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流量計是工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的過程控制參數(shù)。目前，市場上大約有超過100種不同的流量儀表，其中有一些屬于實(shí)驗(yàn)室儀表，不適合工業(yè)應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型的流量儀表還在不斷涌現(xiàn)。然而，沒有一種流量儀表是“放之四海而皆準(zhǔn)”的。為此，用戶應(yīng)當(dāng)首先了解流量儀表的性能特點(diǎn)，再結(jié)合所應(yīng)用場合的工況條件，選擇性能價格比較高的產(chǎn)品。

1　流量儀表的類型及特性

流量儀表的分類方法很多，至今國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的七大類流量儀表的型式及其主要性能特點(diǎn)。下面分別作簡要介紹。

表1　流量儀表類型及主要性能特點(diǎn)

1 1　差壓型

差壓測量技術(shù)是目前應(yīng)用zui廣泛的一種流量測量方法，幾乎能測量各種工況下單相流體和高溫高壓下流體的流量。70年代，這種技術(shù)曾占到*的80%。今天，隨著新技術(shù)的應(yīng)用，這個比例已降至40%左右，仍占了近“半壁江山”。差壓型流量計一般由節(jié)流裝置、變送器兩部份組成。節(jié)流裝置常見的有孔板、噴嘴、畢托管、均速管等。節(jié)流裝置的作用是使流經(jīng)的流體收縮且在其上、下游產(chǎn)生差壓。根據(jù)伯努利能量守恒定律和連續(xù)性方程可以得出：

其中，Ｑ為體積流量；ΔP為測得的節(jié)流件上、下游差壓；Ｋ為常數(shù)，它與節(jié)流件的幾何形狀、直徑比以及流體的溫度、壓力、粘度、密度等因素有關(guān)。

由于是平方根關(guān)系，所以差壓型流量儀表的測量范圍一般不大，只有3∶1～5∶1。在此范圍內(nèi)，孔板的讀數(shù)精度約為2%～3%，文丘里管的讀數(shù)精度約為3%～4%。各種節(jié)流裝置中，孔板由于其結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，所以zui為常用。但是它對加工尺寸要求嚴(yán)格。只要按規(guī)范要求加工、安裝，經(jīng)檢驗(yàn)合格后就可以在不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測量，而不需要用實(shí)液檢定。所有節(jié)流裝置都有一個不可恢復(fù)的壓力損失，壓損zui大的是銳邊孔板，為儀表zui大差壓的25%～40%。畢托管的壓損則很小，可以忽略不計，但它對流體形面的變化非常敏感。

1.2　變面積型流量計

這種類型流量計的典型代表是轉(zhuǎn)子流量計。對于3″以內(nèi)的管道，此流量計效果較好。它的突出優(yōu)點(diǎn)是直接就地測量時不用外加電源。轉(zhuǎn)子流量計按其制造材料不同，分為玻璃轉(zhuǎn)子流量計和金屬管轉(zhuǎn)子流量計兩大類。玻璃轉(zhuǎn)子流量計結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子位置清晰可見，易讀數(shù)，多用于常溫、常壓、透明和腐蝕性介質(zhì)，如空氣、煤氣、氬氣等。金屬管轉(zhuǎn)子流量計一般帶有磁性連接指示器，用于高溫、高壓的場合，并且能傳輸出標(biāo)準(zhǔn)信號與記錄儀等配套使用，計量累積流量。目前市場上有一種帶加載彈簧錐形頭的垂直式變面積式流量計，它沒有冷凝室和緩沖室，測量范圍達(dá)到100∶1，并且是線性輸出，zui適于蒸汽的測量。

1.3　振蕩型流量計

渦街流量計是振蕩型流量儀表的典型代表。它是在流體前進(jìn)方向上放置一非流線形物體，流體在該物體后方形成兩列規(guī)則的非對稱漩渦列。漩渦列的頻率與流速成一定比例。這種測量方法的特點(diǎn)是管道內(nèi)無可動部件，讀數(shù)重復(fù)性、可靠性好，使用壽命長，線性測量范圍寬（氣體約為30∶1，液體約為10∶1），幾乎不受溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，壓力損失小，精度高（約0 5%～1%）。其工作溫度可達(dá)300℃以上，工作壓力可達(dá)30ｍPａ以上。但流體流速分布情況和脈動流會影響測量精度。不同的介質(zhì)可采用不同的漩渦感測技術(shù)，對于蒸汽可用振動盤式或壓電晶體式，對于空氣可采用熱力式或超聲波式，而對于水，幾乎所有感測技術(shù)都適用。和孔板一樣，渦街流量計的流量系數(shù)也是由一組尺寸來決定的。

