各類流量計原理和選擇方法

　　1渦輪變送器的工作原理
　　渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。
　　被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進(jìn)行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。
　　渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。
　　渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置于放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的測量。
　　2渦輪流量計的選型
　　（1）流量計本體好選區(qū)用316不銹鋼材料以防腐，如是防爆區(qū)還必須是防爆結(jié)果。
　　（2）軸承一般有炭化鎢，聚四氟乙烯，碳石墨三種規(guī)格：碳化鎢的精度高，它作為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)件；聚四氟乙烯，碳石墨能防腐，一般在化工場所優(yōu)先考慮。軸承的壽命流速的平方成正反比，故流速好的在大流速的1/3速度比較好。
　　（3）感應(yīng)探頭是檢測轉(zhuǎn)動體的運動并把它轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)字電信號，它電磁線圈電壓輸出值接近正弦曲線，脈沖信號的頻率范圍隨測量的流量大小成線性變化，典型的范圍為10:1，25:1和100:1三種規(guī)格。電磁線圈的電阻一般小于2000Ω，大于該值可能損壞。
　　3渦輪流量計的安裝
　　（1）變送器的電源線采用金屬屏蔽線，接地要良好可靠。電源為直流24V，650Ω阻抗。
　　（2）變送器應(yīng)水平安裝，避免垂直安裝，并保證其前后有適應(yīng)的直管段，一般前10D，后5D。
　　（3）保證流體的流動方向與儀表外殼的箭頭方向一致，不得裝反。
　　（4）被測介質(zhì)對渦輪不能有腐蝕，特別是軸承處，否則應(yīng)采取措施。
　　（5）注意對磁感應(yīng)部分不能碰撞。
　　4渦輪流量計的組態(tài)與校正
　　標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)定方法是十點水標(biāo)定法，但黏度不同標(biāo)定的值不同，故通常要做黏度標(biāo)定曲線。
　　5渦輪流量計的顯示儀表
　　顯示儀表的任務(wù)是將單位時間輸出脈沖數(shù)和輸出脈沖總數(shù)轉(zhuǎn)換成瞬流量和總流量，并顯示出來。
　　由前放大器輸出的脈沖信號，其幅值、波形都是不規(guī)則的，在進(jìn)入顯示儀表后，先需經(jīng)整形電路整形成為有規(guī)則的具有一定幅值的矩形電脈沖信號民，再經(jīng)過頻率/電流轉(zhuǎn)換電路，將頻率信號變?yōu)橄鄳?yīng)的電流信號（4～20mA）再轉(zhuǎn)換能瞬時流量值，總量由轉(zhuǎn)換及積算電路得到。有的顯示儀表就地顯示，有的送DCS顯示。
　　6注意事項
　　（1）安裝渦輪流量計前，管道要清掃。被測介質(zhì)不潔凈時，要加過濾器。否則渦輪、軸承易被卡住，測不出流量來。
　　（2）拆裝流量計時，對磁感應(yīng)部分不能碰撞。
　　（3）投運前**行儀表系數(shù)的設(shè)定。仔細(xì)檢查，確定儀表接線無誤，接地良好，方可送電。
　　（4）安裝渦輪流量計時，前后管道法蘭要水平，否則管道應(yīng)力對流量計影響很大。
　　7發(fā)展前景
　　隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，當(dāng)今渦輪變送器已發(fā)展成小型化、高集成度的模塊，設(shè)計，有強(qiáng)大的功能軟件，并設(shè)有RS232標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)通信接口，對維護(hù)檢修提供了方便。可與DCS連接通信，DCS替代了顯示儀表，如HOFFER流量計在工業(yè)臨近生產(chǎn)過程中更方便實用。
　　總之，渦輪流量計是一種速度式流量儀表，由于具有測量精度高，反應(yīng)速度快，測量范圍廣，價格低廉，安裝方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中。
　　差壓式流量計-流量測量方法和儀表的選用
　　差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。DPF由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件的型式對DPF分類，如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數(shù)，也可測量其他參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。
　　容積式流量計-流量測量方法和儀表的選用
　　容積式流量計又稱排量流量計（positivedisplacementflowmeter），簡稱PD流量計或PDF，在流量儀表中是精度高的一類。它利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流量體積總量。PD流量計一般不具有時間基準(zhǔn)，為得到瞬時流量值需要另外附加測量時間的裝置。定排量測量方法可追溯到18世紀(jì)，20世紀(jì)30年代進(jìn)入普遍商業(yè)應(yīng)用。
　　轉(zhuǎn)子流量計
　　浮子流量計，又稱轉(zhuǎn)子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴(kuò)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，浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運動，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到與刻度盤指示流量。一般分為玻璃和金屬轉(zhuǎn)子流量計。金屬轉(zhuǎn)子流量計是工業(yè)上常用的，對于小管徑腐蝕性介質(zhì)通常用玻璃材質(zhì)，由于玻璃材質(zhì)的本身易碎性，關(guān)鍵的控制點也有用全鈦材等貴重金屬為材質(zhì)的轉(zhuǎn)子流量計。
　　電磁流量計-流量測量方法和儀表的選用
　　電磁流量計基于法拉第電磁感應(yīng)原理研制出的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電體在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電動勢的大小與導(dǎo)體在磁場中做垂直于磁場運動的速度成正比，由此再根據(jù)管徑，介質(zhì)的不同，轉(zhuǎn)換成流量。
　　電磁流量計與選型原則：1）、被測量液體必須是導(dǎo)電的液體或漿液；2）、口徑與量程，好是正常量程超過滿量程的一半，流速在2-4米之間；3）、使用壓力必須小于流量計耐壓；4）、不同溫度及腐蝕性介質(zhì)選用不同內(nèi)襯材料和電極材料。
