簡述各種流量計原理及特點

袁炎生

[摘要]本文簡述流量監測儀表主要原理及特點，以便在工程實際中選好流量儀表。

[關鍵詞]流量計；原理；特點

1、簡述

目前工程實際中，流量測量方法及流量儀表的種類繁多，至今為止，可供工業用的流量儀表種類多達數十余種。在流量儀表的家族中，每種產品都有它特定的適用性及使用局限性。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。

本文簡要介紹目前最常用流量計分類法，主要有：差壓式流量計、容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計質量流量計等分別簡述各種流量計的原理及特點。

2、差壓式流量計

差壓式流量計是通過安裝于是工業管道中流量檢測元件產生的差壓，將已知流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計差壓式流量計算流量計。

差壓式流量計由一次檢測件及二次儀表(差壓轉換器或變送器和流量顯示儀表)組成。以檢測件形式劃分差壓式流量計分類，有孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。二次儀表為各種機械、電子、機電一體式差壓式流量計、差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量儀表是流量儀表大家族中應用最廣泛的一中流量儀表，目前國內外已系列化、通用化、標準化，差壓式流量計既可單獨測量流量參數，也可測量其它參數(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：節流裝置、水利阻力、動壓頭式、動壓頭增益及射流式、以及離心式等幾大類。

檢測件有標準化型式或非標準兩大類。標準型檢測元件是以標準文件設計、制造、安裝和使用，無需經實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。而非標型檢測元件一般尚未列入國際標準中檢測元件。差壓式流量計也是應用最廣泛的一種流量儀表，在各種流量計使用量中占據首位。

主要優點是：(1)應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；(2)應用范圍廣泛，至今尚無任何一流量計可與之比擬；(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規模經濟生產。

主要缺點是：(1)測量精度普遍偏低：(2)范圍度窄，一般僅3:1－4:1；(3)現場安裝條件要求高；(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。

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最高的一類。它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量。

容積式流量計按其測量元件分類：有橢圓齒輪流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、濕式氣體計及膜盒式氣體計、液封轉筒式流量計等。

主要優點：(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。

主要缺點：(1)結果復雜，體積龐大；(2)被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大；(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)產生噪聲及振動。

4、浮子流量計

浮子流量計，又稱轉子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。

浮子流量計是繼差壓式流量計之后應用較廣泛的一類流量計，適用于微小流量監測。

主要優點：(1)結構簡單，使用方便；(2)適用于小管徑和低流速；(3)壓力損失較低。缺點：耐壓力低，有玻璃管易碎。

5、渦輪流量計

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

渦輪流量計和容積式流量計、科奧利質量流量計統稱為流量計中三類重復性、精度最佳的品種。目前已朝多品種，多系列化發展。

主要優點：(1)精度高，在所有流量計儀表中屬于最精確的流量儀表；(2)重復性好；(3)無零點漂移，抗干擾性好；(4)測量范圍度寬；(5)結構緊湊。

主要缺點：(1)不能長期保持校準特性；(2)流體物性對流量特性影響較大。

6、渦銜流量計

渦銜流量計的結構是在流體中安放一根非流線型游渦發生體，當流體在游渦發生體兩側交替分離釋放出兩串規則交錯排列的游渦的儀表。

渦銜流量計一般按頻率檢出方式，劃分有：應力式、應變式、電容式、熱敏式、光電式及超聲波式、振動式等。

渦銜流量計屬于國內外新型流量儀表。

主要優點：(1)結構簡單牢固；(2)適用于多流體種類的場合流量；(3)有較高測量精度；(4)測量范圍度寬，且壓損小。

主要缺點：(1)不適應于低雷諾數流體測量；(2)需較長直管段；(3)與渦輪流量計相比，儀表系數較低。

7、電磁流量計

電磁流量計由傳感器及轉換器及顯示器等部分組成，電磁流量計根據法拉第電磁感應定律制成的一般測量導電流體的流量儀表。

電磁流量計具有其它流量計不能比擬獨特優勢，特別適用如臟污流體及腐蝕流體的測量。電磁流量計在70－80年代由于電磁流量在技術上有重大突破，使它成為現代工業領域廣泛應用的流量監測儀表。

主要優點：(1)由于測量通道是段光滑直管，不會阻塞，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)無壓損，節能效果好；(3)不受流體的濕度、密度、粘度、壓力和電導率變化影響；(4)流量范圍大，口徑范圍寬；(5)適用于腐蝕性流體的測量。

主要缺點：(1)不適用測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)不適用高溫場合。

8、超聲波流量計

超聲波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)、波速偏移法、多普差法、互相關法、空間濾去法及噪聲法等。

超聲流量計與電磁流量計均屬于無阻礙流體直流的結構。因此，適用于解決流量測量困難的場合，特別適用于大口徑流量測量領域。

主要優點：(1)可做非接觸式流體測量；(2)屬于無阻礙測量，故無壓力損失；(3)它與電磁流量計相比，具有可測非導電性液體，獨特優點。

主要缺點：(1)在傳播時間法時，只能用于清潔液體和氣體，而在多普勒法時，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。

9、科里奧利質量流量計

科里奧利質量流量計是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力學原理制成的一種直接式質量流量儀表。

10、明渠流量計

明渠流量計屬于在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流動的流量儀表。因此，也亦稱非滿管態流動的水溝叫明渠。明渠流量計除有圓形外，還有u形、梯形、矩形等多種形狀。明渠流量計是廣泛應用于城市供水引水渠，火力及水利發電廠引水和排水渠，城市及工礦企業污水治理流入和排放渠，水利工程和農業灌溉用渠道流量計測量流量結構方式。

綜上所述，目前流量計測量技術發展至今雖然已日趨成熟，但其種類繁多，至今尚無一種對于任何場合都能適用的流量計。而每種流量計都有供適用范圍，具有局限性。因此，在選用何種流量計時，應熟知儀表的工作原理及特點，根據被測對象的不同，合理正確選擇流量計是值得人們討論的問題。