常见流量计分类及原理简介

1、常见流量计分类及原理简介测駅流体流彊的仪农统称为流吊计或流赧衣.流彊计是工业测就屮巫耍的仪m.随着工业生 产的发展，对流最测就的准确度和范閑的耍求越來越爲 流鼠测杲技术h新丿j异.为了适应各种用途， 并种类熨的流吊计相继问世。目前己投入使用的流录计已超过100种。每种产品都仃它特定的适用性，也都仃它的局限性。按测彊原理分仃力学原理、热学原理、声学原 理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。按流杲计的结构原理进行分类。有容积式流杲计、差压式流帚计、浮子流斎计、涡轮流駅计、电 磁流磺计、流体振荡流彊计中的涡街流战计、质m流届计和插入式流届计按测吊刈彖划分就仃封闭管道和明渠两人类；按测駅Li的乂可

2、分为总磺测磺和流罠测彊,其仪农分别 称作总炭表和流帚计。总杲表测帚一段时间内流过管道的流帚,是以短暂时间内流过的总杲除以该时间的 商來表示，实际上流届计通常亦备冇累积流彊装置，做总岚表使用，而总吊表亦备冇流吊发讯装置。因此， 以严格总义來分流彊计和总届衷u无实际意义。一、按测量原理分类1. 力学原理：属j此类原理的仪农仃利用们努利定理的差压式、转子式：利用动昴定理的冲量式、 可动管式：利用牛顿第二定律的自接质彊式；利用流体动駁原理的靶式；利用角动最定理的涡轮式：利 用流体振荡原理的旋涡式、涡街式：利用总静斥力差的皮托管式以及容枳式和堰、槽式等等。2. 电学乐理：用J：此类原理的仪表冇电磁式、差

3、动电容式、电感式、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：利川热学原理测童流量的仃热最式、直接量热式、间接最热式等。5. 光学原理：激光式、光电式等是属此类原理的仪表。6. 原J物理原理：核磁共振式、核幅射式等是屈此类原理的仪表.7. 其它原理：有标记原理（爪踪原理、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駁计产品的实际情况，根据流彊计的结构原理，人致上可归纳为以卜儿种类型：1.差压式流童计差压式流灵计是根据安装管道中流駅检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的儿何尺 寸来计算流量的仪表。差斥式流駅计

4、由一次装置（检测件）和二次装置（差斥转换和流最显示仪表）组成。通常以检测件形式 对差压式流杲计分类，如孔板流駅计、文丘里流虽计、均速管流杲计等。二次装置为齐种机械、电子、机电-体式差压计，差压变送器及流届显示仪衷。它已发展为三化（系 列化、通用化及标准化）程度很筒的、种类规格庞杂的一人类仪民它既町测晟流彊参数，也可测廣其它参 数（如压力、物位、密度等）。差压式流吊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 益式及射流式儿大类。检测件又可按其标准化程度分为二人类:标准的和|: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

5、其流量值和 估算测吊误差。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J各种 新型流彊计的问世，它的使用白分数逐渐卜降，但H前仍是最岷耍的一类流最计。优点：(D应用艰多的孔板式流駅计结构牢固，性能稳定可靠,使用寿命长；应用范朗广泛,至今尚无任何一类流彊计可与Z相比拟；(3) 检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便规模经济生产。缺点：(1) 测量精度普遍偏低;(2) 范围度窄,一般仅3:4:1;(3) 现场安装条件耍求高；(4) 压损大(指孔板、喷嘴等)。应用概况:差压式流杲计W用范用特别广泛

6、，在封闭管道的流杲测駅中各种对象部有应用，如流体方面：单相、混 相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方而:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方而: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。1. 1孔板流量计优点：标准卩流件是全世界通用的，并得到了国別小准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量 计中亦是唯一的。(2) 结构易于复制,简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉;(3) 应用范围广，包括全部单相流体(液、气、裁汽)、部分混相流，一般生产过程的竹径、工作状 态(温度、压力)皆有产品。(4) 检测件和差斥显示仪表可分

7、开不同厂家生产，便与专业化规模生产；缺点：测最的璽复性、精确度在流量计中属于中等水平,由于众多因素的形响错综复杂，精确度难于提 鬲。(2) 范用度窄，由J流斎系数与雷诺数冇关,一般范用度仅3 ： 14 ： 1。(3) 仃较长的直借段长度耍求，一般难满足。尤其对较人管径，问题更加突出；(4) 斥力损失大； 通常为维持一台孔板流帚计正常运行，水泵需耍附加动力克服孔板的压力损失。该附加耗电起可直接由 压力损失和流危计算确定。一年约需多耗电数力度，折合人民币数力说。卜表中列出了孔板在正常斥力 损失情况卜的能耗计算结果。其中运行天数按三百五十天计算，电价按0.35元/度计算.由表中计算电 耗数据町见，扎

