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【本期内容以深圳瑞盛华为名播出】

测量流体流量的仪表统称为流量计或流量计。 流量计是工业测量中的重要仪表之一。 随着工业生产的发展，对流量测量精度和量程的要求越来越高，流量测量技术日新月异。 为了适应各种用途，各种型号的流量计相继问世。 目前已投入使用的流量计有100多台。

每个产品都有其特定的适用性和局限性。 按测量原理分，有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理原理等。

按流量计的结构原理分类。 流体振荡流量计中有体积流量计、差压流量计、转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。

按测量对象分，有封闭管道和明渠两种； 按计量目的可分为总量计量和流量计量，仪表分别称为总量表和流量计。 总量表计量一段时间内流经管道的流量，用短时间内的总流量除以时间的商表示。 实际上，流量计通常都装有累积流量装置，作为总量表使用。 总量表还装有流量信号装置。 因此严格意义上划分流量计和总量表是没有实际意义的。

一、按测量原理分类

1、力学原理：属于这类原理的仪表有差压式和利用伯努利定理的转子式； 利用动量定理的脉冲式和动管式； 使用牛顿第二定律的直接质量类型； 流体动量原则目标类型； 使用角动量定理的涡轮机类型； 利用流体振荡原理的涡流式和涡街式；

2、电学原理：用于此类原理的仪器有电磁式、微分电容式、电感式、应变电阻式等。

3、声学原理：超声波式是利用声学原理进行流量测量。 声波式（冲击波式）等

4、热学原理：利用热学原理测量流量有量热法、直接量热法和间接量热法。

5、光学原理：激光式、光电式等属于此类原理的仪器。

6、基于物理原理：核磁共振式、核辐射式等属于此类原理的仪器。

7、其他原则：有标注原则（示踪原则、核磁共振原则）、相关原则等。

2、按流量计的结构原理分类

根据目前流量计产品的实际情况，按照流量计的结构原理，大致可以分为以下几种类型：

1个差压流量计

差压流量计是根据安装在管道上的流量检测装置产生的压差、已知流体条件以及检测装置与管道的几何尺寸计算流量的仪表。

差压流量计由一次装置（检测片）和二次装置（差压转换及流量显示仪表）组成。 差压流量计通常按检测件形式分类，如孔板流量计、文丘里流量计、匀速管流量计等。

二次装置为各种机械、电子、机电一体化的差压表、差压变送器和流量显示仪表。 已发展成为三化（系列化、通用化、标准化）程度高、规格品种多的大类仪器仪表。 它可以测量流量参数和其他参数（如压力、液位、密度等）。

差压流量计的检测部件按其工作原理可分为几类：节流装置、液阻式、离心式、动压头式、动压头增益式和射流式。

试件按标准化程度可分为标准和非标准两类。

所谓标准检测部分是按标准文件设计、制造、安装和使用，无需实际流量标定即可确定其流量值和估算的测量误差。

非标试件成熟度较低，尚未纳入国际标准。

差压流量计是应用最广泛的流量计，其使用量在各类流量计中居首位。 近年来，由于各种新型流量计的问世，其使用比例逐渐下降，但仍是流量计中最主要的一种。

优势：

(1) 应用最广泛的孔板流量计，结构坚固，性能稳定可靠，使用寿命长；

(2)适用范围广，迄今为止还没有其他类型的流量计能与之相比；

(3)检测件、变送器、显示仪表由不同厂家生产，便于规模经济生产。

缺点：

(1)测量精度普遍偏低；

(2)范围窄，一般只有3:1~4:1；

(3) 对现场安装条件要求高；

(4)压力损失大(指孔板、喷嘴等)。

应用概述：

差压流量计的应用范围很广，在封闭管道的流量测量中用于各种对象，如流体：单相、混相、洁净、脏污、粘滞流等； 工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温等； 管径：从几毫米到几米； 流动工况：亚音速、音速、脉动流等。其在各工业部门的用量约占流量计总用量的1/4~1/3。

2孔板流量计

优势：

标准节流件在世界范围内通用，并得到国际标准组织的认可。 无需实流量标定即可投入使用，在流量计中独树一帜。 结构易于仿制，简单牢固，稳定可靠，价格低廉；

它的应用范围很广，包括所有的单相流体（液体、气体、蒸汽）和一些混合相流。 一般生产过程中都有针对管径和工况（温度、压力）的产品。

检测件、压差显示仪表可由不同厂家生产，便于专业化规模化生产；

缺点：

重复性和测量精度在流量计中属于中等水平。 由于受多种因素的复杂影响，精度难以提高。 范围窄，因为流量系数与雷诺数有关，一般范围只有3：1～4：1。 有长直管长度要求，一般难以满足。 尤其对于较大的管径，问题更为突出； 压力损失大； 通常为了维持孔板流量计的正常工作，泵需要额外的功率来克服孔板的压力损失。这个额外的功率消耗可以直接计算为

