流量测控技术的研究现状及趋势

目录

《测控系统设计》课程设计任务书 ..................................................................................... 3 流量测控技术的研究现状及趋势 ......................................................................................... 5 1 概述 ..................................................................................................................................... 5 2 流量计的介绍 ..................................................................................................................... 6

2.1差压式流量计 ........................................................................................................... 6 2.2 浮子流量计 .............................................................................................................. 9 2.3容积式流量计 ......................................................................................................... 13 2.4 涡轮流量计 ............................................................................................................ 15 2.5电磁流量计 ............................................................................................................. 17 2.6 涡街流量计 ............................................................................................................ 19 2.7 超声流量计 ............................................................................................................ 22 2.8 科里奥利质量流量计 ............................................................................................ 27 2.9热式气体质量流量计 ............................................................................................. 30 2.10明渠流量计 ........................................................................................................... 32 3新工作原理流量仪表的研究和开发 ................................................................................ 36

3.1 静电流量计(electrostatic flowmeter) .................................................................... 36 3.2 复合效应流量仪表(combined effects meter) ........................................................ 36

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3.3 转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor) ............................................... 37 4 几种流量仪表应用和发展动向 ....................................................................................... 37

4.1 电磁流量计(EMF) ................................................................................................. 37 4.2 涡街流量计(USF) .................................................................................................. 37 4.3威力巴流量计 ......................................................................................................... 37 4.4椭圆齿轮流量计 ..................................................................................................... 37 4.5新一代万能流量计毕托巴流量计 ......................................................................... 38 4.6 新型固体流量计 .................................................................................................... 40 5 结论 ................................................................................................................................... 40 心得体会 ............................................................................................................................... 40 电子文献： ........................................................................................................................... 41

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《测控系统设计》课程设计任务书

一、 总要求

能够进行系统方案的设计及论证，设计合理的接口电路、控制电路、主机电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备，设计接口程序、控制算法程序以及主程序等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。 二、 总任务

针对总要求进行原理及方案论证、系统设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、控制与系统程序设计、精度分析以及撰写报告等工作。 三、 设计题目

请根据各自任务填写 四、设计内容 请根据各自任务填写 五、设计进度或计划

1、 准备及查阅资料 一天

2、 方案设计及论证（总体方案、硬件及软件方案） 二天（十二周三要查看各人设计方案或论文提纲）

3、 硬件电路设计、画图（PROTEL）及实验室调试 四天（十三周五要查看各人实物或论文初稿）

4、 软件设计、编程及调试 三天 5、 系统联调及结果分析 二天

6、 整理报告及准备答辩 二天（十四周五全天答辩）

六、设计说明书包括的主要内容 1、 目录 2、 设计任务书

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3、 设计题目 4、 序言

可包括系统工作原理的介绍等。 5、 方案设计及论证

可先进行总体方案设计与论证； 再分模块进行方案设计与论证；

各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。 6、 实验或系统调试

可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。 7、 心得体会 8、 主要参考文献

另：撰写格式应符合一定的要求，请参照华东交通大学本科生毕业论文撰写规范进行。可参看撰写要求。

七、考核方法

考核根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）50%、图纸及说明书质量（含答辩）30%等确定。

八、装定要求

装入统一的资料袋中，报告装定好，顺序：封面，目录，设计任务书，正文，参考文献，附录等。

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流量测控技术的研究现状及趋势

Flow Measurement and Control Technology Research and Analysis

华东交通大学机电学院测控技术与仪器 王通海

[摘要] 本文是是回顾了今年来国内外应用广泛的各种流量测控仪器的原理、特点、应用概况以及在国内外的发展历史情况，同时指出流量测量仪表的目前存在的问题，并提出其发展的方向和展望。

[关键词] 流量计 测量 控制

Abstrat:This paper reviewed the principle,feature,application and development of some kinds of the flowmeter which are applied most extensively at home and abroad.The author also points out the problems of the flowmeter at present and the development direction.

1 概述

流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。

这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。

总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。

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、原子物理学原理等。

本文按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、超声波流量计、

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科里奥利质量流量计、热式气体质量流量计和明渠式流量计来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的历史发展与新技术的情况。

2 流量计的介绍 2.1差压式流量计

早在20世纪20年代，美国和欧洲即开始进行大规模的节流装置试验研究。用得最普遍的节流装置--孔板和喷嘴开始标准化。现在标准喷嘴的一种型式ISA l932喷嘴，其几何形状就是30年代标准化的，而标准孔板亦曾称为ISA l932孔板。节流装置结构形式的标准化有很深远的意义，因为只有节流装置结构形式标准化了，才有可能把国际上众多研究成果汇集到一起，它促进检测件的理论和实践向深度和广度拓展，这是其他流量计所不及的。1980年ISO(国际标准化组织)正式通过国际标准ISO 5167，至此流量测量节流装置第一个国际标准诞生了。ISO 5167总结了几十年来国际上对为数有限的几种节流装置(孔板、喷嘴和文丘里管)的理论与试验的研究成果，反映了此类检测件的当代科学与生产的技术水平。但是从ISO 5167正式颁布之日起，它就暴露出许多亟待解决的问题。

20世纪80年代美国和欧洲开始进行大规模的孔板流量计试验研究，欧洲为欧共体实验计划(EEC Experimental Program)，美国为API实验计划(API Experimental Program)。试验的目的是用现代最新测试设备及试验数据的统计处理技术进行新一轮的范围广泛的试验研究，为修订ISO 5167打下技术基础。1999年ISO发出ISO 5167的修订稿(ISO／CD 5167-1-4)，该文件为委员会草案，它在技术内容与编辑上都有很大改动，是一份全新的标准。本来预定于1999年7月在美国丹佛举行的ISO／TC30／SC2会议上审查通过为DIS(标准草案)，但是会议认为尚有细节问题应再商榷而未能通过。新的ISO 5167标准何时正式颁布尚不得而知。ISO 5167新标准在标准的两个核心内容皆有实质性变化，一是孔板的流出系数公式，用Reader-Harris/Gallagher计算式(R-G式)代替Stolz计算式，另一为节流装置上游侧直管段长度的规定以及流动调整器的使用等。