8、板的附加运行费用是极商的，而釆用弯管流彊计该运行费用为冬！(5) 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，长期使用楮度难以保证， 碍每年拆卜强检一次。(6) 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。2. 浮子流量计浮子流量计，又称转子流量计,是变面积式流量计的-种.在一根由卜向上扩大的垂直锥管中，圆形横 截廁的浮子的直力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在链管内自由地上升和卜降。浮子流杲计是仅次r差压式流杲计应用范閑报宽广的一类流定计，特别在小、微流杲方面勺举足轻咆 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旷20%。我国产&#

9、174; 1990年估计在124 ) 台,貝:中95$以上为玻璃锥管浮子流最计。特点：玻璃锥管浮子流应计结构简单，使用方便，缺点是耐压力低，仃玻阖管易碎的较人风险；(2) 适用小管径和低流速；(3) 压力损失较低.3. 容积式流量计容积式流杲计，乂称定排鼠流帚计，简称PD流杲计，在流看仪表中是精度最高的一类。它利用机械测 磺尤件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测航室逐次重复地充满和排放该体积部分流体 的次数來测駅流体体积总磺。容枳式流嚴计按其测來尤件分类，可分为椭闘齿轮流吊:计、刮板流灵计、双转子流吊计、旋转活猪流 駅计、往复活塞流駅计、圆盘流起计、液対转筒式流帚计、湿式气杲计及

10、膜式气帚计等.优点：(1) 计最精度高;(2) 安装管道条件対计杲将度没有影响；(3) 可用高粘度液体的测吊；(4) 范围度宽;瓦读式仪表无需外部能源町直接获得累计，总気淸I晰明了，操作简便。缺点：(1) 结果复杂，体积庞人；(2) 被测介质种类、II径、介质匸作状态局限性较人；(3) 不适用J：高、低温场合；(4) 大部分仪表只适用洁净单相流体；(5) 产生噪声及振动。应用概况:容积式流杲计与差斥式流杲计、浮子流杲计并列为三类使用杲最人的流杲计，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流磺计(不包括家用煤气农和家用水农)的销侶金额占流砒仪农的13/23%;我国 约

11、占20%, 1990年产最(不包括家用煤气表)估计为34力台，具中椭閲齿轮式和腰轮式分别约占705和20%。4. 涡轮流量计涡轮流量计，是速度式流星计屮的主要种类,它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而且推 导出流帚或总杲的仪表。-般它由传感器和显示仪两部分纽成，也可做成整体式。涡轮流吊计和容积式流彊计、科里奥利质彊流磺计称为流灵计中三类巫复性、粘度垠佳的产品，作为 十人类型流最计Z，其产品已发展为多品种、多系列批杲生产的规模。优点：(D高精度,在所有流量计中,属F最箱确的流量计:(2) 重复性好;(3) 尤零点漂移，抗干扰能力好；(4) 范凰度宽;(5) 结构紧凑。缺点：(1) 不

12、能长期保持校准特性；(2) 流体物性对流磺特性仃较人影响。丿卫用概况：涡轮流杲计在以卜一空测駅对彖获得广泛应用：石油、冇机液体、无机液、液化气、大然气和低温流 体统在欧洲和矣国，涡轮流駅汁在用吊上是仅次孔板流吊计的人然计彊仪农，仅荷兰在人然气管线上就 采用了 2600多台各种尺寸，压力从0. 8'6. 5MPa的气体涡轮流彊计，它们已成为优良的大然气计磺仪也5. 涡街流量计(USF)涡街流磺计是在流体屮安放-根罪流线型游涡发生体，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，流速与导容枳流杲成正比。因此，测最振荡频率即可测得流 彊.涡街流駅计按频率

13、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。这种流彊计是70年代开发和发展起來的.1H：它兼仃无转动部件和脉冲数字输出的优点，很仃发 展前途。优点（1）涡街流暈计无可动部件,测鼠元件结构简单,性能可靠,使用寿命长。（2）涡街流帚计测就范帼宽。昴程比一般能达到1： 10。（3）涡街流磺计的体枳流磺不受被测流体的温度、斥力、密度或粘度等热匸参数的影响。一般不石 单独标定。它可以测最液体、气体或蒸汽的流最。（4）它造成的压力损失小。（5）准确度较高，重复性为0.5%, J1维护屋小。缺点（1）涡街流杲计丁作状态卜的体积流灵不受被测流体温度、压力、密度等热工参数的影响

