一、流量儀表的分類

     測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計或流量表。流量計是工業(yè)測量中重要的儀表之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對流量測量的準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，各種類型的流量計相繼問世。目前已投入使用的流量計已超過100種。從不同的角度出發(fā)，流量計有不同的分類方法。常用的分類方法有兩種：一是按流量計采用的測量原理進行歸納分類；二是按流量計的結(jié)構(gòu)原理進行分類。

1、 按測量原理分類

(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；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；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：有標記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。

2、按流量計結(jié)構(gòu)分類

1）容積式流量計

    容積式流量計相當(dāng)于一個標準容積的容器，它接連不斷地對流動介質(zhì)進行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計的原理比較簡單，適于測量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測量液體流量的橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計；適于測量氣體流量的伺服式容積流量計、皮膜式和轉(zhuǎn)簡流量計等。

2）葉輪式流量計

    葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計，其結(jié)構(gòu)可以是機械傳動輸出式或電脈沖輸出式。一般機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡單，造價低，國內(nèi)已批量生產(chǎn)，并標準化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，一般誤差為±0。2%--0。5%。

3）差壓式流量計(變壓降式流量計)

    差壓式流量計由一次裝置和二次裝置組成。一次裝置稱流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進行顯示。差壓流量計的一次裝置常為節(jié)流裝置或動壓測定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機械式、電子式、組合式差壓計配以流量顯示儀表。差壓計的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟核算。這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國一般都用在比較重要的場合，約占各種流量測量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種表計。

4）變面積式流量計(等壓降式流量計)

    放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動的流體的作用力而移動。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時，浮子即停止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動時上下部分的壓力差相等，因此該型流量計稱變面積式流量計或等壓降式流量計。該式流量計的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計。

5）動量式流量計

    利用測量流體的動量來反映流量大小的流量計稱動量式流量計。由于流動流體的動量P與流體的密度及流速v的平方成正比，即p v2，當(dāng)通流截面確定時，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設(shè)比例系數(shù)為A，則Q＝A 因此，測得P，即可反映流量Q。這種型式的流量計，大多利用檢測元件把動量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動翼板式流量計。

6）沖量式流量計

    利用沖量定理測量流量的流量計稱沖量式流量計，多用于測量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來測泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測量范圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計，其測量原理是當(dāng)被測介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角的檢測板上產(chǎn)生一個沖力，沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比，故測量這個水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(九)的檢測方式，該型流量計分位移檢測型和直接測力型。

7）電磁流量計

    電磁流量計是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比，通過測電動勢來反映管道流量的原理而制成的。其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量?？蓽yzui大管徑達2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。電磁流量計造價較高，且信號易受外磁場干擾，影響了在工業(yè)管流測量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進更新，向微機化發(fā)展。

8）超聲波流量計

    超聲波流量計是基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計的。它也是由測流速來反映流量大小的。超聲波流量計雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量，對流體又不產(chǎn)生擾動和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計。

    利用多普勒效應(yīng)制造的超聲多普勒流量計近年來得到廣泛的關(guān)注，被認為是非接觸測量雙相流的理想儀表。

9）流體振蕩式流量計

    流體振蕩式流量計是利用流體在特定流道條件下流動時將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計的。當(dāng)通流截面一定時，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。這種流量計是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的。由于它兼有無轉(zhuǎn)動部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計、旋進旋渦流量計。

10）質(zhì)量流量計

    由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進行測量，目前常用的有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計。間接式質(zhì)量流量計是用密度計與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，流動工質(zhì)的溫度、壓力等運行參數(shù)不斷提高，在高溫高壓的情況下，由于材質(zhì)和結(jié)構(gòu)等方面的原因，直接式質(zhì)量流量計的應(yīng)用遇到困難，而間接式質(zhì)量流量計由于密度計受濕度和壓力適用范圍的限制，往往也不好實際應(yīng)用。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的是溫度壓力補償式質(zhì)量流量計?？砂阉醋饕环N間接式質(zhì)量流量計，不是配用密度計，而是利用溫度、壓力與密度間的關(guān)系，用溫度、壓力信號經(jīng)函數(shù)運算為密度信號，與容積流量相乘而得到質(zhì)量流量。目前溫度、壓力補償式質(zhì)量流量計雖已實用化，但當(dāng)被測介質(zhì)參數(shù)變化范圍很大或很迅速時，正確地補償將很困難或不可能，因此進一步研究在實際生產(chǎn)中適用的質(zhì)量流量計和密度計還是一個課題。

