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發布時間：2020-09-29 瀏覽：2816 作者：山西流量計來源：太原流量計

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流量計英文名稱是flowmeter，全國科學技術名詞審定委員會把它定義為：指示被測流量和（或）在選定的時間間隔內流體總量的儀表。簡單來說就是用于測量管道或明渠中流體流量的一種儀表。

流量計又分為有差壓式流量計、轉子流量計、節流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。按介質分類：液體流量計和氣體流量計。

計量是工業生產的眼睛。流量計量是計量科學技術的組成部分之一，它與國民經濟、國防建設、科學研究有密切的關系。做好這一工作，對保證產品質量、提高生產效率、促進科學技術的發展都具有重要的作用，特別是在能源危機、工業生產自動化程度愈來愈高的當今時代，流量計在國民經濟中的地位與作用更加明顯。

工程上常用單位m3/h，它可分為瞬時流量（Flow Rate）和累計流量（Total Flow），瞬時流量即單位時間內過封閉管道或明渠有效截面的量，流過的物質可以是氣體、液體、固體；累計流量即為在某一段時間間隔內（一天、一周、一月、一年）流體流過封閉管道或明渠有效截面的累計量。通過瞬時流量對時間積分亦可求得累計流量，所以瞬時流量計和累計流量計之間也可以相互轉化。

早在1738年，瑞士人丹尼爾伯努利以第一伯努利方程為基礎利用差壓法測量水流量。后來意大利人G.B.文丘里研究用文丘里管測量流量，并于1791年發表了研究結果。

1886年，美國人赫謝爾應用文丘里管制成了測量水流量的的實用測量裝置。

20世紀初期到中期，原有的測量原理逐漸走向成熟，人們不再將思路局限在原有的測量方法上，而是開始了新的探索。

到了30年代，又出現了探討用聲波測量液體和氣體的流速的方法聲波測量流量的方法，但到第二次世界大戰為止未獲得很大進展，直到1955年才有了應用聲循環法的馬克森流量計的問世，用于測量航空燃料的流量。

20世紀的60年代以后，測量儀表開始向精密化、小型化等方向發展。

隨著集成電路技術的迅速發展，具有鎖相環路技術的超聲（波）流量計也得到了普遍應用，微型計算機的廣泛應用，進一步提高了流量測量的能力，如激光多普勒流速計應用微型計算機后，可處理較為復雜的信號。

發展趨勢

在工業現場，測量流體流量的儀表統稱為流量計或流量表。是工業測量中最重要的儀表之一。隨著工業的發展，對流量測量的準確度和范圍要求越來越高，為了適應多種用途，各種類型的流量計相繼問世，廣泛應用于石油天然氣、石油化工、水處理、食品飲料、制藥、能源、冶金、紙漿造紙和建筑材料等行業。 [1]

2008年全球流量計的市場規模達到28.3億美元，較2007年增長約3.9%。

發展現狀

由于缺乏國家在這行業體制機制強有力的支持，造成我國儀器儀表行業缺乏高層次的復合型人才，缺乏熟悉、精通各學科交叉的綜合型人才。自主創新能力低下，自主知識產權匱乏。具體表現在國產高端自動化產品奇缺，市場競爭力不強。

現代計量是光、機、電、計算機和許多基礎學科高度綜合的產物，對新技術比較敏感，是現代產業產品中更新換代速度比較快的產品之一，每年都會有新產品推出，特別是在當今信息技術攻速發展的時代，競爭日趨激烈，發展速度稍微慢點就會被遠遠拋在后面。我國雖然已經進入21世紀，但許多東西還停留在80年代初的水平上，大型和高檔的儀器設備幾乎全部依靠進口，甚至有的專用儀器在國內還處于空白狀態，中低端的產品質量保證上還有許多問題需要攻克。

因此，必須要有國家戰略高度的規劃和相關資源的大力支撐，才有機會去不斷縮小差距。如果測試儀器企業無法做到一個比較大的規模，那么就很難具備和國際巨頭一較長短的實力，而前期的成長需要巨額長期的資金投入。

應用范圍

流量計量廣泛應用于工農業生產、國防建設、科學研究對外貿易以及人民生活各個領域之中。在石油工業生產中，從石油的開采、運輸、煉冶加工直至貿易銷售，流量計量貫穿于全過程中，任何一個環節都離不開流量計量，否則將無法保證石油工業的正常生產和貿易交往。在化工行業，流量計量不準確會造成化學成分分配比失調，無法保證產品質量，嚴重的還會發生生產安全事故。在電力工業生產中，對液體、氣體、蒸汽等介質流量的測量和調節占有重要地位。流量計量的準確與否不僅對保證發電廠在最佳參數下運行具有很大的經濟意義，而且隨著高溫高壓大容量機組的發展，流量測量已成為保證發電廠安全運行的重要環節。如大容量鍋爐瞬時給水流量中斷或減少，都可能造成嚴重的干鍋或爆管事故。這就要求流量測量裝置不但應做到準確計量，而且要及時地發出報警信號。在鋼鐵工業生產中，煉鋼過程中循環水和氧氣(或空氣)的流量測量是保證產品質量的重要參數之一。在輕工業、食品、紡織等行業中，也都離不開流量計量。

