流量計的分類

流量計的分類目前還沒有統(tǒng)一的規(guī)定。根據(jù)不同的原則有不同的分類方法，如目的、原理、方法和結(jié)構(gòu)、流體的形式以及用途等形式。這里對應(yīng)用子封閉式管道的流量計的測量方法進(jìn)行分類。

以下主要介紹一部分物理效應(yīng)的體積流量計和質(zhì)量流量計的原理、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用情況等。這些流量計包括轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦街流量計、超聲波流量計。

1、轉(zhuǎn)子流量計

轉(zhuǎn)子流量計又稱浮子流量計，是變面積式流量計的一種，它是由一個錐形管和一個置于錐形管內(nèi)可以上下自由移動的轉(zhuǎn)子(也稱浮子)構(gòu)成。轉(zhuǎn)子流量計本體可以用兩端法蘭、螺紋或軟管與測量管道連接，垂直安裝在測量管道上。當(dāng)流體自下而上流入錐管時，被轉(zhuǎn)子截流，這樣在轉(zhuǎn)子上、下游之間產(chǎn)生壓力差，轉(zhuǎn)子在壓力差的作用下上升，這時作用在轉(zhuǎn)子上的力有三個：流體對轉(zhuǎn)子的動壓力（向上）、轉(zhuǎn)子在流體中的浮力（向上）和轉(zhuǎn)子自身的重力（向下）。

流量計垂直安裝時，轉(zhuǎn)子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉(zhuǎn)子上的三個力都平行于管軸。當(dāng)這三個力達(dá)到平衡時，轉(zhuǎn)子就平穩(wěn)地浮在錐管內(nèi)某一位置上。此時，重力=動壓力+浮力。對于給定的轉(zhuǎn)子流量計，轉(zhuǎn)子大小和形狀己經(jīng)確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知的常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨來流流速的大小而變化的。因此當(dāng)來流流速變大或變小時，轉(zhuǎn)子將作向上或向下的移動，相應(yīng)位置的流動截面積也發(fā)生變化，直到流速變成平衡時對應(yīng)的速度，轉(zhuǎn)子就在新的位置上穩(wěn)定。對于一臺給定的轉(zhuǎn)子流量計，轉(zhuǎn)子在錐管中的位置與流體流經(jīng)錐管的流量的大小成一一對應(yīng)關(guān)系。這就是轉(zhuǎn)子流童計的計量原理。

 轉(zhuǎn)子穩(wěn)定時公式：

其中：

t為轉(zhuǎn)子的密度；

f為流體的密度；

V為轉(zhuǎn)子的體積；

P為轉(zhuǎn)子前后的壓差（P是一常數(shù)）；

A為轉(zhuǎn)子的*大截面積。

 

2、電磁流量計

電磁流量計測量原理是基于法拉*電磁感應(yīng)規(guī)律。流量計的測量管是一內(nèi)襯絕緣材料的非導(dǎo)磁合金短管。兩只電*沿管徑方向穿通管壁固定在測量管上。其電*頭于襯里內(nèi)表面基本齊平。勵磁線圈由雙向方波脈沖勵磁時，將在與測量管軸線垂直的方向上產(chǎn)生一磁通量密度為B的工作磁場。此時，如果具有一定電導(dǎo)率的流體流經(jīng)測量管，將切割磁力線感應(yīng)出電動勢E。電動勢E正比于磁通量密度B，測量管內(nèi)徑d與平均流速   的乘積、電動勢E（流量信號）由電*檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器將流量信號放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖，模擬電流信號，用于流量的測量和控制。

式中： E---------為電*間的信號電壓（v）

       B---------磁通密度（T）

       d---------測量管內(nèi)徑(m)

         --------平均流速（m/s）

       K---------常數(shù)

由于K為常數(shù)，勵磁電流是恒流的，故B也是常數(shù)，則由（1-1）式可知，體積流量Q與信號電壓E成正比，即流速感應(yīng)的信號電壓E與體積流量Q成線性關(guān)系。因此，只要測量出E就可確定流量Q，這就是電磁流量計的基本工作原理。

由(1-1）式可知，被測流體介質(zhì)的溫度、密度、壓力、導(dǎo)電率、液固兩相流體介質(zhì)的液固成分比等參數(shù)不會影響測量結(jié)果。至于流動狀態(tài)只要符合軸對稱流動（如層流或紊流）就不會影響測量結(jié)果的。因此說電磁流量計是一種真正的體積流量計。

 

3、渦街流量計

渦街流量計是由設(shè)計在流場中的旋渦發(fā)生體、檢測探頭及相應(yīng)的電子線路等組成。當(dāng)流體流經(jīng)旋渦發(fā)生體時，它的兩側(cè)就形成了交替變化的兩排旋渦，這種旋渦被稱為卡門渦街。斯特羅哈爾在卡門渦街理論的基礎(chǔ)上又提出了卡門渦街的頻率與流體的流速成正比，并給出了頻率與流速的關(guān)系式：

f = St × V/d

式中：f 渦街發(fā)生頻率 (Hz)

V旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速(m/s )

St 斯特羅哈爾系數(shù)（常數(shù)）

這些交替變化的旋渦就形成了一系列交替變化的負(fù)壓力，該壓力作用在檢測探頭上，便產(chǎn)生一系列交變電信號，經(jīng)過前置放大器轉(zhuǎn)換、整形、放大處理后，輸出與旋渦同步成正比的脈沖頻率信號或標(biāo)準(zhǔn)信號。

在流體管道中，垂直插入—個柱形阻擋物，在其后部（相對于流體流向）兩側(cè)就會交替地產(chǎn)生旋渦。隨著流體向下游流動形成旋渦列，我們稱之為卡門渦街。我們把產(chǎn)生旋渦的柱形阻擋物定義為旋渦發(fā)生體在一定條件下旋渦的分離頻率與流體的流速成線性關(guān)系。因而，只要檢測出旋渦分離的頻率，即可計算出管道內(nèi)流體的流速或流量。

 

4、超聲波流量計

超聲波流量計在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個傳感器到達(dá)另一個傳感器，就像一個渡船的船夫在橫渡一條河。當(dāng)氣體不流動時，聲脈沖以相同的速度（聲速，C）在兩個方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速V（該流速不等于零），則順著流動方向的聲脈沖會傳輸?shù)每煨?，而逆著流動方向的聲脈沖會傳輸?shù)寐＿@樣，順流傳輸時間tD會短些，而逆流傳輸時間tU會長些。這里所說的長些或短些都是與氣體不流動時的傳輸時間相比而言；根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種。

根據(jù)對信號檢測的原理，目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)*簡單，便于測量和攜帶，價格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．

多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。

相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個缺點可以克服。

噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準(zhǔn)確度低。 

以上幾種方法各有特點，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當(dāng)流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，采用V法或X法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計應(yīng)用開辟廣闊前景。