常用流量計的應用解析

摘要：本文對工業用途的流量儀表進行了分類介紹，詳細闡述常用流量計的原理、結構、使用要求及特點，旨在探討工業用流量計選型、使用范圍等，為工藝流程中選擇適宜的流量計、滿足不同使用功能進行相關解析。

關鍵詞：儀表 流量計 原理 要求

時至今日，測量流量的儀表種類比較多，其中工業用的流量儀表達60多種，這么多的流量儀表，都有各自的適用范圍和局限性。流量計分為：容積式流量計、浮子流量計、差壓式流量計、渦輪流量計、渦街流量計、質量流量計、超聲波流量計、電磁流量計和靶式流量計等，下面對常用流量計進行闡述。

1 浮子流量計

浮子流量計一般作為測量精確度要求不高的現場指示儀表，廣泛應用在電力、石化、冶金、醫藥和污水處理中。浮子流量計在小、微流量方面發揮重要作用。

1.1 測量原理和結構 浮子流量計的流量檢測件由1根垂直錐形管和1個沿錐管軸上下移動的浮子構成。錐管和浮子之間的環隙在被測流體自下而上通過，浮子上下端產生差壓形成浮子上升的力，通過比較浮子所受上升力與浸在流體中浮子重量之間的關系，當前者大于后者時，浮子上升，環隙面積增大，環隙處流體流速立即下降，直到前者等后者，浮子便穩定在某一高度。

1.2 使用要求 浮子流量計應用于小管徑和低流速；大部分浮子流量計對上游直管段要求不高，甚至沒有要求；浮子流量計流量范圍度較寬，壓力損失較低；浮子流量計可用于較低雷諾數，分為液體用、氣體用和蒸汽用；安裝時保持垂直，使流體由下而上流入。

2 差壓式流量計

差壓式流量計在流量儀表使用中占主導地位。

2.1 測量原理和結構 根據管道內流量檢測件產生差壓，結合現有流體條件、檢測件以及管道的幾何尺寸對流量進行計算。一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）構成差壓式流量計。按照檢測件形式將差壓式流量計分為：孔板、噴嘴、文丘里管、均速管流量計等；按照二次裝置分為：機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量計中孔板節流式差壓流量計應用最為廣泛。工作原理為：流體充滿管道流經管道內的節流件時，在節流件處流束形成局部收縮。此時，流速增大，靜壓降低，在節流件的前后產生差壓，差壓隨流量的增大而增大，因而可依據差壓來衡量流量的大小。常用的節流元件有孔板，阿牛巴也屬于差壓式流量計。差壓式流量計都是基于流體的動能和勢能相互轉化的原理設計的，根據伯努利方程有如下關系式：p1+ρ1V12/2=p2+ρ1V22/2。

2.2 孔板節流裝置使用要求 液體滿管并連續流動，有足夠長直管段；管道內的流動應該是穩定的，在測量時，流體流量應不隨時間變化，或變化的非常緩慢；流體必須在物理和熱力學上是單項均勻的或可認為是單相的；流體在流進節流件以前，其流速必須與管道軸線平行，不得有旋轉。

3 渦街流量計

渦街流量計廣泛應用于石油化工、冶金、電力、食品、制藥、電力、造紙等領域，以及供熱、供水、煤氣、市政建設、環保工程等行業的各種液體、氣體、高低溫過熱蒸汽和飽和蒸汽進行流量計量和節能管理。

3.1 測量原理 渦街流量計是在流體中設置旋渦發生體，從而發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列，產生一定的頻率，通過公式f=St*v/（1-1.27d/D）*d（St為斯特勞哈爾數，為無量綱數，與旋渦發生體及雷諾數有關；v為流速；d為發生體迎面寬度；D為公稱通徑）即可得出流速。

3.2 使用要求 傳感器應避免安裝在有機械振動的管道上。當振動不可避免時，應考慮在距傳感器前后約2DN處的直管段上加固定支撐架。直管段內徑盡可能與傳感器通徑一致，若不能一致，應采用比傳感器通徑略大的管徑，誤差要≤3%并不超過5mm。對直管段的要求：上游為15-50D；上游加整流器時，上游不小于10D；下游至少為5D。

4 超聲波流量計

超聲波流量計的測量范圍很廣，測量的介質可以是各種水，酸堿液，各種油，化工，食品，冶金，礦山，節能監測，節水管理造紙等行業，超聲波測量在未來測量流量行業的前景是無法比擬的。