應用比較多的換能器是外夾式和插入式。單聲道超聲波流量計結構簡單、使用方便，但這種流量計對流態分布變化適應性差，微電子技術和計算機技術的飛躍發展極大地推動儀表更新換代，新型流量計如雨后春筍般涌現出來。至今，據稱已有上百種流量計投向市場，現場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，被設置在測量流動通道6的上游端并相對于孔眼11和12，用于減少被測量的流體流入孔眼11和12;測量控制部件19，用于測量超聲波換能器8和9之間的超聲波的傳播時間;及計算部件20，用于根據該測量控制部件19的信號計算流量。

流量計盡量避開鐵磁性物體及具有強電磁場的設備(如大電機、大變壓器的等)，以免磁場影響傳感器的工作磁場和流量信號。傳感器勺轉換器間的流量信號線和激磁線。然而從雷電故障中損壞零部件的分析，引起故障的感應高電壓和浪涌電流大部分足從控制室電源線路引入的，其他兩條途徑較少。由于電磁流量計測量含有懸浮固相或污臟體的機會遠比其他流量儀表多，出現內壁附著層產生的故障概率也就相對較高。若附著層電導率與液體電導率相近。常見的調試期故障通常由安裝不妥。

應用發展

科里奧利

科里奧利質量流量計（以下簡稱CMF）是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質量流量儀表。 [2]

中國CMF的應用起步較晚，已有幾家制造廠自行開發供應市場；還有幾家制造廠組建合資企業或引用國外技術生產系列儀表。

國外CMF已發展30余系列，各系列開發在技術上著眼點在于：流量檢測測量管結構上設計創新：提高儀表零點穩定性和精確度等性能；增加測量管撓度，提高靈敏度：改善測量管應力分布，降低疲勞損壞，加強抗振動干擾能力等。

某些廠家研發出了可以測量氣液兩相的科里奧利儀表，可以應用在卸船，含氣泡介質等原先傳統儀表無法工作的場合。同時有一種MVD變送器可以實現儀表在線自校驗，即無需將流量計拆下，利用對流量管剛性的檢查，來判斷現場儀表的性能。

電磁

EMF從50年代初進入工業應用以來，使用領域日益擴展，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16%~20%。

中國發展迅速，1994年銷售估計為6500~7500臺。國內已生產最大口徑為2~6m的EMF，并有實流校驗口徑3m的設備能力。2008年銷售額已經達到7700萬美元，估計銷售量在35萬臺以上。

渦街

USF在60年代后期進入工業應用，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占4%～6%。1992年世界范圍估計銷售量為3548萬臺，同期國內產品估計在8000～9000臺。

應用領域

流量測量技術與儀表的應用大致有以下幾個領域。

工業生產

流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫藥、農業、環境保護及人民日常生活等國民經濟各個領域，是發展工農業生產，節約能源，改進產品質量，提高經濟效益和管理水平的重要工具在國民經濟中占有重要的地位。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動化控制系統的檢測儀表和測量物料數量的總量表。

能源計量

能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃氣、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經濟核算不可缺少的工具。

環境保護

煙氣，廢液、污水等的排放嚴重污染大氣和水資源，嚴重威脅人類生存環境。國家把可持續發展列為國策，環境保護將是21世紀的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強管理，而管理的基礎是污染量的定量控制，流量計在煙氣排放、污水、廢氣處理流量計量方面有著不可替代的位置。

中國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監視系統。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。

交通運輸

有五種方式：鐵路公路、航空、水運和管道運輸。其中管道運輸雖早已有之，但應用并不普遍。隨著環保問題的突出，管道運輸的特點引起人們的重視。管道運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調度的眼睛，亦是安全監沒和經濟核算的必備工具。

生物制藥

21世紀將迎來生命科學的世紀，以生物技術為特征的產業將獲得迅速發展。生物技術中需監測計量的物質很多，如血液，尿液等；醫藥行業對各種醫藥配方，液體制劑成分的控制流量儀表也是不和或缺的。儀表開發的難度極大，品種繁多。

科學實驗

科學實驗需要的流量計不但數量多，且品種極其繁雜。據統計流量計100多種中很大一部分是應科研之需用的，它們并不批量生產，在市面出售，許多科研機構和大企業皆設專門小組研制專用的流量計。