确定压力损失和流量计算。 一年多耗电数万度电，折合人民币数万元。下表为常压下的孔板

损失情况下的能耗计算结果。 运行天数按350天计算，电价按0.35元/千瓦时计算。 从表中计算出的耗电量数据可以看出，孔板的额外运行成本极高，而弯管流量计的运行成本为零！

孔板的精度由内孔的锐角保证，因此对腐蚀、磨损、结垢和污垢敏感。 长期使用精度难以保证，每年需拆检一次。 使用法兰连接容易出现跑、爆、滴、漏等问题，大大增加了维修工作量。

3个转子流量计

转子流量计，又称浮子流量计，是一种变截面流量计。 在自下而上膨胀的竖直锥形管内，截面为圆形的浮子的重力由液体动力承受，使浮子在锥形管内自由升降。

转子流量计是继差压流量计之后应用最广泛的一种流量计，尤其是在小流量和微流量方面。

20世纪80年代中期，日本、西欧、美国的销量占流量计的15%～20%。 我国1990年产量估计为12万～14万台，其中95%以上为玻璃锥管转子流量计。

特征：

(1)玻璃锥管转子流量计结构简单，使用方便。 缺点是耐压性低，玻璃管易碎的风险较大； (2) 适用于小管径、小流量；

(3)压力损失小。

4容积式流量计

容积式流量计又称容积式流量计，简称PD流量计，是流量计中精度最高的一类。 它利用机械测量元件将流体连续地分成一个已知的体积，并根据测量室充满和排出流体体积的次数来测量流体的总体积。

容积流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转鼓流量计等。 、湿式气表和膜式气表等。

优势：

(1) 测量精度高；

(2)安装管道条件对测量精度无影响；

(3)可用于高粘度液体的测量；

(4)范围广；

(5) 直读式仪表无需外接能源即可直接获得累加总量，清晰易操作。

缺点：

(1) 结果复杂、体积大；

(2)被测介质的种类、口径、工作状态有较大的局限性；

(3)不适用于高低温场合；

(4) 大多数仪器只适用于清洁的单相流体；

(5)产生噪声和振动。

应用概述：

容积式流量计、差压流量计和转子流量计并列为应用最广泛的三大流量计，常用于贵重介质（石油、天然气等）的总量计量。

近年来，工业发达国家PD流量计（不包括家用燃气表和家用水表）的销量占流量计的13%～23%； 我国约占20%数字压力表原理，1990年产量（不包括家用煤气表）估计为34万只，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。

5种污水流量计

污水流量计按测量原理分类：

1、流量计包括节流式流量计、皮托管流量计、均速管流量计、转子流量计、靶式流量计。 这些流量计利用伯努利方程的原理，通过测量流体的压差信号来反映流量；

2、流量计包括涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、多普勒超声波流量计、热线速度流量计等，通过测量流体流速来反映流量；

3、流量计包括齿轮流量计、刮板流量计、旋转活塞流量计，通过测量标准体积的小体积来反映流量；

4、流量计包括热式质量流量计、差压式质量流量计、叶轮式质量流量计、科利式质量流量计、间接式质量流量计等数字压力表原理，通过测量流体质量来反映流量；

5、流量计带有堰槽流量计，通过测量液位来反映流量。

污水流量计特点：

1、污水流量计结构简单，坚固可靠，使用寿命长。

2、测量管内无活动部件和阻力部件，无压力损失，无堵塞，测量可靠，抗干扰能力强，体积小，重量轻，安装方便，维修量小，测量范围广，测量不受流体温度和密度、压力、粘度、电导率等变化的影响，可安装在旧管道上，施工安装简单，工作量小。

