摘要：流量儀表的種類繁多，各有千秋。本文簡(jiǎn)述了工業(yè)生產(chǎn)中常用的七大類流量?jī)x表的性能特點(diǎn)，并給出了流量?jī)x表選型的建議。
關(guān)鍵詞：流量?jī)x表；選型

0　引言

流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的過(guò)程控制參數(shù)。目前，市場(chǎng)上大約有超過(guò)100種不同的流量?jī)x表，其中有一些屬于實(shí)驗(yàn)室儀表，不適合工業(yè)應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新型的流量?jī)x表還在不斷涌現(xiàn)。然而，沒(méi)有一種流量?jī)x表是“放之四海而皆準(zhǔn)”的。為此，用戶應(yīng)當(dāng)首先了解流量?jī)x表的性能特點(diǎn)，再結(jié)合所應(yīng)用場(chǎng)合的工況條件，選擇性能價(jià)格比較高的產(chǎn)品。

1　流量?jī)x表的類型及特性

流量?jī)x表的分類方法很多，至今國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。表1列出了工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的七大類流量?jī)x表的型式及其主要性能特點(diǎn)。下面分別作簡(jiǎn)要介紹。

表1　流量?jī)x表類型及主要性能特點(diǎn)

1 1　差壓型

差壓測(cè)量技術(shù)是目前應(yīng)用廣泛的一種流量測(cè)量方法，幾乎能測(cè)量各種工況下單相流體和高溫高壓下流體的流量。70年代，這種技術(shù)曾占到市場(chǎng)份額的80%。今天，隨著新技術(shù)的應(yīng)用，這個(gè)比例已降至40%左右，仍占了近“半壁江山”。差壓型流量計(jì)一般由節(jié)流裝置、變送器兩部份組成。節(jié)流裝置常見(jiàn)的有孔板、噴嘴、畢托管、均速管等。節(jié)流裝置的作用是使流經(jīng)的流體收縮且在其上、下游產(chǎn)生差壓。根據(jù)伯努利能量守恒定律和連續(xù)性方程可以得出：

其中，Ｑ為體積流量；ΔP為測(cè)得的節(jié)流件上、下游差壓；Ｋ為常數(shù)，它與節(jié)流件的幾何形狀、直徑比以及流體的溫度、壓力、粘度、密度等因素有關(guān)。

由于是平方根關(guān)系，所以差壓型流量?jī)x表的測(cè)量范圍一般不大，只有3∶1～5∶1。在此范圍內(nèi)，孔板的讀數(shù)精度約為2%～3%，文丘里管的讀數(shù)精度約為3%～4%。各種節(jié)流裝置中，孔板由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，所以較為常用。但是它對(duì)加工尺寸要求嚴(yán)格。只要按規(guī)范要求加工、安裝，經(jīng)檢驗(yàn)合格后就可以在不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測(cè)量，而不需要用實(shí)液檢定。所有節(jié)流裝置都有一個(gè)不可恢復(fù)的壓力損失，壓損最大的是銳邊孔板，為儀表最大差壓的25%～40%。畢托管的壓損則很小，可以忽略不計(jì)，但它對(duì)流體形面的變化非常敏感。

1.2　變面積型

這種類型流量計(jì)的典型代表是轉(zhuǎn)子流量計(jì)。對(duì)于3″以內(nèi)的管道，此流量計(jì)效果較好。它的突出優(yōu)點(diǎn)是直接就地測(cè)量時(shí)不用外加電源。轉(zhuǎn)子流量計(jì)按其制造材料不同，分為玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)兩大類。玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子位置清晰可見(jiàn)，易讀數(shù)，多用于常溫、常壓、透明和腐蝕性介質(zhì)，如空氣、煤氣、氬氣等。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般帶有磁性連接指示器，用于高溫、高壓的場(chǎng)合，并且能傳輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)與記錄儀等配套使用，計(jì)量累積流量。目前市場(chǎng)上有一種帶加載彈簧錐形頭的垂直式變面積式流量計(jì)，它沒(méi)有冷凝室和緩沖室，測(cè)量范圍達(dá)到100∶1，并且是線性輸出，最適于蒸汽的測(cè)量。