　　電磁流量計的測量精度建立在液體充滿管道的情形下，管道中有空氣的測量問題目前尚未得到很好解決。
　　電磁流量計的優(yōu)點：無節(jié)流部件，因此壓力損失小，減少能耗，只與被測流體的平均速度有關(guān)，測量范圍寬；只需經(jīng)水標(biāo)定后即可測量其他介質(zhì)，無須修正，適合作為結(jié)算用計量設(shè)備使用。由于技術(shù)及工藝材料的不斷改進(jìn)，穩(wěn)定性、線性度、精度和壽命的不斷提高和管徑的不斷擴(kuò)大，對于固液兩相的介質(zhì)的測量采用了可更換電極以及刮刀電極的方式，解決了高壓（32MPA）、耐腐蝕（防強(qiáng)酸、堿襯里）介質(zhì)的測量問題，以及口徑的不斷擴(kuò)大（大作到3200MM口徑），壽命的不斷增長（一般大于10年），電磁流量計得到越來越廣泛的應(yīng)用，其成本也得到了降低，但整體價格特別是大管徑的價格仍較高，因此在流量儀表的采購中有重要的地位。
　　超聲波流量計
　　超聲波流量計是近代發(fā)展起來的一種新型測量流量的儀表，只要能傳播聲音的流體均可以用超聲波流量計測量；超聲波流量計可以測量高粘度液體、非導(dǎo)電性液體或氣體的流量，其測量流速的原理是：超聲波在流體中的傳播速度會隨被測流體流速而變化。
　　超聲波流量計一般不作結(jié)算計量儀表使用，對于現(xiàn)場計量點損壞生產(chǎn)不能停機(jī)更換，又需要檢測參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)的情況也往往用到超聲波流量計。超聲波流量計大優(yōu)勢是用于大口徑流量測量（管徑大于2米），即使有些結(jié)算用計量點，經(jīng)過使用雙方認(rèn)可，選用精度高的超聲波流量計，可以節(jié)約成本，并減少維護(hù)量。
　　超聲波流量計的選型及應(yīng)用
　　摘要超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我佃國內(nèi)市場上出現(xiàn)了各類超聲波流量進(jìn)行了深入研究分析，結(jié)合多年的實際應(yīng)用經(jīng)驗，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的分類方法；從儀表性能、被測介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性，實用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對應(yīng)用中如何選位、安裝、維護(hù)提出具體建議，為用戶合理選擇和應(yīng)用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗和方法。
　　關(guān)鍵詞超聲流量計；換能器；時差式；安裝方式
　　近幾年來，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應(yīng)用，同時也對廣大用戶提出如何認(rèn)識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類型，使用中應(yīng)注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內(nèi)超聲波流量計目前的發(fā)展情況及多年應(yīng)用的實踐，對上述問題進(jìn)行了些探討。
　　1超聲波流量計的分類
　　超聲波流量計的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計。
　　1.1多譜勒式超聲波流量計
　　換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
　　當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。
　　1.2時差式超聲波流量計
　　時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
　　2區(qū)別
　　根據(jù)超聲波流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。
　　2.1這兩類超聲波流量計的主要區(qū)別
　　(1)適用的場合不同
　　固定式超聲波流量計用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長期不間斷的計量；便攜式超聲波流量計具有很大的機(jī)動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。
　　(2)供電方式不同
　　固定式超聲波流量計要求長期連續(xù)運行，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計既可以使用現(xiàn)場的交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h［小時］，大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。
　　(3)部分功能不同
　　因定式超聲波流量計，通常都有4-20mA信號輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)；便攜式超聲波流量計只是為了現(xiàn)場查看當(dāng)時流量和短時間內(nèi)的累計流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時調(diào)出使用。
　　2.2換能器供電方式不同
　　可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。
　　(1)外貼式
　　外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)早，用戶熟悉且應(yīng)用廣泛的超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點。
　　(2)管段式
　　某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計。
　　管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優(yōu)點，要求切開管道安裝換能器。
　　(3)插入式
　　插入式超聲波流量計介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。
　　3超聲波流量計的選型
　　超聲波流量計除上述各種類型外，近年來又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計，把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計，等等。面對眾多類型的超聲波流量計，用戶要根據(jù)實際情況和測量需要合理選型。
　　3.1多譜勒式超聲波流量計
　　只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩(wěn)定的工廠過程液等。要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜技含量要相對穩(wěn)定，才可以正常測量，而且不同廠家的儀表性能及對被測廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質(zhì)心中有數(shù)，也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。