6涡轮流量计

涡轮流量计是速度流量计的主要类型。 它利用多叶片转子（涡轮机）感测流体的平均流速，进而推导出仪表的流量或总量。

一般由传感器和显示器两部分组成，也可做成一体式。

涡轮流量计、容积式流量计和科里奥利质量流量计被誉为流量计中重复性和精度最好的三类产品。 作为流量计的十大类型之一，其产品已发展成为多款系列化批量生产的规模。

优势：

(1) 精度高，在所有流量计中，是最准确的流量计；

(2)重复性好；

(3)元件零漂移，抗干扰能力好；

(4)范围广；

(5)结构紧凑。

缺点：

(1)校准特性不能长期保持；

(2)流体的物理性质对流动特性有很大的影响。

应用概述：

涡轮流量计广泛用于以下测量对象：石油、有机液体、无机液体、液化气、天然气和低温流量

在欧美国家，涡轮流量计是消费量仅次于孔板流量计的天然计量仪表。 仅荷兰就在天然气管道上使用了 2600 多台各种尺寸和压力从 0.8 到 6.5 MPa 的燃气轮机。 流量计，它们已经成为优秀的天然气计量仪表。

7 涡街流量计（USF）

涡街流量计是在流体中放置一个非流线型的涡流发生器，流体在发生器两侧交替分离，释放出两串规则交错的涡流的仪表。 当过流截面一定时，流速与导向体积流量成正比。 因此，可以通过测量振荡频率来测量流量。 涡街流量计按频率检测方式可分为：应力式、应变式、电容式、热式、振动式、光电式和超声波式。 这种流量计是在1970年代研制开发的。 由于其结合了无旋转部件和脉冲数字输出的优点，非常有前途。

优势

(1)涡街流量计无活动部件，测量元件结构简单，性能可靠，使用寿命长。

(2)涡街流量计测量范围广。 调节比一般可以达到1:10。

(3)涡街流量计的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热学参数的影响。 通常不需要单独校准。 它可以测量液体、气体或蒸汽的流量。

(4)它引起的压力损失小。

(5)精度高，重复精度0.5%，维修量小。

缺点

(1)涡街流量计在工作状态下的体积流量不受被测流体的温度、压力、密度等热学参数的影响，但液体或蒸汽的最终测量结果应为质量流量. 对于气体，最终的测量结果应该是标准体积流量。 质量流量和标准体积流量都必须用流体密度换算，必须考虑流体工况变化引起的流体密度变化。

(2)引起流量测量误差的主要因素有：管道内流速不均引起的测量误差； 流体条件变化时无法准确测定介质密度； 假设湿饱和蒸汽为干饱和蒸汽进行测量。 如果不限制或消除这些误差，涡街流量计的总测量误差将非常大。

(3)抗振性能差。 外界的振动会使涡街流量计产生测量误差，甚至不能正常工作。 通道流体高流速的影响会引起涡街发生器悬臂的附加振动，从而降低测量精度。 大管径的效果更明显。

(4)对脏介质测量适应性差。 涡街流量计的发生体容易被介质污染或被污物缠绕，使几何尺寸发生变化，极大地影响测量精度。

(5)直管段要求高。 专家指出，涡街流量计的直管段必须保证前40D后20D能满足测量要求。

(6)耐温性差。 涡街流量计一般只测量300℃以下介质的流体流量。

USF于1960年代末进入工业应用，自80年代末以来占各国流量计销售额的4%~6%。 1992年全球销量估计为35,480台，同期国内产品估计为8,000~9,000台。

8 电磁流量计（EMF）

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的测量导电液体的仪表。

电磁流量计具有一系列优良特性，可以解决其他流量计不易应用的问题，如污浊流量和腐蚀流量的测量。

20世纪70年代和80年代，电磁流量技术有了重大突破，使其成为一种应用广泛的流量计，其在流量计中的使用比例不断上升。

优势：

(1)测量通道为光滑直管，不会堵塞，适用于测量含有固体颗粒的液固两相流体，如矿浆、泥浆、污水等；

(2) 无流量检测造成的压力损失，节能效果好；

(3) 被测体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的显着影响；

(4)流量范围大，口径范围广；

(5) 可使用腐蚀性流体。

缺点：

(1)电磁流量计的应用有一定的局限性。 只能测量导电介质的液体流量，不能测量非导电介质的流量，如气、水处理较好的热水。 此外，衬里需要考虑在高温条件下。

(2)电磁流量计通过测量导电液体的流速来确定工作状态下的体积流量。 根据测量要求，对于液体介质，应测量质量流量，介质流量的测量应涉及流体的密度。 不同的流体介质具有不同的密度并随温度变化。 如果电磁流量计换算器不考虑流体密度，只给出常温下的体积流量是不合适的。

(3)电磁流量计的安装调试比其他流量计复杂，要求也更严格。 变送器和转换器必须配套使用，两者之间不能使用两种不同型号的仪表。 安装变送器时，从安装地点的选择到具体的安装调试，都必须严格按照产品说明书的要求进行。 安装地点应无振动或强磁场。 安装时，变送器与管道必须接触良好，接地良好。 变送器的电位与被测流体的电位相同。 使用时，测量管内残留的气体必须放尽，否则会造成较大的测量误差。

