分门别类 流量计工作原理详解析(图)

  随着科学技术的发展，新型的流量仪表在不断的涌现，品种繁多，性能各异，其使用条件及技术参数也各不相同。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多，而每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性，并且没有一种流量仪表能够适用于任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件。

    1.流量计产品分类

    按照不同的分类标准，流量计可以分为不同的类别。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类。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。按测量目的又可分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已无实际意义。按照目前最流行、最广泛的分类法，流量计可以分为: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。

    2.流量计产品简介

    本节从流量计的原理、特点和应用方面简要介绍几种在水工业行业中应用比较广泛的流量计。

Ø    电磁流量计

    电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压（工作原理如下图所示）。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。

    市场上电磁流量计的功能差别较大，简单的就只是测量单向流量，只输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表的串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片（ASIC），以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF现场总线等。

    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。上世纪70、80年代电磁流量在技术上有重大突破,其应用十分广泛。

 优点:

测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等²    

不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好²    

所测得体积流量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;²    

流量范围大,口径范围宽;²    

可应用腐蚀性流体。²    

    缺点:

不能测量电导率很低的液体,如石油制品²    

不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体²    

不能用于较高温度。²    

    电磁流量计应用领域广泛,大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合,如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液,化学工业的强腐蚀液,有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

Ø    超声流量计

    超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

    超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

    优点：

可做非接触式测量²    

为无流动阻挠测量,无压力损失²    

可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充²    

    缺点:

传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体²    

多普勒法测量精度不高²    

    应用领域：

传播时间法应用于清洁、单相液体和气体，如工厂排放液、液化天然气等²    

气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验²    

多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如，未处理污水、工厂排放液、²    

    脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体

    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,其应用量略有下降,但目前仍是最重要的一类流量计。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,已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。该流量计由一次装置(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。它已发展为三化(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)。

    优点:

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²    

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²    

    缺点:

测量精度普遍偏低²    

范围度窄,一般仅3:1－4:1²    

现场安装条件要求高²    

压损大(指孔板、喷嘴等)²    

    差压式流量计应用范围特别广泛,在封闭管道的流量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。

Ø    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。涡轮流量计一般它由传感器和显示仪两部分组成,也可做成整

    体式。

    优点:

高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计²    

重复性好²    

无零点漂移,抗干扰能力好²    

范围度宽²    

结构紧凑²    

    缺点:

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。²    

    涡轮流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、天然气和低温流体。在欧洲和美国,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。