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1、2022年11月10日,流量计的分类与选型,2022/11/10,2022年9月28日流量计的分类与选型2022/9/2,前言,测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表。流量计是工业测量中重要的仪表之一。随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异。为了适应各种用途， 各种类型的流量计相继问世。 目前已投入使用的流量计已超过 100 种，种类繁多， 但每一种流量测量方案和仪表只能使用某一种或某一类流体在某特定条件下的测量。世界上并不存在一种十全十美的流量仪表，各种仪表都尤其优缺点和使用上的局限性。 精准的选型是一个从事仪表选型应用的设计人员必须具备的，然而真正
2、做到精准又是何其难。 今天将对市场上用于工业生产流量计量的众多仪表按不同的分类方式进行分类，并且阐述了其工作原理，以达到学习的目的。,前言,参考文献及相关标准,参考文献流量测量技术及仪表/梁国伟，蔡武昌主编 北京-机械工业出版社流量测量仪表应用技巧/纪纲编著 北京-化学工业出版社相关标准GB 17167 用能单位能源计量器具配备和管理通则GB/T 18603-2014 天然气计量系统技术要求SH/T 3005-2016 石油化工自动化仪表选型设计规范HG/T 20507-2014 自动化仪表选型设计规范GB 50093-2013 自动化仪表工程施工及质量验收规范SHT 3104-2013 石油
3、化工仪表安装设计规范,参考文献及相关标准参考文献,流量仪表的分类,按测量对象分类：封闭管道流量计和明渠流量计按测量目的分类：总量测量和瞬时流量测量按输出信号分类：脉冲频率信号输出和模拟信号输出按测量原理分类：容积式、速度式和差压式按测量方法和结构分类： (1) 差压式流量计； (2)可变面积式流量计； (3) 速度式流量计； (4) 容积式流量计 (5) 科里奥利质量流量计； (5) 热导式质量流量计； (7) 明渠流量计； (8) 插入式流量计； (9) 固体流量计（冲量式、皮带 秤、轨道衡）； (10) 其它流量计（激光流量计、静电流量计、复合 效应流量计、转速表式流量计等）； 按测量方法
4、和结构分类是一种比较流行的分类方法。,流量仪表的分类按测量对象分类：封闭管道流量计和明渠流量计,差压式流量仪表,原理及分类 差压式（也称节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟、最常用的方法之一。 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。 差压式流量计的分类： 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。 标准件：标准孔板（Re5000） 喷嘴（压损低） 经典文丘里管（压损低） 文丘里喷嘴（压损低）,差压式流量仪表原理及分类,差压式流量仪表,非标准件： 直管段较短，压损小
5、：多孔平衡孔板，V锥流量计； 低雷诺系数： 1/4圆缺孔板、锥形入口孔板； 脏污介质：偏心孔板、圆缺孔板； 压损低（清洁流体） ：道尔管、罗洛斯管等； 粘度大的含悬浮物的液体，雷诺数（Re500），如原油、沥青等介质：楔形流量计； 楔形流量计经标定后精度高，变送器采用隔膜式； 无附加压损（清洁流体） ：弯管流量计； 管径DN50 ：要求精度不高,内藏孔板流量计； 大管径、低压损（清洁流体） ：皮托管、均速管；,V锥流量计,1/4圆缺,锥形入口孔板,弯管,均速管,楔形流量计,罗洛斯管,道尔管,圆缺孔板,偏心孔板,皮托管,差压式流量仪表 非标准件：V锥流量计1/4圆缺锥形,差压式流量仪表,差压式流
6、量仪表的优点： 结构简单，安装方便，工作可靠，成本低廉，中等精度； 广谱式流量计，可以测量气体、蒸汽、液体介质的测量，而且能适应多种工况（高温、高压、低静压、低流速、 低密度等多种工况）； 管径从小到大，系列齐全； 标准化程度高，只要按照标准进行设计、制造、安装即可，无需标定； 基于以上特点，差压式流量计站流量计用量的一半以上。 差压式流量仪表的缺点： 大部分差压式流量计的测量精度不高，处于中等精度； 量程比小，由于流量与差压信号的平方根成正比，天生测量范围窄，一般的量程比只有3：1，V锥流量计也只有 10:1 ； 安装条件比较苛刻，大部分需要很长的只管管，尤其是大管径； 大部分需要导压管，易
7、泄露、堵塞及冻结； 压损大（指孔板、喷嘴等）；,差压式流量仪表 差压式流量仪表的优点：,可变面积式流量仪表,原理与分类 可变面积式流量仪表中最常用的一种是转子流量计，也叫浮子流量计。 它是在在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。通过浮子在管中的位置可以直接读出流量值，或者通过电磁耦合将浮子的位置转换成标准电流信号； 分类方法有好多，一般按照材质进行分类：玻璃管转子流量计和金属管转子流量计； 除了用于测量流量的转子流量计外，还有一种专门用于吹扫法测量压力或者液位的吹扫装置。 转子流量计的优点： 结构简单，使用方便，价格便
