流量仪表的分类和主要性能介绍

 一、流量仪表的历史、现状及发展趋势

    我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，60年代开始涡轮、电磁流量计的生产。至今，从事流量仪表研究和生产的单位已有200多家，90年代更进入了快速发展时期。流量仪表是一种仪表性能强烈依赖于使用条件的仪表，流量界人士曾言，流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，虽然实验室它可以得到*的度，但是在使用现场若条件变化，一切全都白废。流量计出厂检验其误差是±0.5%，可是在使用中却有可能造成±3～±10%的误差。其原因则多种多样，如量程选择不对，上下游直管道长度不足，液体中含气量较大，检测件腐蚀磨损，积垢及堵塞等等。应该说流量是一个测量系统的问题，在这个系统中包括检测装置、显示装置、前后测量管及辅助设备等。所以流量计本身性能好并不能保证获得要求的度，它要求整个测量系统符合规定的要求才行。综合而论，完善的流量计应适应的条件大致如下：

    （1） 检测体*物，用可随意移动更换安装点。

    （2） 夹装在管道外面，不需截开管路与流体。

    （3） 仪表流量计量方程简捷，并可推算未知数据，且无需实流校验。

    （4） 频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传，且抗干扰、方便的与计算机联接。

    （5） 仪表输出信号不受流体介质特性和流体，流动特性的影响。

    （6） 仪表重复性好、范围度宽、线性好。

    （7） 仪表可靠性高，价格适中，维修简单等。

    目前，很难说那种类型仪表兼备上述各项条件，只是依据测量条件，或多或少兼顾其适用性。

图1 封闭普通流量计分类

    正确合理的选择流量测量仪表并非易事，在对美国工业现场安装的流量仪表检查中，发现约半数以上的仪表选用不是zui合适的或使用不太正确，而在这些仪表中又约有半数以上虽然采用合适的测量方法，却被错误地布置和安装。因此，我们在选择时要充分考虑到各方面的因素。如：性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用等等。

    二、流量仪表分类及主要性能

    下面就目前市场上的主要流量仪表分类及主要性能及适应条件做个简要介绍：

    1 差压流量计

    差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的液体条件和检测件与管道的几何尺寸不测量的仪表。如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。近年来，在范围内，差压流量在流量仪表总量中台数约占到50%-60%。我国的销售台数约为40%左右。差压流量计的精度在很大程度上决定于现场的使用条件。主要是流体的物性参数及和流体流动特性。整套流量计的精度还决定于差压变送器和流量显示仪的精度。因此，差压流量计是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表，在任何的环节失误都会产生很大的误差。另外，差压流量计输出信号与流量为平方关系，是非线性仪表，范围度较窄。压力损失大也是它的弱点之一。在安装条件方面，和其它推理式流量一样，要求有较长的直管段。

    2 容积式流量计

    容积式流量计是利用机械测量文件把液体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室多次，重复地充满和排放该体积部分与流体的次数不测量液体体积总量。在流量仪表中是精度zui高的一类。在市场上，其销售额在工业发展发达国家中占流量仪表的20%左右，我国销售额大约在20%左右。容积式流量计其优点如下：

• 度高，基本误差一般为±0.5%；特殊的可达±0.2%左右；
• 没有前置直管段的要求，这一点在现场使用中有重要意义；
• 可用在高粘度流体的测量，范围度宽，一般为10:1到5:1；
• 层直读式仪表，无需外部能源，操作方便。

    任何仪表有其优点，也有其局限性，容积式流量计的缺点主要表现在：

• 结构复杂，体积大，笨重，故一般只适用于中小口径；
• 对被测介质种类，介质工况、局限性较大，适应范围窄；
• 安全性差，如检测活动件卡死，流体就无法通过；
• 部分形式容积式流量计在测量过程中会给流动带来脉动。

    由于精度高，在石化、医药、食品以及能源等工业部门计量昂贵介质时。然而，由于需要定期维护，因此在放射性有毒流体等不允许人们接近的维护的场所不宜采用。目前，容积式流量计作为贸易结算储运交接仪表。