1.3　振蕩型

渦街流量計(jì)是振蕩型流量?jī)x表的典型代表。它是在流體前進(jìn)方向上放置一非流線形物體，流體在該物體后方形成兩列規(guī)則的非對(duì)稱漩渦列。漩渦列的頻率與流速成一定比例。這種測(cè)量方法的特點(diǎn)是管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，讀數(shù)重復(fù)性、可靠性好，使用壽命長(zhǎng)，線性測(cè)量范圍寬(氣體約為30∶1，液體約為10∶1)，幾乎不受溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響，壓力損失小，精度高(約0 5%～1%)。其工作溫度可達(dá)300℃以上，工作壓力可達(dá)30ｍPａ以上。但流體流速分布情況和脈動(dòng)流會(huì)影響測(cè)量精度。不同的介質(zhì)可采用不同的漩渦感測(cè)技術(shù)，對(duì)于蒸汽可用振動(dòng)盤式或壓電晶體式，對(duì)于空氣可采用熱力式或超聲波式，而對(duì)于水，幾乎所有感測(cè)技術(shù)都適用。和孔板一樣，渦街流量計(jì)的流量系數(shù)也是由一組尺寸來(lái)決定的。

1.4　電磁型

這類流量計(jì)是利用導(dǎo)電的流體流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓的大小來(lái)檢測(cè)流量的。因此它只適用于導(dǎo)電介質(zhì)(目前已有適用于導(dǎo)電率低至0 008μｓ ｃｍ介質(zhì)的產(chǎn)品)。從理論上講，這種方法不受流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響，量程比可達(dá)100∶1，精度約為0 5%。適用管徑從2ｍｍ到3ｍ。廣泛應(yīng)用于水、泥漿、紙漿或腐蝕性介質(zhì)的流量。電磁型流量計(jì)由于信號(hào)微弱，滿量程時(shí)，通常只有2 5～8ｍＶ，流量很小時(shí)僅有幾毫伏，易受外界干擾。因此，要求變送器的外殼、屏蔽線、測(cè)量導(dǎo)管、變送器兩端的管道都要接地并單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)，絕對(duì)不要連接在電機(jī)、電器等的公用地線上。

1.5　超聲波型

這類流量計(jì)較為常見(jiàn)的是多普勒流量計(jì)和時(shí)差流量計(jì)。多普勒流量計(jì)是根據(jù)被測(cè)流體中移動(dòng)目標(biāo)所反射的聲波頻率的變化來(lái)檢測(cè)流量的。此法適用于測(cè)量高速流體，不宜測(cè)量低速流體，且準(zhǔn)確度較低，對(duì)管道內(nèi)壁的光滑度要求較高，但它的電路簡(jiǎn)單。

時(shí)差流量計(jì)是通過(guò)超聲波在注流體中順流和逆流傳播的時(shí)間差來(lái)測(cè)量流量的。由于時(shí)差的數(shù)量級(jí)很小(一般為10-6ｓ)，因此，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)電子線路的要求較高，從而儀表的成本相應(yīng)增加。時(shí)差流量計(jì)一般適用于純凈且流速場(chǎng)均勻的層流液體。對(duì)于紊流液體，可采用多聲束時(shí)差流量計(jì)。

1.6　動(dòng)量矩型

這類流量計(jì)是根據(jù)動(dòng)量矩守恒原理，通過(guò)流體沖擊旋轉(zhuǎn)部件(葉輪、螺旋器等)，使之旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速與流速成比例關(guān)系。再利用磁學(xué)、光學(xué)、機(jī)械計(jì)數(shù)等方法將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而計(jì)算出流量。