4.1 測量原理和安裝要求 應用超聲波測量流量，主要是通過聲波在靜止流體中的傳播速度與流動流體中的傳播速度存在差異，通過測量聲波在流動介質中的傳播速度等方法，求出流速和流量。通常采用W型、V型、Z型對超聲波流量計進行安裝。根據管徑和流體特性選擇安裝方式，管徑在25～75mm之間的適用于W型，管徑在25～250mm之間用V型，管徑大于250mm以上的適用于Z型。為了確保測量儀表準確度，選擇滿足一定條件的場所進行定位：通常上游10D、下游5D以上直管段；上游30D內不能裝泵、閥等擾動設備。

4.2 使用特點 安裝方便、簡單，適用不同管徑；為保證精度，對直管段要求嚴格；精度不高，測量誤差大；流體溫度、組成或密度變化時，將引起聲波速度變化，進而影響計算流量值。

5 質量流量計

質量流量計是一種新型的流量測量儀表，它可以直接用于測量介質的質量流量、密度，具有測量精度高、量程比寬、穩定性好、維護量低等特點。

5.1 測量原理 質量流量計分為科里奧利質量流量計與熱導式質量流量計。比較常用的是科里奧利質量流量計，在傳感器的外殼內有一對平行的測量管，該管安裝在管子端部的電磁驅動線圈作用下，做近似于音叉的振動。當流體通過兩個平行的測量管時，會產生一個與流速方向的加速度及相應的科里奧利力。測量管扭曲的大小是完全與流經測量管的質量流量的大小成正比：M=kf（K與測量管長度L及角速度W有關的常數，f為科里奧利力）。通過位于流量測量管兩側的電磁感應器對兩點處管子振動的速度進行監測，由于管子變形造成這兩個速度信號之間存在時間差，然后將這個信號傳輸至轉換器進行處理并轉換成與質量流量成正相關的電信號輸出。

5.2 質量流量計的特點 具有很高的精度；所測的質量流量與流體的溫度、壓力、粘度、電導率和流動狀態無關，但流體必須充滿；應保證測量管無腐蝕與磨損及結垢，這都會影響測量準確度；零點飄移較大，且壓頭損失較大；忌液氣混合；傳感器法蘭前后必需加裝具有足夠強度的支架以避免管道振動干擾，引起測量誤差。

6 電磁流量計

電磁流量計主要應用于化工、鋼鐵、煤炭、給排水、造紙、食品、紡織印染和化纖等工業領域。電磁流量計獨有的功能設計是普通流量計所無法企及的。

6.1 電磁流量計組成及工作原理 電磁流量計包括變送器、轉換器兩部分，二者通過連接線實現連接。變送器基于電磁感應定律工作，被測介質流動方向與磁力線方向垂直，由此生成感應電動勢。轉換器實際是一個能夠抑制多種干擾成分的高輸入阻抗。安裝場所要求：電磁流量計安裝盡量避開鐵磁性物體及具有強電磁場的設備，以免磁場影響傳感器的工作磁場和流量信號。傳感器測量管內始終充滿被測體，不能在不滿管和有可能出現空管時工作；應選取管內流體脈動較小的位置測量；測雙相流體時，選不易引起分離的地方；四氟襯里的傳感器，避免負壓；避免液體電導率不均勻的場所。

6.2 電磁流量計的特點 測量管是一段光滑的直管，無活動及阻流部件，基本上無壓力損失，對于大口徑管道來說，節能效果顯著；不怕堵塞，特別適用測量液固二相介質的流量；合理選用襯里材料及電極材料，可測量各種腐蝕性介質流量；安裝要求低，前置直管長度為5D，后置直管長度為3D；測量精度高，目前可達±0.2%；量程比寬，為1：20（孔板為1：3，渦輪為1：5）。電磁流量計局限性和不足之處：介質溫度不超過180℃，壓力不超過4.0Mpa，流速不得低于0.5m/s；被測介質是導電液體，最低電導率>5μs/cm；被測介質不能含有較多的鐵磁性物質及氣泡；不能用于氣體、蒸汽、石油制品等非導電性流體。

7 結論

每種流量計都有其適用范圍，也都有局限性。因此，在選擇儀表時，要熟悉儀表和被測對象兩方面的情況，并要兼顧考慮環境等其它因素。

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