流量计原理和特点.docx

流量计原理和特点.docx

《流量计原理和特点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流量计原理和特点.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

流量计原理和特点

各种流量计原理及特点.简述

目前工程实际中，流量测量方法及流量仪表的种类繁多，至今为止，可供工业用的流量仪表种类多达数十余种。

在流量仪表的家族中，每种产品都有它特定的适用性及使用局限性。

按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类：

按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和流量计。

本文简要介绍目前最常用流量计分类法，主要有：

差压式流量计、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等分别简述各种流量计的原理及特点。

2.差压式流量计

差压式流量计是通过安装于是工业管道中流量检测元件产生的差压，将已知流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计差压式流量计算流量计。

差压式流量计由一次检测件及二次仪表（差压转换器或变送器和流量显示仪表）组成。

以检测件形式划分差压式流量计分类，有孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。

二次仪表为各种机械、电子、机电一体式差压式流量计、差压变送器及流量显示仪表。

差压式流量仪表是流量仪表大家族中应用最广泛的一中流量仪表，目前国内外已系列化、通用化、标准化，差压式流量计既可单独测量流量参数，也可测量其它参数（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、水利阻力、动压头式、动压头增益及射流式、以及离心式等几大类。

检测件有标准化型式或非标准两大类。

标准型检测元件是以标准文件设计、制造、安装和使用，无需经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。

而非标型检测元件一般尚未列入国际标准中检测元件。

差压式流量计也是应用最广泛的一种流量仪表，在各种流量计使用量中占据首位。

主要优点是：

（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，至今尚无任何一流量计可与之比拟；（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。

主要缺点是：

（1）测量精度普遍偏低：

（2）范围度窄，一般仅3：

1～4：

1；（3）现场安装条件要求高；（4）压损大（指孔板、喷嘴等）。

3.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：

有椭圆齿轮流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、湿式气体计及膜盒式气体计、液封转筒式流量计等。

主要优点：

（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。

主要缺点：

（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净单相流体；（5）产生噪声及振动。

4.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。

浮子流量计是继差压式流量计之后应用较广泛的一类流量计，适用于微小流量监测。

主要优点：

（1）结构简单，使用方便；

（2）适用于小管径和低流速；（3）压力损失较低。

缺点：

耐压力低，有玻璃管易碎。

5.涡轮流量计

涡轮流量计是属于速度式流量计中主要品种，它的结构由多叶片的转子（涡轮）感应流体平均流速，从而计量出流量或总流量的仪表。

其结构由传感器和显示仪两部分组成，有分体式和一体式两种。

涡轮流量计和容积式流量计、科奥利质量流量计统称为流量计中三类重复性、精度最佳的品种。

目前已朝多品种，多系列化发展。

主要优点：

（1）精度高，在所有流量计仪表中属于最精确的流量仪表；

（2）重复性好；（3）无零点漂移，抗干扰性好；（4）测量范围度宽；（5）结构紧凑。

主要缺点：

（1）不能长期保持校准特性；

（2）流体物性对流量特性影响较大。

6.涡衔流量计

涡衔流量计的结构是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，当流体在游涡发生体两侧交替分离释放出两串规则交错排列的游涡的仪表。

涡衔流量计一般按频率检出方式，划分有：

应力式、应变式、电容式、热敏式、光电式及超声波式、振动式等。

涡衔流量计属于国内外新型流量仪表。

主要优点：

（1）结构简单牢固；

（2）适用于多流体种类的场合流量；（3）有较高测量精度；（4）测量范围度宽，且压损小。

主要缺点：

（1）不适应于低雷诺数流体测量；

（2）需较长直管段；（3）与涡轮流量计相比，仪表系数较低。

7.电磁流量计

电磁流量计由传感器及转换器及显示器等部分组成，电磁流量计根据法拉第电磁感应定律制成的一般测量导电流体的流量仪表。

电磁流量计具有其它流量计不能比拟独特优势，特别适用如脏污流体及腐蚀流体的测量。

电磁流量计在70-80年代由于电磁流量在技术上有重大突破，使它成为现代工业领域广泛应用的流量监测仪表。

主要优点：

（1）由于测量通道是段光滑直管，不会阻塞，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）不受流体的湿度、密度、粘度、压力和电导率变化影响；（4）流量范围大，口径范围宽；（5）适用于腐蚀性流体的测量。

主要缺点：

（1）不适用测量由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。

8.超声波流量计

超声波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）、波速偏移法、多普差法、互相关法、空间滤去法及噪声法等。

超声流量计与电磁流量计均属于无阻碍流体直流的结构。

因此，适用于解决流量测量困难的场合，特别适用于大口径流量测量领域。

主要优点：

（1）可做非接触式流体测量；

（2）属于无阻碍测量，故无压力损失；（3）它与电磁流量计相比，具有可测非导电性液体，独特优点。

主要缺点：

（1）在传播时间法时，只能用于清洁液体和气体，而在多普勒法时，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。

