淺談流量計的選型與應用

流量計作為較難制造的幾類(lèi)儀表的類(lèi)別之一，其制作起來(lái)相對困難主要是因為流量計所測量的量是一個(gè)動(dòng)態(tài)的量。在流體流動(dòng)過(guò)程中不僅包含流體與管道之間的接觸應力，還包含了流體與流體之間的粘性摩擦力，其受力形式較為復雜。同時(shí)，流量計自身還要受到諸多因素如管道、形狀（矩形或者是圓形）、流體的物理性質(zhì)、流體的流動(dòng)狀態(tài)（層流或者是湍流）、速度分布以及自身的加工水平等影響。國內外已先后出現了幾十類(lèi)流量計，大體可分為容積式、面積式、熱式、差壓式、電磁式、渦輪式、超聲波式等幾大門(mén)類(lèi)。面對如此繁多的流量計種類(lèi)，如何選取合適的流量計在滿(mǎn)足使用要求的前提下還能降低成本是我們所要考慮的問(wèn)題。除此之外，流量計的正確使用與維護也應該是我們所要關(guān)注的問(wèn)題之一。

一、電磁式流量計

電磁流量計在國內的首次應用要追溯到上個(gè)世紀50年代末，隨后迅速普及使用其產(chǎn)品的更新速率也十分迅猛。該流量計的主要工作原理是一種遵循法拉第電磁感應定律的流量測量?jì)x器。即當流體的流動(dòng)方向垂直于磁感線(xiàn)方向時(shí)，在垂直于流體與磁感線(xiàn)的方向上會(huì )產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢E，并且當電磁感應強度B與兩磁極的距離固定時(shí)，此時(shí)電動(dòng)勢大小與流體的流速成正比例關(guān)系，不會(huì )受到外界溫度、壓力以及黏度等因素的干擾，測量管內部不會(huì )由于突出或者是收縮造成流體壓力的變化。除此之外，流量計所測得的結果是一個(gè)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的精確結果是一個(gè)與電動(dòng)勢有正比例關(guān)系的精確值，因此其測量結果也較為精確。在選擇機型時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素：

1.被測量的流體必須具有一定的導電性；

2.測量流體流速時(shí)，流體最好能夠超過(guò)量程的一半；

3.流體壓力必須低于流量計的最大承載壓力；

4.針對不同溫度與腐蝕程度的流體要選用不同的內襯材料與電極。

優(yōu)點(diǎn)：該種流量計由于其特殊的工作原理因此不存在節流部件，流體的壓力損失也相對較小。測量的結果只與流體流速有關(guān)不受其他因素干擾，測量的液體的范圍也相對較寬。隨著(zhù)制造技術(shù)與材料的不斷更新?lián)Q代，管口的直徑也在逐漸的增大，在測量液固兩相的介質(zhì)時(shí)可以通過(guò)更換電極與刮刀式電極進(jìn)行測量。隨著(zhù)技術(shù)的不斷革新該流量計的抗壓能力可高達32MPa，并且可以測量腐蝕性（強酸或者是強堿）的流體，其口徑目前可達到32米，使用壽命可以達到十年以上。隨著(zhù)該種流量計的廣泛使用，其制作成本也在一定程度上得到了降低，但是其價(jià)格尤其是大口徑管口流量計的價(jià)格還是相對較高。

缺點(diǎn)：受該種流量計工作原理的限制，該流量計不能夠測量伴隨著(zhù)大量氣體生成的流體，不能夠測量低電解率的流體，不能夠測量高溫流體。相比于其它種類(lèi)的流量計而言，對安裝與調試過(guò)程的要求也相對嚴格，在測量?jì)炔缓�有污垢且粘性較大的流體時(shí)，污垢會(huì )附著(zhù)在電極上，會(huì )對測量結果造成一定的影響，并且當附著(zhù)的污垢累積到一定程度后流量計甚至可能失靈。

二、超聲波流量計

所謂超聲波流量計是通過(guò)檢測流體在流動(dòng)過(guò)程中對朝圣波段的擾動(dòng)情況來(lái)測量流體的流量，其通常需要在封閉的管道中來(lái)進(jìn)行測量。其主要可分為：多普勒效應法、噪聲法、時(shí)間傳播法等。為了得到更為精確的測量結果，在測量過(guò)程中通常選擇流體流場(chǎng)穩定的區段，并遵循如下原則：