14、，但液体 或蒸汽的最终测宣结果应是质屉流砒，对r气体，圾终测届结呆应足标准体积流氐 质届流届或标准体 枳流磺都必须通过流体密度进行换算，必须考虑流体匸况变化引起的流体密度变化。（2）造成流最测昴误差的【大I素主耍仃：管道流速不均造成的测駅误差；不能准确确定流体匸况变化时 的介质密度；将湿饱和蒸汽假设成干饱和蒸汽进行测彊。这些谋差如來不加以限制或消除，涡街流甌计 的总测駁谋差会很人:。（3）抗振性能差。外来振动会使涡街流眾计产牛测帚误差，共至不能正常丁作。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，使测鼠持度降低。人汁径影响更为明显。（4）対测战脏污介质适应性羞。涡街流眩计的发生体极易

15、被介质脏汚或被汚物缠绕，改变儿何体尺寸， 对测置榴度造成极人影响。（5）直管段要求高。专家指出，涡街流帚计育管段一定要保证前40D后20D,才能满足测翁耍求。（6）耐温性能差。涡街流届计-般只能测m3oo°c以卜介质的流体流就。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虻6%。1992年世界 范囤估计销俗杲为3. 54. 8力台，同期国内产品估计在8000、9000台。6电磁流量计（EMF）电磁流駅计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测彊导电性液体的仪表。电磁流駅计冇一系列优良特性，可以解决梵它流駅计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测鼠。70、8

16、0年代电磁流吊在技术上仃巫人突破，使它成为应用广泛的-类流吊计,在流吊仪农屮其使用駁 百分数不断上升。优点：（1）测届通道是段光滑直管，不会阻定，适用J：测吊禽固依颗粒的液固二相流体，如纸浆、泥浆、污水 等；（2）不产生流吊检测所造成的压力损失，节能效果好；（3）所测得体积流届实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；（4）流量范围人,【径范围宽;（5）可应用腐蚀性流体。缺点：(1) 电磁流龟计的用用冇一定局限性，它只能测駅导电介质的液体流疑，不能测杲非导电介质的流员, 例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件卜其衬里需考虑。(2 )电磁流磺计是通过测届导电液体的速度确

17、定匸作状态卜的体枳流杲。按照计彊要求，对液态 介质，丿卫测杲质杲流最，测帚介质流杲应涉及到流体的密度，不同流体介质貝有不同的密度，而H.随温 度变化。如果电磁流帚计转换器不考虑流体密度，仅给出常温状态卜的体积流届是不介适的。(3) 电磁流磺汁的安装与调试比其它流彊计复杂，II耍求更严格。变送器和转换器必须配套使用， 两者之.间不能用两种不同型号的仪表配用。在安装变送器时，从安装地点的选择到貝体的安装调试，必 须严格按照产品说明书要求进行。安装地点不能冇振动，不能冇强磁场。在安装时必须使变送器和管道 仃艮好的接触及良好的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在使用时，必须排尽测磺管中存留的气 体，

18、否则会造成较人的测駁误差。(4 )电磁流杲计用来测杲带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附看在测届管内壁或电极上，使 变送器输出电势变化，带來测彊误差，电极上污垢物达到一定J?度，可能导致仪表无法测吊(5 )供水管道结垢或磨损改变内径尺寸,将影响原定的流屋值,造成测量误差。如100 mm口径仪 表内径变化1 mm会带来约2%附加误差。(6) 变送器的测帚信号为很小的亳伏级电势信号，除流昴信号外，还夹杂一些与流危无关的信匕， 如同相电压、正交电压及共模电压等。为了准确测量流量，必须消除各种干扰信号,仃效放人流ft信号。 应该提高流駅转换器的性能，垠好釆用微处理机型的转换器，用它来控制励磁电斥，按

19、被测流体性质选 择励磁方式和频率，可以排除同相干扰和正交干扰。但改进的仪表结构复杂，成本较高.(7) 价格较高应用概况:电磯流杲计应用领域广泛，人I I径仪表较多W用J：给排水工程;中小I I径常用高要求或难测场介，如 钢铁工业高炉风I I冷却水控制，造纸工业测帚纸浆液和黑液,化学丁业的强腐蚀液，仃色冶金丁业的矿浆； 小门径、微小II径常用J医药工业、代品工业、生物化学等仃卫生耍求的场所。EMF从50年代初进入 II业丿卫用以來，使用领域11益扩展,80年代后期起在各国流杲仪表销代金额中已占16/20%。我国近年发 展迅速,1994年销售估计为6500、7500台。国内己生产最大门径为2、6m