20世纪90年代中后期世界范围内各式DPF销售量在流量仪表总量中台数占50％-60％(每年约百万台)，金额占30％左右。我国销售台数约占流量仪表总量(不包括家用燃气表和家用水表及玻璃管浮子流量计)的35％-42％(每年6万-7万台)。

差压式流量计的工作原理：充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图下图

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所示，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。

图4.1 孔板附近的流速和压力分布

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类，如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。

二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表，它既可测

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量流量参数，也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。 检测件又可按其标准化程度分为二大类：标准的和非标准的。 所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。 非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。 差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是最重要的一类流量计。 优点：

(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长； (2)应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。 缺点：

(1)测量精度普遍偏低； (2)范围度窄，一般仅3:1~4:1； (3)现场安装条件要求高； (4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

注：一种新型产品：引进美国航天航空局而开发的平衡流量计，这种流量计的测量精度是传统节流装置的5-10倍，永久压力损失1/3。压力恢复快2倍，最小直管段可以小至1.5D，安装和使用方便，大大减少流体运行的能力消耗。

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应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛。在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用。如流体方面：单相、混相、洁净、脏污、粘性流等；工作状态方面：常压、高压、真空、常温、高温、低温等；管径方面：从几mm到几m；流动条件方面：亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1/4~1/3。 2.2 浮子流量计

浮子流量计

浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。工作原理如图1所示，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。

(1)

当浮子为非实芯中空结构（放负重调整量）时，则 (2)

式中 α——仪表的流量系数，因浮子形状而异； ε——被测流体为气体时气体膨胀系数，通常由于此系数校

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正量很小而被忽略，且通过校验已将它包括在流量系数内，如为液体则ε=1；

△F——流通环形面积，m2； g——当地重力加速度，m/s2；

Vf——浮子体积，如有延伸体亦应包括，m3； ρf——浮子材料密度，kg/m3；

ρ——被测流体密度，如为气体是在浮子上游横截面上的密度，kg/m3；

Ff——浮子工作直径（最大直径）处的横截面积，m2； Gf——浮子质量，kg。

流通环形面积与浮子高度之间的关系如式（3）所示，当结构设计已定，则d、 β为常量。式中有h的二次项，一般不能忽略此非线性关系，只有在圆锥角很小时，才可视为近似线性。

(3) 式中 d——浮子最大直径（即工作直径），m；

h——浮子从锥管内径等于浮子最大直径处上升高度，m； β——锥管的圆锥角； a、b——常数。

口径15-40mm透明锥形管浮子流量计典型结构如图2所示。透明锥形管4用得最普遍是由硼硅玻璃制成，习惯简称玻璃管浮子流量计。流量分度直接刻在锥管4外壁上，也有在锥管旁另装分度标尺。锥管内腔有圆锥体平滑面和带导向棱筋（或平面）

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两种。浮子在锥管内自由移动，或在锥管棱筋导向下移动，较大口平滑面内壁仪表还有采用导杆导向。

图3是直角型安装方式金属管浮子流量计典型结构，通常适用于口径15-40mm以上仪表。锥管5和浮子4组成流量检测元件。套管（图3未表示）内有导杆3的延伸部分，通过磁钢耦合等方式，将浮子的位移传给套管外的转换部分。转换部分有就地指示和远传信号输出两大类型。除直角安装方式结构外还有进出口中线与锥管同心的直通型结构，通常用于口径小于10-15mm的仪表。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

浮子流量计原理设想发轫于19世纪60年代，20世纪初出现商品。从应用台数所占比例来看，1985年英国抽样调查72家企业17000台流量仪表中浮子流量计占19.2%。80年代中期,日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。我国产量1990年估计在12~14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。我国浮子流量计产量1996年估计在15万-17万台之间，其中95%左右为玻璃管浮子流量计。

优点和缺点:

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浮子流量计使用于小管径和低流速。常用仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5-4mm。适用于测量低流速小流量，以液体为例，口径10mm以下玻璃管浮子流量计满度流量的名义管径，流速只在0.2-0.6m/s之间，甚至低于0.1m/s；金属管浮子流量计和口径大于15mm的玻璃管浮子流量计稍高些，流速在0.5-1.5m/s之间。浮子流量计可用于较低雷诺数，选用粘度不敏感形状的浮子，流通环隙处雷诺数只要大于40或500，雷诺数变化流量系数即保持常数，亦即流体粘度变化不影响流量系数。这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数104-105的要求。大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。浮子流量计有较宽的流量范围度，一般为10：1，最低为5：1，最高为25：1。流量检测元件的输出接近于线性。压力损失较低。玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。只要在现场指示流量者使用方便，缺点是有玻璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体。金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围宽。大部分结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。浮子流量计应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻璃管浮子流量计最大口径100mm，金属管浮子流量计为150mm，更大管径只能用分流型仪表。使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定，如实际使用流体密度、粘度与之不同，流量要偏离原分度值，要作换算修正。

应用概况：

浮子流量计作为直观流动指示或测量精确度要求不高的现场指示仪表，占浮子流量计应用的90％以上，被广泛地用在电力、石化、化工、冶金、医药等流程工业和污水处理等公用事业。有些应用场所只要监测流量不超过或不低于某值即可，例如电缆惰性保护气流量增加说明产生了新的泄漏点。循环冷却和培养槽等水或空气减流断流报警等场所可选用有上限或下限流量报警的玻璃管浮子流量计。环境保护大气采样和流程工业在线监测的分析仪器连续取样，采样的流量监控也是浮子流量计的大宗服务对象。作为流程工业液位、密度等其他参量的测量中，定流量测量和控制的辅助仪表，应用得非常普遍，亦占有相当份额。带信号输出的远传金属浮子流量计在流程工业常用作流量控制检测仪表或管线混合配比，如给水处理过程控制原水加药液的配比量。