1.被測量流體的管道必須是充滿(mǎn)流體的滿(mǎn)管；

2.流體的管道的材質(zhì)必須是均勻分布，這樣有利于超聲波的傳導；

3.流量計的安裝位置應該選擇在直管段處，并且檢測位置最好選擇在遠離閥門(mén)、高壓電或者是變頻器等附近，避免他們對測量結果造成干擾。

4.要注意測量管段的污垢附著(zhù)情況，盡量選取在無(wú)污垢附著(zhù)區域。

優(yōu)點(diǎn)：該流量計選取的是一種非接觸測量形式的測量，因而可以用來(lái)測量一些無(wú)法接觸、不易觀(guān)察的管道位置。該種流量計同樣不會(huì )應影響流體原有的流動(dòng)狀態(tài)，也同樣可以測量腐蝕性較強的流體，此外該流量計還可以測量導電性能較差的流體。該流量計的可測量的管道直徑范圍較大（20mm～5m），同樣不會(huì )受到流體的自身的熱物性參數影響。其安裝形式可以分為捆綁式或者是便攜式兩種。

缺點(diǎn)：該種形式的流量計同樣不能測量溫度較高的流體，其測量溫度上限為200℃。對直管道的污垢附著(zhù)情況要求也相對較高，當污垢附著(zhù)過(guò)多時(shí)會(huì )降低測量精度，是結果出現一定的誤差，嚴重的會(huì )使流量計失靈。因而其可靠向相對較低（通常為1.5～2.5級之間），測量結果的可重復性較低。

三、渦街流量計

該種流量計發(fā)明于上世紀80年代中期，自發(fā)明以來(lái)在技術(shù)革新上速率較快，作為一種新型的流量計可謂是集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身，也得到了廣泛的應用。在我國國內，該種流量的使用范圍也越來(lái)越廣，我國在該類(lèi)流量計的研發(fā)上已經(jīng)具備了較為雄厚的實(shí)力。

在測量過(guò)程中需在流體管道中放置一個(gè)阻流棒，當流體流經(jīng)該位置時(shí)會(huì )在阻流棒的兩側出現兩個(gè)不對稱(chēng)的渦流，隨后會(huì )形成兩個(gè)旋轉方向相反的旋渦列，我們稱(chēng)之為卡門(mén)漩渦列。當卡門(mén)漩渦列穩定時(shí)，該漩渦的出現頻率與流體流速成線(xiàn)性關(guān)系。

優(yōu)點(diǎn)：該流量計的應用范圍較廣幾乎可以測量所有可以形成漩渦列的流體，同時(shí)除在封閉管道外，還可以在放置于開(kāi)放的溝槽中的量流體流量。并且相比于渦輪流量計，該流量計在維護過(guò)程中成本較低，其比例常數也固定不變。

缺點(diǎn)：

1.該類(lèi)流量計盡管測量范圍較大，大約在10：1左右，但是其測量的下限卻受到很多因素的約束：Re值不低于一萬(wàn)是渦街流量計工作的最低條件，同時(shí)對漩渦的能量也有一定的要求，當流體的流速較低時(shí)，所產(chǎn)生的漩渦強度與旋轉速度也會(huì )相對較低，此時(shí)流量計很難作出響應，此時(shí)的測量結果就會(huì )失真。因此在測量之前一定要估算好流體的流速范圍，以選取正確量程的流量計。同時(shí)，對于處于磁感強度較高的管道處的流體，不能采用此種方法進(jìn)行測量。

2.由于該種流量計是通過(guò)測量漩渦的產(chǎn)生頻率來(lái)測量流體的流量，因此還要避免除阻擋棒以外的因素產(chǎn)生漩渦。為此，就要避免機械振動(dòng)的產(chǎn)生。但是就實(shí)際工況而言機械振動(dòng)的產(chǎn)生是難以消除的，所以在直管道較長(cháng)的位置處不宜直接運用渦街流量計。

