解析各种流量计的比较

一、涡街流量计(气体)

　　▲ 涡街流量计特点：没有可移动部件、计量精度高、压力损失小

　　检测元件不与被测流体接触、输出信号与流体的温度、压力、密度、成分、粘度等参数无关。

　　▲ 涡街流量计原理：它是应用流体力学中的卡曼涡街原理来测量流体流量的。把一个旋涡发生体(圆柱体、三角柱等非流线型对称体)垂直插在管道中，当流体在管道中流动时，会在旋涡发生体后方左右两侧交替产生旋涡，形成旋涡列。这两列旋涡相互形成平行状，且左右交替出现，旋转方向相反。旋涡的频率f(Hz)与流体的平均流速v(m/s)及旋涡发生体的宽度(m)有如下关系： f=St*v/d (St为斯特劳哈尔系数，与旋涡发生体宽度d和流体雷诺数有关)

　　▲ 涡街流量计的使用相对简单，安装也比较方便，它分插入式和管道式两种。在安装时应注意流体的流动方向应同流量计指示的方向相同。

　　▲ 涡街流量计的缺点：量程比小(15：1);受震动影响大;管道的大小与价格呈正比;需要温度压力补偿方可计量;小量程段不灵敏，不稳定，几乎不可测量。

　　二、超声波流量计(气体)

　　▲超声波流量计特点：没有压力损失;安装简单;与流体的温度、压力、粘度等本身性质无关;无可动部件;可测量脏污、腐蚀气体及多组分气体。

　　▲超声波流量计原理：在管道中测量测量顺流和逆流方向超声波的传播时间，再经过计算得出流体的流速。流体的流量则可以通过介质流速、管径，以及用雷诺数对流体进行动力学方面的校正后得到。

　　具体来说：在管道中以“Z”型装一对超声波传感器，两个传感器之间的距离L作为超声波的传播行程。超声波在两个传感器之间的顺流和逆流传播时间分别表示为：

　　Ts=L/(C+Vcosθ);Tn= L/(C-Vcosθ)

　　式中C为声波在静止空气中的速度，它随气体性质变化的函数，单位：m/s。V为气体介质流速，单位m/s。θ为声波行程与管道轴线之间的夹角。

　　▲超声波流量计的使用也比较方便。在管道表面以“Z”型安装，应注意应把传感器安装处打磨光亮并涂敷黄油，用固定装置把传感器与管道拧紧即可。

　　▲超声波流量计的缺点：量程比小(15：1);维护相对麻烦;气体精度高的价格高;计量需要温度、压力补偿;

　　三、转子流量计(气体)

　　▲转子流量计的特点：就地显示，无须电源;价格相对便宜;

　　它有两种材质，通常用的玻璃管转子流量计和金属管质量流量计。就地显示和远传显示皆可，接口有HART、标准电流信号、PROFIBUS等形式。

　　▲转子流量计的原理：转子流量计也是一种速度式流量计。它有两部分组成，一个是上大下小的锥形管，另一是放在锥形管中的转子(也称浮子)。利用流体通过转子与锥形管壁之间的空隙(节流面积)时产生的差压△P来平衡转子的重量。工作时，被测流体由锥形管的下端流入，从上端流出。流体对转子产生向上托力的大小F总是等于转子的重量G，即

　　F=△P*A;G=V*(ρt-ρf)g

　　由于 F=G 故 △P*A= V*(ρt-ρf)g

　　△P= V*(ρt-ρf)g/A (1)

　　式中V—转子的体积;A—转子的最大截面积;g—当地的重加速度;ρt-ρf分别为转子材质和被测流体的密度;△P为转子垂直方向上下流体的压差。有式(1)可知，在整个工作过程中，压差保持不变。在流量增加时，当然通过节流面积的流速也增加，只有增大节流面积，减低流速，以维持压差△P不变。故根据转子的平衡位置的高低就能读出流量的大小。可用式(2)表示

　　Q=k*h(2△P/ρf)1/2 (2)

　　式中k—为仪表常数;h—为转子浮起的高度。将式(1)代入可得

　　Q= k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2

　　▲转子流量计的使用比较方便，安装时拧紧相应的螺栓就可以了，但应注意流体的流动的方向一定垂直向上。

　　▲转子流量计的缺点：量程比小10：1;压力损失相对大;污物易堵塞;安装维护相对复杂;受震动影响大;需要温度、压力补偿等;管径大小与价格呈正比，一般在DN200以下。

　　四、热式气体质量流量计

　　▲热式质量流量计的特点：量程比宽可达1000：1;小量程段灵敏;不受温度、压力影响，直接测量气体的质量;压力损失可忽略;可实现大口径小流量高精度测量;价格与管道的大小相差不大;高精度可达1%;温度范围宽可达-70℃～450℃;对粉尘、颗粒物不敏感。

　　▲热式质量流量计的原理：它是基于热扩散原理的流量计。通俗的说，放在流体中的热源，在流体经过它时，热源本身的热量将会损失，流体的质量流量越大，热源损失的热量越大。这样流体的流量与热源损失的热量在理想的情况下应相等。故知道了热量的大小，我们就可以得出流体的流量。

　　具体对热式气体质量流量计(以下简称热式流量计)实现来说，就是：热式流量计的探头有两个探针，其中一只是参考点，用来测量流体的温度;另一只是加热源，用来充当热源。根据前述我们可有下式(3)

　　P/△T=A+B*(Q)m (3)

　　式中P—为电子模块为加热源提供的功率;△T—为加热源与参考点之间的温差;A、B、—为与流体本身性质有关的常数;m—为与流体本身性质有关的指数系数;Q—为流体的质量流量。从式(3)我们可以看出，实现流量测量有两种方法：P固定就是恒功率法;△T固定就是恒温差法。通常我们都采用恒温差法测量，恒温差法特点：小量程段特灵敏，反应速度也快，目前市场上流通的产品皆是采用此法。

　　▲热式质量流量计使用、安装比较方便，它有插入式、管道式两种形式。无论是插入式还是管道式，维护、操作极为简单，安装时应注意流体方向应同热式流量计指示的方向相同。

　　▲热式质量流量计的缺点：不适宜安装在粘度大的环境中安装;不适宜安装在水珠含量在40%以上的场所。

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