    除上述常用結(jié)構(gòu)原理的流量計外，各種結(jié)構(gòu)的流量計還很多，如適用于明渠測流的各種堰式流量計、槽式流量計；適于大口徑測流的插入式流量計；測量層流流量的層流流量計；適于二相流測量的相關(guān)法流量計；以及激光法、核磁共振法流量計和多種示蹤法、稀釋法測流等。隨著科技的發(fā)展和實際應(yīng)用需要，新型流量計將不斷涌現(xiàn)流量計的類型將更為齊全。

二、各類流量計技術(shù)特點

差壓流量計(DP)

    這是zui普通的流量技術(shù)，包括孔板、文丘里管和音速噴嘴。DP流量計可用于測量大多數(shù)液體、氣體和蒸汽的流速。DP流量計沒有移動部分，應(yīng)用廣泛，易于使用。但容易堵塞后，流量測量的度取決于差壓變送器的度。由于它產(chǎn)生的壓力損失較大，后期維護量大，已逐漸被新型(DP)所取代，如V錐流量計。

容積流量計(PD)

    PD流量計用于測量液體或氣體的體積流速，它將流體引入計量空間內(nèi)，并計算轉(zhuǎn)動次數(shù)。葉輪、齒輪、活塞等用以分流流體。PD流量計的度較高，是測量粘性液體的幾種方法之一。但是它也會產(chǎn)生不可恢復(fù)的壓力誤差，以及需裝有移動部件。

渦輪流量計

    當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量計時，流體使葉輪旋轉(zhuǎn)。葉輪的旋轉(zhuǎn)速度與流體的速度相關(guān)。通過葉輪感受到的流體平均流速，推導(dǎo)出流量或總量。渦輪流量計可地測量潔凈的液體和氣體。像PD流量計，渦輪流量計也會產(chǎn)生不可恢復(fù)的壓力誤差，也需要移動部件。

電磁流量計

    具有傳導(dǎo)性的流體在流經(jīng)電磁場時，通過測量電壓可得到流體的速度。電磁流量計沒有移動部件，不受流體的影響。在滿管時測量導(dǎo)電性液體度很高。電磁流量計可用于測量漿狀流體的流速。

    因測量精度高，基本不用維護，是理想的計量儀表；但僅適合測量導(dǎo)電的液體，使其應(yīng)用范圍受到限制。

超聲流量計

    傳播時間法和多普勒效應(yīng)法是超聲流量計常采用的方法，用以測量流體的平均速度。像其他速度測量計一樣，是測量體積流量的儀表。它是*流量計，如果超聲變送器安裝在管道外測，就無須插入。它理論上適用于幾乎所有的液體，包括漿體。但實際應(yīng)用中由于生產(chǎn)工藝，技術(shù)以及工作環(huán)境，管道的污濁等都會影響測量度。

渦街流量計

    渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，游渦的速度與流體的速度成一定比例，從而計算出體積流量。渦街流量計適用與測量液體、氣體或蒸汽。它沒有移動部件，也沒有污垢問題。渦街流量計會產(chǎn)生噪音，而且要求流體具有較高的流速，以產(chǎn)生旋渦。

熱質(zhì)量流量計

    通過測量流體的溫度的升高或熱傳感器降低來測量流體速度。熱式質(zhì)量流量計沒有移動部件或孔，能測量氣體的流量。熱質(zhì)量流量計是少數(shù)能測量質(zhì)量流量的技術(shù)之一，也是少數(shù)用于測量大口徑氣體流量的技術(shù)。

科里奧利流量計

    這種流量計利用振動流體管產(chǎn)生與質(zhì)量流量相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)來進行測量?？评飱W利流量計可用于液體、漿體、氣體或蒸汽的質(zhì)量流量的測量。度高。但要對管道壁進行定期的維護，防止腐蝕。

三、各類流量儀表對比

1.1差壓式流量計

優(yōu)點:

(1)應(yīng)用zui多的孔板式流量計結(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)濟生產(chǎn)。

缺點:

(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)。

1.2 浮子流量計

(1)玻璃錐管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，缺點是耐壓力低，有玻璃管易碎的較大風(fēng)險；金屬管浮子流量計很好的解決了這個問題；

(2)適用于小管徑和低流速；

(3)壓力損失較低。

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

1.3容積式流量計

    容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度zui高的一類。

優(yōu)點:

(1)計量精度高；

(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響；

(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，總量，清晰明了，操作簡便。

缺點:

(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。

1.4 渦輪流量計

    渦輪流量計，是速度式流量計中的主要種類，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。

優(yōu)點:

(1)高精度，在所有流量計中，屬于zui的流量計；

(2)重復(fù)性好；

(3)元零點漂移，抗*力好；

(4)范圍度寬；

(5)結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點:

(1)不能長期保持校準特性；

(2)流體物性對流量特性有較大影響。

1.5電磁流量計

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

優(yōu)點:

(1)測量通道是段光滑直管，不會阻塞，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:

(1)不能測量電導(dǎo)率很低的液體，如石油制品；

(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；

(3)不能用于較高溫度。

1.6 渦街流量計

    渦街流量計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)則地交錯排列的游渦的儀表。

優(yōu)點:

(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固；

(2)適用流體種類多；

(3)精度較高；

(4)范圍度寬；

(5)壓損小。

缺點:

(1)不適用于低雷諾數(shù)測量；

(2)需較長直管段；

(3)儀表系數(shù)較低(與渦輪流量計相比)；

(4)儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗。

1.7 超聲流量計

    超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

優(yōu)點:

(1)可做非接觸式測量；

(2)為無流動阻撓測量，無壓力損失；

(3)可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。

缺點:

(1)傳播時間法只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；

(2)多普勒法測量精度不高。

四、流量計的應(yīng)用

1、 污水處理

污水分為生活污水和工業(yè)污水

    污水為固液混合流體，工業(yè)污水由于組分復(fù)雜，具有腐蝕性，測量難度大，大多數(shù)儀表無法進行測量。

    理論上超聲波可以應(yīng)用，時差式超聲波流量計因在應(yīng)用過程中，測量效果差，已很少被使用；多譜勒式超聲波僅適合測量無腐蝕性，無大顆粒，大雜質(zhì)的污水，精度不高，也很少被使用用。

    污水處理主要應(yīng)用儀表為電磁流量，和少量的明渠流量計。

2、化工行業(yè)

    化工行業(yè)是流量儀表應(yīng)用zui廣泛的一個行業(yè)，各種類型的流量儀表都有自己適用的場合。

1.測量粘稠的油類介質(zhì)時，容積式儀表有很好的應(yīng)用和測量效果；

2.測量空氣，蒸汽等氣體時，渦街流量計的使用zui為普遍，也有采用V錐，孔板等DP儀表的應(yīng)用；

3.測量各類輕質(zhì)油，如柴油，汽油，無腐蝕的化學(xué)溶劑等，渦輪流量計為；

4.氨液，液化氣測量使用zui多的是孔板和V錐，規(guī)模大的企業(yè)采用質(zhì)量流量計；

5.金屬轉(zhuǎn)子流量計在化工行業(yè)應(yīng)用也很普遍，主要應(yīng)用在小流量和過程控制的測量中；

6.化工污水的計量中，電磁流量計是目前*的選擇。

*防爆是所有化工測量儀表所必須具備的。

3、食品、醫(yī)藥行業(yè)

1).衛(wèi)生型電磁流量計

主要測量潔凈水，果汁，乳劑，藥液等。

    通常為卡箍式連接，方便拆卸，清洗；材質(zhì)為不銹鋼，內(nèi)襯為耐高溫的FEP，PFA等。由于結(jié)構(gòu)上*，便于高溫消毒，應(yīng)用。

2).渦街流量計

主要測量蒸汽，水，啤酒，食用油等。

材質(zhì)為不銹鋼，采用法蘭夾裝，使用方便，缺點是精度與電磁等流量計比較稍差。

3).渦輪流量計

    目前部分廠家推出衛(wèi)生型渦輪流量計，多數(shù)為法蘭夾裝，也有卡箍式結(jié)構(gòu)的，測量精度與電磁相當(dāng)，由于禁油必須采用密封軸承，須定期更換。

4).質(zhì)量流量計

    在計量精度要求非常高的場合，質(zhì)量流量計也有應(yīng)用，如灌裝工序中，對于CO2的計量，很多采用衛(wèi)生型熱式質(zhì)量流量計。

    食品醫(yī)藥行業(yè)流量計特點：1.測量精度要求高；2.表體材質(zhì)不銹鋼，防腐防銹；3.快裝式結(jié)構(gòu)方便清洗，維護。

結(jié)論

    由上述可知，流量計發(fā)展到今天雖然已日趨成熟，但其種類仍然極其繁多，至今尚無一種對于任何場合都適用的流量計。

每種流量計都有其適用范圍，也都有局限性。這就要求我們：

(1)在選擇儀表時，一定要熟悉儀表和被測對象兩方面的情況，并要兼顧考慮其它因素，這樣測量才會準確；

(2)努力研制新型儀表，使其在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上更加完善。