海洋、江河湖泊

這些領域為敞開流道，一般需檢測流速，然后推算流量。流速計和流量計所依據的物理原理及流體力學基礎是共通的但是儀表原理及結構以及使用前提有很大差別。

執行標準

CJ/T1017-1993潛水型電磁流量計1993-12-01作廢

CJ/T122-2000超聲多普勒流量計建設部2001-06-01現行

CJ/T3017-1993潛水電磁流量計建設部1993-12-01現行

CJ/T3054.1-1995水量計量儀表均速管流量計建設部1994-12-01現行

CJ/T3063-1997給排水用超聲流量計(傳播速度差法)建設部1997-02-01現行

GB/T12826-1991移動設備用卷繞電纜載流量計算導則國家技術監督局1992-02-01現行

GB/T17286.1-1998液態烴動態測量體積計量流量計檢定系統第1部分:一般原則國家技術監督局1998-10-01現行

GB/T17286.2-1998液態烴動態測量體積計量流量計檢定系統第2部分:體積管國家技術監督局1998-10-01現行

GB/T17286.3-1998液態烴動態測量體積計量流量計檢定系統第3部分:脈沖插入技術國家技術監督局1998-10-01現行

GB/T17286.4-2006液態烴動態測量體積計量流量計檢定系統第4部分：體積管操作人員指南國家質量監督檢驗檢疫2006-07-01現行

GB/T17288-1998液態烴體積測量容積式流量計計量系統國家技術監督局1998-10-01現行

GB/T17288-2009液態烴體積測量容積式流量計計量系統2009-10-01即將實施

GB/T17289-1998液態烴體積測量渦輪流量計計量系統國家技術監督局1998-10-01現行

GB/T17289-2009液態烴體積測量渦輪流量計計量系統2009-10-01即將實施

GB/T18604-2001用氣體超聲流量計測量天然氣流量國家質量監督檢驗檢疫.2002-08-01現行

GB/T18659-2002封閉管道中導電液體流量的測量電磁流量計的性能評定方法國家質量監督檢驗檢疫.2002-08-01現行

常用類型

流量測量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多。2011年以前可供工業用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表，但是隨著時代的進步，這個科技大爆炸的時代里，終于出現了一個最新產品-質量流量計，質量流量計適用于任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件，只是價格比較昂貴，無法在所以工業中都得到普及。

舊式的60多種流量儀表，每種產品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類；按測量目的又可分為總量測量和流量測量，其儀表分別稱作總量表和流量計。

此外，按測量原理可分為如下幾個大類：

1、力學原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉子式；利用動量定理的沖量式、可動管式；利用牛頓第二定律的直接質量式；利用流體動量原理的靶式；利用角動量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。

2、電學原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動電容式、電感式、應變電阻式等。

3、聲學原理：利用聲學原理進行流量測量的有超聲波式．聲學式（沖擊波式）等。

4、熱學原理：利用熱學原理測量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。

5、光學原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。

6、原子物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表．

7、其它原理：有標記原理（示蹤原理、核磁共振原理）、相關原理等。

本文按照目前最流行、最廣泛的分類法分別來闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內外的發揮在那情況：

靶式

靶式流量計是基于力學原理的一種流量計，它在工業上的開發應用已有數十年的歷史。新型SBL靶式流量計是在傳統靶式流量計的基礎上，隨著新型傳感器、微電子技術的發展研制開發成的新型電容力感應式流量計，它既有孔板、渦街等流量計無可動部件的特點，同時又具有很高的靈敏度、與容積式流量計相媲美的準確度，量程范圍寬。 [3]

中國于20世紀70年代開發電動、氣動靶式流量變送器它是電動、氣動單元組合儀表的檢測儀表。由于當時力轉換器直接采用差壓變送器的力平衡機構，這種流量計使用時不免帶來力平衡機構本身所造成的諸多缺陷，如零位易漂移，測量精確度低，杠桿機構可靠性差等。由于力平衡機構性能不佳的拖累，靶式流量計本身的許多優點亦未能得到有效的發揮，至今用戶對舊靶式流量計的不良印象仍未消除。

新型SBL靶式流量計的力轉換器采用應變式力轉換器，它完全消除了上述力平衡機構的缺點，新型靶式流量計還把微電子技術和計算機技術應用到信號轉換器和顯示部分，流量計具有一系列優點，相信今后在眾多流量計中發揮重要的作用。

差壓式

差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件與流體相互作用產生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

差壓式流量計由一次裝置(檢測件）和二次裝置（差壓轉換器和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計、皮托管原理式-畢托巴流量計等。

