淺談流量計的選擇

李蘭

（鄭州市熱力總公司，河南 鄭州 450000）

1 概述

計量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，流量計量是計量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國民經(jīng)濟、國防建設(shè)、科學(xué)研究有著密切的關(guān)系。做好這項工作,對提高生產(chǎn)效率,促進科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的作用,特別是在能源危機、工業(yè)生產(chǎn)自動化程度愈來愈高的當今時代,流量計量在國民經(jīng)濟中的地位與作用更加明顯。

2 流量計的重要意義

流量與溫度、壓力、重量一樣,是一般熱工化工生產(chǎn)過程的重要參數(shù),人們依據(jù)這些參數(shù)對生產(chǎn)流程進行監(jiān)督和控制,并實現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動化,這對提高供熱質(zhì)量,保障生產(chǎn)安全,改進操作工藝,改善生產(chǎn)條件等方面將有著重要意義；流量計量又是企業(yè)經(jīng)濟核算的重要依據(jù)，流量計量準確可靠是保證企業(yè)生產(chǎn)高效進行,保證最佳經(jīng)濟效益的重要手段之一。

3 流量計的分類

3.1 容積式流計

容積式流量計在流體入口端與出口端存在流體壓力降，從原理上講就像一臺從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動機，吸收的能量主要用來克服檢測元件和附件轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的摩擦力。其中的機械測量元件把中途經(jīng)過的流體連續(xù)不斷地分割成單個確定的容積部分即容積測量室，并根據(jù)流體連續(xù)不斷地、重復(fù)地充滿和排空容積測量室的次數(shù)來測量其流體體積流量。容積式流量計在流量儀表中是精度比較高的一種流量計。

3.2 推理式流計

這類流量計包括的種類非常多。不論是傳統(tǒng)的壓差流量計、浮子流量計，還是科里奧利式質(zhì)量流量計，其共同特點是利用液體的其它物理特性進行流量測量，而不是在一定時間內(nèi)直接對流體體積進行測量。

4 常用流量計的介紹

4.1 容積式流里計

容積式流量計又稱定量排量流量計，其利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分即測量室，根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排空其腔室流體的次數(shù)來測量流體體積總量，它是一種總量計量表。按其測量元件分類，可劃分為刮板式流量計、腰輪式流量計、橢圓式流量計、齒輪流量計、螺桿式雙轉(zhuǎn)子流量計、往復(fù)活塞式流量計、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計、圓盤式流量計和液封轉(zhuǎn)筒式流量計等。容積式流量計是一種傳統(tǒng)的計量儀器，主要特點是測量精度高，但壓力損失大。

4.2 壓差式流量計

壓差式流量計是根據(jù)安裝在管道中流量檢測元件產(chǎn)生的壓差與管道的幾何尺寸的相互關(guān)系來推算流量的。由于流束在節(jié)流元件處形成局部收縮，流體流速增加,靜壓力降低，節(jié)流件前后產(chǎn)生了流體壓力差，而流體流量越大，其壓力差也越大。壓差式流量計的檢測元件按其作用原理可分為：節(jié)流式、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓增益式及射流式等幾大類。檢測件按其標準化程度可分為標準型和非標準型兩大類。所謂標準檢測件,是指只要按照標準文件設(shè)計、制造、安裝及使用,無需經(jīng)過實流校準即可確定其流量值，并估算其誤差，而非標準檢測件是指成熟程度較差的、尚未列人國際標準中的檢測件。

4.3 浮子式流量計

浮子式流量計測量原理是流量計中有一根垂直安裝的下小上大的錐形管，錐形管中有一個可上下移動的浮子，當流體自下而上地流經(jīng)錐形管時，浮子上下端所受到的壓差形成浮子的浮力。當浮子受到的浮力與浮子的重力相等時，浮子處于平衡位置。流經(jīng)流量計的流量與浮子上升的高度成正比關(guān)系，所以浮子的平衡位置高度可作為流量的一個標識。浮子流量計按管子的材料可以分為玻璃管和金屬管兩大類。浮子式流量計在小、微流量測量方面應(yīng)用較廣。

4.4 渦輪式流計

渦輪流量計主要由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀兩部分組成。傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動感受流體的平均流速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動可由機械、磁感應(yīng)、光或電子等方式來檢測，并由讀出裝置顯示或記錄，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)與流體的流量成正比，從而可以計量流體的流量。渦輪流量計廣泛地應(yīng)用于昂貴介質(zhì)，如石油等流量的測量。

4.5 電磁式流計

電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律原理設(shè)計的。在其測量管軸線和磁力線相垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當導(dǎo)電液體沿測量管軸線運動時，導(dǎo)電液體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此感應(yīng)電動勢可被兩個檢測電極測出，其數(shù)值大小與通過的流體流量成正比，繼而測量到其流體的流量。電磁流量計有許多其它流量計沒有的優(yōu)良特性，它可以被應(yīng)用到其它流量計不易應(yīng)用的場合，如臟污流、腐蝕流等介質(zhì)的測量場合。

4.6 渦街流計

渦街流量計的工作原理是流體以某一速度或高于這一速度繞過非流線物體時，在其下游形成強烈的湍流渦區(qū)，每個漩渦對著流量計內(nèi)部的擋塊產(chǎn)生連續(xù)的高壓脈沖。而單位時間內(nèi)高壓脈沖數(shù)正比于流體的速度，在一定的流體管徑條件下，每個脈沖代表了流體一定的單位體積，因此輸出脈沖數(shù)量的多少與流體的流速成正比,從而導(dǎo)出了流體的流量。渦街流量計是最新型的一類流量計，其發(fā)展十分迅速。若按檢測方式可分為應(yīng)力式、電容式、熱能式、振動體式、光電式和超聲式等多種類型。

