新型流量计综述.docx

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新型流量计综述

新型流量计概述

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摘要：

流量测量是研究物质量变的科学，质和量的互变规律是事物联系与发展的基本规律，因此，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡是需要掌握流体流动的地方都有流量测量的问题。

工业生产过程是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。

对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。

在整个过程检测仪表中，流量仪表的产值约占1/5～1/4。

在流量测量中，测量流速是测定流量的一个常用方法，流体在管道中流动时，在一个截面上的各点流速情况与流体的流动状态有密切的关系，选择适当的流动状态进行流速测量对于保证测量精度有重要的意义。

用来检测管内流速的方法或仪器主要有：

1）节流式检测方法：

利用节流件前后的差压与流速之间的关系，通过差压值获得流体的流速；

2）变面积式检测方法：

它是基于力平衡原理，通过在锥形管内的转子把流体的流速转换成转子的位移，相应的流量检测仪表称为转子流量计；

3）电磁式检测方法：

导电流体在磁场中运动产生感应电势，感应电势的大小正比于流体的平均流速；

4）旋涡式检测方法：

流体在流动中遇到一定形状的物体会在其周围产生有规则的旋涡，旋涡释放的频率正比于流速。

5）涡轮式检测方法：

流体对置于管内涡轮的作用力，使涡轮转动，其转动速度在一定流速范围内与管内流体的流速成正比；

6）声学式检测方法：

根据声波在流体中传播速度的变化可获得流体的流速；

7）热学式检测方法：

利用加热体被流体的冷却程度与流速的关系来检测流速，基于此方法的流量仪表主要有热线风速仪等。

关键词：

新型流量计速度式流量计容积式流量计质量流量计

正文：

1.前言

随着科学技术的进步，越来越多的流量计被设计与制造出来，用以测定被测流体。

流量计是指示被测流量在选定的时间间隔内流体总量的仪表。

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。

体积流量计分为:

（1）速度式流量计，包括：

转子流量计、涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计、堰式流量计等

（2）容积式流量计，包括：

椭圆齿轮流量计、活塞式流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等

（3）差压式流量计，包括：

节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计，浮子式流量计等。

质量流量计分为：

（1）推导式质量流量计：

体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等。

（2）直接式质量流量计：

科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等。

此文章就此来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况、改进及国内外的发展情况。

2.主体

2.1速度式流量计

这是一种以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。

a.涡轮流量计

流量测量在工业生产中的重要性不言而喻,现在市场上的流量表型号繁多,而每一种流量计的使用方法和注意事项都不尽相同。

如果使用不当,将会测量不准,给计量工作带来很大的麻烦,甚至会造成非常严重的后果。

而涡轮流量计又是应用量相当大的一种流量计。

涡轮变送器有精度高、线性范围宽等优点[1]。

涡轮流量计是一种速度式流量计,主要用于测量液体流量。

它采用多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速,从而推导出流量或总量的仪表.它由传感器和智能显示仪两部分组成,也可做成整体式.因为其具有精度高、重复性好、抗干扰能力强、测量范围度宽、结构紧凑等优点,不仅被广泛地应用于源水和供水系统净水流量的测量中,而且在石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体等测量对象中也获得广泛应用[2]。

叶轮式风流速流量计

优点:

（1）高精度,在所有流量计中,属于最精确的流量计;

（2）重复性好;

（3）元零点漂移,抗干扰能力好;

（4）范围度宽;

（5）结构紧凑。

缺点:

（1）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。

应用概况:

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、天然气和低温流体统在欧洲和美国,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,仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸,压

力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计,它们已成为优良的天然气计量仪表。

发展前景：

随着科学的不断发展,当今涡轮变送器已发展成小型化、高集成度的模块设计,有强大的功能软件,并设有RS232标准计算机通信接口,对维护检修提供了方便。

可与DCS连接通信,DCS替代了显示仪表。

另外,插入式切向涡轮流量计还可以自动排除被测介质中的悬浮物。

总之,涡轮流量计是一种速度式流量仪表,由于具有测量精度高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等优点,被广泛应用于工业生产中。

b.电磁流量计

电磁流量计是20世纪50~60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的，用来测量导电液体体积流量的仪表。

由于其独特的优点，电磁流量计目前已广泛地被应用于工业过程中各种导电液体的流量测量，如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；电磁流量计各种浆液流量测量，形成了独特的应用领域。

在结构上，电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。

传感器安装在工业过程管道上，它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号，并通过传输线将此信号送到转换器。

转换器安装在离传感器不太远的地方，它将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成流量信号成正比的标准电信号输出，以进行显示，累积和调节控制[3]。

优点:

（1）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;

（3）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;

（4）流量范围大,口径范围宽;

（5）可应用腐蚀性流体。

缺点:

（1）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;

（3）不能用于较高温度。

应用概况:

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。

发展：

EMF从50年代初进入工业应用以来,使用领域日益扩展,80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。

我国近年发展迅速,1994年销售估计为6500~7500台。

国内已生产最大口径为2~6m的ENF,并有实流校验口径3m的设备能力。

由于电磁流量计可检测腐蚀性或含有颗粒、悬浮物液体流量且压力损失小的特点，被化工行业广泛应用于物料流量的计量和生产过程控制中，掌握电磁流量计正确的安装和使用方法可延长其使用寿命，为化工生产提供计量保证[4]。

c.涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,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。

涡街流量计按频率检出方式可分为:

应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。

图选自[5]

优点:

（1）结构简单牢固;

（2）适用流体种类多;

（3）精度较高;

（4）范围度宽;

（5）压损小。

缺点:

（1）不适用于低雷诺数测量;

（2）需较长直管段;

（3）仪表系数较低（与涡轮流量计相比）;

（4）仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

研究的难点和趋势

（1）涡街流量计的理论基础还很薄弱，对旋涡脱落的研究大多是在气体风洞即均匀流场中进行的,而涡街流量计应用于封闭管道,流场具有三维不均匀性,其旋涡分离规律与均匀流场中的旋涡分离不完全相同,J.J.Miau在文献[5]中,对涡街流量计的测量不确定度进行了分析,证实斯特罗哈尔数St和雷诺数Re在很大范围内是非线性关系,与管道内流场的三维不均匀性有关,这对涡街流量计的测量精度产生很大影响。

因此需要流体力学工作者从流量计应用角度对旋涡脱落的流体振动规律进行深入研究,为涡街流量计设计提供理论依据。

（2）涡街流量计应用范围的扩展涡街流量计的应用由于雷诺数的限制,在高粘度、低流速和小口径情况下难以正确测量,量程受限。

这需要在旋涡发生体形状,传感器结构方面作优化设计,以适应不同的测量要求。

目前由于涡街频率测量元件的限制,涡街流量计可正常测量的温度、压力和管道口径有一定要求。

发展：

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%~6%。

1992年世界范围估计销售量为3.54.8万台,同期国内产品估计在8000~9000台。

d.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:

（1）可做非接触式测量;

（2）为无流动阻挠测量,无压力损失;

（3）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。

缺点:

（1）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。

应用概况:

（1）传播时间法应用于清洁、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天然气领域已有使用良好的经验;

（3）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、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

2.2差压式流量计

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。

差压式流量计由一次装置（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）。

差压式流量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几大类。

检测件又可按其标准化程度分为二大类:

标准的和非标准的。

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其流量值和估算测量误差。

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,由于各种新型流量计的问世,