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各种流量计的原理与性能比较

简要说明:

众所周知,测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表流量计是工业测量中重要的仪表之一．随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异．为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。从不同的角度出发，流量计有不同的分类方法。常用的分类方法有两种，一是按流量计采用的测量原理进行归纳分类：二是按流量计的结构原理进行分类。

一、按测量原理分类

(1)    电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。

(2)    声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。

(3)    热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。

(4)    光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。

(5)    原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表．

(6)    其它原理：有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。

二、按流量计结构原理分类

按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型：

1.容积式流量计

力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。

2．叶轮式流量计叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2％，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0．2％一0．5％。

3．差压式流量计 (变压降式流量计)

    差压式流量计由一次装置和二次装置组成．一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示．差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表．差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70％。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等的流量测量都采用这种表计。

4．变面积式流量计等压降式流量计)

    放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，俘子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量计。

5．动量式流量计

    利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计．由于流动流体的动量P与流体的密度

及流速v的平方成正比，即p v²，当通流截面确定时，v与容积流量Q成正比，故p Q²。设比例系数为A，则Q＝A 因此，测得P，即可反映流量Q．这种型式的流量计，大多利用检测元件把动量转换为压力、位移或力等，然后测量流量。这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计。

6．冲量式流量计

    利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计，多用于测量颗粒状固体介质的流量，还用来测泥浆、结晶型液体和研磨料等的流量。流量测量范围从每小时几公斤到近万吨。典型的仪表是水平分力式冲量流量计，其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角

的检测板上产生一个冲力，冲力的水平分力马质量流量成正比，故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小。按信号(九)的检测方式，该型流量计分位移检测型和直接测力型。

7．电磁流量计

   电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量的原理而制成的。其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。可测最大管径达2m，而且压损极小。但导电率低的介质，如气体、蒸汽等则不能应用。

   电磁流量计造价较高，且信号易受外磁场干扰，影响了在工业管流测量中的广泛应用。为此，产品在不断改进更新，向微机化发展．

8．超声波流量计

超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在70年代才出现，但由于它可以制成非接触型式，并可与超声波水位计联动进行开口流量测量，对流体又不产生扰动和阻力，所以很受欢迎，是一种很有发展前途的流量计。

    利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近年来得到广泛的关注，被认为是非接触测量双相流的理想仪表。

9．流体振荡式流量计

    流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的．当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量．这种流量计是70年代开发和发展起来的．由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流量计。

10．质量流量计

    由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求，而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计就得到广泛的应用和重视。质量流量计分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。

    在现代工业生产中，流动工质的温度、压力等运行参数不断提高，在高温高压的情况下，  由于材质和结构等方面的原因，直接式质量流量计的应用遇到困难，而间接式质量流量计由于密度计受湿度和压力适用范围的限制，往往也不好实际应用。因此，在工业生产中广泛采用的是温度压力补偿式质量流量计。可把它看作一种间接式质量流量计，不是配用密度计，而是利用温度、压力与密度间的关系，用温度、压力信号经函数运算为密度信号，与容积流量相乘而得到质量流量．目前温度、压力补偿式质量流量计虽已实用化，但当被测介质参数变化范围很大或很迅速时，正确地补偿将很困难或不可能，因此进一步研究在实际生产中适用的质量流量计和密度计还是一个课题。

    陈上述常用结构原理的流量计比各种结构的流量计很多，如适用于明渠测流的各种堰式流量计、槽式流量计；适于大口径测流的插入式流量计；测量层流流量的层流流量计；适于二相流测量的相关法流量计；以及激光法、核磁共振法流量计和多种示踪法、稀释法测流等。随着科技的发展和实际应用需要，新型流量计将不断涌现流量计的类型将更为齐全。

流量单位的换算

 

体积流量换算表

单位	升/分 (L/min)	米3/时 (m3/h)	英尺3/时 (ft3/h)	英国加仑/分 (Ukgal/min)	美国加仑/分 (Usgal/min)	美国桶/天 (bbl/d)
升/分	1	0.06	2.1189	0.21997	0.264188	9.057
米3/时	16.667	1	35.314	3.667	4.403	151
英尺3/时	0.4719	0.028317	1	0.1038	0.1247	4.2746
英国加仑/分	4.546	0.02727	9.6325	1	1.20032	41.1
美国加仑/分	3.785	0.2273	8.0208	0.8326	1	34.28
美国桶/天	0.1104	0.00624	0.23394	0.02428	0.02917	1

质量流量换算表

单位	千克/时 (kg/h)	千克/分 (kg/min)	千克/秒 (kg/s)	吨/时 (t/h)	磅/时 (lb/h)	磅/秒 (lb/s)
千克/时	1	16.7×10－3	278×10－6	0.001	2.205	612×10－6
千克/分	60	1	16.7×10－3	0.06	132.3	36.7×10－3
	3600	60	1	3.6	7.9×103	2.205
吨/时	1000	16.7	278×10－3	1	2205	612×10－3
磅/时	0.454	7.56×10－3	126×10－6	0.454×10－3	1	278×10－6
磅/秒	1633	27.2	0.454	1.63	3600	1

 

各种流量计选型原则

    各种流体流量计选型是指按照生产要求，从仪表产品供应的实际情况出发，综合地考虑测量的安全、准确和经济性，并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表的型式和规格。

    流量测量的安全可靠，首先是测量方式可靠，即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故；二是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。例如，对发电厂高温高压主蒸汽流量的测量，其安装于管道中的一次测量元件必须牢固，以确保在高速汽流冲刷下不发生机构损坏。因此，一般都优先选用标准节流装置，而不选用悬臂梁式双重喇叭管或插入式流量计等非标准测速装置，以及结构强度低的靶式、涡轮流量计等。燃油电厂和有可燃性气体的场合，应选用防爆型仪表。

    在保证仪表安全运行的基础上，力求提高仪表的准确性和节能性。为此，不仅要选用满足准确度要求的显示仪表，而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。发电厂主蒸汽流量测量，由于其对电厂安全和经济性至关重要，一般都采用成熟的标准节流装量配差压流量计，化学水处理的污水和燃油分别属脏污流和低雷诺数粘性流，都不适用标准节流件。对脏污流一般选用圆缺孔板等非标准节流件配差压计或超声多普勒式流量计，而粘性流可分别采用容积式、靶式或楔形流量计等。水轮机人口水量、凝汽器循环水量及回热机组的回热蒸汽等都是大管径( 400mm以上)的流量测量参数，由于加工创造困难和压损大，一般都不选用标准节流装置。根据被测介质特件及测量准确度要求，分别采用插入式流量计、测速元件配差压计、超声波流量计，或采用标记法、模拟法等无能损方式测流量．

    为保证流量计使用寿命及准确性，选型时还要注意仪表的防振要求。在湿热地区要选择湿热式仪表。

    正确地选择仪表的规格，也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环。应特别注意静压及耐温的选择。仪表的静压即耐压程度，它应稍大于被测介质的工作压力，一般取1．25倍，以保证不发生泄漏或意外。量程范围的选择，主要是仪表刻度上限的选择。选小了，易过载，损坏仪表；选大了，有碍于测量的准确性。一般选为实际运行中最大流量值的1．2一1．3倍。

    安装在生产管道上长期运行的接触式仪表，还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下，在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件，如节流元件等。

    总之，没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的．不同的测量方式和结构，要求不同的测量操作、使用方法和使用条件．每种型式都有它特有的优缺点。因此，应在对各种测量方式和仪表特性作全面比较的基础上选择适于生产要求的，既安生可靠又经济耐用的最佳型式