多晶炉流量计 一文看懂各种流量计工作原理及优缺点！

测量流体流量的仪器统称为流量计。流量计是工业测量的重要仪器之一。随着工业生产的发展，对流量测量的精度和量程要求越来越高。流量测量技术日新月异。为了适应各种用途，各种类型的流量计层出不穷。目前已有100多种流量计投入使用。

流量计

每种产品都有其特定的适用性和局限性。根据测量原理，可分为力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理原理等。

根据流量计的结构原理，有容积流量计、差压流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。

根据测量对象，分为封闭管道和明渠两类；根据测量的目的，可分为毛重测量和流量测量，其仪器分别称为毛重计和流量计。流量计测量一段时间内通过管道的流量，用短时间内的总流量除以该时间的商来表示。事实上，流量计通常配备有累积流量装置，用作总表，总表还配备有流量信号装置。所以严格意义上划分流量计和总表没有实际意义。

一个

根据测量原理分类

1.机械原理:属于这个原理的仪器有差压式和利用伯努利定理的转子式；冲量公式和利用动量定理的活动管式；利用牛顿第二定律的直接质量公式；目标类型利用流体动量原理；利用角动量定理的涡轮公式:利用流体振荡原理的涡型和涡街型；皮托管类型采用总压静压差、容积式和堰、槽式等。

2.电学原理:用于此原理的仪器有电磁式、差动电容式、感应式、应变电阻式等。

3.声学原理:采用超声波和声学方法测量流量。

4.热学原理:有热式、直接量热式、间接量热式等。

5.光学原理:激光型和光电型都是属于这个原理的仪器。

6.原子物理学原理:核磁共振和核辐射都是属于这类原理的仪器。

7.其他原则:标记原则、相关原则等。

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根据流量计的结构原理

根据目前流量计产品的实际情况和流量计的结构原理，大致可以分为以下几种类型:

1.差压流量计

差压流量计是一种根据安装在管道中的流量检测器产生的压差、已知的流体条件以及检测器和管道的几何尺寸来计算流量的仪器。

差压流量计由一次装置和二次装置组成。差压流量计一般以试件的形式分类，如孔板流量计、文丘里流量计、平均速度管式流量计等。

二次设备是各种机械、电子、机电差压计、差压变送器、流量显示仪表。它已经发展成为一大类三向化程度高、类型和规格复杂的仪器，既能测量流量参数，又能测量其他参数。

根据其工作原理，差压流量计的检测部分可分为节流装置、液阻式、离心式、动压头式、动压头增益式和射流式。

试件按其标准化程度可分为标准和非标准两类。

所谓的标准试件是根据标准文件设计、制造、安装和使用的，其流量值和测量误差无需真正的流量校准即可确定。

非标准试件是那些成熟度差，没有列入国际标准的试件。

差压流量计是应用最广泛的流量计之一，其使用量居各种流量计之首。近年来，由于各种新型流量计的出现，其使用比例逐渐下降，但仍是目前最重要的流量计。

优点:

使用最广泛的孔板流量计，结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；

它的应用范围很广，至今还没有可比的流量计。

探测器、变送器、显示仪表由不同厂家生产，便于规模化经济生产。

缺点:

测量精度普遍较低；

范围较窄，一般只有3:1 ~ 4:1；

现场安装要求高；

压力损失大。

应用概述:

差压流量计广泛应用于封闭管道流量测量，如流体:单相、混合相、洁净、肮脏、粘性流等。工作条件:常压、高压、真空、常温、高温、低温等。管径:从几毫米到几米；流动条件:亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的使用量约占流量计总使用量的1/4~1/3。

2.孔板流量计

优点:

标准节流阀片在世界各地通用，并得到国际标准组织的认可。无需实际流量校准即可投入使用。它也是流量计中唯一一种结构易于复制、简单牢固、性能稳定可靠、价格低廉的仪器；

它有广泛的应用，包括所有单相流体和一些混合相流体。还有产品在管径和工作状态下的一般生产过程。

试件和差压显示仪可由不同厂家生产，便于专业规模化生产；

缺点:

流量计测量的重复性和准确性处于中等水平，受多种因素的复杂影响，很难提高精度。

范围较窄，因为流量系数与雷诺数有关，一般范围只有3 ∶ 1 ~ 4 ∶ 1。一般很难满足长直管长度的要求。特别是对于大管径，问题更加突出；

压力损失大。通常，为了保持孔板流量计的正常运行，泵需要额外的功率来克服孔板的压力损失。额外的耗电量可以直接通过压损和流量计算确定，一年多需要几万千瓦小时，相当于几万元。

孔板的精度由内孔的锐角线保证，所以对腐蚀、磨损、结垢、污垢比较敏感，长期使用很难保证精度，需要每年拆卸检查一次。法兰连接容易造成跑、冒、滴、漏的问题，大大增加了维护工作量。

3.浮子流量计

浮子流量计又称转子流量计，是一种可变面积流量计。在自下而上扩张的垂直锥管中，圆形截面浮子的重力由水动力承担，使浮子在锥管中自由升降。

浮子流量计是继差压流量计之后应用范围最广的一种流量计，在微小流量中发挥着重要作用。

80年代中期，流量计在日本、西欧、美国的销量占15%~20%。中国1990年的产量估计为12 ~ 14万台，其中95%以上是玻璃锥浮子流量计。

特点:

玻璃锥浮子流量计结构简单，使用方便，但存在耐压性低、玻璃管易碎风险大的缺点。

适用于小管径、低流量；

压力损失低。

4.容积式流量计

容积式流量计，也称为恒位移流量计，简称PD流量计，是最精确的流量计类型。它使用机械测量元件连续地将流体分成单个已知的体积部分，并根据测量室重复填充和排出体积部分中的流体的次数来测量流体的总体积。

根据其测量元件，容积式流量计可分为椭圆齿轮流量计、刮刀流量计、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、液封旋转圆筒流量计、湿气流量计和膜式气体流量计等。

优点:

测量精度高；

管道的安装条件对测量精度没有影响。

可用于测量高粘度液体。

范围广；

直读仪器不用外能直接累计，总量清晰易操作。

缺点:

结果既复杂又庞大。

被测介质种类、口径、工作状态受限；

不适合高低温场合；

大多数仪器只适用于清洁单相流体；

产生噪音和振动。

应用概述:

容积式流量计、差压式流量计和浮子流量计被列为使用量最大的三种流量计，常用于测量昂贵介质的总量。

近年来，工业发达国家PD流量计的销量占流量计的13% ~ 23%；中国占20%左右，1990年产量估计34万台，其中椭圆齿轮型和腰轮型分别占70%和20%左右。

5.污水流量计的类型

污水流量计根据计量原理进行分类:

1.流量计包括节流流量计、皮托管流量计、平均速度管流量计、转子流量计和目标流量计。这些流量计利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量。

2.流量计包括涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、多普勒超声流量计和热线测速仪，通过测量流体速度来反映流量；

3.有齿轮流量计、刮刀流量计、旋转活塞流量计，通过测量每个标准体积的小体积来反映流量；

4.流量计包括热质量流量计、差压质量流量计、叶轮质量流量计、科里奥利质量流量计和间接质量流量计，通过测量流体质量来反映流量；

5.流量计有一个堰槽流量计，通过测量液位来反映流量。

污水流量计的特点:

1.该污水流量计结构简单，牢固可靠，使用寿命长。

2.测量管内无运动部件和阻力部件，无压力损失，无堵塞，测量可靠，抗干扰能力强，体积小，重量轻，安装方便，维护量小，测量范围广；测量不受流体温度、密度、压力、粘度、电导率等变化的影响。并且可以改造安装在旧管道上，施工安装简单，工程量小。

6.涡轮流量计

涡轮流量计是速度流量计的主要类型，它使用多叶片转子来感测流体的平均流速，并从中导出流量或总量。

一般由传感器和显示器组成，也可以做成一个整体。

涡轮流量计、容积式流量计和科里奥利质量流量计被称为流量计中重复性和精度最好的三种产品。作为十大流量计之一，其产品已发展到多品种、多系列批量生产的规模。

优点:

精度高，是所有流量计中最精确的流量计；

重复性好；

袁零漂，抗干扰能力好；

范围广；

结构紧凑。

缺点:

校准特性不能长期保持；

流体的物理性质对流动特性有很大的影响。

应用概述:

涡轮流量计广泛应用于以下测量对象:石油、有机液体、无机液体、液化气、天然气和低温流量。

涡轮流量计的消耗量仅次于孔板流量计。仅在荷兰，天然气管道就使用了2600多种不同尺寸和压力的0.8 ~ 6.5兆帕至6.5兆帕的燃气涡轮流量计，它们已成为优秀的天然气计量仪表。

7.涡街流量计

涡街流量计是一种在流体中放置一个流线型涡流发生器，流体在发生器两侧交替分离释放两个系列规则交错的涡流发生器的仪器。当流动截面不变时，流速与体积流量成正比。因此，流量可以通过测量振荡频率来测量，涡街流量计根据频率检测方式可以分为应力型、应变型、电容型、热敏型、振动体型、光电型和超声波型。这种流量计是20世纪70年代开发的。因为它具有无旋转部件、脉冲数字输出的优点，所以有着光明的前景。

优势

涡街流量计无运动部件，结构简单，性能可靠，使用寿命长。

涡街流量计测量范围广。量程比一般可以达到1: 10。

涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热参数的影响。一般不需要独立校准。它可以测量液体、气体或蒸汽的流量。

它造成的压力损失很小。

准确度高，重复性0.5%，维护量小。

劣势

涡街流量计在工作状态下的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度等热参数的影响，但液体或蒸汽的最终测量结果应为质量流量，气体的最终测量结果应为标准体积流量。质量流量或标准体积流量必须用流体密度换算，必须考虑流体工况变化引起的流体密度变化。

引起流量测量误差的主要因素有:管道内流速不均匀引起的测量误差；流体工况变化时无法准确确定介质密度；湿饱和蒸汽假设为测量用的干饱和蒸汽。如果不限制或消除这些误差，涡街流量计的总测量误差将非常大。

抗振性能差。外部振动会造成涡街流量计的测量误差，甚至不能正常工作。通道流体的高速冲击会引起涡街发生器悬臂的附加振动，从而降低测量精度。直径大的影响更明显。

对测量脏介质的适应性差。涡街流量计的发生器容易被介质污染或被污垢缠绕，改变几何尺寸，极大地影响测量精度。

直管段要求高。专家指出，涡街流量计的直管段必须保证前40天和后20天满足测量要求。

耐温性差。涡街流量计只能测量300℃以下介质的流体流量。

USF于20世纪60年代末投入工业应用，自20世纪80年代末以来已占各国流量计销售额的4%~6%。1992年全球销量预计为35480台，而同期国内产品预计为8000 ~ 9000台。

8.电磁流量计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律测量导电液体的一种仪器。

电磁流量计具有一系列优异的特性，可以解决其他流量计不易应用的问题，如测量污浊流量和腐蚀性流量。

20世纪70年代和80年代，电磁流量技术有了重大突破，使其成为一种广泛使用的流量计，在流量计中的使用比例越来越大。

优点:

测量通道为光滑的直管，不会堵塞，适用于测量含有固体颗粒的液固两相流体，如纸浆、泥浆、污水等；

无流量检测造成的压力损失，节能效果好；

被测体积流量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响。

流量范围大，口径范围宽；

可以使用腐蚀性液体。

缺点:

电磁流量计的应用有一定的局限性。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，比如水处理好的加热用的气体和水。此外，高温时应考虑衬里。

电磁流量计通过测量导电液体的速度来确定工作状态下的体积流量。根据测量要求，对于液体介质，要测量质量流量，介质流量的测量要涉及流体的密度。不同的流体介质具有不同的密度，并随温度而变化。如果电磁流量计转换器不考虑流体密度，只给出常温下的体积流量是不合适的。

