各种流量计工作原理及优缺点.docx

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1、各种流量计工作原理及优缺点测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高。流量测量技术日新月异，为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世，目前已投入使用的流量计己超过IOO种。每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。按测量原理分为力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。按流量计的结构原理进行分类，有容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。按测量对象划分，就有封闭管道和明渠两大类；按测量目的又可分

2、为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量，是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示，实际上流量计通常亦备有累积流量装置，做总量表使用，而总量表亦备有流量发讯装置。因此，以严格意义来分流量计和总量表己无实际意义。一、按测量原理分类1 .力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。2 .电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感

3、式、应变电阻式等。3 .声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式、声学式（冲击波式）等。4 .热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。5 .光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。6 .原子物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表。7 .其它原理：有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。二、按流量计结构原理分类按当前流量计产品的实际情况，根据流量计的结构原理，大致上可归纳为以下几种类型：1、差压式流量计差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、己知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计由一次装置

4、（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示仪表）组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类，如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计、差压变送器及流量显示仪表。它己发展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表，它既可测量流量参数，也可测量其它参数（如压力、物位、密度等）。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。检测件又可按其标准化程度分为二大类：标准的和非标准的。所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量

5、误差。非标准检测件是成熟程度较差的、尚未列入国际标准中的检测件。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是最重要的一类流量计。优点：(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；(2)应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。缺点：(I)测量精度普遍偏低；(2)范围度窄，一般仅3：14：1；(3)现场安装条件要求高；(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。应用概况：差压式流量计应用范围特别广泛，在封闭管道的流量

6、测量中各种对象都有应用，如流体方面：单相、混相、洁净、脏污、粘性流等；工作状态方面：常压、高压、真空、常温、高温、低温等；管径方面：从几mm到几m；流动条件方面：亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4-1/3。2、孔板流量计优点：标准节流件是全世界通用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量计中亦是唯一的结构易于复制的仪表，简单、牢固、性能稳定可靠且价格低廉；应用范围广，包括全部单相流体（液、气、蒸汽）、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态（温度、压力）皆有产品。检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，方便专业化规模生产；缺点：测量的重

7、复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂,精确度难于提高。范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关，一般范围度仅3：14：1。有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；压力损失大，通常为维持一台孔板流量计正常运行，水泵需要附加动力克服孔板的压力损失。该附加耗电量可直接由压力损失和流量计算确定，一年约需多耗电数万度，折合人民币数万元。孔板以内孔锐角线来保证精度，因此对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次。采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。3、浮子流量计浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计

8、的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。80年代中期，日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%20%。我国1990年产量估计在12-14万台，其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。特点：(1)玻璃锥管浮子流量计结构简单，使用方便，缺点是耐压力低，有玻璃管易碎的较大风险；(2)适用于小管径和低流速；(3)压力损失较低。4、容积式流量计容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机

9、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，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。优点：(1)计量精度高；(2)安装管道条件对计量精度没有影响；(3)可用于高粘度液体的测量；(4)范围度宽；(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量清晰明了，操作简便。缺点：(1)结果复杂，体积庞大；(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大;(3)不适用于高、低温场合;(4)大部分仪表只适用于洁

10、净单相流体；(5)产生噪声及振动。应用概况：容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%23%；我国约占20乐1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。5、污水流量计种类污水流量计按计量原理分类：1、流量计有节流式流量计、毕托管流量计、均速管流量计、转子流量计、靶式流量计，这些流量计是利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号反映流量;2、流量计有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、多普勒超

11、声波流量计、热线测速流量计，这些是通过测量流体流速来反映流量；3、流量计有齿轮式流量计、刮板式流量计、旋转活塞式流量计，这些是通过测量一个个标准体积的小容积来反映流量；4、流量计有热式质量流量计、差压式质量流量计、叶轮式质量流量计、哥力式质量流量计、间接式质量流量计，这些是通过测量流体质量来反映流量；5、流量计有堰槽式流量计，它是通过测量液位来反映流量。污水流量计特点：1、污水流量计结构简单、牢固可靠、使用寿命长。2、测量管内无活动部件和阻力部件，无压损，不会产生阻塞测量可靠，抗干扰能力强体积小、重量轻、安装方便、维护量小、测量范围宽；测量不受流体温度、密度、压力、粘度、电导率等变化的影响，可

12、在老管道上开孔改造安装，施工安装简单，工程量小。6、涡轮流量计涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品，作为十大类型流量计之一，其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。优点：(1)高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计；(2)重复性好；(3)元零点漂移，抗干扰能力好；(4)范围度宽；(5)结构紧凑。缺点：(1)不能长期保持校准特性；(2)流体物性对流量特性有较大影响。应用概况：涡轮流

13、量计在以下一些测量对象获得广泛应用：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流。涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸，压力从0.8-6.5MPa的气体涡轮流量计，它们己成为优良的天然气计量仪表。7、涡街流量计(USF)涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量，涡街流量计按频率检出方式可分为：应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。这种流量计是70年代开发和发展起来的

14、，由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。优点(1)涡街流量计无可动部件，测量元件结构简单，性能可靠，使用寿命长。(2)涡街流量计测量范围宽。量程比一般能达到L10。(3)涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响。一般不需单独标定。它可以测量液体、气体或蒸汽的流量。(4)它造成的压力损失小。(5)准确度较高，重复性为0.5%,且维护量小。缺点(1)涡街流量计工作状态下的体积流量不受被测流体温度、压力、密度等热工参数的影响，但液体或蒸汽的最终测量结果应是质量流量，对于气体，最终测量结果应是标准体积流量。质量流量或标准体积流量都必须通过流体密度进行换

15、算,必须考虑流体工况变化引起的流体密度变化。(2)造成流量测量误差的因素主要有：管道流速不均造成的测量误差；不能准确确定流体工况变化时的介质密度；将湿饱和蒸汽假设成干饱和蒸汽进行测量。这些误差如果不加以限制或消除，涡街流量计的总测量误差会很大。(3)抗振性能差。外来振动会使涡街流量计产生测量误差，甚至不能正常工作。通道流体高流速冲击会使涡街发生体的悬臂产生附加振动，使测量精度降低。大管径影响更为明显。(4)对测量脏污介质适应性差。涡街流量计的发生体极易被介质脏污或被污物缠绕，改变几何体尺寸，对测量精度造成极大影响。(5)直管段要求高。专家指出，涡街流量计直管段一定要保证前40D后20D,才能满足测量要求。(6)耐温性能差。涡街流量计一般只能测量300C以下介质的流体流量。USF在60年代后期进入工业应用，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占4%-6%o1992年世界范围估计销售量为3.548万台，同期国内产品估计在80009000台。8、电磁流量计(EMF)电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性,可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。70、80年代电磁流量在技术上有重大突破，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中其使用量百分数不断上