9.科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力学原理制成的一种直接式质量流量仪表。

10.明渠流量计

明渠流量计属于在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流动的流量仪表。

因此，也亦称非满管态流动的水沟叫明渠。

明渠流量计除有圆形外，还有U形、梯形、矩形等多种形状。

明渠流量计是广泛应用于城市供水引水渠，火力及水利发电厂引水和排水渠，城市及工矿企业污水治理流入和排放渠，水利工程和农业灌溉用渠道流量计测量流量结构方式。

综上所述，目前流量计测量技术发展至今虽然已日趋成熟，但其种类繁多，至今尚无一种对于任何场合都能适用的流量计，而每种流量计都有供适用范围，具有局限性。

因此，在选用何种流量计时，应熟知仪表的工作原理及特点，根据被测对象的不同，合理正确选择流量计是值得人们讨论的问题。

超声波流量计

测量原理：

时差法

AFV系列超声波流量计采用时差法测量原理，非接触测量，适用于强腐蚀性液体及高压管道，测量管径范围宽。

?

本仪表采用了先进的多脉冲技术、信号数字处理技术,具有超强的纠错功能和极高的抗干扰能力；可进行定时数据存储，具有多种输出，可选：

RS485、4～20mA、0～10mA、累计脉冲、GSM/GPRS。

 同时，仪表问答式数据输入及参数选择，完善的自检功能使仪表操作、维护简单方便，远距离数据传输功能，可选配数据显示器实现远距离监控。

技术特征：

被测介质：

易于超声波传播的均质液体（水、海水、污水、汽油、酸碱液或其它已知声速的液体） 

测定状态：

液体满管流动  

测量管径：

DN15-DN6000mm 

浊度：

小于1000deg、颗粒小于1mm 

介质温度：

-20℃～150℃ 

液体流速：

0.1-32m/s    

管道材料：

钢、铸铁、铝、玻璃钢、交联聚乙烯、钢筋混凝土管等。

衬里材料：

沙浆、橡胶、沥青、玻璃钢或已知声速的材质     

测点要求：

上游10D、下游5D（D为管道内径）技术参数：

（中英文双语显示）

电磁流量计原理一、概述：

电磁流量计是一种应用法拉第电磁感应定律的流量计，其传感器主要由内衬绝缘材料的测量管，穿通测量管壁安装的一对电极和用以产生工作磁场的一对线圈及铁芯组成。

当导电流体流经传感器测量管时，在电极上将感应与流体平均流速成正比的电压信号。

该信号经转换器放大处理，直接显示流量及总量并可输出模拟、数字信号。

电磁流量计可用于测量封闭管道中导电液体和浆液的体积流量，适用于化工、电力矿冶、给排水、造纸、医药、食品等部门。

二、主要功能及技术参数：

仪表主要功能

?

流量测量功能：

测量瞬时流量（m3/h）、累计流量（m3）、流速（m/s）并同时显示

?

零点跟踪功能：

在流体流速为零时，可进行零点跟踪，实现自动调零。

?

小流量切断功能：

可设定始动流量值，实现小流量切除或抑制突变干扰。

?

正反向流指示功能：

正向流时，流向指示为+，反向流时，流向指示为－。

?

阻尼功能：

可在0-99秒的范围内设定阻尼时间，实现瞬时流量的平均测量。

?

空管报警功能：

当管道空管时，给出报警指示，累计停止。

?

上、下限报警功能：

可设定瞬时流量的上下限值，当流量超限时，给出报警指示和报警信号输出。

?

信号输出功能：

4～20mA电流输出：

输出值与瞬时流量相对应，对应量程可调。

?

标定功能：

可对仪表分段标定，进一步提高仪表的线性度，扩大测量范围，提高测量精度。

?

密码设定功能：

可设定密码，防止随意的操作。

?

环境条件：

环境湿度：

-10℃～+60℃相对湿度：

5%－90%

?

工作条件：

一体型：

70℃

分离型：

聚四氟乙烯衬里：

120℃聚氯丁橡胶衬里：

80℃

聚氨酯衬里：

80℃聚丙烯衬里：

120℃

流体电导率：

不低于5μs/cm

?

公称压力：

法兰型：

4.0MPa（DN10-DN150）1.6MPa（DN10-DN1000）

夹持型：

4.0MPa（DN10-DN150）1.6MPa（DN10-DN150）

?

电源：

a.单相交流85V-265V、45Hz-450Hzb.直流18V-36V

技术指标

?

执行标准：

JB/T9248-1999电磁流量计

?

