常见流量计简介

发布日期：2020-08-26 点击：3025

常见流量计简介

1、电磁流量计

电磁流量计（Electromagnetic Flowmeters，简称EMF）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。电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量的一种仪器。

结构

电磁流量计的结构主要由磁路系统、测量导管、电极、外壳、衬里和转换器等部分组成。

特点

1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；

2、测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低。对浆液测量有独特的适应性；

3、合理选择传感器衬里和电极材料，即具有良好的耐腐蚀和耐磨损性；

4、转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高。流量范围度可达150：1；

5、转换器可与传感器组成一体型或分离型；

6、转换器采用16位高性能微处理器，2x16LCD显示，参数设定方便，编程可靠；

7、流量计为双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量；可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；

8、转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检和自诊断功能；

9、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。

10、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。

11、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度为5倍的管道直径。

12、转换器采用国际最新最先进的单片机（MCU）和表面贴装技术（SMT），性能可靠，精度高，功耗低，零点稳定，参数设定方便。点击中文显示LCD，显示累积流量，瞬时流量、流速、流量百分比等。

13、双向测量系统，可测正向流量、反向流量。采用特殊的生产工艺和优质材料，确保产品的性能在长时候内保持稳定。

原理

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。电磁流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥5μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆、纸浆等的流体流量。但它不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。

当导体在磁场中作切割磁力线运动时，在导体中会产生感应电势，感应电势的大小与导体在磁场中的有效长度及导体在磁场中作垂直于磁场方向运动的速度成正比。同理，导电流体在磁场中作垂直方向流动而切割磁感应力线时，也会在管道两边的电极上产生感应电势。

2、金属转子流量计

金属转子流量计,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, 浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。

转子流量计是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表.采用全金属结构,Modular概念设计,其压损小,量程比大(10:1),安装维护方便,可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中。

特点

金属转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D<150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。

原理

金属转子流量计由两个部件组成，转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管；转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。转子流量计当测量流体的流量时，被测流体从锥形管下端流入，流体的流动冲击着转子，并对它产生一个作用力（这个力的大小随流量大小而变化）；当流量足够大时，所产生的作用力将转子托起，并使之升高。同时，被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面，从上端流出。当被测流体流动时对转子的作用力，正好等于转子在流体中的重量时（称为显示重量），转子受力处于平衡状态而停留在某一高度。分析表明；转子在锥形管中的位置高度，与所通过的流量有着相互对应的关系。因此，观测转子在锥形管中的位置高度，就可以求得相应的流量值。

为了使转子在在锥形管的中心线上下移动时不碰到管壁，通常采用两种方法：一种是在转子中心装有一根导向芯棒，以保持转子在锥形管的中心线作上下运动，另一种是在转子圆盘边缘开有一道道斜槽，当流体自下而上流过转子时，一面绕过转子，同时又穿过斜槽产生一反推力，使转子绕中心线不停地旋转，就可保持转子在工作时不致碰到管壁。转子流量计的转子材料可用不锈钢、铝、青铜等制成。

3、科氏流量计

科氏质量流量计，流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，由美国高准(MicroMotion)公司的创始人根据此原理研发出世界上第一台可以实际使用的质量流量计。

流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，它是科里奥利在1832年研究轮机时发现的，简称科氏力。

原理

质量流量计以科氏力为基础，在传感器内部有两根平行的流量管，中部装有驱动线圈，两端装有检测线圈，变送器提供的激励电压加到驱动线圈上时，振动管作往复周期振动，工业过程的流体介质流经传感器的振动管，就会在振管上产生科氏力效应，使两根振管扭转振动，安装在振管两端的检测线圈将产生相位不同的两组信号，这两个信号的相位差与流经传感器的流体质量流量成比例关系。计算机解算出流经振管的质量流量。不同的介质流经传感器时，振管的主振频率不同，据此解算出介质密度。

4、热式流量计

流体的流动和热量的移动，以及流动的流体和固体间的热量交换，存在着密切的关系，并可用来测量流体的流量和流速。应用热能测量流量的方法，基本上可以分成两种形式：一种方法是在流动的流体中放置一发热件，发热元件的温度必将随流速变化，可以通过发热元件的被冷却程度测量流量；另一种方法是给流体加入必要的热量，因热能要随流体流动，可以通过检测相应点的热量变化来求出流量。前者一般称为热导式，属于这种测量方法的仪表有热线风速计及热球风速计等。后者一般称为热量式，属于这种测量方法的仪表有托马斯流量计及边界层流量计等。

