流量测量仪表

简介

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　　流量测量仪表是用来测量管道或明沟中的液体、气体或蒸汽等流体流量的工业自动化仪表，又称流量计。
　　流量是指单位时间内流经管道有效截面的流体数量，流体数量用体积表示者称为体积流量，单位为米³/时、升/时等；流体数量用质量表示者称为质量流量，单位为吨/时、千克/时等。
　　早在1738年，瑞士人丹尼尔第一·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。
　　20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐成熟，人们开始探索新的测量原理。自1910年起,美国开始研制测量明沟中水流量的槽式流量计。1922年，帕歇尔将原文丘里水槽改革为帕歇尔水槽。
　　1911～1912年，美籍匈牙利人卡门提出卡门涡街的新理论；30年代,又出现了探讨用声波测量液体和气体的流速的方法，但到第二次世界大战为止未获很大进展，直到1955年才有应用声循环法的马克森流量计，用于测量航空燃料的流量。1945年，科林用交变磁场成功地测量了血液流动的情况。
　　二十世纪60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高差压仪表的精确度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为使电磁流量计的传感器小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁流量计。此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街流量计也在70年代问世。
　　随着集成电路技术的迅速发展，具有锁相环路技术的超声(波)流量计也得到了普遍应用。微型计算机的广泛应用，进一步提高了流量测量的能力，如激光多普勒流速计应用微型计算机后，可处理较为复杂的信号。
　　流量可利用各种物理现象来间接测量，所以流量测量仪表种类繁多。按测量方法分，流量计有差压式、变面积式、容积式、速度式和电磁式等。

差压流量计

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　　是应用非常广泛的一类流量测量仪表，约占流量测量仪表总数的70％。它由节流装置和差压计两部分组成，充满圆管的流体流经节流件(如孔板)时，流束在孔板处形成局部收缩，由于流速增加、静压力降低而在孔板前后产生压差，这一压差与流量的平方成正比。

测量压差的仪表

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　　有应变、电容和振弦式等差压变送器，以及双波纹管差压计等类型。这类仪表调试方便，且已规范化。只要将节流装置与差压计配套就可用于测量流体的流量。双波纹管差压计广泛应用在石油、化工、冶金、电力和轻工业等行业，仪表和节流装配套使用时，可以测量液体、蒸汽和气体的流量；和平衡器配套使用时，可以测量液位；单独使用时，可以测量液体、气体的压力、吸力，显示形式为指示、记录、报警、积算，采用了焊接波纹管，保证了高、低压波纹管有效面积一致，消除了静压误差，提高了测量精确度。

变面积式流量计的主要形式

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　　是转(浮)子流量计，是由锥形玻璃管和浮子组成，浮子能在垂直安装的锥形玻璃管内上下移动。被测流体自下向上流过管壁与浮子之间环隙时，托起浮子向上，这时管与浮子之间的环隙面积增大，直到浮子两边压差所形成的力与浮子重力相等时，浮子便处在一个平衡位置。
　　流量变化时浮子两边压差所形成的力也随之变化，使浮子又在一个新的位置上重新平衡，浮子浮起的高度即为流量计的读数。

涡轮流量计

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　　由传感器和显示仪表组成，传感器主要由磁电感应转换器和涡轮组成。流体流过传感器时，先经过前导流件，再推动铁磁材料制成的涡轮旋转。旋转的涡轮切割固壳体上的磁电感应转换器的磁力线，磁路中的磁阻便发生周期性的变化，从而感应出交流电信号。

信号的频率

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　　与被测流体的体积流量成正比，传感器的输出信号经前置放大器放大后输至显示仪表，进行流量指示和积算。涡轮转速信号还可用光电效应、霍耳效应等转换器检出。

电磁流量计

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　　是由传感器、转换器和显示仪表组成，根据法拉第电磁感应定律工作。

卡门涡街流量计

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　　是在流体中放置一个非流线型柱状物(圆柱或三角柱形等)，在某一雷诺数范围内便会在柱状物后面的两侧交替地产生一种有规律的旋涡。根据两侧旋涡之间的距离与同侧旋涡之间距的相互关系，就可测出旋涡频率即可得出体积流量。

一般流量计

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　　测量的是体积流量，而流体密度是随着温度、压力的变化而变化的。因此，在密度变化的情况下，求出的体积流量对某一规定的工况来说是不准确的，而质量流量却与温度、压力变化无关。因此在一些情况下，就需要使用质量流量计了。质量流量计可分为直接式和推导式两类。

新型流量测量仪表

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　　为了满足流量测量的特殊要求，随着新技术的发展，又出现一些新型流量测量仪表。例如多普勒激光流速计能测量射流元件内气流变化速度、超声速的气流和湍流、燃烧火焰，特别是它能测量速度的分布；用气动力输送各种物料时，需要测量气-固两相流的流量，为此而研制出一种不需要单独标定的相关流量计。

其它流量仪表

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超声波流量计

　　利用在不同流速中超声波传播的速度差异，测量发射端和接受端时间上的差异，从而知道流体的流速，乘以管道的截面积就可以知道流体的体积流量。

涡轮流量计

　　流体流过管道中涡轮叶片时，使涡轮叶片旋转，叶片的转速与流体的流量成正比，测量转速即可知道流体的流量。

靶式流量计

　　靶式流量计是一种流体阻力式流量计，当介质流过管道中的靶时，靶受到流体的作用力，力的大小与流体的流量的平方成正比，可以根据力的大小测量流量。
　　电磁流量计的测量原理
　　B：磁感应强度   V：液体在管道内的平均流速   D：管道内径
　　由上式可以看出，电动势与管道中流过的体积流量成正比。在实际工作中，由于永久磁场产生的感应电动势为直流，可导致电极极化或介质电解，引起测量误差，所以在工业用仪表中多采用交变磁场。
　　B=Bmax sinωt                                                                                  E= Bmax sinωt D V
　　所得到的感应电动势也是交变的，这样，可以消除介质的极化影响，同时测量出的信号容易放大，但相应增加了感应误差。
　　另外，为了解决烟丝、水泥和玉米粉等固体流量测量，而研制出冲量流量计；为解决矿石、纸、煤破碎后变成浆状液的输送，和污水处理、挖泥等污泥的运送中的计量问题，已有耐磨内衬和带浓度补偿的电磁流量计；另外，在大口径中插入一种由小口径涡轮、涡街和电磁等制成的插入式流量计，就可测量大流量，而且仪器价格低廉，压损小，也便于维修。