4.7 科里奧利質(zhì)量流量計

科里奧利質(zhì)量流量計是利用流體在一個管道中做直線運動的同時又隨著管道做旋轉(zhuǎn)運動，它能產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利斯力，利用這種原理制成一種直接式質(zhì)量流量儀表。由于“質(zhì)量”是流體基本的物理參數(shù)而非“導(dǎo)出”量，它不受其它物理參數(shù)的影響。因此，在工業(yè)流程中遇到的介質(zhì)密度、壓力、溫度、粘度、電導(dǎo)率及流動斷面變化等，不會影響科里奧利質(zhì)量流量計的測量精度。

4.8 超聲波流量計

超聲波流量計按基本的原理方法分為傳播時間法和多普勒法兩大類。傳播時間法是根據(jù)聲波在流體中傳播時，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向聲波傳播速度會減小的基本規(guī)律，利用兩者傳播速度之差與被測流體流速之間的內(nèi)在關(guān)系，求得流體流量的方法稱之為傳播時間法。多普勒效應(yīng)法是根據(jù)從移動源發(fā)射的聲波，在靜止點檢測其產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的原理，而進行流量計量的方法。超聲波流量計內(nèi)部沒有流動繞組和流體壓力損失，是非接觸式流量測量的典型流量計，它可用于多相和固相含量較多的多相流的測量。

5 流量計的選擇方法

據(jù)有關(guān)資料報道：發(fā)現(xiàn)約有60%流量儀表所選擇測量方法是不合適或者使用不正確，其中一部分雖然采用適宜的測量方法，卻錯誤地布置和安裝，由此可見正確選擇和使用流量儀表并非易事。要正確和有效地選擇流量測量方法和儀表，必須熟悉五個方面因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用，如圖1所示；流量計的選擇是一個需要多次比較分析,全面反復(fù)論證的過程，五方面因素應(yīng)交替考慮，其相互關(guān)系如圖2所示。

圖1 分析五方面因素程序

圖2 五方面因素相互關(guān)系

5.1 性能要求和儀表規(guī)范方向的考慮

性能要求上考慮的內(nèi)容有：瞬時流量還是總量（累計流量）、精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號特性和響應(yīng)時間等。不同測量對象有各自測量目的，在儀表性能方面有其不同側(cè)重點。例如商貿(mào)核算和儲運對精確度要求較高；連續(xù)測量過程控制通常只要求良好的可靠性和重復(fù)性，有時還要求寬的范圍度，而對測量精確度要求還放在次要地位。

5.2 流體特性方面的考慮

初選測量方法按流體類型等初定若干適用方案后，還應(yīng)向工藝流程部門獲取詳細的流體物性諸多參量和屬性，進一步考慮對所選擇方案的適應(yīng)性。除了流體類別以外，通常還要考慮流體的溫度、壓力、密度、粘度和潤滑性、腐蝕性和磨蝕性等，有些應(yīng)用場所還有衛(wèi)生要求。某些測量方法還要考慮流體物性中特殊參量，例如采用電磁流量計要了解液體的電導(dǎo)率。各類流量儀表總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上支配著待選儀表的型式。所選擇測量方法和儀表不僅要適應(yīng)被測流體的性質(zhì)，還要考慮在測量過程中流體物性某一參量變化的影響量。

xxx常見流體密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量可以從手冊中查到評估在使用條件下流體各參量和所選定儀表技術(shù)規(guī)范的適應(yīng)性。然而常會遇到不十分清楚流體的確切成分、溫度和壓力變化、流動特性等，要用戶確定流體各物性的值是有困難的，此時應(yīng)向制造廠咨詢，估計擬選定的儀表可否使用。

5.3 安裝方面的考慮

不同原理的測量方法對安裝要求差異很大。例如有些儀表(如差壓式、渦輪式)需要長的上游直管段，以保證儀表進口端前流動必須達到充分發(fā)恩而另一些儀表(例如容積式、浮子式)則無此要求或要求很低。有些儀表使用說明書未詳細說明儀表應(yīng)考慮安裝位置與流動方向、維護空間、安裝方向等要求及其影響，然而從眾多發(fā)表資料表明流量儀表測量性能受安裝狀況的影響很大。追溯流量儀表應(yīng)用不好誤差較大的原因，有很大部分是安裝不善所致。

常見的錯誤有：①孔板進口面反裝；②流量傳感器安裝在流速分布剖面不良的場所；③連接到差壓裝置的引壓管中存在不希望有的相；④安裝在有害的環(huán)境或不易接近的位置；⑤儀表處于錯誤的流動方向；⑥差壓式儀表引壓管線斜率不正確；⑦儀表或電信號傳輸線至于強電磁場下；⑧將易受振動干擾的儀表裝于有振動的管道；⑨缺少必要的防護性配件。

安裝方面考慮的因素有：儀表的安裝方向、流動方向、上下游管道狀況、閥門位置、防護性配件、脈動流影響、振動、電氣干擾和維護空間等。

[1]孫鐵雷，王順喜.常用流量計及其使用選擇[J].農(nóng)機化研究.

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