1.4　電磁型流量計

這類流量計是利用導(dǎo)電的流體流經(jīng)磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電壓的大小來檢測流量的。因此它只適用于導(dǎo)電介質(zhì)（目前已有適用于導(dǎo)電率低至0 008μｓ ｃｍ介質(zhì)的產(chǎn)品）。從理論上講，這種方法不受流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響，量程比可達(dá)100∶1，精度約為0 5%。適用管徑從2ｍｍ到3ｍ。廣泛應(yīng)用于水、泥漿、紙漿或腐蝕性介質(zhì)的流量。電磁型流量計由于信號微弱，滿量程時，通常只有2 5～8ｍＶ，流量很小時僅有幾毫伏，易受外界干擾。因此，要求變送器的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管、變送器兩端的管道都要接地并單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，不要連接在電機(jī)、電器等的公用地線上。

1.5　超聲波型流量計

這類流量計zui常見的是多普勒流量計和時差流量計。多普勒流量計是根據(jù)被測流體中移動目標(biāo)所反射的聲波頻率的變化來檢測流量的。此法適用于測量高速流體，不宜測量低速流體，且準(zhǔn)確度較低，對管道內(nèi)壁的光滑度要求較高，但它的電路簡單。

時差流量計是通過超聲波在注流體中順流和逆流傳播的時間差來測量流量的。由于時差的數(shù)量級很小（一般為10-6ｓ），因此，為保證測量準(zhǔn)確度，對電子線路的要求較高，從而儀表的成本相應(yīng)增加。時差流量計一般適用于純凈且流速場均勻的層流液體。對于紊流液體，可采用多聲束時差流量計。

1.6　動量矩型流量計

這類流量計是根據(jù)動量矩守恒原理，通過流體沖擊旋轉(zhuǎn)部件（葉輪、螺旋器等），使之旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速與流速成比例關(guān)系。再利用磁學(xué)、光學(xué)、機(jī)械計數(shù)等方法將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號，從而計算出流量。

渦輪流量計是這類儀表中應(yīng)用zui廣泛且準(zhǔn)確度較高的一種。它適用于氣體、液體介質(zhì)，但在結(jié)構(gòu)上略有不同。用于氣體的，其葉輪角度較小，而且葉片數(shù)量多。渦輪流量計的準(zhǔn)確度可達(dá)0 2%～0 5%，在狹小范圍內(nèi)可達(dá)0 1%。量程比為10∶1，壓損小，耐壓高。但它對流體的潔凈度有一定要求，且易受流體密度和粘度的影響，口徑越小，影響越大。和孔板一樣，要保證安裝點(diǎn)前后有足夠的直管段，以避免流體旋轉(zhuǎn)而改變對葉片的作用角度。

1.7　正位移型流量計

這類儀表的工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)體每旋轉(zhuǎn)一周，流體移動一個固定量來測量的。儀表的設(shè)計方式各異，如橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計和刮板流量計等。橢圓齒輪流量計的量程比較大，可以達(dá)到20∶1，且準(zhǔn)確度高。但運(yùn)動齒輪易被流體中的雜質(zhì)卡死。旋轉(zhuǎn)活塞流量計單位流通量大，但由于結(jié)構(gòu)上的原因，泄漏量較大，準(zhǔn)確度不高。正位移型的流量計基本與流體粘度無關(guān)，適用于油脂類、水等介質(zhì)，但不適用于蒸汽、空氣等介質(zhì)。

上述每一種流量計各有其優(yōu)、缺點(diǎn)，但是，即使是同一種型式的表，不同廠家提供的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能也不盡相同。

2　流量計的選擇

面對龐大的流量計家族，要想選擇一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的儀表，確非易事。其中要考慮的因素很多：準(zhǔn)確度、可靠性、費(fèi)用、流體特性及其它種種因素。根據(jù)筆者多年儀表選型的實(shí)踐，大致可參考以下四個方面：

（1）儀表的工作性能。
（2）流體的物理、化學(xué)特性。
（3）現(xiàn)場安裝條件及環(huán)境。
（4）成本費(fèi)用。

表2給出了上述四個方面各包含的具體內(nèi)容。用戶在選擇時，不可能面面都照顧到，要權(quán)衡利弊。不過，zui后的抉擇往往是在成本費(fèi)用和儀表性能之間。

表2　流量儀表的選型因素

3　小結(jié)

隨著生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度和自動化程度的提高，會對流量測量及控制提出更新、更高和更多的要求，如5～7ｍ特大口徑、特大流量測量；超微小流量測量；鋼水等高溫介質(zhì)的流量測量；液氮等超低溫介質(zhì)的流量測量等等。近年來，核磁共振流量計、放射性同位素流量計等新儀表已日臻完善，流量測量準(zhǔn)確度在不斷提高。