8、宜； 适用于小管径和低流速; 压力损失较低； 转子流量计的缺点： 耐压低，玻璃管结构有破碎的风险； 不能测量脏污流体，容易堵塞； 浮子容易被卡主，需要设置旁路； 易受外界磁场影响；,可变面积式流量仪表原理与分类,速度式流量仪表,原理与分类 速度式流量仪表是以测量管道内的流量的平均速度u，进而求出单位时间内流过流体的体积流量。根据被测物理量的不同，速度流量仪表主要包括涡街流量计、涡轮流量计、水表、电磁流量计、超声波流量计、靶式流量计等；,速度式流量仪表原理与分类,速度式流量仪表之涡街流量计,原理与分类 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
9、排列的漩涡的仪表。当通流截面一定时，流速与导容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量。 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，它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。 涡街流量计的优点： 涡街流量计无可动部件，测量元件结构简单，性能可靠，使用寿命长； 涡街流量计测量范围宽。量程比一般能达到 10：1； 应用范围广，可以测量气体、蒸汽、液体介质的测量； 流量不受被测流体的温度、压力、密度或粘度等热工参数的影响； 压力损失小，不见得； 精度较高，重复性好，维护量小； 涡街流量计的缺点： 安装条件苛刻:抗震性能差、直管段要求非
10、常高； 不适合杂物介质，漩涡发生体易被脏污或者污物缠绕； 耐温性能差，一般只能测量 300以下介质的流体流量 测量气体或蒸汽时需要补偿；,速度式流量仪表之涡街流量计原理与分类,速度式流量仪表之涡轮流量计,原理与分类 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。在欧洲和美国，涡轮流量计的用量仅次于孔板流量计。涡轮流量计的优点： 高精度,重复性好，在所有流量计中,属于最精确的流量计
11、； 无零点漂移,抗干扰能力好; 量程范围宽;； 结构紧凑；涡轮流量计的缺点： 不能长期保持校准特性; 流体物性对流量特性有较大影响；,速度式流量仪表之涡轮流量计原理与分类,速度式流量仪表之靶式流量计,原理与分类 靶式流量计的测量元件是一个放在管道中心的圆形靶，流体流动时冲击到靶上，会使靶面受力，并产生相应的微小位移，这就反映了流量的大小。是一种动量式流量仪表。靶式流量计的优点： 结构简单,安装维护方便； 不易堵塞; 适合于测量粘度高、雷诺系数低的流体或浆液; 结构紧凑；靶式流量计的缺点： 由于靶片及靶杆有自重，安装好后必须重新设置零点 ; 精度不是很高，一般做为过程控制类计量仪表，贸易结算慎用
12、；,速度式流量仪表之靶式流量计原理与分类,速度式流量仪表之电磁流量计,原理与分类 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。根据测出的感应电动势求出流体的流速，进而计算出体积流量的一种仪表。电磁流量计的优点： 测量通道是段光滑直管,无节流件,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; 不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好; 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; 流量范围大（100:11000:1）,口径范围宽（几毫米到几米） ； 可应用腐蚀性流体； 前后直管道要求较小；电磁流量计的缺点： 无法测量气体
13、、蒸汽以及含气泡的液体; 无法测量低电导介质，如有机物等； 受内衬影响，无法测量过高和过低温度介质； 易受外界电磁干扰； 需要根据介质特点选择合适的电极和励磁方式； 价格昂贵；,速度式流量仪表之电磁流量计原理与分类,速度式流量仪表之超声波流量计,原理与分类 超声波在流动的流体中传播时，传播速度会受到流体流速的影响，根据这一原理制造了超声波流量计。它也是由测流速来计算出体积流量的。超声波流量计按测量原理可分为很多种，最常用的是时差式和多普勒式； 超声波流量计的优点： 非接触式，不产生流量检测所造成的压力损失,可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量； 不受介质温度、压力、密度、粘度等参数的影响 ；
