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【多欽儀表 專業(yè)流量計】

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舊式的60多種流量儀表，每種產(chǎn)品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。按測量對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。

此外，按測量原理可分為如下幾個大類：

力學原理：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。

電學原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。

聲學原理：利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式．聲學式（沖擊波式）等。

熱學原理：利用熱學原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。

光學原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。

原子物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表．

其它原理：有標記原理（示蹤原理、核磁共振原理）、相關原理等。

本文按照目前最流行、最廣泛的分類法分別來闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內(nèi)外的發(fā)揮在那情況：

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一、電磁流量計

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1、優(yōu)點

?(1) 電磁流量計可用來測量工業(yè)導電液體或漿液。

?(2) 無壓力損失。

?(3) 測量范圍大，電磁流量變送器的口徑從2.5mm到2.6m。

?(4) 電磁流量計測量被測流體工作狀態(tài)下的體積流量，測量原理中不涉及流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響。

?2、缺點

?(1) 電磁流量計的應用有一定局限性，它只能測量導電介質(zhì)的液體流量，不能測量非導電介質(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。

(2) 電磁流量計是通過測量導電液體的速度確定工作狀態(tài)下的體積流量。按照計量要求，對于液態(tài)介質(zhì)，應測量質(zhì)量流量，測量介質(zhì)流量應涉及到流體的密度，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) 電磁流量計的安裝與調(diào)試比其它流量計復雜，且要求更嚴格。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的儀表配用。在安裝變送器時，從安裝地點的選擇到具體的安裝調(diào)試，必須嚴格按照產(chǎn)品說明書要求進行。安裝地點不能有振動，不能有強磁場。在安裝時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，必須排盡測量管中存留的氣體，否則會造成較大的測量誤差。

(4) 電磁流量計用來測量帶有污垢的粘性液體時，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，電極上污垢物達到一定厚度，可能導致儀表無法測量。

(5) 供水管道結(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會帶來約2%附加誤差。

(6) 變送器的測量信號為很小的毫伏級電勢信號，除流量信號外，還夾雜一些與流量無關的信號，如同相電壓、正交電壓及共模電壓等。為了準確測量流量，必須消除各種干擾信號，有效放大流量信號。應該提高流量轉(zhuǎn)換器的性能，最好采用微處理機型的轉(zhuǎn)換器，用它來控制勵磁電壓，按被測流體性質(zhì)選擇勵磁方式和頻率，可以排除同相干擾和正交干擾。但改進的儀表結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。

(7) 價格較高。

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二、超聲波流量計

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超聲波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。

根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。

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1、優(yōu)點

(1) 超聲波流量計是一種非接觸式測量儀表，可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會改變流體的流動狀態(tài)，不會產(chǎn)生壓力損失，且便于安裝。

(2) 可以測量強腐蝕性介質(zhì)和非導電介質(zhì)的流量。

(3) 超聲波流量計的測量范圍大，管徑范圍從20mm～5m.

(4) 超聲波流量計可以測量各種液體和污水流量。

(5) 超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響。可以做成固定式和便攜式兩種形式。

2、缺點

(1) 超聲波流量計的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體。

(2) 抗干擾能力差。易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。

(3) 直管段要求嚴格，為前20D,后5D。否則離散性差，測量精度低。

(4) 安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。

(5) 測量管道因結(jié)垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。

(6) 可靠性、精度等級不高(一般為1.5～2.5級左右)，重復性差。

(7) 使用壽命短(一般精度只能保證一年)。

(8) 超聲波流量計是通過測量流體速度來確定體積流量，對液體應該測量它的質(zhì)量流量，儀表測量質(zhì)量流量是通過體積流量乘以人為設定的密度后得到的，當流體溫度變化時，流體密度是變化的，人為設定密度值，不能保證質(zhì)量流量的準確度。只能在測量流體速度的同時，又測量了流體密度，才能通過運算，得到真實質(zhì)量流量值。

(9) 價格較高。

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三、渦街流量計

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1、優(yōu)點

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

(2) 渦街流量計測量范圍寬。量程比一般能達到1：10。

(3) 渦街流量計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。一般不需單獨標定。它可以測量液體、氣體或蒸汽的流量。

(4) 它造成的壓力損失小。

(5) 準確度較高，重復性為0.5%，且維護量小。

2、缺點

(1) 渦街流量計工作狀態(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)果應是質(zhì)量流量，對于氣體，最終測量結(jié)果應是標準體積流量。質(zhì)量流量或標準體積流量都必須通過流體密度進行換算，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;不能準確確定流體工況變化時的介質(zhì)密度;將濕飽和蒸汽假設成干飽和蒸汽進行測量。這些誤差如果不加以限制或消除，渦街流量計的總測量誤差會很大。

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

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

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

(6) 耐溫性能差。渦街流量計一般只能測量300℃以下介質(zhì)的流體流量。

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四、孔板流量計

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1、優(yōu)點?