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2.3容积式流量计

容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。

PD流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。定排量测量方法可追溯到18世纪，20世纪30年代进入普遍商业应用。工业发达国家近年PD流量计(不包括家用煤气表和家用水表)的销售金额占流量仪表的13%~23%；我国约占20%，1990年产量(不包括家用煤气表)估计为34万台，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。

PDF从原理上讲是一台从流体中吸收少量能量的水力发动机，这个能量用来克服流量检测元件和附件转动的摩擦力，同时在仪表流入与流出两端形成压力降。 典型的PDF（椭圆齿轮式）的工作原理如图1所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的特殊形状。P1和p2分别表示入口压力和出口压力，显然p1>p2，图1（a）下方齿轮在两侧压力差的作用下，产生逆时针方向旋转，为主动轮；上方齿轮因两侧压力相等，不产生旋转力矩，是从动轮，由下方齿轮带动，顺时针方向旋转。在图1(b)位置时，两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩，继续旋转。选装到图1(c)位置时，上方齿轮变为主动轮，下方齿轮则成为从动轮，继续旋转到与图1(a)相同位置，完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积，该体积称作流量计的\"循环体积\"。

设流量计\"循环体积\"为υ，一定时间内齿轮转动次数为N，则在该时间内流过流量计的流体体积为V，

则 V＝Nυ （1）

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椭圆齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机构传递给计数器直接指示出流经流量计的总量。若附加发信装置后，再配以电显示仪表可实现远传只是瞬时流量或累积流量。虽然有许多分割方法形成各种形式的PDF，但大部分都有相似的基本特征。PDF产生误差的主要原因是分割单个流体体积的活动测量件和静止测量室之间的缝隙泄漏量所形成。产生泄漏的原因之一是为克服活动件摩阻力；之二是受仪表水力学阻力形成压力降的作用。

容积式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、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

优点：

(1)计量精度高；

(2)安装管道条件对计量精度没有影响； (3)可用于高粘度液体的测量； (4)范围度宽；

(5)直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。 缺点：

(1)结果复杂，体积庞大；

(2)被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大： (3)不适用于高、低温场合；

(4)大部分仪表只适用于洁净单相流体； (5)产生噪声及振动。 应用概况：

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PDF由于具有精确的计量特性，在石油、化工、涂料、医药、食品以及能源等工业部门计量昂贵介质的总量或流量。在这些流程工业中进药液注入、抽出或混合配比控制，化学液中触媒、硬化剂、聚合防止剂等添加剂的定量注入，向食品流体和化妆品添加香料，涂装线涂料的定量供给等。PDF最大用途是石油制品等的储运交接和分发等计量，这些应用领域可作为财务核算的依据或作为纳税和买卖双方执行合同的法定计量。具有高精度、长期性能保持性和良好重复性的高品质PDF，在比较法流量标准装置中用作标准流量计（又称校准用流量计，reference flowmeter或master flowmeter）作流量量值传递。PDF相对庞大笨重，尤其是大流量、大口径仪表，逐渐被涡轮式、电磁式、涡街式和科里奥利质量式替代一部分。然而其优良的重复性和精度长期保持性等性能优势，仍能保持着许多应用领域，在可预见的未来不会全被其它仪表所替代。PDF在国外还广泛应用于液化石油气，在我国则尚处于起动初始阶段。容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。

2.4 涡轮流量计

涡轮流量计,是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量的仪表。

涡轮流量计的原理示意图如图3—1所示．在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑．当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转．在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比．由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。

涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测．当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产

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生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化．传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。

一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品，作为十大类型流量计之一，其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

优点：

(1)高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计； (2)重复性好；

(3)元零点漂移，抗干扰能力好； (4)范围度宽； (5)结构紧凑。 缺点：

(1)不能长期保持校准特性； (2)流体物性对流量特性有较大影响。 应用概况：

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国，涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸，压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计，它们已成为优良的天然气计量仪表。

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2.5电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。电磁流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。

50年代初EMF实现了工业化应用，近年来世界范围EMF产量约占工业流量仪表台数的5%～6.5%。70年代以来出现键控低频矩形波激磁方式，逐渐替代早期应用的工频交流激磁方式，80年代电磁流量在技术上有重大突破，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中其使用量百分数不断上升。

电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”，其值如下式

式中 E-----感应电动势，即流量信号，V;

k-----系数

B-----磁感应强度，T； D----测量管内径，m；

--- 平均流速，m/s。

设液体的体积流量为

，

则

式中 K 为仪表常数，K= 4 KB/πD 。

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EMF由流量传感器和转换器两大部分组

成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。

优点：

(1)测量通道是段光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒的液固二相流体，如纸浆、泥浆、污水等：

(2)不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好：

(3)所测得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明显影响：

(4) 流量范围大，口径范围宽： (5) 可应用腐蚀性流体。 缺点：

(1)不能测量电导率很低的液体，如石油制品； (2)不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体； (3)不能用于较高温度。 应用概况：

电磁流量计应用领域广泛，大口径仪表较多应用于给排水工程；中小口径常用于高要求或难测场合，如钢铁工业高炉风口冷却水控制,造纸工业测量纸浆液和黑液，化学工业的强腐蚀液，有色冶金工业的矿浆；小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化