二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的、種類規格龐雜的一大類儀表，它既可測量流量參數，也可測量其它參數（如壓力、物位、密度等）。

差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為：節流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測件又可按其標準化程度分為二大類：標準的和非標準的。

所謂標準檢測件是只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。

非標準檢測件是成熟程度較差的，尚未列入國際標準中的檢測件。差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居首位。由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數逐漸下降，但目前仍是最重要的一類流量計。

差壓式流量計流體體積流量公式為：

v=aA √2/j(p-q)

v--體積

j--液體密度

a--流量系數，與流道尺寸取壓方式和流速公布有關

A--孔板開孔面積

p-q--壓力差

優點：

（1）應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；

（2）應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；

（3）檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規模經濟生產。

缺點：

（1）測量精度普遍偏低；

（2）范圍度窄，一般僅3:1~4:1；

（3）現場安裝條件要求高；

（4）壓損大（指孔板、噴嘴等）。

注：一種新型產品：引進美國航天航空局而開發的平衡流量計，這種流量計的測量精度是傳統節流裝置的5-10倍，永久壓力損失1/3。壓力恢復快2倍，最小直管段可以小至1.5D，安裝和使用方便，大大減少流體運行的能力消耗。

應用概況：

差壓式流量計應用范圍特別廣泛。在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用。如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等；工作狀態方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾mm到幾m；流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。

1、常用標準節流裝置（孔板）、（噴嘴）、（文丘利管）。

2、常用非標準節流裝置有（雙重孔板）、（圓缺孔板）、（1/4圓噴嘴）和（文丘利噴嘴）。

3、孔板常用取壓方法有（角接取壓）、（法蘭取壓），其它方法有（理論取壓）、（徑距取壓）和（管接取壓）。

4、標準孔板法蘭取壓法，上下游取壓孔中心距孔板前后端面的間距均為（25.4±0.8）mm，也叫1英寸法蘭取壓。

5、1151變送器的工作電源范圍（12）vdc到（45）vdc，負載從（0）歐姆到（1650）歐姆。

6、1151dp4e變送器的測量范圍是（0～6.2）到（0～37.4）kpa。

7、1151差壓變送器的最大正遷移量為（500%），最大負遷移量為（600%）。

8、管道內的流體速度，一般情況下，在（管道中心線）處的流速最大，在（管壁）處的流速等于零。

9、若（雷諾數）相同，流體的運動就是相似的。

10、當充滿管道的流體流經節流裝置時，流束將在（縮口）處發生（局部收縮），從而使（流速）增加，而（靜壓力）降低。

11、1151差壓變送器采用可變電容作為敏感元件，當差壓增加時，測量膜片發生位移，于是低壓側的電容量（增加），高壓側的電容量（減少）

12、1151差壓變送器的最小調校量程使用時，則最大負荷遷移為量程的（600%），最大正遷移為（500%），如果在1151的最大調校量程使用時，則最大負遷移為（100%），正遷移為（0%）。

13、1151 [4] 差壓變送器的精度為（±0.2%）和（±0.25%）。　注：大差壓變送器為±0.25%

14、常用的流量單位、體積流量為（m3/h）、（t/h），質量流量為（kg/h）、（t/h），標準狀態下氣體體積流量為（nm3/h）。

15、用孔板流量計測量蒸汽流量，設計時，蒸汽的密度為4.0kg/m3，而實際工作時的密度為3kg/m3，則實際指示流量是設計流量的（0.866）倍。

16、用孔板流量計測量氣氨流量，設計壓力為0.2mpa（表壓），溫度為20℃，而實際壓力為0.15mpa（表壓），溫度為30℃，則實際指示流量是設計流量的（0.897）倍。

17、節流孔板前的直管段一般要求（10）d，孔板后的直管段一般要求（5）d，為了正確測量，孔板前的直管段最好為（30～50）d，特別是孔板前有泵或調節閥時更是如此。

18、為了使孔板流量計的流量系數α趨向定值，流體的雷諾數應大于（界限雷諾數）。

19、在孔板加工的技術要求中，上游平面應和孔板中心線（垂直），不應有（可見傷痕），上游面和下游面應（平行），上游入口邊緣應（銳利無毛刺和傷痕）。

浮子

浮子流量計，又稱轉子流量計、金屬轉子流量計、成豐玻璃轉子流量計，是變面積式流量計的一種。在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。

浮子流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計，特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

80年代中期，日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。中國產量1990年估計在12~14萬臺，其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。

特點：

（1）玻璃錐管浮子流量計結構簡單，使用方便，缺點是耐壓力低，有玻璃管易碎的較大風險；

（2）適用于小管徑和低流速；

（3）壓力損失較低。

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