3.流體的溫度該流量計的測量結果也有很大的影響。比如對于壓電式的渦街流量計的最大工作溫度不能高于300℃，這主要是因為隨著(zhù)溫度的升高，阻抗的電阻會(huì )隨之降低進(jìn)而使得測量結果失真，因此應該為磁敏式或者是電容式的渦街流量計。

渦街流量計作為一種新型的、功能較為強大的流量計品種，在選擇的過(guò)程中也要注意一定的事項，假如與工況條件不符則也很難發(fā)揮其強大的性能。不僅要合理選擇，還要注重日常維護，提前排出機器故障以提升其工作效率。

四、差壓式流量計

該種流量計的使用歷史可以說(shuō)是較為悠久，并且其應用技術(shù)也較為成熟。該流量計的工作形式主要是通過(guò)靜壓力差來(lái)測量其流體的流量。最簡(jiǎn)單的該類(lèi)流量計是由三個(gè)裝置組成：節流器、差壓信號收集器、差壓信號變送器。節流器是在工業(yè)應用過(guò)程中，已經(jīng)形成的標準化的生產(chǎn)裝置——標準節流裝置。比如標準的孔板、噴嘴等零部件。目前也存在著(zhù)一些非標準的節流器，比如雙重孔板、環(huán)形孔板等等，這些儀表的標定通常需要在實(shí)流情況下標定。

總之，該類(lèi)流量計盡管出現的時(shí)間較早，但由于受到自身工作原理的限制以及其它種類(lèi)流量計的沖擊，使得差壓式流量計的適用范圍逐漸縮小，也慢慢地淡出了歷史的舞臺。

五、渦輪式流量計

該種類(lèi)的流量計屬于速度式流量計的重要組成部分，其主要是通過(guò)渦輪來(lái)測量流體的流動(dòng)速率，并以此為基礎測量出流體的流量。該類(lèi)流量計首先是要將流體的流動(dòng)速度轉變成渦輪的轉動(dòng)速度，進(jìn)而將渦輪的轉動(dòng)速度再轉換為電信號。該種形式的流量計不僅可以測量粘性較大的石油等液體，還可以測量氣體的流量或者是溫度較低的流體。

優(yōu)點(diǎn)：該類(lèi)流量計的測量精度較高，測量結果也具有較強的可重復性，同時(shí)抗干擾能力也相對較強。對于流體流動(dòng)狀態(tài)的影響較小，并且抗腐蝕能力較高，維修過(guò)程簡(jiǎn)便，結構簡(jiǎn)單，拆裝方便。目前的渦輪式流量計的材質(zhì)基本是碳化鎢材質(zhì)，同時(shí)傾向于一體化流量計的制造與研發(fā)，使得使用壽命大大提升。

缺點(diǎn)：該種類(lèi)的渦輪流量計不適宜長(cháng)期服役，其在長(cháng)期服役情況下準確率會(huì )下降。同時(shí)對管道的長(cháng)度也有一定要求（長(cháng)度不小于兩倍管道直徑），不適合測量污水流量。

除上述五類(lèi)流量計以外還有容積式、熱式等等在此不一一敘述。

綜上所述，在流量計選取過(guò)程中一定要嚴格按照服役要求選取，從儀表的自身優(yōu)缺點(diǎn)、服役工況以及經(jīng)濟因素幾個(gè)方面綜合考慮。在使用過(guò)程中，還要針對流體的性質(zhì)來(lái)決定流體的放置位置、放置形式以及測量方法。首先要保證流量計的正常使用，并在此基礎上來(lái)提高儀表的測量精度。為了保證流量計的測量精度，首先要將流量計放置于遠離強磁場(chǎng)的位置，還要考慮抗振性。同時(shí)還要針對外界環(huán)境以及流體溫度來(lái)選取合適的流量計。

結語(yǔ)任何流量計都有自己的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，每一種流量計都有自己的使用極限。對于不同的外界條件、流體性質(zhì)、工況條件要選取與之相匹配的流量計。還要注意每一種流量計的檢測與維修。這就要求我們要全面熟悉各類(lèi)流量計的特性，進(jìn)而在滿(mǎn)足使用要求的前提下大大降低成本。