(1) 標準節(jié)流件是全世界通用的，并得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量計中亦是唯一的。

(2) 結(jié)構(gòu)易于復制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉;

(3) 應用范圍廣，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。

(4) 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);

2、缺點

(1) 測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難于提高。

(2) 范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關,一般范圍度僅3∶1 ～ 4∶1。

(3) 有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出

(4) 壓力損失大;

通常為維持一臺孔板流量計正常運行，水泵需要附加動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算結(jié)果。其中運行天數(shù)按三百五十天計算，電價按0.35元/度計算。由表中計算電耗數(shù)據(jù)可見，孔板的附加運行費用是極高的，而采用彎管流量計該運行費用為零!

(5) 孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次。

(6) 采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。

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五、熱式質(zhì)量流量計(恒溫差)

熱式流量計傳感器包含兩個傳感元件，一個速度傳感器和一個溫度傳感器。它們自動地補償和校正氣體溫度變化。儀表的電加熱部分將速度傳感器加熱到高于工況溫度的某一個定值，使速度傳感器和測量工況溫度的傳感器之間形成恒定溫差。當保持溫差不變時，電加熱消耗的能量，也可以說熱消散值，與流過氣體的質(zhì)量流量成正比。

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1、優(yōu)點

?(1)?球閥安裝，安裝拆卸方便。并可以帶壓安裝。

?(2) 基于金氏定律，直接測量質(zhì)量流量。測量值不受壓力和溫度影響。

?(3) 響應迅速。

?(4) 量程范圍大，管道式安裝最小可以測量8.8mm管道的流量，最大可以測到30’’

(5) 插入式類型的流量計，一支流量計可以用于測量多種管徑。

2、缺點

?(1)?精度不及其他類型流量計，一般為3%。

?(2) 適用范圍窄，只能用于測量干燥的非爆炸性的氣體，如壓縮空氣、氮氣、氬氣及其他中性氣體。

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六、靶式流量計

1、優(yōu)點

(1) 感測件為無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固；

(2) 應用范圍和適應性很廣泛，一般工業(yè)過程中的流體介質(zhì)，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態(tài)（高、低溫，常壓、高壓）皆可應用，可以說其應用范圍可與孔板流量計相比美。
(3)?準確度高，總量測量可達0.2%R；
(4) 范圍度寬，4：1～15：1至30：1；
(5) 可解決困難的流量測量問題，如測量含有雜質(zhì)（微粒）之類的臟污流體；原油、污水、高溫渣油、漿液、燒堿液，瀝青等；
(6) 靈敏度高，能測量微小流量，流速可低至0.08m/s；
(7) 用于小口徑(DN15～DN50)，低雷諾數(shù)(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標準節(jié)流裝置難以應用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
(8) 可適應高參數(shù)流體的測量，壓力高達數(shù)十MPa，溫度達450℃；
(9) 可用于雙向流動流體的測量；
(10) 壓力損失較低，約為標準孔板的一半；
(11) 抗上游阻流件干擾能力強，上游側(cè)直管段長度一般5～10D即可；
(12) 可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
(13) 直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標準信號（脈沖頻率或電流信號）；
(14) 儀表性能價格比高，為經(jīng)濟實惠的流量計；
(15) 安裝簡單方便，易維護。

?2、缺點

(1) 由于靶式流量計靶片及靶桿有自重，安裝好后必須重新設置零點 ;

(2) 精度不是很高，一般做為過程控制類計量儀表，貿(mào)易結(jié)算慎用;

(3) 不適合流體開關非常頻繁的工況，持續(xù)工作的情況下應用較好;

(4) 量程窄，一般儀表均為10:1的范圍度。

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七、差壓式流量計

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差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件與流體相互作用產(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算流量的儀表。