(4)电磁流量计测量带有污垢的粘稠液体时，粘稠物或沉淀物粘附在测量管内壁或电极上，引起变送器输出电位发生变化，造成测量误差，以及电极上的污垢达到一定程度。 厚度，可能导致仪表无法测量。

(5)供水管结垢或磨损改变内径大小，影响原有流量值，造成测量误差。 例如，100mm 口径仪器的内径变化 1mm 会带来大约 2% 的附加误差。

(6)变送器的测量信号是非常小的毫伏级电位信号。 除了流量信号外，还有一些与流量无关的信号，如相电压、正交电压和共模电压等。 为了准确测量流量，需要消除各种干扰信号并对流量信号进行有效放大。 应改进流量转换器的性能。 最好使用基于微处理器的转换器，用它来控制励磁电压，根据被测流体的性质选择励磁方式和频率，以消除同相干扰和正交干扰。 但改进后的仪器结构复杂，成本高。

(7)价格较高

应用概述：

电磁流量计应用领域广泛，大口径仪表多用于给排水工程； 中小口径仪表常用于要求高或测量难度大的场合，如钢铁行业高炉风口冷却水控制、造纸行业纸浆液、黑液的测量，以及化学工业中纸浆和黑液的测量。 有色冶金行业强腐蚀性液体、矿浆； 小口径和微口径常用于制药、食品、生化等有卫生要求的场所。 ?EMF 从 20 世纪 50 年代初期就开始用于工业应用，并且其用途一直在扩大。 自20世纪80年代末以来，占各国流量计销售额的16%～20%。 ?我国近几年发展很快，1994年的销量估计在6500~7500台。 最大口径2~6m的易恩孚已在国内生产，具备口径3m实流标定的装备能力。

9超声波流量计

超声波流量计是根据超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质平均流速与声波本身速度的几何和的原理设计的。 它还通过测量流量来反映流量。 超声波流量计虽然是20世纪70年代才出现的，但由于可以做成非接触式，可以与超声波水位计联动测量开口流量，不会对流体产生扰动或阻力，因此很受欢迎。

超声波流量计按测量原理可分为时差式和多普勒式

利用时差原理制造的时差式超声波流量计，近年来受到广泛关注和使用，是企事业单位中应用最广泛的超声波流量计。

利用多普勒效应制造的超声波多普勒流量计多用于测量含有一定悬浮颗粒或气泡的介质。 使用有一定的局限性，但解决了时差超声波流量计只能测量单一清澈流体的问题。 ，也被认为是两相流非接触式测量的理想仪器。

优势：

(1)超声波流量计是一种非接触式测量仪表，可用于测量不易触摸和观察的流体流量和大管径流量。 它不改变流体的流动状态，不产生压力损失，安装方便。

(2) 可测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。

(3)超声波流量计测量范围大，管径从20mm到5m不等。

(4)超声波流量计可以测量各种液体和污水的流量。

(5)超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度和密度等热物理参数的影响。 它可以制成固定式和便携式两种形式。

缺点：

(1)超声波流量计的温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体。

(2)抗干扰能力差。 易受气泡、水垢、泵混入的超声波噪声等声源的干扰，影响测量精度。

(3)直管段要求严格，前部20D，后部5D。 否则，分散性差，测量精度低。

(4)安装的不确定性会给流量测量带来较大的误差。

(5)测量管路结垢会严重影响测量精度，造成明显的测量误差，严重时仪表无流量显示

(6)可靠性和准确度等级不高(一般在1.5～2.5级左右)，重复性差。

(7)使用寿命短(一般精度只能保证一年)。

(8)超声波流量计通过测量流体流速来确定体积流量。 对于液体，应测量其质量流量。 仪器测量的质量流量是由体积流量乘以人为设定的密度得到的。 当流体温度变化时，流体的密度也在变化，人为设定密度值不能保证质量流量的准确性。 只有同时测量流体流速和流体密度，才能通过计算得出真实的质量流量值。

应用概述：

渡越时间法适用于清洁的单相液体和气体。 典型应用包括工厂排放液体、奇异液体、液化天然气等； 气体应用在高压天然气领域有良好的经验；

多普勒法适用于非均相含量不太高的两相流体，如：原污水、工厂废水、脏的工艺流体； 通常不适用于非常干净的流体。

10 质量流量计

由于流体的体积受温度、压力等参数的影响，因此在用体积流量表示流量时，需要给出介质的参数。 在介质参数不断变化的情况下，往往难以满足这一要求，造成仪表显示值失真。 因此，质量流量计得到了广泛的应用和重视。 质量流量计有直接式和间接式两种。 直接质量流量计利用与质量流量直接相关的原理进行测量。 目前常用的质量流量计有量热式、角动量式、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等。 间接式质量流量计通过密度计与体积流量直接相乘得到质量流量。