    3 浮子流量计

    浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表。又称转子流量计。80年代，西方发达国家该种流量计的销售额约占流量仪表的10%-18%。我国约为15%左右。浮子流量计适用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，zui小口径做到1.5-4mm。浮子流量计对直管段要求不高，并有较宽的流量范围度。目前，被广泛地应用在电力、石化、冶金等流程工业和污水处理等公用事业。主要用作直观流动指示或测量精度要求不高的现场指示仪表。

    4 涡轮流量计

    涡轮流量计是叶轮式流量（流速）计的主要品种，叶轮式流量计还有风速计、水表等。该流量计在石油、各种液体及天然气、煤气等领域有着广泛应用。90年代中期在世界范围内，其销售额在流量仪表总线中约占9%左右。而我国在90年代其年销售量约在2万台以下。主要特点：

• 高精度，对于液体一般为±0.25%R－±0.5%R,而介质为气体，一般为±1%-±1.5%R；
• 重复性好，短期重复性可达0.05%-0.2%,因此在贸易结算中是优先选用的流量计；
• 输出脉冲频率信号，无零点漂移，抗*力强；
• 范围度宽，结构紧凑轻巧，安装维护方便；
• 难以长期保持较好的特性，需定期检验；
• 一般液体随粘度的增大，流量计测量下限值提高，范围度缩小，线性度变差；
• 流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大影响，受流速分布畸变和　转流的影响较大；
• 不适于脉动流和混和流的测量，同时，对被测介质的清洁度要求较高等。

    5 电磁流量计

    电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。近年来，发展速度较快，95年产量估计在13万台以上。其优缺点如下：

• 由于测量通通是一段无阻流检测件的光滑直管，不易阻塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相液体，如纸浆、泥浆等；
• 所测得的体积流量，不受流体密度、粘度、压力等变化明显的影响；
• 对直管段的要求较之其它流量仪表不高；
• 可测正、反双向流量，也可测脉动流量，并可应用于腐蚀性流体；
• 不能测量电导率很低的液体；
• 不能测量气体、蒸汽和含有较多大气泡的液体等。

    目前，电磁流量计，其大口径仪表较多应用于给排水工程，中小口径常用于固液双相等难测流体，或高要求场所。如工业纸浆、矿浆、化学工业的强腐蚀液等。小口径、微小口径则常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求的场所。

    6 涡街流量计

    70至80年代是涡街流量计迅速发展时期，开发出众多类型阻流体及检测性的涡街流量计，并大量投放市场。我国涡街在发展高峰期，曾达到数十家，应该说，涡街流量计尚属发展中的产品，无论在理论基础或是实验经验尚较差，目前zui基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论。优点和局限性：

    优点：

• 结构简单牢固，安装维护方便；
• 适用的流体种类多。如液体、气体、蒸汽和部分混相流体；
• 精度较高、范围较宽、压损小。

    局限性：

• 不适用于低雷诺数测量，故在高粘充、低流速、小口径情况下应用受到限制；
• 旋涡分离的稳定性受流速的影响。要求有足够的直管段；
• 力敏检测法对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所；
• 仪表在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验；
• 涡街流量计在多年使用中，其效果并不理想，大致原因在产品的质量、选型不当，以及现场调整问题。

    7 超声波流量计

    由于超声波测量原因是长度与时间二个基本量的结合，其导出量溯源性较好，有可能据此建立流量的基准。超声波流量计的优缺点和局限性：

    优点：

• 非接触测量，无需停产安装，这是在工业用流量仪表中具有的*优点，适用于管网流动状况评估测定；
• 超声波流量计为无流动阻挠测量，故管　内无压力损失；
• 对于大型管道，不仅能带来方便的安装，更带来可观的经济效益。

    局限性：

• 由于外装器不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里与内管壁剥离的管道（近年来，汇中公司开发出的插入式测量*的解决了这个问题。且能实现不停产安装、调试）。
• 超声波流量计以其*的特性而迅速得到了广泛的应用。有数据显示到90年代中期年产量超过30000台，其它主要流量仪表还有科里奥利质量流量计、热式质量流量计、明渠流量计等。