李蘭

（鄭州市熱力總公司，河南 鄭州 450000）

1 概述

計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)的眼睛，流量計(jì)量是計(jì)量科學(xué)技術(shù)的組成部分之一，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)、科學(xué)研究有著密切的關(guān)系。做好這項(xiàng)工作,對(duì)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(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高的當(dāng)今時(shí)代,流量計(jì)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。

2 流量計(jì)的重要意義

流量與溫度、壓力、重量一樣,是一般熱工化工生產(chǎn)過(guò)程的重要參數(shù),人們依據(jù)這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)督和控制,并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的自動(dòng)化,這對(duì)提高供熱質(zhì)量,保障生產(chǎn)安全,改進(jìn)操作工藝,改善生產(chǎn)條件等方面將有著重要意義；流量計(jì)量又是企業(yè)經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù)，流量計(jì)量準(zhǔn)確可靠是保證企業(yè)生產(chǎn)高效進(jìn)行,保證最佳經(jīng)濟(jì)效益的重要手段之一。

3 流量計(jì)的分類(lèi)

3.1 容積式流計(jì)

容積式流量計(jì)在流體入口端與出口端存在流體壓力降，從原理上講就像一臺(tái)從流體中吸收少量能量的水力發(fā)動(dòng)機(jī)，吸收的能量主要用來(lái)克服檢測(cè)元件和附件轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力。其中的機(jī)械測(cè)量元件把中途經(jīng)過(guò)的流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)確定的容積部分即容積測(cè)量室，并根據(jù)流體連續(xù)不斷地、重復(fù)地充滿(mǎn)和排空容積測(cè)量室的次數(shù)來(lái)測(cè)量其流體體積流量。容積式流量計(jì)在流量?jī)x表中是精度比較高的一種流量計(jì)。

3.2 推理式流計(jì)

這類(lèi)流量計(jì)包括的種類(lèi)非常多。不論是傳統(tǒng)的壓差流量計(jì)、浮子流量計(jì)，還是科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)，其共同特點(diǎn)是利用液體的其它物理特性進(jìn)行流量測(cè)量，而不是在一定時(shí)間內(nèi)直接對(duì)流體體積進(jìn)行測(cè)量。

4 常用流量計(jì)的介紹

4.1 容積式流里計(jì)

容積式流量計(jì)又稱(chēng)定量排量流量計(jì)，其利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分即測(cè)量室，根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿(mǎn)和排空其腔室流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量，它是一種總量計(jì)量表。按其測(cè)量元件分類(lèi)，可劃分為刮板式流量計(jì)、腰輪式流量計(jì)、橢圓式流量計(jì)、齒輪流量計(jì)、螺桿式雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、往復(fù)活塞式流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)、圓盤(pán)式流量計(jì)和液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)等。容積式流量計(jì)是一種傳統(tǒng)的計(jì)量?jī)x器，主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，但壓力損失大。

4.2 壓差式流量計(jì)

壓差式流量計(jì)是根據(jù)安裝在管道中流量檢測(cè)元件產(chǎn)生的壓差與管道的幾何尺寸的相互關(guān)系來(lái)推算流量的。由于流束在節(jié)流元件處形成局部收縮，流體流速增加,靜壓力降低，節(jié)流件前后產(chǎn)生了流體壓力差，而流體流量越大，其壓力差也越大。壓差式流量計(jì)的檢測(cè)元件按其作用原理可分為：節(jié)流式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓頭式、動(dòng)壓增益式及射流式等幾大類(lèi)。檢測(cè)件按其標(biāo)準(zhǔn)化程度可分為標(biāo)準(zhǔn)型和非標(biāo)準(zhǔn)型兩大類(lèi)。所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件,是指只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用,無(wú)需經(jīng)過(guò)實(shí)流校準(zhǔn)即可確定其流量值，并估算其誤差，而非標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)件是指成熟程度較差的、尚未列人國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測(cè)件。

4.3 浮子式流量計(jì)

浮子式流量計(jì)測(cè)量原理是流量計(jì)中有一根垂直安裝的下小上大的錐形管，錐形管中有一個(gè)可上下移動(dòng)的浮子，當(dāng)流體自下而上地流經(jīng)錐形管時(shí)，浮子上下端所受到的壓差形成浮子的浮力。當(dāng)浮子受到的浮力與浮子的重力相等時(shí)，浮子處于平衡位置。流經(jīng)流量計(jì)的流量與浮子上升的高度成正比關(guān)系，所以浮子的平衡位置高度可作為流量的一個(gè)標(biāo)識(shí)。浮子流量計(jì)按管子的材料可以分為玻璃管和金屬管兩大類(lèi)。浮子式流量計(jì)在小、微流量測(cè)量方面應(yīng)用較廣。