差壓式流量計由一次裝置(檢測件）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換器和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計、皮托管原理式-畢托巴流量計等。

二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化（系列化、通用化及標準化）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、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測件又可按其標準化程度分為二大類：標準的和非標準的。

所謂標準檢測件是只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。

非標準檢測件是成熟程度較差的，尚未列入國際標準中的檢測件。差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居首位。由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數(shù)逐漸下降，但目前仍是最重要的一類流量計。

差壓式流量計流體體積流量公式為：

v=aA √2/j(p-q)

v--體積

j--液體密度

a--流量系數(shù)，與流道尺寸 取壓方式和流速公布有關

A--孔板開孔面積

p-q--壓力差

1、?優(yōu)點

(1) 應用最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)。

2、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）。

3、應用概況

差壓式流量計應用范圍特別廣泛。在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。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；流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。

(1) 常用標準節(jié)流裝置（孔板）、（噴嘴）、（文丘利管）。

(2) 常用非標準節(jié)流裝置有（雙重孔板）、（圓缺孔板）、（1/4圓噴嘴）和（文丘利噴嘴）。

(3) 孔板常用取壓方法有（角接取壓）、（法蘭取壓），其它方法有（理論取壓）、（徑距取壓）和（管接取壓）。

(4) 標準孔板法蘭取壓法，上下游取壓孔中心距孔板前后端面的間距均為（25.4±0.8）mm，也叫1英寸法蘭取壓。

(5) 1151變送器的工作電源范圍（12）vdc到（45）vdc，負載從（0）歐姆到（1650）歐姆。

?(6)?1151dp4e變送器的測量范圍是（0～6.2）到（0～37.4）kpa。

?(7)?1151差壓變送器的最大正遷移量為（500%），最大負遷移量為（600%）。

?(8)?管道內(nèi)的流體速度，一般情況下，在（管道中心線）處的流速最大，在（管壁）處的流速等于零。

(9) 若（雷諾數(shù)）相同，流體的運動就是相似的。

(10) 當充滿管道的流體流經(jīng)節(jié)流裝置時，流束將在（縮口）處發(fā)生（局部收縮），從而使（流速）增加，而（靜壓力）降低。

(11) 1151差壓變送器采用可變電容作為敏感元件，當差壓增加時，測量膜片發(fā)生位移，于是低壓側(cè)的電容量（增加），高壓側(cè)的電容量（減少）

(12) 1151差壓變送器的最小調(diào)校量程使用時，則最大負荷遷移為量程的（600%），最大正遷移為（500%），如果在1151的最大調(diào)校量程使用時，則最大負遷移為（100%），正遷移為（0%）。

(13) 1151差壓變送器的精度為（±0.2%）和（±0.25%）。　注：大差壓變送器為±0.25%

(14) 常用的流量單位、體積流量為（m3/h）、（t/h），質(zhì)量流量為（kg/h）、（t/h），標準狀態(tài)下氣體體積流量為（nm3/h）。

(15) 用孔板流量計測量蒸汽流量，設計時，蒸汽的密度為4.0kg/m3，而實際工作時的密度為3kg/m3，則實際指示流量是設計流量的（0.866）倍。

(16) 用孔板流量計測量氣氨流量，設計壓力為0.2mpa（表壓），溫度為20℃，而實際壓力為0.15mpa（表壓），溫度為30℃，則實際指示流量是設計流量的（0.897）倍。

(17) 節(jié)流孔板前的直管段一般要求（10）d，孔板后的直管段一般要求（5）d，為了正確測量，孔板前的直管段最好為（30～50）d，特別是孔板前有泵或調(diào)節(jié)閥時更是如此。

(18) 為了使孔板流量計的流量系數(shù)α趨向定值，流體的雷諾數(shù)應大于（界限雷諾數(shù)）。

(19) 在孔板加工的技術(shù)要求中，上游平面應和孔板中心線（垂直），不應有（可見傷痕），上游面和下游面應（平行），上游入口邊緣應（銳利無毛刺和傷痕）。

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八、容積式流量計

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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最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復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。

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

1、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。

2、缺點

(1) 結(jié)果復雜，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。

應用概況

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

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1990年產(chǎn)量（不包括家用煤氣表）為34萬臺，其中橢圓齒輪式和腰輪式分別占70%和20%

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