0 前言

    流体就是能流动的物质，空气、水、油等都属于流体。无论是日常生活，还是工农业生产，流体和人类息息相关。因此，流量测量便成了人类了解流体性质并利用流体的必要条件。而流量计正是用来测量流体流量的一类仪表。正在使用的流量计已经超过百种，测量原理、应用范围也各不相同。而且随着工业生产和科学技术的发展，流量测量对象越来越多，精度要求越来越高，新的测量方法和测量仪表也不断地涌现出来。这虽然扩大了人们的选择范围，但面对上百种有不同特点和要求，使用方法也不尽相同的流量计，如果不具备专业知识，很难选出适合自己的高性价比的产品。有人对美国正在使用的千余台流量计做过调查，所选择的测量方法约60%不是最合适的或使用不正确[1]。本文介绍流量计的分类和选择。希望能为非流量仪表专业人员提供一种简便易行的选用流量计方案。

    1 流量计及其分类

    流量计有体积流量计和质量流量计之分，专门测试体积流量的流量计称为体积流量计；测量质量流量的流量计称为质量流量计[2]。在液压行业，体积流量直接关系到执行元件的运行速度，它与压力的乘积就是系统功率。因而，体积流量更清楚地表达了系统的稳态和瞬态特性，体积流量计在这个领域也更受青睐。由于流体的体积受压力和温度的影响，在一些工业生产中，物料平衡、热平衡以及储存、买卖、经济核算等所需要的往往是质量或重量[2]，因此，就没有必要用体积流量乘以密度来换算，而是可以直接用质量流量计来测量。

    此外，流量计所测得的流量又有累积流量和瞬时流量之分。累积流量是在一定时间内流出流体的总体积（或质量）。瞬时流量是某一时刻流体通过某横截面的流量。现在已经有很多流量计通过改进测量算法可以同时显示或输出累积和瞬时流量。

    现在，流量计的测量对象已经从液体、气体扩展到了双相、多相流体；测量温度从高温到极低温；压力有低压、中压、高压甚至超高压；测量粘度范围、流量范围都在不断地扩大；流动状态也涉及到层流、紊流、脉动流等等。因此，不可能用一种流量计完成所有的流量测量。为适应各种测量条件，老式流量计仍然在完善、使用，新的流量计则更是层出不穷。到目前为止，国内外还没有一个统一的分类方法。一般按照用途分为指示型、记录型、积算型、远传型等；也可以按照测量流体状态分为微流量测量型、小流量测量型、脉动流测量型、双向流测量型等；还可以按测量对象分为封闭管道式和明渠式两大类。但常用的分类方法有两种，一是按照测量原理来分类，二是按照流量计的结构原理来分类。

    如图1所示，按照测量原理可以把流量计分为七大类[3]。而用得最广泛、最为流行的还是按照测量结构和原理的分类法，见图2[4]，流量计分为11大类。其中，相同原理的流量计又可按不同的结构划分成小类，如差压式流量计中的节流式流量计按照节流孔口的不同划分为20小类；相同测量结构的流量计也可按不同的测量原理再分类，如涡街流量计都是在流体中垂直于流向的方向设置一根柱状物的结构，但按照其测量产生卡门涡街频率的原理不同又可分为应变式、应力式等7小类。这样就可以把众多的流量计按人们常用的名称进行归类，便于人们的选用。

    2 流量计的选择

    面对数百种的流量仪表，针对不同的使用场合，如果没有一个清晰的步序，贸然地做出选择，很难选出最合适的仪表。在测量精度不高的场合选用高精度而昂贵的测量仪表，测量对象和测量范围的不合适都是选用流量计时常见的错误。选用不当有时候还可能造成流量仪表损毁，如用螺杆流量计去测含固体杂质的液体，常会磨损螺杆或使其卡死。

    正确地选用流量仪表，首先要明确使用目的，然后从仪表性能和被测流体性质两方面来考察，再考虑安装要求、环境，最后从经济性的角度选出一种或几种适合的流量计。最后从初选出的流量计中，选出性能最好、安装要求最低、环境适应性最强的仪表（图3）。下面按图3中的各步序分别阐述。