4.4 渦輪式流計(jì)

渦輪流量計(jì)主要由傳感器和轉(zhuǎn)換顯示儀兩部分組成。傳感器采用多葉片的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)感受流體的平均流速，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)可由機(jī)械、磁感應(yīng)、光或電子等方式來(lái)檢測(cè)，并由讀出裝置顯示或記錄，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)與流體的流量成正比，從而可以計(jì)量流體的流量。渦輪流量計(jì)廣泛地應(yīng)用于昂貴介質(zhì)，如石油等流量的測(cè)量。

4.5 電磁式流計(jì)

電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律原理設(shè)計(jì)的。在其測(cè)量管軸線(xiàn)和磁力線(xiàn)相垂直的管壁上安裝了一對(duì)檢測(cè)電極，當(dāng)導(dǎo)電液體沿測(cè)量管軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電液體切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可被兩個(gè)檢測(cè)電極測(cè)出，其數(shù)值大小與通過(guò)的流體流量成正比，繼而測(cè)量到其流體的流量。電磁流量計(jì)有許多其它流量計(jì)沒(méi)有的優(yōu)良特性，它可以被應(yīng)用到其它流量計(jì)不易應(yīng)用的場(chǎng)合，如臟污流、腐蝕流等介質(zhì)的測(cè)量場(chǎng)合。

4.6 渦街流計(jì)

渦街流量計(jì)的工作原理是流體以某一速度或高于這一速度繞過(guò)非流線(xiàn)物體時(shí)，在其下游形成強(qiáng)烈的湍流渦區(qū)，每個(gè)漩渦對(duì)著流量計(jì)內(nèi)部的擋塊產(chǎn)生連續(xù)的高壓脈沖。而單位時(shí)間內(nèi)高壓脈沖數(shù)正比于流體的速度，在一定的流體管徑條件下，每個(gè)脈沖代表了流體一定的單位體積，因此輸出脈沖數(shù)量的多少與流體的流速成正比,從而導(dǎo)出了流體的流量。渦街流量計(jì)是最新型的一類(lèi)流量計(jì)，其發(fā)展十分迅速。若按檢測(cè)方式可分為應(yīng)力式、電容式、熱能式、振動(dòng)體式、光電式和超聲式等多種類(lèi)型。

4.7 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是利用流體在一個(gè)管道中做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)又隨著管道做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它能產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利斯力，利用這種原理制成一種直接式質(zhì)量流量?jī)x表。由于“質(zhì)量”是流體基本的物理參數(shù)而非“導(dǎo)出”量，它不受其它物理參數(shù)的影響。因此，在工業(yè)流程中遇到的介質(zhì)密度、壓力、溫度、粘度、電導(dǎo)率及流動(dòng)斷面變化等，不會(huì)影響科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量精度。

4.8 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)按基本的原理方法分為傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類(lèi)。傳播時(shí)間法是根據(jù)聲波在流體中傳播時(shí)，順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向聲波傳播速度會(huì)減小的基本規(guī)律，利用兩者傳播速度之差與被測(cè)流體流速之間的內(nèi)在關(guān)系，求得流體流量的方法稱(chēng)之為傳播時(shí)間法。多普勒效應(yīng)法是根據(jù)從移動(dòng)源發(fā)射的聲波，在靜止點(diǎn)檢測(cè)其產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的原理，而進(jìn)行流量計(jì)量的方法。超聲波流量計(jì)內(nèi)部沒(méi)有流動(dòng)繞組和流體壓力損失，是非接觸式流量測(cè)量的典型流量計(jì)，它可用于多相和固相含量較多的多相流的測(cè)量。

5 流量計(jì)的選擇方法

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：發(fā)現(xiàn)約有60%流量?jī)x表所選擇測(cè)量方法是不合適或者使用不正確，其中一部分雖然采用適宜的測(cè)量方法，卻錯(cuò)誤地布置和安裝，由此可見(jiàn)正確選擇和使用流量?jī)x表并非易事。要正確和有效地選擇流量測(cè)量方法和儀表，必須熟悉五個(gè)方面因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用，如圖1所示；流量計(jì)的選擇是一個(gè)需要多次比較分析,全面反復(fù)論證的過(guò)程，五方面因素應(yīng)交替考慮，其相互關(guān)系如圖2所示。

