流量表

電磁流量計；

轉子流量計；

超聲波流量計；

渦街流量計；

質量流量計。

電磁流量計的工作原理是基於法拉第電磁感應定律。在電磁流量計中，測量管內的導電介質相當於法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產生恆定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電壓（工作原理如下圖所示）。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現與流體和測量電極的電磁隔離。傳感器主要組成部分是：測量管、電極、勵磁線圈、鐵芯與磁軛殼體。它主要用於測量封閉管道中的導電液體和漿液中的體積流量。包括酸、鹼、鹽等強腐蝕性的液體。該產品廣泛應用於石油、化工、冶金、紡織、食品、製藥、造紙等行業以及環保、市政管理，水利建設等領域。

轉子流量計由兩個部件組成，轉子流量計一件是從下向上逐漸擴大的錐形管;轉子流量計另一件是置於錐形管中且可以沿管的中心線上下自由移動的轉子。轉子流量計當測量流體的流量時，被測流體從錐形管下端流入，流體的流動衝擊着轉子，並對它產生一個作用力(這個力的大小隨流量大小而變化);當流量足夠大時，所產生的作用力將轉子托起，並使之升高。同時，被測流體流經轉子與錐形管壁間的環形斷面，這時作用在轉子上的力有三個:流體對轉子的動壓力、轉子在流體中的浮力和轉子自身的重力。 流量計垂直安裝時，轉子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉子上的三個力都沿平行於管軸的方向。當這三個力達到平衡時，轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。對於給定的轉子流量計，轉子大小和形狀己經確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨來流流速的大小而變化的。因此當來流流速變大或變小時，轉子將作向上或向下的移動，相應位置的流動截面積也發生變化，直到流速變成平衡時對應的速度，轉子就在新的位置上穩定。對於一台給定的轉子流量計，轉子在錐管中的位置與流體流經錐管的流量的大小成一一對應關係。

為了使轉子在在錐形管的中心線上下移動時不碰到管壁，通常採用兩種方法:一種是在轉子中心裝有一根導向芯棒，以保持轉子在錐形管的中心線作上下運動，另一種是在轉子圓盤邊緣開有一道道斜槽，當流體自下而上流過轉子時，一面繞過轉子，同時又穿過斜槽產生一反推力，使轉子繞中心線不停地旋轉，就可保持轉子在工作時不致碰到管壁。轉子流量計的轉子材料可用不鏽鋼、鋁、青銅等製成 ^[2]  。

超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，並將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。超聲波流量計的電子線路包括髮射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數字量或模擬量顯示。超聲波流量計按測量原理分類有：①傳播時間法；②多普勒效應法；③波束偏移法；④相關法；⑤噪聲法。 ^[3] 

渦街流量計是利用流體力學中著名的卡門渦街原理，即在流動的流體中插入一個非流線型斷面的柱體，流體流動受到影響，在一定的雷諾數範圍內將在柱體下游,均要產生漩渦分離。漩渦分離頻率，即單位時間內由柱體一側分離的漩渦數目f與流體速度V₁成正比，與柱體迎流面的寬度d成反比，即：

式中：

f—漩渦分離頻率；

Sr—斯特勞哈爾數(無量綱)，對於一定柱型在一定流量範圍內是雷諾數的函數；

V₁—漩渦發生體兩側的流速，m/s；

d—漩渦發生體迎流寬。

渦街流量計由殼體、漩渦發生體和放大器組成。一種典型的結構如圖2所示，殼體內插入柱體，由其產生的渦街信號可用各種檢測方式檢出，經放大器放大後,輸出脈衝信號。 ^[4] 

科氏質量流量計是一種用於直接測量質量流量的流量計，它在原理上消除了温度、壓力流體狀態、密度等參數的變化對測量精度的影響，可以適應氣體、液體、兩相流、高黏度流體和糊狀介質的測量。一台質量流量計的計量系統包括一台傳感器和一台用於信號處理的變送器。Rosemount質量流量計依據牛頓第二定律:力=質量×加速度(F=ma)，當質量為m的質點以速度V在對P軸作角速度ω旋轉的管道內移動時，質點受兩個分量的加速度及其力:

(1)法向加速度，即向心加速度αr，其量值等於2ωr，朝向P軸；

(2)切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等於2ωV，方向與αr垂直。由於複合運動，在質點的αt方向上作用着科里奧利力Fc=2ωVm，管道對質點作用着一個反向力-Fc=-2ωVm。

當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恆定速度V流動時，任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx (1)

式中，A-管道的流通截面積。

由於存在關係式:mq=ρVA

所以:ΔFc =2ωqmΔx (2)

因此，直接或間接測量在旋轉管中流 動流體的科里奧利力就可以測得質量流量 ^[5]  。

電磁按激磁方式分類：直流勵磁；交流勵磁；低頻方波勵磁，要產生一個均勻恆定的磁場，就需要選擇一種合適的勵磁方式。如按勵磁電流方式劃分，有直流勵磁、交流（工頻或其他頻率）勵磁、低頻矩形波勵磁和雙頻矩形波勵磁。

1.直流勵磁：直流勵磁方式用直流電或採用永久磁鐵產生一個恆定的均勻磁場。這種直流勵磁變送器的最大優點是受交流電磁場干擾影響很小，因而可以忽略液體中的自感現象的影響。但是使用直流磁場易使通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子，在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極，這將導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作。所以，直流勵磁一般只用於測量非電解質液體，如液態金屬流量（常温下的汞和高温下的液態鋼、鋰、鉀）等。

2.交流勵磁：工業上使用的電磁流量表，大都採用工頻（50Hz）電源交流勵磁方式產生交變磁場，避免了直流勵磁電極表面的極化干擾。但是用交流勵磁會帶來一系列的電磁干擾問題（例如正交干擾、同相干擾、零點漂移等）。現在交流勵磁正在被低頻方波勵磁所代替。

