀表中屬于最精確的流量?jī)x表；(2)重復(fù)性好；(3)無(wú)零點(diǎn)漂移，抗干擾性好；(4)測(cè)量范圍度寬；(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

主要缺點(diǎn)：(1)不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性；(2)流體物性對(duì)流量特性影響較大。

6、渦銜流量計(jì)

渦銜流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，當(dāng)流體在游渦發(fā)生體兩側(cè)交替分離釋放出兩串規(guī)則交錯(cuò)排列的游渦的儀表。

渦銜流量計(jì)一般按頻率檢出方式，劃分有：應(yīng)力式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、光電式及超聲波式、振動(dòng)式等。

渦銜流量計(jì)屬于國(guó)內(nèi)外新型流量?jī)x表。

主要優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固；(2)適用于多流體種類(lèi)的場(chǎng)合流量；(3)有較高測(cè)量精度；(4)測(cè)量范圍度寬，且壓損小。

主要缺點(diǎn)：(1)不適應(yīng)于低雷諾數(shù)流體測(cè)量；(2)需較長(zhǎng)直管段；(3)與渦輪流量計(jì)相比，儀表系數(shù)較低。

7、電磁流量計(jì)

電磁流量計(jì)由傳感器及轉(zhuǎn)換器及顯示器等部分組成，電磁流量計(jì)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一般測(cè)量導(dǎo)電流體的流量?jī)x表。

電磁流量計(jì)具有其它流量計(jì)不能比擬獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別適用如臟污流體及腐蝕流體的測(cè)量。電磁流量計(jì)在70－80年代由于電磁流量在技術(shù)上有重大突破，使它成為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的流量監(jiān)測(cè)儀表。

主要優(yōu)點(diǎn)：(1)由于測(cè)量通道是段光滑直管，不會(huì)阻塞，特別適用于固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、污水、泥漿等；(2)無(wú)壓損，節(jié)能效果好；(3)不受流體的濕度、密度、粘度、壓力和電導(dǎo)率變化影響；(4)流量范圍大，口徑范圍寬；(5)適用于腐蝕性流體的測(cè)量。

主要缺點(diǎn)：(1)不適用測(cè)量由釋放的石油制品流體；(2)不適用氣體、蒸汽及含有較大氣泡的液體；(3)不適用高溫場(chǎng)合。

8、超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波速偏移法、多普差法、互相關(guān)法、空間濾去法及噪聲法等。

超聲流量計(jì)與電磁流量計(jì)均屬于無(wú)阻礙流體直流的結(jié)構(gòu)。因此，適用于解決流量測(cè)量困難的場(chǎng)合，特別適用于大口徑流量測(cè)量領(lǐng)域。

主要優(yōu)點(diǎn)：(1)可做非接觸式流體測(cè)量；(2)屬于無(wú)阻礙測(cè)量，故無(wú)壓力損失；(3)它與電磁流量計(jì)相比，具有可測(cè)非導(dǎo)電性液體，獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

主要缺點(diǎn)：(1)在傳播時(shí)間法時(shí)，只能用于清潔液體和氣體，而在多普勒法時(shí)，測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；(2)多普勒法測(cè)量精度不高。

9、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力學(xué)原理制成的一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。

10、明渠流量計(jì)

明渠流量計(jì)屬于在非滿(mǎn)管狀敞開(kāi)渠道測(cè)量自由表面自然流動(dòng)的流量?jī)x表。因此，也亦稱(chēng)非滿(mǎn)管態(tài)流動(dòng)的水溝叫明渠。明渠流量計(jì)除有圓形外，還有u形、梯形、矩形等多種形狀。明渠流量計(jì)是廣泛應(yīng)用于城市供水引水渠，火力及水利發(fā)電廠引水和排水渠，城市及工礦企業(yè)污水治理流入和排放渠，水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道流量計(jì)測(cè)量流量結(jié)構(gòu)方式。

綜上所述，目前流量計(jì)測(cè)量技術(shù)發(fā)展至今雖然已日趨成熟，但其種類(lèi)繁多，至今尚無(wú)一種對(duì)于任何場(chǎng)合都能適用的流量計(jì)。而每種流量計(jì)都有供適用范圍，具有局限性。因此，在選用何種流量計(jì)時(shí)，應(yīng)熟知儀表的工作原理及特點(diǎn)，根據(jù)被測(cè)對(duì)象的不同，合理正確選擇流量計(jì)是值得人們討論的問(wèn)題。