幾種常用流量計的工作原理

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、科學(xué)研究有密切的關(guān)系。做好這一工作，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)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(dòng)化程度愈來(lái)愈高的當今時(shí)代，流量計在國民經(jīng)濟中的地位與作用更加明顯。工程上常用單位m3/h，它可分為瞬時(shí)流量（Flow Rate）和累計流量（Total Flow），瞬時(shí)流量即單位時(shí)間內過(guò)封閉管道或明渠有效截面的量，流過(guò)的物質(zhì)可以是氣體、液體、固體；累計流量即為在某一段時(shí)間間隔內（一天、一周、一月、一年）流體流過(guò)封閉管道或明渠有效截面的累計量。通過(guò)瞬時(shí)流量對時(shí)間積分亦可求得累計流量，所以瞬時(shí)流量計和累計流量計之間也可以相互轉化。

1、孔板流量計：

工作原理：

流體充滿(mǎn)管道，流經(jīng)管道內的節流裝置時(shí)，流速會(huì )出現局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過(guò)測量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動(dòng)連續性定律為基準的。

工作特點(diǎn)：

①節流裝置結構簡(jiǎn)單、牢固，性能穩定可靠，使用期限長(cháng)，價(jià)格低廉;

②應用范圍廣，全部單相流皆可測量，部分混相流亦可應用;

③標準型節流裝置無(wú)須實(shí)流校準，即可投用;

④ 一體型孔板安裝更簡(jiǎn)單，無(wú)須引壓管，可直接接差壓變送器和壓力變送器。

2、電磁流量計：

工作原理：

基于法拉第電磁感應定律。在電磁流量計中，測量管內的導電介質(zhì)相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生恒定磁常當有導電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì )產(chǎn)生感應電壓。管道內部的兩個(gè)電極測量產(chǎn)生的感應電壓。測量管道通過(guò)不導電的內襯(橡膠，特氟隆等)實(shí)現與流體和測量電極的電磁隔離。

工作特點(diǎn)：

①具有雙向測量系統;

② 傳感器所需的直管段較短，長(cháng)度為5倍的管道直徑；

③ 壓力損失??；

④測量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響；

⑤主要應用于污水處理方面。

3、渦輪流量計：

工作原理：

在一定的流量范圍內，渦輪的轉速與流體的流速成正比。流體流動(dòng)帶動(dòng)渦輪轉動(dòng)，渦輪的轉速轉換成電脈沖，用二次表顯示出數據，反應流體流速。

工作特點(diǎn)：

①抗雜質(zhì)能力強;

②抗電磁干擾和抗振能力強;

③其結構與原理簡(jiǎn)單，便于維修;

④幾乎無(wú)壓力損失，節省動(dòng)力消耗。

4、渦街流量計：

工作原理：

根據流體振蕩原理來(lái)測量流量的，流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，根據這種關(guān)系，旋渦頻率就可以計算出流過(guò)旋渦發(fā)生體的流體平均速度，再乘以橫截面積得到流量。

工作特點(diǎn)：

①結構簡(jiǎn)單而牢固，無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高，長(cháng)期運行十分可靠;

②安裝簡(jiǎn)單，維護十分方便;

③檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì)，性能穩定，壽命長(cháng);

④輸出是與流量成正比的脈沖信號，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高;

⑤測量范圍寬，量程比可達1：10;

⑥壓力損失較小，運行費用低，更具節能意義。

5、腰輪流量計：

工作原理：

當有流體通過(guò)流量計時(shí)，在流量計進(jìn)出口流體差壓的作用下.兩腰輪將按正方向旋轉。計量室內液體不斷流進(jìn)流出，只需要知道計量室體積和腰輪轉動(dòng)次數就可以計算出流體流量。