    （1）使用目的

    流量计的使用目的应该很明确。即要知道测的是体积流量，还是质量流量；要测瞬时流量，还是累积流量。如液压行业更关心体积流量和瞬时流量；物料平衡、交易中需要质量流量和累积流量。而流量计由于结构、原理上的差异往往只适用于一种流量的测量，或者是测量某一种流量最为精确，测量其他的流量则需要增加转换设备或精度下降。像容积式流量计、涡轮流量计等靠计数或脉冲数来获取累积流量值的仪表，适合计量总量。如果要用其计量瞬时流量，则要加计时装置和相应的计算电路才能转换为瞬时值。在转换过程中因有效数位等因素必将降低其精度。而超声流量计、电磁流量计原理上是靠测流速来换算出流量，更适合计量瞬时流量。

    （2）被测流体状态和性质

    正是因为流体状态和性质的多样性。才有了适用于不同状态、不同性质流体的测量仪表。所以必须清楚流体是气态，还是液态；是单相流，还是多相流；流体流量范围大致是多少；流体中是否含有固体杂质，浓度是多少；流体流过的是密闭管道，还是明渠或开口槽；还有流体的粘度、密度、雷诺数、导电性、腐蚀性等。以上因素中的某个或某几个都会或多或少地影响到流量测量，必须充分予以考虑。

    表1列出了常用流量计对于一些流体状态和性质的适用性。可见，大部分流量计都是只针对某些状态所设计的，因此选用时一定要注意。例如在液压行业中，工作液往往是石油基液压油，它是以石油精炼得到的矿物油为基础与各类添加剂按适当比例调合而成的，电导率一般都在10-11Ω/cm左右。这样。用来测导电液体流量的电磁流量计显然就不适用了。所以选用流量计前，被测流体的状态和性质必须搞清楚。

    （3）仪表性能

    仪表性能主要体现在精确度、重复性和线性度三个方面。其中精确度并不是越高越好，因为高精度的流量计往往价格和复杂程度也很高。一般来说，容积式流量计、电磁式流量计、超声式流量计、涡轮式流量计和科氏质量流量计的精度都很高，误差能达到0.5%R（测量值的百分率用%R表示，与之相对的%FS，为测量上限或量程的百分率。前者的精确度更具说服力）或更高，有的容积式流量计甚至可以达到0.05%。而插入式流量计一般精度比较低。其他的都比较适中。可以在精度不是很高的条件下选用。

    表1 通常情况下流量计对流体状态适应性

 清洁液脏污液气体高粘液液气混合腐蚀液范围度明渠液非充满管差压孔板√ ①√+√√S××差压喷嘴√+√+√×S××差压文氏管√+√+√×S××浮子式√×√√×⑦M××容积式√×④√×⑧M××漩涡式√②√+×+C××涡轮式√×√√√×A××电磁式√√××+√B×+超声波式√③++×③C+×靶式√√×+√×S××热式××√×××M××明渠式√√×××+H√√科氏质量式√√⑥√++B××

    注：“√”为适用，“+”为有条件可用，“×”为不适用，“S”为小范围，“M”为中范围，“H”为大范围，“A”为小到中，“B”为中到大，“C”为小到大。①为圆缺孔板，②为涡街式，③为多普勒式，④为膜式，⑥为高压气体，⑦为玻璃锥管，⑧为需特殊材料制造。

    重复性是指环境条件和介质参量等因素不变的情况下，对某一流量值在短时间内同方向进行多次测量的一致性。其常常受流体粘度、密度等参量变化的影响[1]。例如浮子流量计容易受流体密度影响；涡轮式流量计测量时由于粘度的变化需要重新调校和修正。此外。流量计输出有线性和非线性平方根两种。非线性误差对于脉冲输出、流量范围又很大的总量型流量计的影响很大。而且非线性会影响到仪表的重复性。但现在通过信号适配技术已经基本上可以修正非线性。