圖1 分析五方面因素程序

圖2 五方面因素相互關(guān)系

5.1 性能要求和儀表規(guī)范方向的考慮

性能要求上考慮的內(nèi)容有：瞬時(shí)流量還是總量（累計(jì)流量）、精確度、重復(fù)性、線(xiàn)性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號(hào)特性和響應(yīng)時(shí)間等。不同測(cè)量對(duì)象有各自測(cè)量目的，在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn)。例如商貿(mào)核算和儲(chǔ)運(yùn)對(duì)精確度要求較高；連續(xù)測(cè)量過(guò)程控制通常只要求良好的可靠性和重復(fù)性，有時(shí)還要求寬的范圍度，而對(duì)測(cè)量精確度要求還放在次要地位。

5.2 流體特性方面的考慮

初選測(cè)量方法按流體類(lèi)型等初定若干適用方案后，還應(yīng)向工藝流程部門(mén)獲取詳細(xì)的流體物性諸多參量和屬性，進(jìn)一步考慮對(duì)所選擇方案的適應(yīng)性。除了流體類(lèi)別以外，通常還要考慮流體的溫度、壓力、密度、粘度和潤(rùn)滑性、腐蝕性和磨蝕性等，有些應(yīng)用場(chǎng)所還有衛(wèi)生要求。某些測(cè)量方法還要考慮流體物性中特殊參量，例如采用電磁流量計(jì)要了解液體的電導(dǎo)率。各類(lèi)流量?jī)x表總會(huì)受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上支配著待選儀表的型式。所選擇測(cè)量方法和儀表不僅要適應(yīng)被測(cè)流體的性質(zhì)，還要考慮在測(cè)量過(guò)程中流體物性某一參量變化的影響量。

xxx常見(jiàn)流體密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量可以從手冊(cè)中查到評(píng)估在使用條件下流體各參量和所選定儀表技術(shù)規(guī)范的適應(yīng)性。然而常會(huì)遇到不十分清楚流體的確切成分、溫度和壓力變化、流動(dòng)特性等，要用戶(hù)確定流體各物性的值是有困難的，此時(shí)應(yīng)向制造廠(chǎng)咨詢(xún)，估計(jì)擬選定的儀表可否使用。

5.3 安裝方面的考慮

不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大。例如有些儀表(如差壓式、渦輪式)需要長(zhǎng)的上游直管段，以保證儀表進(jìn)口端前流動(dòng)必須達(dá)到充分發(fā)恩而另一些儀表(例如容積式、浮子式)則無(wú)此要求或要求很低。有些儀表使用說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)說(shuō)明儀表應(yīng)考慮安裝位置與流動(dòng)方向、維護(hù)空間、安裝方向等要求及其影響，然而從眾多發(fā)表資料表明流量?jī)x表測(cè)量性能受安裝狀況的影響很大。追溯流量?jī)x表應(yīng)用不好誤差較大的原因，有很大部分是安裝不善所致。

常見(jiàn)的錯(cuò)誤有：①孔板進(jìn)口面反裝；②流量傳感器安裝在流速分布剖面不良的場(chǎng)所；③連接到差壓裝置的引壓管中存在不希望有的相；④安裝在有害的環(huán)境或不易接近的位置；⑤儀表處于錯(cuò)誤的流動(dòng)方向；⑥差壓式儀表引壓管線(xiàn)斜率不正確；⑦儀表或電信號(hào)傳輸線(xiàn)至于強(qiáng)電磁場(chǎng)下；⑧將易受振動(dòng)干擾的儀表裝于有振動(dòng)的管道；⑨缺少必要的防護(hù)性配件。

安裝方面考慮的因素有：儀表的安裝方向、流動(dòng)方向、上下游管道狀況、閥門(mén)位置、防護(hù)性配件、脈動(dòng)流影響、振動(dòng)、電氣干擾和維護(hù)空間等。

[1]孫鐵雷，王順喜.常用流量計(jì)及其使用選擇[J].農(nóng)機(jī)化研究.

[2]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)剛.流量測(cè)量方法和儀表的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.