浅谈流量计的选择

摘 要：在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。本文介绍了流量计的重要性和分类，并着重介绍了常用流量计以及流量计的选用方法和选择时需考虑的因素。

关键词：计量；流量计；分类；选择

中图分类号：TF068.23 文献标识码：A

1 概述

计量是工业生产的眼睛，流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有着密切的关系。做好这项工作，对提高生产效率，促进科学技术的发展都具有重要的作用，特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代，流量计量在国民经济中的地位与作用更加明显。

2 流量计的重要意义

流量与温度、压力、重量一样，是一般热工化工生产过程的重要参数，人们依据这些参数对生产流程进行监督和控制，并实现生产流程的自动化，这对提高供热质量，保障生产安全，改进操作工艺，改善生产条件等方面将有着重要意义；流量计量又是企业经济核算的重要依据，流量计量准确可靠是保证企业生产高效进行，保证最佳经济效益的重要手段之一。

3 流量计的分类

3.1 容积式流计

容积式流量计在流体入口端与出口端存在流体压力降，从原理上讲就像一台从流体中吸收少量能量的水力发动机，吸收的能量主要用来克服检测元件和附件转动产生的摩擦力。其中的机械测量元件把中途经过的流体连续不断地分割成单个确定的容积部分即容积测量室，并根据流体连续不断地、重复地充满和排空容积测量室的次数来测量其流体体积流量。容积式流量计在流量仪表中是精度比较高的一种流量计。

3.2 推理式流计

这类流量计包括的种类非常多。不论是传统的压差流量计、浮子流量计，还是科里奥利式质量流量计，其共同特点是利用液体的其它物理特性进行流量测量，而不是在一定时间内直接对流体体积进行测量。

4 常用流量计的介绍

4.1 容积式流里计

容积式流量计又称定量排量流量计，其利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分即测量室，根据测量室逐次重复地充满和排空其腔室流体的次数来测量流体体积总量，它是一种总量计量表。按其测量元件分类，可划分为刮板式流量计、腰轮式流量计、椭圆式流量计、齿轮流量计、螺杆式双转子流量计、往复活塞式流量计、旋转活塞式流量计、圆盘式流量计和液封转筒式流量计等。容积式流量计是一种传统的计量仪器，主要特点是测量精度高，但压力损失大。

4.2 压差式流量计

压差式流量计是根据安装在管道中流量检测元件产生的压差与管道的几何尺寸的相互关系来推算流量的。由于流束在节流元件处形成局部收缩，流体流速增加，静压力降低，节流件前后产生了流体压力差，而流体流量越大，其压力差也越大。压差式流量计的检测元件按其作用原理可分为：节流式、水力阻力式、离心式、动压头式、动压增益式及射流式等几大类。检测件按其标准化程度可分为标准型和非标准型两大类。所谓标准检测件，是指只要按照标准文件设计、制造、安装及使用，无需经过实流校准即可确定其流量值，并估算其误差，而非标准检测件是指成熟程度较差的、尚未列人国际标准中的检测件。

4.3 浮子式流量计

浮子式流量计测量原理是流量计中有一根垂直安装的下小上大的锥形管，锥形管中有一个可上下移动的浮子，当流体自下而上地流经锥形管时，浮子上下端所受到的压差形成浮子的浮力。当浮子受到的浮力与浮子的重力相等时，浮子处于平衡位置。流经流量计的流量与浮子上升的高度成正比关系，所以浮子的平衡位置高度可作为流量的一个标识。浮子流量计按管子的材料可以分为玻璃管和金属管两大类。浮子式流量计在小、微流量测量方面应用较广。

4.4 涡轮式流计

涡轮流量计主要由传感器和转换显示仪两部分组成。传感器采用多叶片的转子旋转运动感受流体的平均流速，转子的转动可由机械、磁感应、光或电子等方式来检测，并由读出装置显示或记录，而转子的转数与流体的流量成正比，从而可以计量流体的流量。涡轮流量计广泛地应用于昂贵介质，如石油等流量的测量。

4.5 电磁式流计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律原理设计的。在其测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装了一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电动势，此感应电动势可被两个检测电极测出，其数值大小与通过的流体流量成正比，继而测量到其流体的流量。电磁流量计有许多其它流量计没有的优良特性，它可以被应用到其它流量计不易应用的场合，如脏污流、腐蚀流等介质的测量场合。