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学等有卫生要求的场所。

2.6 涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

早在1878年斯特劳哈尔（Strouhal）就发表了关于流体振动频率与流速关系的文章，斯特劳哈尔数就是表示旋涡频率与阻流体特征尺寸，流速关系的相似准则。人们早期对涡街的研究主要是防灾的目的，如锅炉及换热器钢管固有频率与流体涡街频率合拍将产生共振而破坏设备。涡街流体振动现象用于测量研究始于20世纪50年代，如风速计和船速计等。60年代末开始研制封闭管道流量计--涡街流量计，诞生了热丝检测法及热敏检测法VSF。70、80年代涡街流量计发展异常迅速，开发出众多类型阻流体及检测法的涡街流量计，并大量生产投放市场，像这样在短短几年时间内就达到从实验室样机到批量生产过程的流量计还绝无仅有。

我国VSF的生产亦有飞速发展，全国生产厂达数十家，这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到，VSF尚属发展中的流量计，无论其理论基础或实践经验尚较差。至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论，而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞（均匀流场）中实验得出的，它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累。一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的，在现场偏离这些条件不可避免。工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都说明流量计的迅速发展需求基础研究工作必须跟上，否则在实用中经常会出现一些预料不到的问题，这就是用户对VSF存在一些疑虑的原因，它亟需探索解决。

VSF已跻身通用流量计之列，无论国内外皆已开发出多品种。全系列、规格齐全的产品，对于标准化工作亦很重视，流量计存在一些问题是发展中的正常现象。

涡街流量计的工作原理：在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式

f=SrU1/d=SrU/md （1）

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式中 U1--旋涡发生体两侧平均流速，m/s； Sr--斯特劳哈尔数；

m--旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比

图1 卡曼涡街

管道内体积流量qv为

qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr (2)

K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1

(3)式中 K--流量计的仪表系数，脉冲数/m3（P/m3）。K除与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图2所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。由图可见，在ReD=2×104～7×106范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，VSF的流量计算式为

(4)

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图2 斯特劳哈尔数与雷诺数关系曲线

式中 qVn，qV--分别为标准状态下（0oC或20oC，101.325kPa）和工况下的体积流量，m3/h；

Pn，P--分别为标准状态下和工况下的绝对压力，Pa； Tn，T--分别为标准状态下和工况下的热力学温度，K； Zn，Z--分别为标准状态下和工况下气体压缩系数。

由上式可见，VSF输出的脉冲频率信号不受流体物性和组分变化的影响，即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸等有关。但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量，这时流量计的输出信号应同时监测体积流量和流体密度，流体物性和组分对流量计量还是有直接影响的。

涡街流量计按频率检出方式可分为:应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计，但其发展迅速，目前已成为通用的一类流量计。

优点：

(1)结构简单牢固； (2)适用流体种类多；

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(3)精度较高； (4)范围度宽； (5)压损小。 缺点:

(1)不适用于低雷诺数测量； (2)需较长直管段；

(3)仪表系数较低(与涡轮流量计相比)；

(4)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。 应用概况

VSF自20世纪70年代在工业上应用以来，由于它具有一些突出的特点，受到用户欢迎，并得到迅速发展。像它这样开发只有20多年即已跻身通用流量计之列，在流量计中是少有的。由于应用时间短，无论理论研究或实践经验都比较薄弱，不免出现一些问题，这是不足为怪的。多年实践证明，VSF的选用（选型和使用）是用好流量计的关键环节，因此仪表制造厂应加强售前服务，即帮助用户选型，并在安装投用上给予指导。只要抓住这一环节，该流量计不失为一种性能不错的流量计。

20世纪90年代中后期世界范围内VSF在流量仪表总量中，台数约占3%～5%，每年5万～6万台，金额占4%～6%；在我国销售台数约占流量仪表总量（不包括家用燃气表和水 表及玻璃管浮子流量计）的6%～8%，每年1．5万～2万台

2.7 超声流量计

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。 根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

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超声波流量计工作原理：声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。现以时差法阐明工作原理

（1） 流速方程式

如图1所示，超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度c被流体流速Vm所减慢，为：

(1)

反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速度则被流体流速加快，为： (2) 式（1）减式（2），并变换之，得

(3) 式中 L——超声波在换能器之间传播路径的长度，m; X——传播路径的轴向分量，m;

t12、t21——从换能器1到换能器2和从换能器2到换能器1的传播时间，s; c——超声波在静止流体中的传播速度，m/s;

Vm——流体通过换能器1、2之间声道上平均流速，m/s。

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时（间）差法与频（率）差法和相差法间原理方程式的基本关系为 (4)

(5) 式中 △f——频率差； △ φ——相位差；

f21,f12——超声波在流体中的顺流和逆流的传播频率； f——超声波的频率。

从中可以看出，相位差法本质上和时差法是相同的，而频率与时间有时互为倒数关系，三种方法没有本质上的差别。目前相位差法已不采用，频差法的仪表也不多。

（2） 流量方程式

传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，其差异取决于流速分布状况。因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。此外，对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。体积流量qv为

(6)

式中 K——流速分布修正系数，即声道上线平均流速Vm和面平均流速vm和平面平均流速v之比，K=vm/v；

DN－管道内径。

K是单声道通过管道中心（即管轴对称流场的最大流速处）的流速（分布）修正系数。管道雷诺数ReD变化K值将变化，仪表范围度为10时，K值变化约为1％；范围度为100时，K值约变化2％。流动从层流转变为紊流时，K值要变化约30％。所以要精确测量时，必须对K值进行动态补偿。

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夹装式换能器仪表声道角的修正 夹装式换能器USF除了做流速分布修正外，必要时还要做声道角变化影响的修正。根据斯那尔（Snall）定律式（7）和图2，声道角θ随流体中声速c的变化而变化，而c又是流体温度的函数（以水为例，见图3），因此，必须对θ角进行自动跟踪补偿，以达到温度补偿的目的。