20、的ENF,并有实流校验I径3m的设 备能力。7.超声流量计超声波流量计是基J：超声波在流动介质中传播的速度等被测介质的平均流速和声波本口速度的几 何和的原理而设计的。它也是由测流速来反映流量大小的。超声波流量计虽然在70年代才出现,但由于 它町以制成非接触型式，并町与超声波水位计联动进行开II流磧测杲，对流体乂不产牛扰动和阻力，所 以很受欢。超声波流吊讣按测彊原理分可分为时差式和多普勒式利用时差式原理制造的时差式超声流戢计近年來得到广泛的关注和使用，是H前企爭业使用最多的一种 超声波流駅计。利用笔普勒效应制造的超声多普勒流杲计多用j:测起介质仃一定的悬浮颗粒或气泡介质，使用冇一 定的局限性，但

21、却解决了时差式超声波流届计只能测届m.i清澈流体的问题，也被认为是卑接触测鼠双 相流的理想仪表。优点：（1）超声波流炭计是一种IF接触式测駅仪表，可用來测鼠不易接触、不易观察的流体流駅和人管径 流肚。它不会改变流体的流动状态，不会产生压力损火，II便J：安装。（2）町以测横强腐蚀性介质和非导电介质的流局。（3）超声波流駅计的测帚范用人，管径范围从20mm5 m.（4）超声波流彊汁可以测屉各种液体和污水流磺。（5）超声波流磺计测彊的体枳流磺不受被测流体的温度、斥力、粘度及密度等热物性参数的影响。可 以做成固定式和便携式两种形式。缺点：（1）趙声波流量计的温度测量范围不离,一般只能测量温度低J：2

22、00°C的流体。（2）抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测帚精度。（3）直管段耍求严格，为前20D.后5D。否则离散性差，测航轿度低。（4）安装的不确定性，会给流G测馳帯來较人谋差。（5）测量管道内结垢，会严逊影响测鼠准确度，带來显著的测最谋差，其至在严朋时仪我无流住显示（6）可靠性、精度等级不高（一般为1.52. 5级左右），取复性差。（7）使用寿命短（-般桔度只能保证一年）。（8）超声波流灵计是通过测彊流体速度來确定体枳流凤 对液体应该测磺它的质磺流彊，仪衣测辰质 杲流杲是通过体枳流杲乘以人为设定的密度后得到的，当流体温度变化时，流体密度是变化的，

23、人为设 定密度值，不能保证质吊流届的准确度。只能在测届流体速度的同时，又测吊了流体密度，才能通过运 算，得到真实质磺流磺值。（9）价格较高。应用概况：（1）传播时间法应用丁清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、：怪液、液化天然气等;（2）气体应用方面在高压大然气领域已们吏用良好的经验；（3）多普勒法适用F异相含最不太高的双相流体，例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不 适用丁非常清洁的液体.&质童流商由流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容积流鼠表示流灵人小时需给出介质的参数。在介 质参数不断变化的情况卜，往往难以达到这一要求，而造成仪衣显示值失真。因此，质灵流眩讣就得

24、到 广泛的W用和朮视。质彊流彊计分直接式和间接式两种。宜接式质彊流鼠计利用与质彊流磺苴接右关的 原理进行测杲，H前常用的有炭热式、角动帚式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等质杲 流駅计。间接式质磧流杲计是用密度计与容积流帚克接相乘求得质杲流鼠的。在现代工业生产中，流动工质的温度、压力等运行参数不断提高，在高温高压的情况卜，E1JJ材 质和结构等方面的原因，直接式质量流鼠计的应用遇到困难,而间接式质量流量计由F密度计受湿度和 压力适用范用的限制，往往也不好实际应用。因此，在工业生产中广泛采用的是温度斥力补偿式质最流 凤计。可把它看作一种间接式质駅流駅计，不是配用密度计，而是利用温度、压

25、力与密度间的关系，用 温度、压力信号经函数运算为密度信匕，与容枳流磺相乘而码到质肚流彊.L1前温度、压力补偿式质晟 流彊计虽己实用化，但肖被测介质参数变化范由很人或很迅速时，匸确地补偿将很闲难或不可能，因此 进一步研究在实际生产中适用的质吊流杲计和密度计还是一个课题。8.1热式质童流量计（恒温差TMF）优点：（1）球阀安装，安装拆卸方便。并可以带压安装。（2）基于金氏定律,直接测量质量流量。测量值不受压力和温度影响。（3）响应迅速。（4）帚程范鬧人，管道式安装最小可以测吊8.8mm管道的流乗，最人可以测到30''（5）插入式类型的流吊计，一支流战计可以用J：测彊多种管径。缺点：（1）精度不及其他类粮流帚计，一般为3%。（2）适用范围窄,只能用于测量干燥的非爆炸性的气体,如压缩空气、氮气、氮气及其他中性气体。& 2科里奥利质童流量计（CW0科里奥利质炭流吊计（以卜简称CMF）是利用流体在振动管中