电磁流量计的安装调试比其他流量计复杂，要求更严格。变送器和转换器必须一起使用，两种不同类型的仪器不能一起使用。安装变送器时，从安装位置的选择到具体的安装调试，都必须严格按照产品手册的要求进行。安装现场不得有振动或强磁场。安装时，变送器和管道必须接触良好，接地良好。变送器的电位等于被测流体的电位。使用时，必须将测量管中剩余的气体排出，否则会造成较大的测量误差。

用电磁流量计测量带污垢的粘性液体时，粘性物质或沉淀物粘附在测量管内壁或电极上，改变了变送器的输出电位，带来测量误差。电极上的污垢达到一定厚度，可能导致仪表无法测量。

供水管道结垢或磨损改变内径，会影响原始流量值，造成测量误差。比如100 mm轨距内径变化1 mm，会带来2%左右的附加误差。

变送器的测量信号是很小的毫伏电位信号，除了流量信号外，还有一些与流量无关的信号，如相电压、正交电压、共模电压等。为了准确测量流量，需要消除各种干扰信号，有效放大流量信号。流量转换器的性能应该得到改善。最好使用微处理器转换器来控制激励电压，并根据被测流体的性质选择激励方式和频率，可以消除同相干扰和正交干扰。然而，改进后的仪器结构复杂，成本高。

价格更高。

应用概述:

电磁流量计在给排水工程中应用广泛，大口径仪表多用于给排水工程。中小直径常用于高要求或难以测量的场合，如钢铁行业高炉风口冷却水的控制，造纸行业纸浆液和黑液的测量，化工行业强腐蚀性液体的测量，有色冶金行业纸浆的测量；小口径、小口径常用于医药行业、食品行业、生物化学等有卫生要求的场所。电动势自20世纪50年代初开始应用于工业，应用领域日益扩大。从20世纪80年代末开始，电动势已经占到各国流量计销售额的16%~20%。

中国这几年发展很快，1994年销量估计在6500~7500台。国内已生产最大直径2~6m的ENF，并具备直径3m的实流校准设备能力。

9.超声波流量计

超声波流量计是根据超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均速度与声波本身速度的几何和的原理设计的。它还通过测量流速来反映流量。虽然超声波流量计直到20世纪70年代才出现，但它非常受欢迎，因为它可以制成非接触式，可以与超声波水位计相连来测量开口流量，并且不会对流体造成干扰和阻力。

超声波流量计根据测量原理可分为时差式和多普勒式。

近年来，利用时差原理制造的时差式超声波流量计得到了广泛的关注和应用，是目前企事业单位使用最多的超声波流量计。

利用多普勒效应制造的超声波多普勒流量计多用于测量带有一定悬浮颗粒或气泡的介质，但有一定的局限性，但解决了时差式超声波流量计只能测量单一清液的问题，也被认为是非接触式测量两相流的理想仪器。

优点:

超声波流量计是一种非接触式测量仪器，可用于测量难以接触和观察的流体流量和大管道流量。它不改变流体的流动状态，不产生压力损失，安装方便。

它可以测量高腐蚀性介质和非导电介质的流量。

超声波流量计测量范围广，管径从20毫米~ 5米到5米不等.

超声波流量计可以测量各种液体和污水的流量。

超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度和密度等热物理参数的影响。可以做成固定式和便携式两种形式。

缺点:

超声波流量计的测温范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体。

抗干扰能力差。它容易受到气泡、结垢、泵和其他声源混合的超声波噪声的干扰，影响测量精度。

直管段要求严格，前20天，后5天。否则离散性差，测量精度低。

安装的不确定性会给流量测量带来很大的误差。

测量管道的结垢会严重影响测量精度，带来显著的测量误差，即使严重，仪表也没有流量显示。

可靠性和准确性不高，重复性差。

使用寿命短。

超声波流量计通过测量流体速度来确定体积流量，并应测量其对液体的质量流量。仪器测量的质量流量是通过将体积流量乘以人工设定的密度获得的。当流体温度变化时，流体密度也随之变化，人工设定密度值无法保证质量流量的准确性。只有测量流体速度和密度，才能通过计算得到真实的质量流量值。