(7) 式中 φ0－超声在声楔中的入射角； φ1、φ－超声在管壁、流体中的折射角； c0、c1、c－声楔、管壁、被测流体的声速。

θ角不但受流体声速影响，还与声楔和管壁材料中的声速有关。然而因为一般固体材料的声速变化比液体声速温度变化小一个数量级，在温度变化不大的条件下对测量精确度的影响可以忽略不计。但是在温度变化范围大的情况下（例如高低温换能器工作温度范围-40-200℃）就必须对声楔和管壁中声速的大幅度变化进行修正。

2） 多声道直射式换能器仪表的流量方程式直射式换能器仪表的流量方程没有管壁材料折射温度变化影响。多声道仪表常用高斯积分法或其他积分法计算流量。图4是以四声道为例的原理模型，流量计算式（8）所示。

（8） 式中 DN－测量段内与声道垂直方向上的圆管平均内径或矩形管道的平均内高；

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S－高斯修正系数；

Wi－各声道高斯积分加权数； Li－各声道长度； Vi－各声道线平均流速； θi－各声道声道角； N－声道数。

超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点:

(1)可做非接触式测量；

(2)为无流动阻挠测量，无压力损失；

(3)可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。 缺点：

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬

浮颗粒和气泡的液体；

(2)多普勒法测量精度不高。 应用概况：

传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化

天然气等；气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验；多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的

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液体。

2.8 科里奥利质量流量计

科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。

基于科里奥利原理的流量仪表的开发始于20世纪50年代初，但直到70年代中期，由美国高准(MicroMotion)公司首先推向市场。到80年代中后期各国仪表厂相继开发，迄1995年世界已有40家以上仪表制造厂推出各种结构的CMF。到1995年世界范围CMF装用量估计在18万～20万台之间，1995年销售量估计在4万～4.5万台之间。

我国CMF的应用起步较晚，从80年代中期引进成套装置附带进口少量仪表开始，到技术改造所需单台进口一定数量，迄1997年估计装用量在3500~4500台之间。1997年我国已有4家制造厂自行开发CMF供应社会，如太行仪表厂已有完整的IZL系列；还有几家制造厂组建合资企业或引进国外技术生产系列仪表。我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂(如太行仪表厂)自行开发供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。

科里奥利质量流量计工作原理：如图1所示，当质量为m的质点以速度υ在对p轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受到两个分量的加速度及其力。

1)、法向加速度 即向心力加速度αr，其量值等于ω2r，方向朝向P轴；

2）、切向加速度αt 即科里奥利加速度，其量值等于2ωυ，方向与αr垂直。由于复合

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运动，在质点的αt方向上作用着科里奥利Fc=2ωυm，管道对质点作用着一个反向力-Fc= -2ωυm。

当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度υ流动时，任何一段长度Δx的管道都将受到一个ΔFc的切向科里奥利力。

（1）

式中 A——管道的流通内截面积。

由于质量流量计流量即为δm，δm=ρυA，所以

（2）

因此，直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测的得质量流

量，这就是CMF的基本原理。

然而通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前产品均代之以管道振动产生的，即由两断端固定的薄壁测量管，在中点处以测量管谐振或接近谐振的频率（或其高次谐波频率）所激励，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的挠曲，用光学或电磁学方法检测挠曲量以求得质量流量。又因流体密度会影响测量管的振动频率，而密度与频率有固定的关系，因此CMF也可测量流体密度。 CMF由流量传感器和转换器（或流量计算机）两部分组成，。图2为流量传感器一列一例，主要有由测量管及其支撑固定桥架、测量管振动激励系统中的驱动线圈A、检测测量管挠曲的光学检测探头或电磁检测探头B、修正测量管材料扬杨氏模量温度影响的测温组件等组成。转换器主要由振动激励系统的振动信号发生单元、信号检测和信号处理单元等组成；流量计算机则还有组态设定、工程单位换算、信号显示和与上位机通信等功能。

优点：

CMF直接测量质量流量，有很高的测量精确度。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值

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的影响微小。可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。

缺点：

CMF零点不稳定形成零点漂移，影响其精确度的进一步提高，使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不稳定度量两部分。CMF不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一（按型号而异）会显着著影响测量值。CMF对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号CMF的流量传感器安装固定要求较高。不能用于较大管径，目前尚局限于150（200）mm以下。测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的CMF更为显着。压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号CMF甚至比容积式仪表大100%。大部分型号CMF重量和体积较大。价格昂贵。国外价格5000 ～10000美元一套，约为同口径电磁流量计的2 ～5倍；国内价格约为电磁流量计的2～ 8倍。

应用概况：

CMF主测量参量是质量流量，第二测量参量是流体密度，还有附加测量流体温度。还可由质量流量和流体密度派生出测量双组分溶液中溶质的浓度。CMF应用最多的是需要考核质量（对应与体积的mass，而非品质）为目标的计量总量或测量/控制流量，具体说有；贸易结算交接计量或企业内部核算计量；批量生产(batch process)进料的分批计量（替代以前费工费时的称重计量）；管道混合(blending)配比的控制。然而CMF的零漂等问题了一些在贸易计量方向的应用。，列例如美国石油协会（API）在90年代中期还认为CMF在石油工业的运行技术尚不成熟；国际标准化组织石油产品及润滑油委员会石油动态计量分委员会(ISO/TC28/SC2)年会上，因“CMF在石油工业密封管道`输送工艺’中的技术尚不成熟”，撤销专门负责制订CMF国际标准的工作组(WG6)。由于CMF性能进一步完善，在其它领域的贸易交接计量应用方面逐渐增加，现在情况似有变化。密度是CMF测量的第二参量，再生产在生产过程中作某些品质指标控制，如溶液稀释程度，交接时防止卖方有意稀释；或求去取溶液中溶质浓度，测量溶液中溶容质流量或总量，如油井口流出油水混合液体中油的产量，还可辨别流动中液体种类，分路发送，如区分管系成品液和清洗液交替流动，分送下游不同管道。