基本参数与性能指标

1）公称通径：

10、15、20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000；

流量范围对应的流速范围：

0-1.5m/s到0-12m/s

精确度：

±0.5%（示值）

测量管材料：

不锈钢1Crl8Ni9Ti

衬里材料：

聚四氟乙烯衬里、聚氯丁橡胶衬里、聚氨酯、聚丙烯

电极材料：

不锈钢0Crl8Nil2Mo2Ti、哈氏合金C、钛、铂铱合金、钽、不锈钢涂覆碳化钨。

法兰材料：

碳钢、不锈钢。

衬里保护法兰材料：

碳钢、不锈钢1Crl8Ni9Ti

外壳防护：

IP65/68

防爆标志：

Exem（ia）ⅡCT4

间距（分离型）转换器距传感器一般不超过100m

2）智能开支转换器（红外摇控式可选）

功能损耗：

小于20w

时间常数：

0-99秒

小信号切除范围：

0-49‰。

输入阻抗：

1015欧姆，共模拟制比110db，系统可以现场自动校“0”。

电流输出：

4～20mA±0.01mA、负载电阻：

0-75欧姆

频率输出：

输出频率上限可先1KHz或者2KHz。

带光电隔离的晶体管集电极。

上接20K欧姆电阻输出，输出高态电压为：

Vh=24V×RL/（RL+20KΩ）,VL=0V,误差﹥±1H

外接电源不不于35V，或者内部隔离+24V供电。

脉冲输出：

累计量脉冲输出。

带光电隔离的晶体管理体管集电极开路输出。

或者内部隔离+24V供电，或者外接电源不大于35V供电。

高态电压值输出：

0.001立方米可设。

输出电平：

VL=+5V，VL=0V

串行输出：

Rs485标准串行接口。

抗干扰性：

电磁兼容及抗干扰性能优于国际二级标准。

电气隔离：

模拟输入与模拟输出间绝缘电压不低于500V。

模拟输入与交流电源间绝缘电压不低于1500V。

模拟输出与交流电源间绝缘电压不低于1500V。

模拟输出与大地间绝缘电压不低于500V。

脉冲输出与交流电源间绝缘电压不低于1500V。

脉冲输出与大地间绝缘电压不低于500V。

总之没有一种所谓完美的流量计，针对于特定的工况总有种最适宜的流量计倒是不可否认！

一、电磁流量计

1、优点

（１）电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。

（２）无压力损失。

（３）测量范围大，电磁流量变送器的口径从2.5ｍｍ到2.6ｍ。

（４）电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量，测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。

2、缺点

（１）电磁流量计的应用有一定局限性，它只能测量导电介质的液体流量，不能测量非导电介质的流量，例如气体和水处理较好的供热用水。

另外在高温条件下其衬里需考虑。

（２）电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。

按照计量要求，对于液态介质，应测量质量流量，测量介质流量应涉及到流体的密度，不同流体介质具有不同的密度，而且随温度变化。

如果电磁流量计转换器不考虑流体密度，仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。

（３）电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂，且要求更严格。

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具体的安装调试，必须严格按照产品说明书要求进行。

安装地点不能有振动，不能有强磁场。

在安装时必须使变送器和管道有良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，必须排尽测量管中存留的气体，否则会造成较大的测量误差。

（４）电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时，粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上，使变送器输出电势变化，带来测量误差，电极上污垢物达到一定厚度，可能导致仪表无法测量。

（５）供水管道结垢或磨损改变内径尺寸，将影响原定的流量值，造成测量误差。

如100ｍｍ口径仪表内径变化1ｍｍ会带来约2％附加误差。

（６）变送器的测量信号为很小的毫伏级电势信号，除流量信号外，还夹杂一些与流量无关的信号，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，有效放大流量信号。

应该提高流量转换器的性能，最好采用微处理机型的转换器，用它来控制励磁电压，按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

二、超声波流量计

1、优点

（1） 超声波流量计是一种非接触式测量仪表，可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。

它不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且便于安装。

（2） 可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。

（3） 超声波流量计的测量范围大，管径范围从20mm～５m.

（4） 超声波流量计可以测量各种液体和污水流量。

（5） 超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、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。

2、缺点

（1） 超声波流量计的温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃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、影响测量精度。

（3） 直管段要求严格，为前20D,后5D。

否则离散性差，测量精度低。

（4） 安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差。

（5） 测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示。

（6） 可靠性、精度等级不高（一般为1.5～2.5级左右），重复性差。

（7） 使用寿命短（一般精度只能保证一年）。

（8） 超声波流量计是通过测量流体速度来确定体积流量，对液体应该测量它的质量流量，仪表测量质量流量是通过体积流量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，人为设定密度值，不能保证质量流量的准确度。

只能在测量流体速度的同时，又测量了流体密度，才能通过运算，得到真实质量流量值。

（9）   价格较高。

三、涡街流量计

1、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1：

10。

（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。

2、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300℃以下介质的流体流量。

四、孔板流量计

1、优点

（1）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。

（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，一般生产过程的管径、工作状态（温度、压力）皆有产品。

（4）检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便与专业化规模生产；

2、缺点

（1）测量的重复性、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。

（2）范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1。

（3）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；

（4）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。

下表中列出了孔板在正常压力损失情况下的能耗计算结果。

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可见，孔板的附加运行费用是极高的，而采用弯管流量计该运行费用为零！

（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，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次。

（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。

五、热式质量流量计（恒温差）

-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.量程范围大，管道式安装最小可以测量8.8mm管道的流量，最大可以测到30’’

5.插入式类型的流量计，一支流量计可以用于测量多种管径。

-缺点

1.精度不及其他类型流量计，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、氩气及其他中性气体。