淺談流量計(jì)的選型與應(yīng)用

曾小娟

(中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院有限公司 四川成都 610000)

流量計(jì)作為較難制造的幾類儀表的類別之一，其制作起來(lái)相對(duì)困難主要是因?yàn)榱髁坑?jì)所測(cè)量的量是一個(gè)動(dòng)態(tài)的量。在流體流動(dòng)過(guò)程中不僅包含流體與管道之間的接觸應(yīng)力，還包含了流體與流體之間的粘性摩擦力，其受力形式較為復(fù)雜。同時(shí)，流量計(jì)自身還要受到諸多因素如管道、形狀（矩形或者是圓形）、流體的物理性質(zhì)、流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或者是湍流）、速度分布以及自身的加工水平等影響。國(guó)內(nèi)外已先后出現(xiàn)了幾十類流量計(jì)，大體可分為容積式、面積式、熱式、差壓式、電磁式、渦輪式、超聲波式等幾大門(mén)類。面對(duì)如此繁多的流量計(jì)種類，如何選取合適的流量計(jì)在滿足使用要求的前提下還能降低成本是我們所要考慮的問(wèn)題。除此之外，流量計(jì)的正確使用與維護(hù)也應(yīng)該是我們所要關(guān)注的問(wèn)題之一。

一、電磁式流量計(jì)

電磁流量計(jì)在國(guó)內(nèi)的首次應(yīng)用要追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代末，隨后迅速普及使用其產(chǎn)品的更新速率也十分迅猛。該流量計(jì)的主要工作原理是一種遵循法拉第電磁感應(yīng)定律的流量測(cè)量?jī)x器。即當(dāng)流體的流動(dòng)方向垂直于磁感線方向時(shí)，在垂直于流體與磁感線的方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)E，并且當(dāng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度B 與兩磁極的距離固定時(shí)，此時(shí)電動(dòng)勢(shì)大小與流體的流速成正比例關(guān)系，不會(huì)受到外界溫度、壓力以及黏度等因素的干擾，測(cè)量管內(nèi)部不會(huì)由于突出或者是收縮造成流體壓力的變化。除此之外，流量計(jì)所測(cè)得的結(jié)果是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的精確結(jié)果是一個(gè)與電動(dòng)勢(shì)有正比例關(guān)系的精確值，因此其測(cè)量結(jié)果也較為精確。在選擇機(jī)型時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素：

1.被測(cè)量的流體必須具有一定的導(dǎo)電性；

2.測(cè)量流體流速時(shí)，流體最好能夠超過(guò)量程的一半；

3.流體壓力必須低于流量計(jì)的最大承載壓力；

4.針對(duì)不同溫度與腐蝕程度的流體要選用不同的內(nèi)襯材料與電極。

優(yōu)點(diǎn)：該種流量計(jì)由于其特殊的工作原理因此不存在節(jié)流部件，流體的壓力損失也相對(duì)較小。測(cè)量的結(jié)果只與流體流速有關(guān)不受其他因素干擾，測(cè)量的液體的范圍也相對(duì)較寬。隨著制造技術(shù)與材料的不斷更新?lián)Q代，管口的直徑也在逐漸的增大，在測(cè)量液固兩相的介質(zhì)時(shí)可以通過(guò)更換電極與刮刀式電極進(jìn)行測(cè)量。隨著技術(shù)的不斷革新該流量計(jì)的抗壓能力可高達(dá)32MPa，并且可以測(cè)量腐蝕性（強(qiáng)酸或者是強(qiáng)堿）的流體，其口徑目前可達(dá)到32 米，使用壽命可以達(dá)到十年以上。隨著該種流量計(jì)的廣泛使用，其制作成本也在一定程度上得到了降低，但是其價(jià)格尤其是大口徑管口流量計(jì)的價(jià)格還是相對(duì)較高。

缺點(diǎn)：受該種流量計(jì)工作原理的限制，該流量計(jì)不能夠測(cè)量伴隨著大量氣體生成的流體，不能夠測(cè)量低電解率的流體，不能夠測(cè)量高溫流體。相比于其它種類的流量計(jì)而言，對(duì)安裝與調(diào)試過(guò)程的要求也相對(duì)嚴(yán)格，在測(cè)量?jī)?nèi)不含有污垢且粘性較大的流體時(shí)，污垢會(huì)附著在電極上，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的影響，并且當(dāng)附著的污垢累積到一定程度后流量計(jì)甚至可能失靈。

二、超聲波流量計(jì)

所謂超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體在流動(dòng)過(guò)程中對(duì)朝圣波段的擾動(dòng)情況來(lái)測(cè)量流體的流量，其通常需要在封閉的管道中來(lái)進(jìn)行測(cè)量。其主要可分為：多普勒效應(yīng)法、噪聲法、時(shí)間傳播法等。為了得到更為精確的測(cè)量結(jié)果，在測(cè)量過(guò)程中通常選擇流體流場(chǎng)穩(wěn)定的區(qū)段，并遵循如下原則：

