流量仪表的现状与发展趋势

摘 要：流量仪表是一种重要的计量仪表，广泛用应于现代化建设、国防及科研，对节约资源保护环境起到至关重要的作用。本文从工农业生产和科研的实际应用出发，重点介绍了几种常用的流量仪表，重点介绍了各自的优缺点及应用范围。随着新技术、新材料的应用，分析了今后流量仪表的主流发展趋势及方向。关键词：流量仪表；应用范围；发展趋势

近年来，随着科学技术及工业自动化水平的发展，科技人员不断改进现有的测量方法和运用数字化信号处理方法，提高了流量仪表的可靠性、稳定性、精准性。随着我国对节能环保的要求越严，流量仪表是一种重要的计量仪表，流量仪表应用会更加广泛，现就对流量仪表的应用现状发展趋势做如下论述。

1 流量仪表定义及种类

流量分为瞬时流量及累积流量，瞬时流量是指在单位时间内流过管道截面积流体的量，可分为体积流量及质量流量。累积流量是指一段时间内，流过管道截面积液体的总和。用来测量流量的仪表为流量仪表。就目前工业生产中应用情况看，检测方法多样，但还没有统一的分类，一般可分为体积流量计量、质量流量计量。

2 体积计量仪表

体积计量可分为速度式测量仪表、容积式测量仪表。速度式测量仪表又分为液体力学法、电学法、声学法、执学法、光学法等。容积式流量仪表有刮板、双转子等，速度式流量仪表有孔板、阿牛吧、涡街、涡轮、电磁等流量仪表，下面就目前国内工业生产中几种常用的流量仪表简单介绍如下：

2.1 孔板流量计

孔板流量计是差压式流量计。根据能量守恒定律和流动连续性方程，当充满管道的流体流经管道内的节流装置，流速将在节流件处流速增加，静压力降低，在节流件前后产生压力差（差压）。流体的流速愈大，在节流件前后产生的差压也愈大，因此通过测量差压来测量流体流过节流装置时的流量大小。

优点：孔板流量计介质适应性好（流体、气体、蒸汽通用），毋须实流标定，耐高温高压，耐冲击不易变形、适用于大口径，价格实惠、安装方便、有可靠的实验数据。

缺点：量程比小，压力损失大，易结垢堵塞，维护工作量大。

2.2 阿牛巴流量计

阿牛巴流量计是一种新型差压流量计，也是速度式流量计，根据能量伯努力守恒定律和流动连续性方程，运动中的流体保持其流动的能量称动压能。流体的动压能与流速有关，改变流体的运动状态，流体的动压能会改变流体的运动状态的物体上，检测差压就能得到流速，并进而获得流量值。

T型阿牛巴流量计特点：①抗堵，速度式流量计检测平均速度，流量计正面高压取压槽口跨越整个管道，获得了较大的取样面积，从而得精准平均速度。一些杂质的吸附对测量精度不会造成灾难性的测量误差。流体在阿牛巴正面能形成一个大的高压区，流体中的微粒偏转绕过这个高压区，并流离T型阿牛巴背后低压取压口的滞留区，使得杂质不会进入阿牛巴的内部。②高精度， K值直接关系到流量计的测量精度。T型阿牛巴流量计的K值在各个雷诺数范围内保持恒定，确保 K值在流量变化，特别是在小流量时不稳定的问题，测量精度保证在±0.75 %范围内。③抗干扰，低流量时，输出信号的信噪比低，失真大，差压变送器对微差压测量的精度和稳定性不高。T型阿牛巴流量计能使差压变送器获得良好的差压信号。④气体方便实现温压补偿，通过增加压力、温度补偿来提高测量精度。⑤便于安装，T型阿牛巴流量计的正面高压取压槽口跨越整个管道，降低了流量计的安装要求。允许在X，Y，Z三轴方向上有±5゜的偏差，所以安装和调试方便。