3. 低頻方波勵磁：低頻方波勵磁波形有二值（正-負）和三值（正-零-負-零）兩種，其頻率通常為工頻的1/2~1/32。低頻方波勵磁能避免交流磁場的正交電磁干擾，消除由分佈電容引起的工頻干擾，抑制交流磁場在管壁和流體內部引起的電渦流，排除直流勵磁的極化現象。

量程範圍確認，一般工業用被測介質流速以2～4m/s為宜，在特殊情況下，最低流速應不小於0.2m/s，最高應不大於8m/s。若介質中含有固體顆粒，常用流速應小於3m/s，防止襯裏和電極的過分磨擦；對於粘滯流體，流速可選擇大於2m/s，較大的流速有助於自動消除電極上附着的粘滯物的作用，有利於提高測量精度。

流量表的口徑與流量範圍對照表

1、電磁流量表的變送器結構簡單，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節流部件，所以當流體通過時不會引起任何附加的壓力損失，同時它不會引起諸如磨損，堵塞等問題，特別適用於測量帶有固體顆粒的礦漿，污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等．同樣，由於它結構上無運動部件，故可通過附上耐腐蝕絕緣襯裏和選擇耐腐材料製成電極，起到很好的耐腐蝕性能，使之可用於各種腐蝕性介質的測量．

2、電磁流量表是—種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質的温度．粘度、密度以及電導率(在一定範圍內)的影響．因此，電磁流量計只需經水標定以後，就可以用來測量其它導電性液體的流量，而不需要附加其它修正．

3、電磁流量表的量程範圍極寬，同一台電磁流量計的量程比可達1：100．此外，電磁流量表只與被測介質的平均流速成正比，而與軸對稱分佈下的流動狀態（層流或紊流）無關．

4、電磁流量表無機械慣性，反應靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好．因此，可將測置信號直接用轉換器線性地轉換成標準信號輸出，可就地指示，也可遠距離傳送。

1.適用於小管徑和低流速；

2.工作可靠、維護量小、壽命長；

3.對於下游直管段要求不高；

4.有較寬的流量範圍度10:1；

5.就地型指針指示接近於線性；

6.智能型指示器帶有LCD液晶顯示，可顯示瞬時、累積流量，還可輸出脈衝、輸出報警；

7.帶有温度補償；

8.有就地型、遠傳型、夾套型、水平型、防爆型、耐腐型等。

1、可做非接觸式測量;

2、為無流動阻撓測量,無壓力損失;

3、可測量非導電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。

渦街流量計：

1、結構簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運行十分可靠;

2、安裝簡單，維修十分方便;

3、檢測傳感器不直接接觸介質，性能穩定，壽命長;

4、輸出是與流量成正比的脈衝信號，無零點漂移，精度高，並方便和計算機聯網;

5、壓力損失較小，運行費用低，更具節能意義;

6、在一定的雷諾數範圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組份變化影響，儀表係數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關測量流體的體積流量無需補償，調換配件後無需重新標定儀表的係數。

7、應用範圍廣，蒸汽，氣體，液體的流量均可測量。

1、直接測量管道內流體的質量流量測量準確度高、重複性好，可較大量程比範圍內，對流體質量流量實現高準確度直接測量。

2、計量的準確度高該流量計的質量流量測量準確度是0.2級；同時，它還能準確地測出流體介質的温度和密度。

3、工作穩定可靠流量計管道內部無障礙物和活動部件，因而可靠性高、壽命長、維修量小；使用方便、安全。

4、適應的流體介質面寬，除了一般粘度的均勻流體外，還可測量高粘度、非牛頓型流體；不僅可以測量單一溶液的流體參數，還可以測量混合較均勻的多相流；無論介質是層流還是紊流，都不影響其測量準確度。

1、不能測量電導率很低的液體,如石油製品；

2、不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；

3、不能用於較高温度。

耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險。

1、傳播時間法只能用於清潔液體和氣體；而多普勒法只能用於測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；

2、多普勒法測量精度不高。

1、“渦街流量計”是一種速度式流量計，測量液體時，上限流速受壓損和“氣蝕”現象限制，一般是10米/秒。測量氣體時，上限流速受介質可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制，一般氣體的流速範圍10 – 70米/秒，蒸汽的流速範圍為8 –50米/秒;應力式渦街流量計對振動較大敏感，故在振動較在的管道安裝渦街流量計時，管道要有一定的減震措施；應力式渦街流量計採用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受温度的限制，一般長期工作温度為-40℃+350℃和-10℃+250℃；

2、易受外界工頻50Hz或電磁場干擾 ^[6]  。

1、不能用於測量密度太低的流體介質，如低壓氣體;液體 中含氣量超過某一值時會顯著地影響測量值，到目前為止還沒有 用CMF成功地測量氣液二相流的實際例子。

2、對外界振動千擾較敏感，為防止管道振動的影響，大多 數CMF的流量傳感器對安裝固定有較高要求。

3、測量管內壁磨損腐蝕或沉積結垢會影響測量精度，尤其 對薄壁測量管的CMF更為顯著。

4、大部分型號的CMF有較大的體積和重量。壓力損失也 較大。

5、價格昂貴，約為同n-徑電磁流量計的2一5倍或更高。 10.1.3科里奧利質且流f計的應用 儘管CMF有許多極為可貴的優點，從側量原理上看也己比 較完善，但由於這種流量計真正得到商用化的時間較短，在應用 中目前還存在一些問題和不足之處。近年來，雖然有些問題經各製造廠家的不斷努力，已獲得一定程度的解決，但還有許多問題 月前還沒法從根本上解決，甚至人們對有些問題的認識還不夠。