原理

热式流量计是一种直接式质量流量计，它可以用来测量质量流量，当流体静止时，管道内加热元件的上下游温度对称分布，元件指示温度相等。当介质流动时，下游温度比上游的温度高。伴随着流速增加，温差增大，当流速增加到某一界限值之后，两元件的温差将随流速的增加而逐渐减小。为了得到仪表的单值性，一般测小流量用温差增大的特性，测大流量用温差减小的特性。

热式流量计的特点

1、无可动部件，密封面减少，大大降低泄漏率，便于安装和日常维护;

2、测量范围宽，最大测量范围可达20︰1(液体)或30︰1(气体);

3、计量准确、精度高，法兰式可达0.2%(液体)或0.5%(气体);

4、灵敏度极高，能测量超小流量，其可测量低流速为0.08m/s，电磁流量计0.5m/s;

5、重复性好，一般为0.05～0.08%,具有可选小信号切除，非线性修正，滤波时间可选择;

6、压力损失小，小口径仅为标准孔板的1/2△P左右;DN100口径以上压力损失开始大幅度减少;

7、标定方便，除可采用标准装置检定外，还可采用干式标定方法，即采用砝码挂重法，单键操作即可完成标定;

8、可根据实际需要更换阻流件而改变流量范围，在线可拆装插入式结构可实现不停产，不断流维修或更换;

9、低功耗电池现场显示，能在线直读示值，显示屏可同时读取瞬时流量累积流量及百分比棒图，并可切换显示补偿温度及补偿压力示值;

10、抗干扰、抗杂质能力特强，多种输出形式，能远传各种参数，使用无需拌热。

11、测量气体无需温度压力补偿，可直接显示标况体积流量。

5、容积式流量计

容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积。所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的 “计量空间”或“计量室”。这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成。容积式流量计的工作原理为：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部件（简称转子）在这个压力差作用下产生旋转，并将流体由入口排向出口。在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数。就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。

容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计和膜式气量计等。

原理

典型的容积式流量计（椭圆齿轮式）的工作原理如上图所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的特殊形状。P1和p2分别表示入口压力和出口压力，显然p1>p2，图1（a）下方齿轮在两侧压力差的作用下，产生逆时针方向旋转，为主动轮；上方齿轮因两侧压力相等，不产生旋转力矩，是从动轮，由下方齿轮带动，顺时针方向旋转。在图1(b)位置时，两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩，继续旋转。选装到图1(c)位置时，上方齿轮变为主动轮，下方齿轮则成为从动轮，继续旋转到与图1(a)相同位置，完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积，该体积称作流量计的"循环体积"。

6、涡街流量计

涡街流量计也称之为旋涡流量计或卡门涡街流量计。综合吸收发达国家先进技术和总结多年研究生产经验的基础上进行精心设计的产品，实现了产品智能化、标准化、系列化、通用化、生产模具化、确保产品质量的美观性。该产品具有电路先进、功耗微低、量程比宽、结构简单、阻力损失小、坚固耐用、用途广、使用寿命长、工作稳定、便于安装调试等特点

原理

在流体中设置三角柱型旋涡发生体，则从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门旋涡，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

涡街流量计是根据卡门涡街原理(Kármán Vortex Street)测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：

式中：为旋涡的释放频率，单位为Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，单位为m/s；d为旋涡发生体特征宽度，单位为m；St为斯特劳哈尔数（Strouhal number），无量纲，它的数值范围为0.14－0.27。

St是雷诺数的函数，

当雷诺数Re在10²-10⁵范围内，St值约为0.2。在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在10²-10⁵，此时旋涡频率

由此，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式，可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。

7、涡轮流量计

采用涡轮进行测量的流量计。它先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量，其输出信号为频率，易于数字化。图中感应线圈和永久磁铁一起固定在壳体上。当铁磁性涡轮叶片经过磁铁时，磁路的磁阻发生变化，从而产生感应信号。信号经放大器放大和整形，送到计数器或频率计，显示总的积算流量。同时将脉冲频率经过频率－电压转换以指示瞬时流量。叶轮的转速正比于流量，叶轮的转数正比于流过的总量。涡轮流量计的输出是频率调制式信号，不仅提高了检测电路的抗干扰性，而且简化了流量检测系统。它的量程比可达10:1，精度在±0.2%以内。惯性小而且尺寸小的涡轮流量计的时间常数可达0.01秒。