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90年代中期CMF又拓展到测量液体的粘度，利用CMF的压力将降与粘度的函数关系辅以差压变送器作在线测量。

CMF对被测液体的粘度适应范围宽，从低粘度液化石油气到高粘度原油和沥青液。具据国外某仪表厂90年代出初统计分析表明，销售使用于中高粘度液体占50%以上，其中400mPa•s以上占10%。CMF还可应用于非牛顿流体和液固双相流体的流量测量，如乳胶、悬浮高龄高岭土液、巧克力、肉糜浆等。

早期CMF仅用于液体，然后扩大应用与于高压气体，到90年代初才有适用于测量中低压气体的仪表。据Micro Motion公司称；迄1997年该公司已有7500台CMF应用于气体，其中服务于汽车压缩天然气(CNCCNG)加气站计量的CMF有6000台。

用户产业分布；：据国外某仪表制造厂90年代初统计分析，CMF的应用中化学工业占40%，石油工业（包括炼制和储运）占20%，食品工业23%，其它占17%，其中食品工业占有相当比列比例；在国内当前石油、石化业用户资金雄厚，用的较多，而食品工业用户可谓绝无仅有。

2.9热式气体质量流量计

热式气体质量流量计即Mass Flow Meter（缩写为MFM)，它是气体流量计量中新型仪表，区别于其它气体流量计不需要进行压力和温度修正，直接测量气体的质量流量，一支传感器可以做到量程从极低到高量程。它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量。

热式质量流量计（以下简称TME）是利用传热原理，即流动中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前主要用于测量气体。

20世纪90年代初期，世界范围TMF销售金额约占流量仪表的8%，约4.5万台。国内90年代中期销售量估计每年1000台左右。过去流程工业用仪表主要是热分布式，近几年才开发热散（或冷却）效应式。

热式流量计传感器包含两个传感元件，一个速度传感器和一个温度传感器。它们自动地补偿和校正气体温度变化。仪表的电加热部分将速度传感器加热到高于工

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况温度的某一个定值，使速度传感器和测量工况温度的传感器之间形成恒定温差。当保持温差不变时，电加热消耗的能量，也可以说热消散值，与流过气体的质量流量成正比。

热式气体质量流量计是用于测量和控制气体质量流量的新型仪表。可用于石油、化工、钢铁、冶金、电力、轻工、医药、环保等工业部门的空气、烃类气体、可燃性气体、烟道气体的监测。

优点：

热分布式TMF可测量低流速（气体0.02~2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低~中偏高流速(气体2~60m/s)，插入式TMF更适合于大管径。TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失很小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简单，出现故障概率小。热分布式仪表用于H2 、N2 、O2、CO 、NO等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪表，实验证明差别仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。 气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。

缺点：

热式质量流量计响应慢， 被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。对于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层影响测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。对脉动流在使用上将受到。液体用TMF对于粘性液体在使用上亦受到。

应用概况：

TMF目前绝大部分用于测量气体，只有少量用于测量微小液体流量。热分布式仪表使用口径和流量均较小，较多应用于半导工业外延扩散、石油化工微型反应装置、镀膜工艺、光导纤维制造、热处理淬火炉等各种场所的氢、氧、氨、燃气等气体流量控制，以及固体

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致冷中固体氩蒸发等累积量和阀门制造中泄漏量的测量等。在气体色谱仪和气体分析仪等分析仪器上，用于监控取样气体量。分流型热分布式仪表应用于30~50mm以上管径时，通常在主流管道上装孔板等节流装置或均速管，分流部分气体到流量传感器进行测量。 冷却效应的插入式TMF国外近10年在环境保护和流程工业中应用发展迅速，例如；水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制，煤粉燃烧过程粉/气配比控制，污水处理发生的气体流量测量，燃料电池工厂各种气体流量测量等等。大管道用还有径向分段排列多组检测元件组成的插入检测杆，应用于锅炉进风量控制以及烟囱烟道排气监测SO2和NOX排放总量。液体微小流量TMF应用于化学、石油化工、食品等流程工业实验性装置，如液化气流量测量，注入过程中控制流量；高压泵流量控制的反馈量；药液配比系统定流量配比控制；直接液化气液态计量后气化，供给工业流程或商业销售。还有在色谱分析等仪器上用作定量液取样控制以及用于动物实验麻醉液流量测量。还未见到液体微小流量TMF国内定型产品。

2.10明渠流量计

与前述几种不同，它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。 非满管态流动的水路称作明渠，测量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。

水路按其形态分类，各形态如图.1所示。ISO通常称满水管为封闭管道，流动是在水泵压力或高位槽位能作用下的强迫流动。明渠流则是靠水路本身坡度形成的自由表面流动。

明渠流量计的原理：

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堰式、槽式、流速-水位式流量计 均需配用相应的液（水）位计。明渠流量计常用的液位计有浮子式、电容式、压力式和超声式。浮子式液位计在槽（或堰）的水位测量点经导水管通至静水井（见图11），液位计的浮子在静水井内随着水位变化而升降，通过液位计内凸轮机构将液位-流量的指数函数关系转换成流量。电容式液位计是测量棒形电极外套绝缘套管，与液体为另一电极的电容量来检测液位的。电容式液位计有液位比例输出型和液位函数输出型两类，前者如用于堰槽还需配用相应的函数转换器使之线形化，后者的绝缘套管按照堰（或槽）的液位-流量特性函数输出设计成特殊形状。

应用于明渠流量测量的压力式液位计有压力式水深仪、吹气式液位计和小型压力传感器三种。压力式水深仪如图11一例，置与堰上游明渠底部，测量水压变化推导水位变化。波纹管受压压缩，与其相连的差动变压器铁芯一起产生位移，经差动变压器转换成电信号，经转换器运算后输出流量信号。