　　3.2便攜式超聲波流量計
　　適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表的運行狀態(tài)，進(jìn)行一個區(qū)域內(nèi)的流體平衡測試，檢查管道的當(dāng)時流量情況等。如果不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟(jì)。
　　3.3時差式超聲波流量計
　　目前生產(chǎn)多、應(yīng)用范圍廣泛的是時差式超聲波流量計。它主要用來測量潔凈的流體流量，在自來水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測量雜技含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm)的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達(dá)±1.5%。實際應(yīng)用表明，選用時差式超聲波流量計，對相應(yīng)流體的測量都可以達(dá)到滿意的效果。
　　3.4管道式超聲波流量計
　　精度高，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精度要求高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計，較為經(jīng)濟(jì)。
　　3.5固定式超聲波流量計
　　如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，徹底消除了管襯、結(jié)垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量。而且，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應(yīng)用正在不斷推廣。
　　有的廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲波流量計，其特點是采用數(shù)字電路處理信號，糾錯能力增強(qiáng)，取樣及時，精度提高(模擬電路的精度為±1.5%，數(shù)字電路可以達(dá)到±1.0%)，而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號輸出模式供選擇，在實際應(yīng)用也取得了很好的效果。用戶在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計進(jìn)行比較。
　　超聲波流量計的功能選擇，用戶可以根據(jù)實際情況來確定。如果測量雙向流體，一定要選擇帶有正負(fù)計量功能的超聲波流量計；如果用戶需要定期了解流體在一定時段有流量情況，可以選擇帶打印機(jī)的超聲波流量計。總之，所選擇的超聲波流量計的功能既要滿足用戶需要，也不必貪多求全，造成許多功能閉置不用，而增加購買成本。
　　4超聲波流量計的應(yīng)用
　　超聲波流量計在應(yīng)用中，需要注意以下幾個方面的問題：
　　4.1正確選擇
　　這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，或會造成流量無法測量，或者用戶使用不做便等后果。具體選型原則，前面已做了詳細(xì)的介紹。
　　4.2合理安裝
　　換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機(jī)等污染電源的場合。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種。多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強(qiáng)度高，測量的穩(wěn)定性也好。
　　4.3及時核校
　　對于現(xiàn)場安裝固定式超聲波流量計數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核校現(xiàn)場儀表的情況。一是堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調(diào)試時進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測量準(zhǔn)；二是對在線運行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進(jìn)行及時核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實發(fā)生了變化。
　　4.4定期維護(hù)
　　與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護(hù)量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等有無漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響，等待。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計的長期穩(wěn)定運行。
　　超聲波流量計使用中注意事項
　　1、瞬時流量計波動大？
　　A、信號強(qiáng)度波動大；B、本身測量流體波動大；
　　解決方法：調(diào)整好探頭位置，提高信號強(qiáng)度（保持在3%以上）保證信號強(qiáng)度穩(wěn)定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點，確保前10D后5D的工況要求。
　　2、外夾式流量計信號低？
　　管徑過大，管道結(jié)垢嚴(yán)重，或選擇安裝方式不對。
　　解決方法：對于管徑過大、結(jié)垢嚴(yán)重，建議采用插入式探頭，或選擇“Z”型安裝方式。
　　3、插入式探頭使用一段時間后信號降低？
　　可能探頭發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。
　　解決方法：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。
　　4、開機(jī)無顯示
　　檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應(yīng)，保險絲是否燒斷，如以上問題不薦在，對建議把儀器發(fā)回我司由**技術(shù)人員檢查。
　　5、開機(jī)后儀表僅有背光，無任何字符顯示
　　此情況一般為程序芯片失，建議把儀器發(fā)回我司進(jìn)行處理。
　　6、儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用？
　　供電電源波動范圍較大，周圍有變頻器或強(qiáng)磁場干擾，接地線不正確。
　　解決方法：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源，儀表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場干擾，有良好的接地線。