    在众多的流量仪表中。容积式流量计、涡轮流量计和科氏质量流量计被认为是重复性、精度最佳的产品[5]。可以用在性能要求较高的场合，但价格也较昂贵。

    （4）安装条件

    安装条件往往取决于现场空间、方位的要求。因为容积式、浮子式和涡轮式等流量计常常要求传感器的安装方向和流动方向分别是水平、垂直和水平，且对流体有过滤精度要求，有时需加过滤装置；而除容积式、浮子式和科氏质量流量计以外的大部分流量计由于受流速畸变等因素影响，需要在上游或下游加一定长度的直管，消除对其的干扰，当受空间限制时，也有加流动调整器的；除涡轮式、电磁式、超声式和部分差压式流量计外，其余大多数流量计不能测双向流。因此。很多流量计不能或者不适合安装在给定的空间和方位上。

    （5）环境因素

    在仪表使用时，影响它的周围环境因素主要是温度，其次是电磁干扰。容积式流量计是用定容积容腔来衡量流量的，构成容腔的机械部件的材料一般是用钢材制成。它在低温下变脆、高温时膨胀，使其低温下的压力受到限制，而高温时容腔体积的变化又导致精度下降，可见其受温度影响是很大的。除它之外。热式流量计也受温度影响较大，而科氏质量流量计、电磁式流量计和流体振动式流量计受的影响很小，其余则比较适中。

    电磁干扰主要是由周围环境中的电力、电气设备开关引起的。超声式流量计、流体振动式流量计和科氏流量计会受到一定的影响，其余的流量计受的影响不会太大。

    （6）经济性

    流量计的费用主要是购置仪器的费用，运行维护费用也应当加以考虑。一般来讲，容积式流量计中的转子式由于机械活动部件较多，加工精度高，材料要求也高，从而购买价格昂贵。比如奥地利KRAL公司的低压型的低端产品OME系列也需要近两万元人民币。此外，超声式流量计中的传播速度式、科氏质量流量计、电磁式的价格也都比较高。运行和维护的费用主要体现在容积式、涡轮式等流量计需要加诸如过滤器等附件上。有时要求经常调校的流量计的流量校验和调节的费用也需要考虑。

    实际上，选用流量计只靠以上几点还是不够的，还要详细地阅读产品样本，关注其技术的革新，并参考其他工程师的经验。图4为Cahners调查得出的工程师使用最广的8种流量计应用范围比较[6]。图5是工程师所关注的流量计各种因素的比较[7]。在综合这些因素后，选出的流量计的性价比定是令人满意的。

    3 流量计的使用

    选出一款合适的流量计只是第一步，只有正确的使用和维护才能充分发挥流量计的潜力，可靠长久地进行准确的测量工作。

    首先，必须正确地安装流量计。本文提到流量计常有严格的安装要求，如加设过滤装置或流体调整器。或设置上游和下游一定长度的直管。所以必须严格按照具体流量计的说明书的要求进行安装。

    其次，定期检定和校准是保证流量计长期准确工作的保证。因为随着流体性质和状态的变化，流量计的重复性将受到影响，所以必须进行定期的检定和调校。

    再次，应该定期地检修和清洗.对易损件要定期地检查并更换。注意清洗流量计内的污垢，对于保护流量计不受损坏和保证精度都是有益的。

    4 结束语

    按照图3给定的步序，从各个角度考虑，初步筛选出几种流量计，再对初选的流量计进行比较，性能较出色、附加要求较少、费用较低的流量计便是最终所选的。然后再详细阅读选定产品的说明资料，最终确定选定结果。这是一个思路明晰、简便易行的选择方案，供相关的工程技术人员在选用流量计时参考。

    参考文献：

    [1]蔡武昌，孙淮清，纪纲.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社.2001.
    [2]应启戛，赵学端.流量计检测及仪表[M].上海：上海交通大学出版社.1987.
    [3]刘欣荣.流量计[M].北京：水利电力出版社，1989.
    [4]梁国伟，蔡武昌.流量测量技术及仪表.北京：机械工业出版社，2002.
    [5]苏文.浅谈流量计的发展及现状[J].中国仪器仪表，2002，（6）：1-4，9.
    [6]MarkT Hoske. Product focus[J].Control engineering，2001.48（8）：72-80.
    [7]Joseph L Foszcz. Selecting liquid flow meters[J].Plant engineering，1999，53（12）：44.

上一篇 : 暂无             下一篇 : 烤地瓜机 烤地瓜机烤地瓜的原理