应用概述:

旅行时间法适用于清洁的单相液体和气体。典型的应用有工厂废水、奇液、液化天然气等；在气体应用方面，在高压天然气领域有良好的经验；

多普勒法适用于低非均质含量的两相流体，如未经处理的污水、工厂废水和肮脏的工艺流体，但通常不适用于非常清洁的液体。

10.质量流量计

由于流体的体积受温度、压力等参数的影响，用体积流量表示流量时要给出介质的参数。当介质参数不断变化时，往往难以满足这一要求，导致仪器显示值失真。

因此，质量流量计得到了广泛的应用和重视。质量流量计分为直接式和间接式。直接质量流量计利用与质量流量直接相关的原理进行测量。目前有量热法、角动量、振动陀螺、马格努斯效应、科里奥利力等质量流量计。间接质量流量计使用密度计直接乘以体积流量来获得质量流量。

在现代工业生产中，流动工作介质的温度和压力等操作参数在不断提高。在高温高压的情况下，由于材料和结构的原因，直接质量流量计的应用比较困难，而间接质量流量计由于受到湿度和压力适用范围的限制，往往不适合实际应用。

因此，带温度和压力补偿的质量流量计在工业生产中得到广泛应用。可视为间接质量流量计。它不使用密度计，而是利用温度、压力和密度之间的关系，利用温度和压力信号通过函数运算得到密度信号，再乘以体积流量得到质量流量。目前，虽然温度和压力补偿质量流量计已经投入实际使用，但当被测介质参数变化很大或很快时，很难或不可能进行正确的补偿。因此，进一步研究适合实际生产的质量流量计和密度计仍是一个课题。

11.热质量流量计

优点:

球阀易于安装和拆卸。并且可以带压安装。

基于金定律，直接测量质量流量。测量值不受压力和温度的影响。

反应快。

测量范围大，管道安装可测量最小8.8mm，最大30mm的管道流量。

插入式流量计，一个流量计可用于测量各种管径。

缺点:

精度不如其他类型的流量计，一般为3%。

它只能用于测量干燥和非爆炸性气体，如压缩空气体、氮气、氩气和其他中性气体。

12.科里奥利质量流量计

当流体在振动管中流动时，使用科里奥利质量流量计。基于与质量流量成比例的科里奥利力的直接质量流量计。

CMF在中国的应用起步较晚。近年来，几家制造商开发了自己的供应市场。也有几家厂家成立合资企业或利用国外技术生产系列仪器。

CMF在国外已经开发了30多个系列，每个系列的技术重点是:(1)流量检测和测量管结构的设计创新；提高仪器零点的稳定性和准确性；增加测量管的偏转，提高灵敏度；改善测量管的应力分布，减少疲劳损伤，增强抗振动和抗干扰能力。

13.明渠流量计

与以前的不同，它是一种用于测量不完全管状明渠自由表面自然流量的流量计。

管道流量不完全的水道称为明渠，测量明渠水流的水道称为明渠流量计。

除了圆形之外，明渠流量计还有多种形状，如U形、梯形和矩形。

明渠流量计的应用场所是城市供水引水渠道；火力发电厂的引水排水渠道、污水处理进排水渠道；工矿企业排水，水利工程和农业灌溉渠道。

14.静电流量计

东京工业大学研制了一种适用于测量输油管道中低导电液体流量的静电流量计。

静电流量计的金属测量管与管道系统绝缘连接，通过测量电容器上的静电荷可以知道测量管内的电荷。他们对由铜、不锈钢等金属和塑料制成的内径为4 ~ 8毫米的测量管和仪器进行了实际流量试验，试验表明流量和电荷接近线性。

15.复合效应流量计

仪器的工作原理是基于流体的动量和压力作用在仪器腔体上而产生的形变，通过测量复合效应的形变来计算流量。该仪器由GMI工程管理学院开发，已申请两项专利。

16.转速表型流量传感器

它是由俄罗斯科学与工程中心工业仪器公司基于悬浮效应理论开发的。该仪器已成功应用于多个领域，目前仍在改进中，以扩大其应用领域。

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