不同测量原理的流量计选型比较

1、不同测量原理的流量计选型比较：This paper introduces thetheory,characteristic,selection principle for commonly used flowmeters among industrial production,illustrates how to choose suitable flowmeters in practice.在工业生产中，流量的测量是一种常见的测量需求，而流 量测量的方法及测量仪表种类繁多， 原因就在于至今仍未找到一 种能适用于任何流体、任何量程、任何工况的流量仪表。由于流量测量技术与流量计类型繁多，测量对象复

2、杂多样， 决定了流量计在应用技术上的复杂性， 因此， 流量计选型具有很 强的技术性和实用性，首先必须了解清楚被测量对象的工况条 件、物理化学性质、测量范围等；其次要掌握各种流量计的工作 原理，以及它们的适用场合，使用条件和所具有的特性品质等； 最后还要掌握各个品牌厂家的产品信息。1 常用的流量计流量测量技术按测量原理分有力学原理、 热学原理、 声学原 理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。本文介绍并比较 3 种目前最广泛使用的体积流量计：差压式流量计、电磁式流量 计、超声波流量计。1.1 差压式流量计充满管道的流体， 当它流经管道内的节流件时， 如图 4.1 所示，流速将在节流件处形成局部

3、收缩，因而流速增加，静压力降 低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压 差愈大， 这样可依据压差来衡量流量的大小。 这种测量方法是以 流动连续性方程 （质量守恒定律 ） 和伯努利方程 （能量守恒定律 ） 为基础的。 压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关， 例如 当节流装置形式或管道内流体的物理性质（密度、粘度 ） 不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。图 4.1流量方程：（4.1）（4.2）式中 - 瞬时质量流量， kg/s;- 瞬时体积流量， /s;C- 流出系数；£ -可膨胀性系数；B -直径比，B =d/D;d- 工作条件下节流件的孔径， m； D

4、- 工作条件下上游 管道内径， m；P- 差压， Pa；- 上游流体密度， kg/m3。由上式可见，流量为 C、£、d、p、AP、B （D）6个参数 的函数，而在介质一定的情况下 C £、d、p、B （D）为常量，故只需测量高压端与低压端差压AP 即可计算出流量。差压式流量计的优点： （1）无需实流校准， 即可投用； （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、蒸汽）、部分混相流， 具有多种管径、工作状态 （ 温度、压力 ） 的产品；（ 4）检测件和 差压显示仪表可分开不同厂家生产，品牌选择广泛。差压式流量计的

5、缺点：（ 1）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）。1.2 电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流 量计。图 4.2当导体在磁场中作切割磁力线运动时， 在导体中会产生感应 电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场 中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。 同理， 导电流体在磁场 中作垂直方向流动而切割磁感应力线时， 也会在管道两边的电极 上产生感应电势。 感应电势的方向由右手定则判定， 感应电势的 大小由下式确定:（ 4.3 ）式中 K- 仪表常数；E- 感应电势， V；B-

6、磁感应强度， TD- 管道内径， m- 液体的平均流速， m/s 而体积流量等于流体的流速与管道截面积的乘积：(4.4)由( 4.3 )、( 4.4 )可得 (4.5 )由 4.5 可见在管道上安装好电磁流量计后通过感应电势即 可求得通过管道的瞬时体积流量。电磁流量计优点： (1) 由于测量通道是段光滑直管，不会阻 塞，可用来测量工业导电液体或浆液， 特别适用于固体颗粒的液 固二相流体，如纸浆、污水、泥浆等； (2) 无压损，节能效果好； (3) 不受流体的温度、压力、密度和粘度的影响； (4) 流量范围 大，口径范围宽； (5) 适用于腐蚀性流体的测量。电磁流量计缺点： (1) 不适用测量由

7、释放的石油制品流体； (2) 不适用气体、 蒸汽及含有较大气泡的液体； (3) 不适用高温场 合。1.3 超声波流量计 超声波流量计根绝测量原理主要可分为时差式超声波流量 计和多普勒超声波流量计。1.3.1 时差式超声波流量计 时差法超声波流量计是利用声波在流体中顺流、 逆流相同距 离时存在时间差， 并根据时间差得出流体的流速， 进而得出流体 的流量。图 4.3如图所示，在管道内径为 D的管子两侧夹装A、B两个换能 器，流体速为，设超声波在流体中的流速为 C,超声波顺流时从 A到B的时间为，超声波逆流时从 B到A的时间为，超声波在管 外、管壁中及延迟时间总和为，则有：（4.6）（4.7）（4.

8、8）因，故可以简化为 （4.9 ）（ 4.10 ）而体积流量等于流体的流速与管道截面积的乘积：（ 4.11 ）（4.12 ）由式可见管道安装换能器后只需测出超声波在A、B换能器之间传播的时间差即可求得通过管道的瞬时体积流量。时差式超声波流量计的优点：安装方便、不影响流体流动、 测量范围宽、精度高，特别适用临时测量、大口径特殊介质流量 测量。时差式超声波流量计的缺点： 适用测量洁净无杂质流体流量 测量。1.3.2 多普勒超声波流量计多普勒超声波测量原理， 是依据声波中的多普勒效应， 检测 其多普勒频率差。 超声波发生器为一固定声源， 随流体以同速度 运动的固体颗粒与声源有相对运动， 该固体颗粒

9、3 可把入射的超 声波反射回接收器。 入射声波与反射声波之间的频率差就是由于 流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。 由于这个频率差 正比于流体流速， 所以通过测量频率差就可以求得流速， 进而可 以得到流体流量。如图所示：图 4.4 换能器发射超声波与沿流速轴线方向夹角，固定声源频率为，超声波在流体中传播速度为C,流体中颗粒流速同流体流速为。当换能器B发射固定频率时，颗粒收到的声波频率（4.13 ） 当该颗粒将的声波反射回去，换能器A接受到的声波频率：（4.14）故多普勒频率（ 4.15）若C,贝V，从而 （4.16）而体积流量等于流体的流速与管道截面积的乘积：（4.17）（4.18） 可

10、见，多普勒频移法只需测出固定频率声波在流体中的频移 即可求得管道的瞬时体积流量。多普勒超声波流量计优点：安装方便、无压损、可测含固体 颗粒或气泡的流体。多普勒超声波流量计缺点： 不能测洁净液体流量、 测量精度 不高。2 流量计选型原则 流量计的选型对能否准确测量被测流体的流量起着很重要 的作用。因现场工况复杂，介质种类繁多，没有一种流量计能完 全适用不同介质各种工况的流量测量。 在选择流量计时需了解流 量计的性能以及现场工况的各个参数，并综合考虑安装环境条 件、经济因素等才能选好适用且满足要求的流量计。1）准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输 出特、响应时间、压力损失等仪表性能。2）流体温度、压力、密度 粘度、化学腐蚀、磨蚀性、电导 率、声速等流体参数。3）管道布置方向、流动方向、检测件上下游侧直管段长度、 管道口径、电源等安装情况。4）环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动 等环境因素。5）仪表购置费、安装费、运行费、