各种流量计中涡轮流量计、容积式流量计和科氏质量流量计是三类重复性、精确度最佳的产品，而涡轮流量计又具有自己的特点，如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。至今，这类流量计产品可达技术参数：口径4-750mm，压力达250MPa，温度为-240-700℃，像这样的技术参数其他两类流量计则是难以达到的。

原理

流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变着线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电

脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：Q=3600×f/k

式中：

f——脉冲频率[Hz]；

k——传感器的仪表系数[1/m]，由校验单给出。若以[1/L]为单位Q=3.6×f/k

Q——流体的瞬时流量（工作状态下）[m3/h]；

3600——换算系数。

每台传感器的仪表系数由制造厂填写在检定证书中，k值设入配套的显示仪表中，便可显示出瞬时流量和累积总量。

8、超声波流量计

超声波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。超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。

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，它是发展迅速的一类流量计之一。

技术优势（与其他原理相比）

不受电率、压力、温度以及粘度的影响，

与介质不接触，尤其适用于腐蚀性介质的测量

安装简单，费用低

可在现有管道上安装，无需切断工艺管道

无挠流件，无需缩径

无泄漏

成本低

结构

超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。

原理

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。

时差法，主要测量相对干净的流体，原理如下：

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式

其中

θ为声束与液体流动方向的夹角

M 为声束在液体的直线传播次数

D 为管道内径

Tup 为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

ΔT=Tup –Tdown

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则

t1=L/(c+u)；t2=L/(c-u)

由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>u,因此两者的时间差为 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。

采用多普勒频移物理原理来测量水流速度。

多普勒法适合测量含固体颗粒或气泡的流体，原理如下：

多普勒效应（多普勒频移）原理：一个物体发出的声波被另一个物体接收并反射，如果发出声波的物体相对于接收物体是移动的，接收物体接收到的声波频率将会与发出声波的发射频率有差异。如果两个物体之间的相对距离是减少的，接收的频率会比原来增加。如果两个物体之间的相对距离是增加的，接收的频率会比原来减小。通过发射超声波的频率和接收超声波频率的不同，从而推算出具体的流速是多少。

9、文丘里流量计

文丘里流量计是一种常用的测量有压管道流量的装置，属压差式流量计，常用于测量空气、天然气、煤气、水等流体的流量。它包括“收缩段”、“喉道”和“扩散段”3部分，安装在需要测定流量的管道上。

文丘里管流量计包括“收缩段”、“喉道”和“扩散段”3部分，以其结构简单、适用工况范围广、易于实时监控等优点。用于测量封闭管道中单相稳定流体的流量，在诸如煤气、电力、水泥等众多能源动力工业领域被广泛的应用。

原理

新一代差压式流量测量仪表，其基本测量原理是以能量守恒定律-伯努力方程和流动连续性方程为基础的流量测量方法。内文丘里管由一圆形测量管和置入测量管内并与测量管同轴的特型芯体所构成。特型芯体的径向外表面具有与经典文丘里管内表面相似的几何廓形，并与测量管内表面之间构成一个异径环形过流缝隙。流体流经内文丘里管的节流过程同流体流经经典文丘里管、环形孔板的节流过程基本相似。内文丘里管的这种结构特点，使之在使用过程中不存在类似孔板节流件的锐缘磨蚀与积污问题，并能对节流前管内流体速度分布梯度及可能存在的各种非轴对称速度分布进行有效的流动调整（整流），从而实现了高精确度与高稳定性的流量测量。

10、靶式流量计

靶式流量计是一种适用于测量高粘度、低雷诺数流体流量的流量测量仪表,例如用于测量重油、沥青、含固体颗粒的浆液及腐蚀性介质的流量。靶式流量计由检测(传感)和转换部分组成,检测部分包括放在管道中心的圆形靶、杠杆、密封膜片和测量管, 所示。

原理

当介质在测量管中流动时,因其自身的动能和因阻流件而产生的压差,产生一对受力元件的作用力,其作用力的大小与介质流速的平方成正比,其数学表达式如下:

F=CDAp.U/2

式中:F一一受力元件所受的作用力,CD一一物件阻力系数p一一工况下介质,密度U一一介质在测量管中的平均流速，A一一受力元件对测量管轴向投影面积。

11、板孔流量计

孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。节流装置又称为差压式流量计，是由一次检测件（节流件）和二次装置（差压变送器和流量显示仪）组成广泛应用于气体。蒸汽和液体的流量测量。具有结构简单，维修方便，性能稳定。

原理

在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下：