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吹气式液位计如图12所示，将一根吹气管插入堰槽等上游水位测量位置的渠内，以略大于最大流量时水头的空气压力，连续以恒定流量60~100L/h)送入空气，吹出气泡，空气压力随水位而变，测得空气压力即可求的得水位。本仪表安装简便，适用于较污脏液体。但需要铺设供气管道和日常供气气源，带来不便。超声液位计是测量超声波从超声传感器（换能器）以一定的速度发射经气-液界面反射回到换能器的时间，以求取水位的液位计，称之气介式液位计，图5所示即为其使用安装例。用于明渠流量测量的超声液位计除气介式外，还有如图13所示在液体中传送超声波经液-气界面反射的液介式液位计，超声传感器置于水中。气介式为非接触液体测量，适用于有污浊物和腐蚀性液体，但液位存有泡沫等会影响液位测量值；液介式不适用于含有固相杂质的液体，但比气介式受温度变化影响小，超声波波长为气介式的1/5，分辨力和测量精度较高。

应用范围：

常用渠用流量仪表适用范围和性能比较归纳如表4。

表 4 渠用流量仪表性能比较

测量方法 堰法(薄壁堰) 比较项目 P槽法 PB槽法 流速-水位法 潜水电磁法 适用渠道 明渠 类型 明渠 圆形暗渠 明渠、暗渠 明渠、暗渠 流量检测 结构特征 渠道要截流，检测件结构简单 渠道一段要装渠道一段要装入入槽，检测件结槽，检测件结构较构较复杂 复杂 不必改动渠道，流量检测要用流速计 渠道要截流，检测件为本体，分流模型扩大流量 检测仪表 液位计 液位计 液位计 流速计+液位计 本仪表直接测量 34

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续表4 渠宽：300-1000 口径：300-500 口径：500-400 (600) 渠宽、喉宽或口径 渠宽：450-8000 喉宽：25-240 口(15200) 径：150-1800(3000) 15-40000m3/h 三角堰 小流量 30-15000 20-12000 流速：0-20m/s 矩形堰 中流量 (33000)m3/h 等宽堰 大流量 (4200)m3/h 10-5000m3/h 流量或流速范围 测量精确度误差/(%FS) 单独传感器：1.5 1-3 3-5 3-5 3-5 带分流模型：2.5 流量范围度 (10-20):1 (20-30):1 (20-30):1 (20-100):1 10:1 抬高水位/mm 200(120)-80 75-200 口径的(1/20-1/30) 无 100-500 上游侧固态物是否沉积和排泄程度 会沉积，不会排不会沉积，随物不会沉积，随流排不会沉积，随流排会沉积，能部分随泄，要定期清除 排泄 泄 泄 流排泄 上游直渠段1500-24000(其长度要求中整流流部/mm 690-12000) 300-20000 上游侧：≥(5-10)倍上游侧：≥(10-15)的口径 倍渠道(或口径) 下游侧：≥2倍口径 下游侧：≥5倍 35

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续表4 (或口径) 传播时间法超声流对液体的要求 速计；浊度≤液体导电率≥无特殊要求 无特殊要求 无特殊要求 5000mg/L多普勒法10-4s/cm测量废水、超声流速计：浊度下水不存在问题 60-5000mg/L 各类仪表的特点前文已有所论述，现在做综合比较。

水头损失或上游侧抬高水位 流速-水位法没有因测量带来水头损失，其余几种方法渠道均要被截流或装入一段流量检测件段，抬高上游水位。潜水电磁流量计由于可装分流模型，升高水位可比较灵活地选择。安装方便性 流量检测件本身和安装以槽最为复杂，堰和潜水电磁流量传感器相对简单。对已有渠道改造，安装流量检测件时挖掘工程量大，特别是暗渠要设置检查井（阴井），往往成为否定选用方案的原因。除潜水电磁法外，其他各类方法均有直渠道要求，这给选择测量点位置带来许多制约条件。明渠流量计应用场所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入和排放渠；工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。有人估计1995台，约占流量仪表整体的1.6%，但是国内应用尚无估计数据。

3新工作原理流量仪表的研究和开发 3.1 静电流量计(electrostatic flowmeter)

日本东京技术学院研制适用于石油输送管线低导电液体流量测量的静电流量计。静电流量计的金属测量管绝缘地与管系连接,测量电容器上静电荷便可知道测量管内的电荷。他们分别作了内径4~8mm铜、不锈钢等金属和塑料测量管仪表的实流试验，试验表明流量与电荷之间接近于线性。

3.2 复合效应流量仪表(combined effects meter)

该仪表的工作原理是基于流体的动量和压力作用于仪表腔体产生的变形，测量复合效

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应的变形求取流量。本仪表由美国GMI工程和管理学院开发，已申请两项专利。

3.3 转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor)

它是由俄罗斯科学工程中心工业仪表公司开发，是基于悬浮效应理论研制的。该仪表已在若干现场成功的应用(例如在核电站安装2000余台测量热水流量，连续使用8年),且还在改进以扩大应用领域。

4 几种流量仪表应用和发展动向 4.1 电磁流量计(EMF)

EMF从50年代初进入工业应用以来，使用领域日益扩展，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。我国近年发展迅速，1994年销售估计为6500~7500台。国内已生产最大口径为2~6m的EMF，并有实流校验口径3m的设备能力。 2008年销售额已经达到7700万美元，估计销售量在35万台以上。

4.2 涡街流量计(USF)

USF在60年代后期进入工业应用,80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占4%~6%。1992年世界范围估计销售量为3.54.8万台,同期国内产品估计在8000~9000台。