4.6 涡街流计

涡街流量计的工作原理是流体以某一速度或高于这一速度绕过非流线物体时，在其下游形成强烈的湍流涡区，每个漩涡对着流量计内部的挡块产生连续的高压脉冲。而单位时间内高压脉冲数正比于流体的速度，在一定的流体管径条件下，每个脉冲代表了流体一定的单位体积，因此输出脉冲数量的多少与流体的流速成正比，从而导出了流体的流量。涡街流量计是最新型的一类流量计，其发展十分迅速。若按检测方式可分为应力式、电容式、热能式、振动体式、光电式和超声式等多种类型。

4.7 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计是利用流体在一个管道中做直线运动的同时又随着管道做旋转运动，它能产生与质量流量成正比的科里奥利斯力，利用这种原理制成一种直接式质量流量仪表。由于“质量”是流体基本的物理参数而非“导出”量，它不受其它物理参数的影响。因此，在工业流程中遇到的介质密度、压力、温度、粘度、电导率及流动断面变化等，不会影响科里奥利质量流量计的测量精度。

4.8 超声波流量计

超声波流量计按基本的原理方法分为传播时间法和多普勒法两大类。传播时间法是根据声波在流体中传播时，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向声波传播速度会减小的基本规律，利用两者传播速度之差与被测流体流速之间的内在关系，求得流体流量的方法称之为传播时间法。多普勒效应法是根据从移动源发射的声波，在静止点检测其产生的多普勒效应的原理，而进行流量计量的方法。超声波流量计内部没有流动绕组和流体压力损失，是非接触式流量测量的典型流量计，它可用于多相和固相含量较多的多相流的测量。

5 流量计的选择方法

据有关资料报道：发现约有60%流量仪表所选择测量方法是不合适或者使用不正确，其中一部分虽然采用适宜的测量方法，却错误地布置和安装，由此可见正确选择和使用流量仪表并非易事。要正确和有效地选择流量测量方法和仪表，必须熟悉五个方面因素，即性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用，如图1所示；流量计的选择是一个需要多次比较分析，全面反复论证的过程，五方面因素应交替考虑，其相互关系如图2所示。

图1 分析五方面因素程序

图2 五方面因素相互关系

5.1 性能要求和仪表规范方向的考虑

性能要求上考虑的内容有：瞬时流量还是总量（累计流量）、精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间等。不同测量对象有各自测量目的，在仪表性能方面有其不同侧重点。例如商贸核算和储运对精确度要求较高；连续测量过程控制通常只要求良好的可靠性和重复性，有时还要求宽的范围度，而对测量精确度要求还放在次要地位。

5.2 流体特性方面的考虑

初选测量方法按流体类型等初定若干适用方案后，还应向工艺流程部门获取详细的流体物性诸多参量和属性，进一步考虑对所选择方案的适应性。除了流体类别以外，通常还要考虑流体的温度、压力、密度、粘度和性、腐蚀性和磨蚀性等，有些应用场所还有卫生要求。某些测量方法还要考虑流体物性殊参量，例如采用电磁流量计要了解液体的电导率。各类流量仪表总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响，所以流体的物性很大程度上支配着待选仪表的型式。所选择测量方法和仪表不仅要适应被测流体的性质，还要考虑在测量过程中流体物性某一参量变化的影响量。

xxx常见流体密度、粘度、蒸汽压力和其他参量可以从手册中查到评估在使用条件下流体各参量和所选定仪表技术规范的适应性。然而常会遇到不十分清楚流体的确切成分、温度和压力变化、流动特性等，要用户确定流体各物性的值是有困难的，此时应向制造厂咨询，估计拟选定的仪表可否使用。

5.3 安装方面的考虑

不同原理的测量方法对安装要求差异很大。例如有些仪表（如差压式、涡轮式）需要长的上游直管段，以保证仪表进口端前流动必须达到充分发恩而另一些仪表（例如容积式、浮子式）则无此要求或要求很低。有些仪表使用说明书未详细说明仪表应考虑安装位置与流动方向、维护空间、安装方向等要求及其影响，然而从众多发表资料表明流量仪表测量性能受安装状况的影响很大。追溯流量仪表应用不好误差较大的原因，有很大部分是安装不善所致。

常见的错误有：①孔板进口面反装；②流量传感器安装在流速分布剖面不良的场所；③连接到差压装置的引压管中存在不希望有的相；④安装在有害的环境或不易接近的位置；⑤仪表处于错误的流动方向；⑥差压式仪表引压管线斜率不正确；⑦仪表或电信号传输线至于强电磁场下；⑧将易受振动干扰的仪表装于有振动的管道；⑨缺少必要的防护性配件。

安装方面考虑的因素有：仪表的安装方向、流动方向、上下游管道状况、阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动、电气干扰和维护空间等。

参考文献

[1]孙铁雷，王顺喜.常用流量计及其使用选择[J].农机化研究.

[2]蔡武昌，孙淮清，纪刚.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社.