14、 流量范围大（20:1）,口径范围宽（20mm5m） ； 可应用腐蚀性流体； 可测量气体、液体、蒸汽甚至双相介质；超声波流量计的缺点： 超声波流量计的温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200的流体； 抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度； 直管段要求严格，为前20D,后5D。否则离散性差，测量精度低； 测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示； 安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差。 使用寿命短；,速度式流量仪表之超声波流量计原理与分类,容积式流量仪表,原理与分类 容积式流量计,又称定排量流量计,简称PD
15、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。 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。超声波流量计的优点： 测量精度高，是目前所有流量计中精度最高的； 流量计前不需要直管段； 可用于高粘度的流量测量； 测量范围宽； 直读式仪表；超声波流量计的缺点： 机械结构复杂，体积庞大，只适合于中小管径； 被测介质的种类、口径、介质工作状态等的适用范围不够宽；
16、 只适合于洁净单相流体； 会给系统流体产生脉冲；,腰轮,椭圆齿轮,齿轮,凸轮刮板,双转子,往复活塞,容积式流量仪表原理与分类腰轮椭圆齿轮齿轮凸轮刮板双转子往复活,质量流量计之科里奥利质量流量计,原理与分类 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。科里奥利流量计的优点： 直接测量质量流量，精度最高； 可测流体范围广，可测量高粘度、液固两相流，含微量水分的气液两相流以及中高压气体； 不需要直管段； 液体粘度和密度对流量测量值的精度影响微乎其微； 可测双向流量；科里奥利流量计的缺点： 零点稳定性差； 无法测低压
17、气体； 液体中含气量过大会影响精度； 对振动干扰比较敏感； 压力损失大； 价格昂贵；,质量流量计之科里奥利质量流量计原理与分类,质量流量计之热式气体质量流量计,原理与分类 利用流体经过外部加热的管道时产生的温度场变化或者利用将流体加热到某一定值是所消耗的能量与流体质量流量间的关系原理,制造的这类流量计叫热式气体质量流量计（TMF）。热式气体质量流量计的优点： 压损低，精度高； 直接测量气体的质量流量； 流量范围广；热式气体质量流量计的缺点： 精度不及其他类型流量计，一般为3 ； 适用范围窄，只能用于测量干燥的非爆炸性的气体，如压缩空气、氮气、氩气及其他中性气体；,质量流量计之热式气体质量流量计
18、原理与分类,明渠流量计,原理与分类 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)。 明渠流量计除圆形外,还有U字形、梯形、矩形等多种形状。 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。,明渠流量计原理与分类,插入式流量计,原理与分类 插入式流量计不是基于原理划分的流量计，它是根据安装方式进行分类的，区别于管道式
19、安装。、 包括插入式涡街流量计、插入式电磁流量计、插入式涡轮流量计、插入式毕托管。还有均速管本身就是一种插入式流量计。插入式流量计的优点： 价格便宜； 体积小、重量轻，容易安装和维修； 带球阀，可以实现不断流拆卸； 压损低； 大口径测量仪表易于拆卸校验； 可做成便携式；插入式的缺点： 精度低；,插入式流量计原理与分类,固体流量计,原理与分类 用于测量固体物料流量的流量计，主要有冲量式流量计、皮带秤和轨道衡； 冲量式流量计利用固体物料从高空落下，落在冲量式流量计的倾斜的检测板上，根据检测板收到的冲量求出固体物料的流量； 皮带秤是指对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器，主要分
20、类有ICS皮带秤、配料皮带秤、ICS-ST矿用皮带秤、高精度矩阵式皮带秤。 称量铁路货车载重的衡器。分静态轨道衡、动态轨道衡和轻型轨道衡3种。广泛用于工厂、矿山、冶金、外贸和铁路部门对货车散装货物的称量。,皮带秤,轨道衡,冲量式流量计,固体流量计原理与分类皮带秤轨道衡冲量式流量计,其它流量计,原理与分类 除了常用的流量计外，还有激光流量计、静电流量计、复合效应流量计、转速表式流量计、核磁共振流量计等； 这些流量计大都是适用范围窄、价格昂贵、性能不太稳定的特殊流量计，在石油化工、天然气、环境保护、水处理等行业中很少用到，对于其原理不做介绍，如果有兴趣可以查阅相关资料。,其它流量计原理与分类,流量计选型需要注意的地方,1.用于贸易交接的仪表，除了科里奥利质量流量计、容积式流量计外，均需要稳压补偿；2.用于成品油贸易结算的计量器具的准确度等级不应低于O. 2 。3.用于天然气贸易结算的计量器具的准确度等级应符合现行国家标准天然气计量系统技术要求)GB/T 18603；4.测量进出装置的蒸汽时，如果介质为饱和蒸汽，采用温度或压力补偿，如果为过热蒸汽是，采用温压双补偿；5.如果要计量质量流量而选用体积式流量计时，需要注意温度、密度、压力对测量结果的影响；,流量计选型需要注意的地方1.用于贸易交接的仪表，除了科里奥利,敬请指导！,敬请指导！,