1.被測(cè)量流體的管道必須是充滿流體的滿管；

2.流體的管道的材質(zhì)必須是均勻分布，這樣有利于超聲波的傳導(dǎo)；

3.流量計(jì)的安裝位置應(yīng)該選擇在直管段處，并且檢測(cè)位置最好選擇在遠(yuǎn)離閥門(mén)、高壓電或者是變頻器等附近，避免他們對(duì)測(cè)量結(jié)果造成干擾。

4.要注意測(cè)量管段的污垢附著情況，盡量選取在無(wú)污垢附著區(qū)域。

優(yōu)點(diǎn)：該流量計(jì)選取的是一種非接觸測(cè)量形式的測(cè)量，因而可以用來(lái)測(cè)量一些無(wú)法接觸、不易觀察的管道位置。該種流量計(jì)同樣不會(huì)應(yīng)影響流體原有的流動(dòng)狀態(tài)，也同樣可以測(cè)量腐蝕性較強(qiáng)的流體，此外該流量計(jì)還可以測(cè)量導(dǎo)電性能較差的流體。該流量計(jì)的可測(cè)量的管道直徑范圍較大（20mm ～5m），同樣不會(huì)受到流體的自身的熱物性參數(shù)影響。其安裝形式可以分為捆綁式或者是便攜式兩種。

缺點(diǎn)：該種形式的流量計(jì)同樣不能測(cè)量溫度較高的流體，其測(cè)量溫度上限為200℃。對(duì)直管道的污垢附著情況要求也相對(duì)較高，當(dāng)污垢附著過(guò)多時(shí)會(huì)降低測(cè)量精度，是結(jié)果出現(xiàn)一定的誤差，嚴(yán)重的會(huì)使流量計(jì)失靈。因而其可靠向相對(duì)較低（通常為1.5 ～2.5 級(jí)之間），測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性較低。

三、渦街流量計(jì)

該種流量計(jì)發(fā)明于上世紀(jì)80 年代中期，自發(fā)明以來(lái)在技術(shù)革新上速率較快，作為一種新型的流量計(jì)可謂是集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，也得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，該種流量的使用范圍也越來(lái)越廣，我國(guó)在該類流量計(jì)的研發(fā)上已經(jīng)具備了較為雄厚的實(shí)力。

在測(cè)量過(guò)程中需在流體管道中放置一個(gè)阻流棒，當(dāng)流體流經(jīng)該位置時(shí)會(huì)在阻流棒的兩側(cè)出現(xiàn)兩個(gè)不對(duì)稱的渦流，隨后會(huì)形成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋渦列，我們稱之為卡門(mén)漩渦列。當(dāng)卡門(mén)漩渦列穩(wěn)定時(shí)，該漩渦的出現(xiàn)頻率與流體流速成線性關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：該流量計(jì)的應(yīng)用范圍較廣幾乎可以測(cè)量所有可以形成漩渦列的流體，同時(shí)除在封閉管道外，還可以在放置于開(kāi)放的溝槽中的量流體流量。并且相比于渦輪流量計(jì)，該流量計(jì)在維護(hù)過(guò)程中成本較低，其比例常數(shù)也固定不變。

缺點(diǎn)：

1.該類流量計(jì)盡管測(cè)量范圍較大，大約在10：1 左右，但是其測(cè)量的下限卻受到很多因素的約束：Re 值不低于一萬(wàn)是渦街流量計(jì)工作的最低條件，同時(shí)對(duì)漩渦的能量也有一定的要求，當(dāng)流體的流速較低時(shí)，所產(chǎn)生的漩渦強(qiáng)度與旋轉(zhuǎn)速度也會(huì)相對(duì)較低，此時(shí)流量計(jì)很難作出響應(yīng)，此時(shí)的測(cè)量結(jié)果就會(huì)失真。因此在測(cè)量之前一定要估算好流體的流速范圍，以選取正確量程的流量計(jì)。同時(shí)，對(duì)于處于磁感強(qiáng)度較高的管道處的流體，不能采用此種方法進(jìn)行測(cè)量。

2.由于該種流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量漩渦的產(chǎn)生頻率來(lái)測(cè)量流體的流量，因此還要避免除阻擋棒以外的因素產(chǎn)生漩渦。為此，就要避免機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生。但是就實(shí)際工況而言機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生是難以消除的，所以在直管道較長(zhǎng)的位置處不宜直接運(yùn)用渦街流量計(jì)。

3.流體的溫度該流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果也有很大的影響。比如對(duì)于壓電式的渦街流量計(jì)的最大工作溫度不能高于300℃，這主要是因?yàn)殡S著溫度的升高，阻抗的電阻會(huì)隨之降低進(jìn)而使得測(cè)量結(jié)果失真，因此應(yīng)該為磁敏式或者是電容式的渦街流量計(jì)。