4.3威力巴流量计

威立巴流量计计采用了完全符合空气动力学原理的工程结构设计，是一种在精度、功效及可靠方面达到了无比卓越程度的传感元件。

4.4椭圆齿轮流量计

铸铁椭圆齿轮流量计[3]，广泛用于各种油品及对铸铁不腐蚀液体介质的计量。 铸钢椭圆齿轮流量计，用于高压、低腐蚀性介质的计量。铸铁椭圆齿轮流量计，转子为铝材，适用于低粘、低腐蚀（如汽油等）介质的计量。

■ 技术参数及选型

1、主要构件材料及公称压力

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2、 准确度等级0.5级，0.2级（一般在-10℃~+60℃）

3、 使用介质温度：LC-A、LC-E：（-20℃~+100℃）LC-Q：（-20℃~+60℃）LC-A、LC-E在高温调整下，再加高温散热筒可达200℃

4、 远传显示现场防爆等级：ExiaⅡCT5，dⅡBT4 。

4.5新一代万能流量计毕托巴流量计

毕托巴流量计是唯一一种传感器适用多种介质的流量计，它可以广泛应用于气体、蒸汽和液体流量的测量。气体：一次风速（量）、二次风速（量）、（负压）空气、氧气、氢气、干气、转炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、焦炉煤气、天然气、液化气、烟气、化工物料气等；汽体：过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽、干蒸汽、双向蒸汽等。液体：水、不满管水、洗油、贫油、轻油、焦油、重油、原油、腐蚀性液体、各种溶液、化工物料液、石蜡等。 毕托巴流量计有如下特点：

1精度高：

在3％～100％的量程范围准确度为0.2％。 2节能：

一次测量元件毕托巴传感器是Φ20～Φ50不锈钢制成，截面积很小，在介质管道中几乎无压力损失，使运行成本大大减小，与孔板等节流装置相比较有明显的节能效果。

3安装简便：

只需在管道合适位置上打一相当的孔，把一次元件毕托巴插入管道中心，即可方便地进行安装。

4无需维护：

一次测量元件毕托巴本身无需维护，只需按计量器具定期检定要求对差压变送器进行零点和满度的检验以及二次表输入相应的电流进行检验。

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5测量流量范围广：

气体流速在4m/s以上，液体流速在0.2m/s以上的介质都可以精确测量。对低流速、小流量、大管径测量效果尤佳。

6介质管道横截面形状适用范围广：

本流量计对介质管道截面的几何形状无要求，圆形、椭圆形、长方形、方形、棱形、三角形、梯形等均适用。

7可靠性高

因毕托巴传感器的构造非常简单，结构设计合理，导压管内介质不流动，杂物不容易进去，所以能长时间保持测量精度。

8耐高温高压

可耐介质最高温度650℃，喷涂Al2O3涂层可耐最高温度1300℃，耐介质最高压力32MPa。

9不要求直管段

清华大学几十年吹风实验积累了各种工况下弯管段到15倍管径之间修正系数数据库，只要用户提供直管段长度，即可在风洞实验室模拟现场工况，并配选相应的数据计算模型，以保证测量精度。

10配有智能化二次仪表

既可数显各项参数，又可进行远程通讯，构成网络，便于集中管理。 11可在线安装和检修

部分无法停产安装的测点和杂质含量过多的介质可不停产在线安装测量，并可不停产进行清理和维护。毕托巴流量计是国内外目前最先进的流量测量仪器，国外的仪表公司在网站上发表认同和推广毕托巴流量计。

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4.6 新型固体流量计

本实用新型公开了一种新型固体流量计，由整流槽、冲击挡板、转轴、传动臂、支撑座、称重传感器、零位调节螺杆及机体构成。整流槽顶部设有入料口，其底部出口处倾斜设置冲击挡板，冲击挡板一端与转轴连结，转轴的两个端部穿过机体。传动臂两端分别设置零位调节螺杆及静态校验挂钩，零位调节螺杆底部通过连接环与拉杆相连，拉杆底端设置称重传感器，传动臂接近零位调节螺杆处通过支撑座纵向设置转轴，并形成支点，转轴两端均设置有轴向位移阻挡销。本实用新型属型结构简单、实用、成本低，动态精度优以1％，较传统冲板流量计精度和稳定性要高得多，适用于气体输送(或非粘性液体输送)的粉状、颗粒状固体流量的测量。

5 结论

由上述可知,流量计发展到今天虽然已日趋成熟,但其种类仍然极其繁多,至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。

每种流量计都有其适用范围,也都有局限性。这就要求我们:

(1)在选择仪表时,一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况,并要兼顾考虑其它因素,这样测量才会准确;

(2)努力研制新型仪表,使其在现有的基础上更加完善。

心得体会

对于综述这个词还是第一听到，开始并不知道如何来写，通过老师的讲解后才知道综述也是一种学术论文并对它有了深刻的认识，写综述主要是综述别人的资料，在确定选题后，首要做的就是查资料，老师一开始就告诉我们上一些期刊或数据库的网站上搜资料，例如中国知网、中国期刊网、维普科技数据库等。但是我想网络这么发达搜资料还不容易，我开始利用各种搜索引擎进行搜索，搜到的资料寥寥无几，看到旁边的同学从图书馆拷了很多资料，这时才发现自己错了，老师说的才是捷径，于是我就冲到图书馆开始查找资料，通过教育端口进入中国知网下载资料是免费的，下载了很多和题目相关的资料，回到寝室开始对资料进行整理，按照老师所讲的要求开始写综述，这个过程并不轻松，因

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为，你要对每个领域的技术按照历史、成就、展望的顺序进行编排，还要说清相应的原理，这些要通过查找多个资料才能获取相应的信息。本以为自己在图书馆下载的资料够了呢，没想到需要的远远没有满足，只好又下载一些，并借助互联网对信息进行补充。，资料整理完还要对综述的格式进行校对，这个工作也并不轻松，不过还是要感谢老师，不仅仅是学会了如何写综述，写综述的过程中获得感触颇多！

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