渦輪流量計(jì)是這類儀表中應(yīng)用廣泛且準(zhǔn)確度較高的一種。它適用于氣體、液體介質(zhì)，但在結(jié)構(gòu)上略有不同。用于氣體的，其葉輪角度較小，而且葉片數(shù)量多。渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度可達(dá)0 2%～0 5%，在狹小范圍內(nèi)可達(dá)0 1%。量程比為10∶1，壓損小，耐壓高。但它對(duì)流體的潔凈度有一定要求，且易受流體密度和粘度的影響，口徑越小，影響越大。和孔板一樣，要保證安裝點(diǎn)前后有足夠的直管段，以避免流體旋轉(zhuǎn)而改變對(duì)葉片的作用角度。

1.7　正位移型

這類儀表的工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)體每旋轉(zhuǎn)一周，流體精確移動(dòng)一個(gè)固定量來(lái)測(cè)量的。儀表的設(shè)計(jì)方式各異，如橢圓齒輪流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)和刮板流量計(jì)等。橢圓齒輪流量計(jì)的量程比較大，可以達(dá)到20∶1，且準(zhǔn)確度高。但運(yùn)動(dòng)齒輪易被流體中的雜質(zhì)卡死。旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)單位流通量大，但由于結(jié)構(gòu)上的原因，泄漏量較大，準(zhǔn)確度不高。正位移型的流量計(jì)基本與流體粘度無(wú)關(guān)，適用于油脂類、水等介質(zhì)，但不適用于蒸汽、空氣等介質(zhì)。

上述每一種流量計(jì)各有其優(yōu)、缺點(diǎn)，但是，即使是同一種型式的表，不同廠家提供的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能也不盡相同。

2　流量計(jì)的選擇

面對(duì)龐大的流量計(jì)家族，要想選擇一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用的儀表，確非易事。其中要考慮的因素很多：準(zhǔn)確度、可靠性、費(fèi)用、流體特性及其它種種因素。根據(jù)筆者多年儀表選型的實(shí)踐，大致可參考以下四個(gè)方面：

(1)儀表的工作性能。
(2)流體的物理、化學(xué)特性。
(3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件及環(huán)境。
(4)成本費(fèi)用。

表2給出了上述四個(gè)方面各包含的具體內(nèi)容。用戶在選擇時(shí)，不可能面面都照顧到，要權(quán)衡利弊。不過(guò)，最后的抉擇往往是在成本費(fèi)用和儀表性能之間。

表2　流量?jī)x表的選型因素

3　小結(jié)

隨著生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度的提高，會(huì)對(duì)流量測(cè)量及控制提出更新、更高和更多的要求，如5～7ｍ特大口徑、特大流量測(cè)量；超微小流量測(cè)量；鋼水等高溫介質(zhì)的流量測(cè)量；液氮等超低溫介質(zhì)的流量測(cè)量等等。近年來(lái)，核磁共振流量計(jì)、放射性同位素流量計(jì)等新儀表已日臻完善，流量測(cè)量準(zhǔn)確度在不斷提高。

參考文獻(xiàn)：
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容積式流量計(jì)的工作原理為：流體通過(guò)流量計(jì)，就會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差．流量計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件(簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)子)在這個(gè)壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口．在這個(gè)過(guò)程中，流體一次次地充滿流量計(jì)的“計(jì)量空間”，然后又不斷地被送往出口．在給定流量計(jì)條件下，該計(jì)量空間的體積是確定的，只要測(cè)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)．就可以得到通過(guò)流量計(jì)的流體體積的累積值．

設(shè)流量計(jì)計(jì)量空間體積為v(m³)，一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為N，則在該時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體體積為

V＝Nv

再設(shè)儀表的齒輪比常數(shù)為α ，α 的值由傳遞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪組的齒輪比和儀表指針轉(zhuǎn)動(dòng)一周的刻度值所確定。若儀表指示值為I，它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)N的關(guān)系為

I＝α N

由式(1)和(2)可得在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)儀表的流體體積與儀表指示值的關(guān)系

V＝(v/α)I

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