工作特點(diǎn)：

適合各種清潔液體的流量測量，尤其適用于油品計量，也可制成測量氣體的流量計。它的計量準確度高，可達0.1-0.5級，壓力損失小，量程范圍大。

6、文丘里流量計：

工作原理：

當流體流經(jīng)文丘里流量計管道內的節流件時(shí)，流速在文丘里節流件初形成局部收縮，導致流速增加，靜壓差下降，文丘里流量計前后便產(chǎn)生了靜壓差，流體流量越大，靜壓差就越大，根據壓差來(lái)衡量流量。

工作特點(diǎn)：

無(wú)磨蝕與積污的問(wèn)題，同時(shí)可以有一定的整流的作用，測量精度和穩定性高。

7、容積式流量計：

工作原理：

流體通過(guò)流量計，就會(huì )在流量計進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差.流量計的轉動(dòng)部件(簡(jiǎn)稱(chēng)轉子)在這個(gè)壓力差作用下產(chǎn)生旋轉，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(mǎn)流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口。在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉子的轉動(dòng)次數.就可以得到通過(guò)流量計的流體體積的累積值。

工作特點(diǎn)：

①計量精度高;

②安裝管道條件對計量精度沒(méi)有影響;

③可用于高粘度液體的測量;

④范圍度寬;

⑤直讀式儀表無(wú)需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡(jiǎn)便;

⑥結構復雜，體積龐大

⑦不適用于高、低溫場(chǎng)合;

⑧大部分儀表只適用于潔凈單相流體;

⑨噪聲和振動(dòng)較大。

8、橢圓齒輪流量計：

工作原理：

當被測液體經(jīng)管道進(jìn)入流量計時(shí)，由于進(jìn)出口處產(chǎn)生的壓力差推動(dòng)一對齒輪連續旋轉，不斷地把經(jīng)初月形空腔計量后的液體輸送到出口處，橢圓齒輪的轉數與每次排量四倍的乘積即為被測液體流量的總量。

工作特點(diǎn)：

流量測量與流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān);粘度愈大的介質(zhì)，從齒輪和計量空間隙中泄漏出去的泄漏量愈小，因此核測介質(zhì)的粘度愈大，泄漏誤差愈小，對測量愈有利;橢圓齒輪流量計計量精度高，適用于高粘度介質(zhì)流量的測量，但不適用于含有固體顆粒的流體(固體顆粒會(huì )將齒輪卡死，以致無(wú)法測量流量)。如果被測液體介質(zhì)中夾雜有氣體時(shí)，也會(huì )引起測量誤差。

9、轉子流量計：

   

工作原理：

當測量流體的流量時(shí)，被測流體從錐形管下端流入，流體的流動(dòng)沖擊著(zhù)轉子，并對它產(chǎn)生一個(gè)作用力，當流量足夠大時(shí)，產(chǎn)生的作用力將轉子托起。同時(shí)，被測流體流經(jīng)轉子與錐形管壁間的環(huán)形斷面，這時(shí)作用在轉子上的力有三個(gè):流體對轉子的動(dòng)壓力、轉子在流體中的浮力和轉子自身的重力。流量計垂直安裝時(shí)，轉子重心與錐管管軸會(huì )相重合，作用在轉子上的三個(gè)力都沿平行于管軸的方向。當這三個(gè)力達到平衡時(shí)，轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。對于給定的轉子流量計，轉子大小和形狀己經(jīng)確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流體對浮子的動(dòng)壓力是隨來(lái)流流速的大小而變化的。因此當來(lái)流流速變大或變小時(shí)，轉子將作向上或向下的移動(dòng)，相應位置的流動(dòng)截面積也發(fā)生變化，直到流速變成平衡時(shí)對應的速度，轉子就在新的位置上穩定。對于一臺給定的轉子流量計，轉子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管的流量的大小成一一對應關(guān)系。