渦街流量計(jì)作為一種新型的、功能較為強(qiáng)大的流量計(jì)品種，在選擇的過(guò)程中也要注意一定的事項(xiàng)，假如與工況條件不符則也很難發(fā)揮其強(qiáng)大的性能。不僅要合理選擇，還要注重日常維護(hù)，提前排出機(jī)器故障以提升其工作效率。

四、差壓式流量計(jì)

該種流量計(jì)的使用歷史可以說(shuō)是較為悠久，并且其應(yīng)用技術(shù)也較為成熟。該流量計(jì)的工作形式主要是通過(guò)靜壓力差來(lái)測(cè)量其流體的流量。最簡(jiǎn)單的該類流量計(jì)是由三個(gè)裝置組成：節(jié)流器、差壓信號(hào)收集器、差壓信號(hào)變送器。節(jié)流器是在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中，已經(jīng)形成的標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)裝置——標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。比如標(biāo)準(zhǔn)的孔板、噴嘴等零部件。目前也存在著一些非標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流器，比如雙重孔板、環(huán)形孔板等等，這些儀表的標(biāo)定通常需要在實(shí)流情況下標(biāo)定。

總之，該類流量計(jì)盡管出現(xiàn)的時(shí)間較早，但由于受到自身工作原理的限制以及其它種類流量計(jì)的沖擊，使得差壓式流量計(jì)的適用范圍逐漸縮小，也慢慢地淡出了歷史的舞臺(tái)。

五、渦輪式流量計(jì)

該種類的流量計(jì)屬于速度式流量計(jì)的重要組成部分，其主要是通過(guò)渦輪來(lái)測(cè)量流體的流動(dòng)速率，并以此為基礎(chǔ)測(cè)量出流體的流量。該類流量計(jì)首先是要將流體的流動(dòng)速度轉(zhuǎn)變成渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而將渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。該種形式的流量計(jì)不僅可以測(cè)量粘性較大的石油等液體，還可以測(cè)量氣體的流量或者是溫度較低的流體。

優(yōu)點(diǎn)：該類流量計(jì)的測(cè)量精度較高，測(cè)量結(jié)果也具有較強(qiáng)的可重復(fù)性，同時(shí)抗干擾能力也相對(duì)較強(qiáng)。對(duì)于流體流動(dòng)狀態(tài)的影響較小，并且抗腐蝕能力較高，維修過(guò)程簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆裝方便。目前的渦輪式流量計(jì)的材質(zhì)基本是碳化鎢材質(zhì)，同時(shí)傾向于一體化流量計(jì)的制造與研發(fā)，使得使用壽命大大提升。

缺點(diǎn)：該種類的渦輪流量計(jì)不適宜長(zhǎng)期服役，其在長(zhǎng)期服役情況下準(zhǔn)確率會(huì)下降。同時(shí)對(duì)管道的長(zhǎng)度也有一定要求（長(zhǎng)度不小于兩倍管道直徑），不適合測(cè)量污水流量。

除上述五類流量計(jì)以外還有容積式、熱式等等在此不一一敘述。

綜上所述，在流量計(jì)選取過(guò)程中一定要嚴(yán)格按照服役要求選取，從儀表的自身優(yōu)缺點(diǎn)、服役工況以及經(jīng)濟(jì)因素幾個(gè)方面綜合考慮。在使用過(guò)程中，還要針對(duì)流體的性質(zhì)來(lái)決定流體的放置位置、放置形式以及測(cè)量方法。首先要保證流量計(jì)的正常使用，并在此基礎(chǔ)上來(lái)提高儀表的測(cè)量精度。為了保證流量計(jì)的測(cè)量精度，首先要將流量計(jì)放置于遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)的位置，還要考慮抗振性。同時(shí)還要針對(duì)外界環(huán)境以及流體溫度來(lái)選取合適的流量計(jì)。

結(jié)語(yǔ)

任何流量計(jì)都有自己的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，每一種流量計(jì)都有自己的使用極限。對(duì)于不同的外界條件、流體性質(zhì)、工況條件要選取與之相匹配的流量計(jì)。還要注意每一種流量計(jì)的檢測(cè)與維修。這就要求我們要全面熟悉各類流量計(jì)的特性，進(jìn)而在滿足使用要求的前提下大大降低成本。

[1]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)綱. 流量測(cè)量方法和儀表的選用[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社，2001：10-12.

[2]董浩然.超聲波流量計(jì)的選型及應(yīng)用[J]，工業(yè)計(jì)量，2002，12（2）：11-20

[3]胡江順，何松杰.管道參數(shù)對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量的影響[J]，計(jì)量技術(shù)，2001（9）：34-35.

[4]盧其倫.流量計(jì)在企業(yè)水量平衡測(cè)試計(jì)量中的應(yīng)用[J]，科園月刊，2010（1）：102-104.