在现代工业生产中，流动的工质的温度、压力等运行参数不断升高。 流量计通常不利于实际应用，因为密度计受湿度和压力范围的限制。 因此，温度压力补偿式质量流量计在工业生产中得到广泛应用。 可视为间接式质量流量计。 It is not equipped with a density meter, but uses the relationship between temperature, pressure and density, uses the temperature and pressure signals to calculate the density signal through a function, and multiplies it with the volume flow rate to obtain Mass Flow. Although temperature and pressure compensated mass flowmeters have been put into practical use at present, it will be difficult or impossible to compensate correctly when the parameters of the measured medium vary widely or rapidly. Gauge and density meter is still a subject.

11 thermal mass flowmeter (constant temperature difference TMF)

优势：

(1) Ball valve installation, easy installation and disassembly. And can be installed under pressure.

(2) Based on King's law, directly measure mass flow. Measured values ​​are independent of pressure and temperature.

(3) Quick response.

(4) Large measuring range, pipeline installation can measure the flow of 8.8mm pipeline at the minimum, and the maximum can be measured to 30''

(5) Plug-in type flowmeter, one flowmeter can be used to measure various pipe diameters.

缺点：

(1) The accuracy is not as good as other types of flowmeters, generally 3%.

(2) The scope of application is narrow, and it can only be used to measure dry non-explosive gases, such as compressed air, nitrogen, argon and other neutral gases.

12 Coriolis mass flow meter (CMF)

Coriolis mass flowmeter (hereinafter referred to as CMF) is a direct mass flow meter made by using the principle of Coriolis force proportional to the mass flow when the fluid flows in the vibrating tube.

The application of CMF in my country started relatively late. In recent years, several manufacturers (such as Taihang Instrument Factory) have developed and supplied the market by themselves; and several manufacturers have established joint ventures or introduced foreign technology to produce series instruments.

CMF has developed more than 30 series in foreign countries. The technical focus of each series development is: innovation in the design of the flow detection measuring tube structure; improving the performance of the zero point stability and accuracy of the instrument; increasing the deflection of the measuring tube and improving the sensitivity; improving the stress of the measuring tube. Distribution, reduce fatigue damage, strengthen anti-vibration interference ability, etc.

13 open channel flowmeter

Different from the previous ones, it is a flow meter for measuring free surface natural flow in a non-full tubular open channel.

A waterway that flows in a non-full pipe state is called an open channel, and a device that measures the flow of water in an open channel is called an open channel flowmeter.

In addition to the round shape, the open channel flowmeter also has various shapes such as U-shaped, trapezoidal, and rectangular.

The application sites of open channel flowmeters include urban water supply diversion canals; thermal power plant water diversion and drainage channels, sewage treatment inflow and discharge channels; industrial and mining enterprise water discharge, water conservancy projects and agricultural irrigation channels. Some people estimate that there are 1995 sets, accounting for about 1.6% of the overall flow meters, but there is no estimated data for domestic applications.

14 Electrostatic flowmeter (electrostatic flowmeter)

The Tokyo Institute of Technology in Japan developed an electrostatic flowmeter suitable for flow measurement of low-conductivity liquids in oil pipelines.

The metal measuring tube of the electrostatic flowmeter is insulated and connected to the piping system, and the charge in the measuring tube can be known by measuring the electrostatic charge on the capacitor. They respectively made the actual flow test of copper, stainless steel and other metal and plastic measuring tube instruments with an inner diameter of 4~8mm. The test shows that the flow and the charge are close to linear.

15 combined effects flow meter (combined effects meter)

The working principle of the instrument is based on the deformation caused by the momentum and pressure of the fluid acting on the instrument cavity, and the flow rate is obtained by measuring the deformation of the composite effect. This instrument was developed by the GMI Engineering and Management Institute in the United States, and two patents have been applied for.

16 tachometer flow rate sensor (tachmetric flowrate sensor)

It was developed by the Industrial Instrument Company of the Russian Science and Engineering Center and was developed based on the theory of levitation effects. The instrument has been successfully applied in several fields (for example, more than 2,000 units have been installed in nuclear power plants to measure hot water flow, and they have been used continuously for 8 years), and are still being improved to expand the application field.

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