工作特點(diǎn)：

它具有結構簡(jiǎn)單、直觀(guān)、壓力損失小、維修方便等特點(diǎn);轉子流量計適用于測量通過(guò)管道直徑。

10、雙轉子流量計：

工作原理：

進(jìn)、出口處較小的壓差推動(dòng)轉子旋轉，同一時(shí)刻，每一個(gè)轉子在同一橫截面上受到流體的旋轉力矩雖然不一樣，但兩個(gè)轉子分別在所有橫截面上受到旋轉力矩的合力矩是相等的。因此兩個(gè)轉子各自作等速、等轉矩旋轉，排量均衡無(wú)脈動(dòng)。螺旋轉子每轉一周可輸出 8 倍空腔的容積，因此，轉子的轉數與流體的累積流量成正比，轉子的轉速與流體的瞬時(shí)流量成正比。轉子的轉數通過(guò)磁性聯(lián)軸器傳到表頭計數器，顯示出流過(guò)流量計(流過(guò)管道)的流量。

工作特點(diǎn)：

① 適用于稀油、輕質(zhì)油、稠油、含砂量大、含水量大的原油，被測量液體的粘度范圍大;

② 流量計通過(guò)的液體流量大;

③使用壽命長(cháng)，準確度高，可靠性強;

④壓內損失極小;

⑤可直接與計算機聯(lián)網(wǎng)。

11、靶式流量計：

工作原理：

當流體流動(dòng)，對靶板產(chǎn)生一個(gè)作用力，使靶板產(chǎn)生微量的位移，位移大小與流速有關(guān)，根據位移與流速的關(guān)系計算出流量。

工作特點(diǎn)：

①整臺儀表結構堅固無(wú)可動(dòng)部件，插入式結構,拆卸方便;

②可選用多種防腐及耐高低溫材質(zhì)(如哈氏合金，鈦等);

③整機可做成全密封無(wú)死角(焊接形式)，無(wú)任何泄漏點(diǎn)，可耐42MPa 高壓;

④儀表內設自檢程序，故障現象一目了然;

⑤傳感器不與被測介質(zhì)接觸，不存在零部件磨損，使用安全可靠；

⑥能準確測量各種常溫、高溫500 度、低溫-200 度工況下的氣體、液體流量等。

12、超聲波流量計：

工作原理：

超聲波流量計通過(guò)檢測流體流動(dòng)對超聲波產(chǎn)生的影響來(lái)對液體流量進(jìn)行測量，其利用的是“時(shí)差法”。首先，使用探頭1發(fā)射信號，信號穿過(guò)管壁1、流體、管壁2后被另一側的探頭2接收到;在探頭1發(fā)射信號的同時(shí)探頭2也發(fā)出同樣的信號，經(jīng)過(guò)管壁2、流體、管壁1后被探頭1接收到;由于流速的存在使得兩時(shí)間不等，存在時(shí)間差，因此根據時(shí)間差便可求得流速，進(jìn)而得到流量值。

工作特點(diǎn)：

可以測量常規管道流量，還可以測量不易觀(guān)察、不易接觸的管道的流量；其不僅可以測量常規流體流量，還可對具有強腐蝕性、放射性、易燃、易爆等特點(diǎn)的流體進(jìn)行流量的測量。但是超聲波流量計對所測流體的溫度范圍有所限制，目前我國的超聲波流量計僅可用于200℃以下流體的測量;而且，超聲波流量計的測量線(xiàn)路相當復雜，對測量線(xiàn)路要求較高。

13、科里奧利質(zhì)量流量計：

     

工作原理：

當一個(gè)位于旋轉系內的質(zhì)點(diǎn)作朝向或者離開(kāi)旋轉中心的運動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一慣性力，通過(guò)直接或者間接地測量出在旋轉管道中流動(dòng)的流體作用于管道上的科里奧利力，就可以測得流體通過(guò)管道的質(zhì)量流量。

工作特點(diǎn)：

科里奧利質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度?？蓽y量流體范圍廣泛，包括高粘度液的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。測量管的振動(dòng)幅度小，可視作非活動(dòng)件，測量管路內無(wú)阻礙件和活動(dòng)件。對外界振動(dòng)干擾較為敏感，為防止管道振動(dòng)影響，大部分型號科里奧利質(zhì)量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高等。