优点：T形传感器设计，高达0.75%流量精度，压力损失最低，可用于2到96英寸（DN50-DN2400 毫米）管线尺寸。具有各种安装组态，一体化阀组安装头可直接与差压变送器进行装配，PLo-Tap设计无需系统停机即可安装，适用流体类型：液体，气体，蒸汽。

缺点：制造复杂、价格高。

2.3 旋涡流量计

在流体中设置旋涡发生体，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。斯特劳哈尔数

f=St*v/d

式中：f： 卡门涡街释放频率；

St：系数（斯特劳哈尔数）；

V：流速；

d：发生体的宽度。

卡门涡街释放频率f和流速v成正比，因此通过测量卡门涡街释放频率就可以算出瞬时流量。

优点：安装方便，便于维护。

缺点：容易受电磁、振动影响。

2.4 涡轮流量计

当流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，根据磁电感应可以把转数周期性地变化转化为电脉冲信号。电脉冲数量与流量成正比，在一定的流量范围下，是线性的，脉冲信号经放大器放大后，传给流量积算仪可以显示瞬时流量和累积流量。

优点：安装方便，结构简单，精度高，对介质要求高，不能有杂质。

缺点：易受电磁信号干扰，管道振动会对其测量精度影响很大。

2.5 电磁流量计

电磁流量计的原理：根据法拉利电磁感应定律，导电介质在管道中运动，在外加磁场的作用下，做切割磁力线的运动，从而产生感应电信号，电信号的大小与导电介质在管道的流速成正比，通过测量电信号通过放大电路输出4-20mA标准信号。由于检测元件在流量计管道外部，可以测量高污染、高腐蚀介质，通过实验，电磁流量计在含水含沙原油应用取得了良好的测量效果，降低了生产成本，取得了良好的社会及经济效应。

优点：高精度，量程比宽，压力损失小，安装维护方便。

缺点：抗电磁干扰差。

3 质量流量计

管道里流体被振动时，形成一个与流动方向垂直的反作用力，根据科里奥利效应，由于震动不同步，入口处与出口处在振动的时间不同，形成相位时间差。相位差与流过管子的流体质量流量的多少成正比。通过电路能检测出这种时间差异，也就把质量流量的大小给给予确定。这就是科里奥利质量流量计。

优点：精度高，应用范围广。无直管段要求。可多参数测量。

缺点：低密度、低壓气体不能测量；液体中含气量多的会有影响测量精度。管道振动也不利于测量，易安装。压损大，价格昂贵。

4 超声波流量计

超声波流量计原理：利用液体对超声波的影响对流量进行测量，是一种非接触式流量计，根据被测介质的流向，分为上游和下游，上游和下游各装一个传感器发射超声波，上游发射一个超声波信号，下游的接收，取得传输时间；同时下游传感器发射一个超声波信号，上游的接收，又取得传输时间，这两个时间长短不同，其时间差和测量介质的流速是成正比。这样被测介质的流速通过计算就可以得出流量。按测量原理分可以分为：相差式、频差比，时差式等。

优点：无压力损失，量程比宽，测量精度高，便于携带，通用性强。

缺点：对直管段长度要求高。

5 流量仪表的发展趋势

目前，国内流量总体水平不高，与国外有一定的差距，随着科技的进步发展和工业自动化程度的提高和科技工作者不断提高研发力度，流量测量技术会得到较大发展。现就流量计的发展方向总结如下：①流量检测技术的发展，流量计趋向数字化、智能化、高精度发展。质量流量计、超声波流量计等会得到更广泛的应用；②由于通讯技术的发展，流量计趋向远程控制及网络化发展；③流量计趋向从单相测量向多相测量发展。自动化水平高、结构简单、维护方便、更加智能等方向会是流量仪表的主流趋势。

参考文献：

[1]林克努.流量检测仪表的发展[J].自动化仪表，1994（02）.

[2]蔡武昌.流量测量仪表现状与发展[J].自动化仪表，1996（03）.

作者简介：

赵广阔（1976- ），男，研究方向：流量仪表传感器测量技术及测量信号处理方法。

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