摘 要：随着测量技术的飞速发展，流量计在石油、化工等行业的运用也越来越广泛。但每一种流量计由于其自身设计特点和材质都有其各自的优缺点，所以在选用流量计时应该综合考虑工艺的需求以及流量计自身的特点。

关键字：流量计 测量 选型

    流量计的种类繁多并各具特色，它们在不同的情况下，选择的流量计类型是不同的。现在笔者就结合本单位实际情况谈一些粗浅的认识和看法。

    1 旋进漩涡流量计

    旋进漩涡流量计可以用来测量各种管道中的液体、气体和蒸汽的流量，是目前工业控制、能源计量管理中常用的新型流量计。它是利用流体通过漩涡发生器产生漩涡流，漩涡流在文丘利管中旋进，到达收缩段突然节流使漩涡流加速，然后再突然进入扩散段，由于压力变化使漩涡流发生进动。在流动区域放置压电传感器以检测进动频率，再经过放大器处理，转换成频率与流量成正比的脉冲信号，最后通过流量积算仪的运算、处理转换成瞬时值和累积值显示。

    因为单侧漩涡产生频率f：

    所以单位时间内的体积流量Q：

    f为单侧漩涡产生的频率，Hz；

    v为流体平均流速，m/s；

    d为圆柱体直径，m；

    St=0.2（雷诺数Re=5×10²～15×10⁴）

    它的优点是精确度高、测量范围广、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。缺点则是工作压力低，如果是铝合金外壳，工作压力小于等于1.6MPa，并且在安装时要特别注意不能用力过大，因为铝合金法兰面容易断裂；如果是不锈钢外壳，工作压力则小于等于4MPa。常用于作业区供气、注气压缩机燃料气和外输机燃料气等压力等级低的计量。

    2 超声波流量计

    它是由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式（以时差法为例）：

    θ为声束与液体流动方向的夹角；

    M为声束在液体的直线传播次数；

    D为管道内径；

    Tup为声束在正方向上的传播时间；

    Tdown为声束在逆方向上的传播时间；

    ΔT=Tup-Tdown。

    设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为μ，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时，其传播速度为c+μ；反之，传播速度为c-μ。在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（X1，Y1）和（X2，Y2）。当X1顺方向，X2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器Y1和Y2所需要的时间为t1和t2，则：

    t1=L/（c+μ）t2=L/（c-μ）

    由于在工业管道中，流体的流速比声速小得多，因此两者的时间差为▽t=t2-t1=2Lμ/cc，由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速μ，进而可求出流量Q。

    超声波流量计优点是流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；输出与流量之间呈线性等；缺点则是对组分不稳定的气体进行测量时误差太大，当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，安装时要求变送器前后分别有10倍直径直管或5倍直径直管，此外，它的结构复杂、成本较高、精度低。将其用在作业区的西气东输的管线上计量。

    3 差压式流量计

    差压式流量计是由节流装置、差压计和显示仪三部分组成。按其检测件的作用原理可分为节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等。当流体经过时，节流装置将流量转换成压差信号传给差压变送器，差压变送器再转换成相应的标准电信号或是气信号以供显示或控制。流量的基本公式Q：

    a流量系数；

    ε膨胀校正系数；

    F₀节流装置的开孔截面积；

    △P节流装置前后实际测得的压力差；

    ρ₁节流装置前的流体密度。

    差压式流量计结构简单、安装方便适用于大流量的测量。缺点就是流体经过孔板后压力损失大并且测量误差大。如果孔板边缘磨损、导压管或是节流装置安装不正确都会导致误差的增大，有的误差甚至可以达到10%-20%。

    4 质量流量计

    前面几种流量计均为测量体积流量的仪表，但有时人们可能更关心的是测量流过流体的质量，所以在测量工作中，常常要将已测出的体积流量乘以介质密度，换算成质量流量。质量流量计分为直接式流量计和间接式或推导式两大类，直接式流量计又分为量热式、角动量式、差压式和科氏力式。直接式流量计是基于流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力；而间接式流量计则是通过适当的运算得出质量流量。下面就以笔者单位使用的U形管式科氏力流量计为例。质量流量M：

    θ为扭转角；

    K_s为扭转弹性系数；

    ω为振动角速度；

    r为U形管跨度半径。

    质量流量计特点是能够直接测量质量流量，不受流体物性的影响，测量精度高；测量值不受管道内流场影响，没有上下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体和含微粒的浆液。但是缺点是它的阻力损失较大，零点不稳定以及管路振动会影响测量精度。将其用在凝析油和液化气外输的管线上，可以直接显示出输出的质量，方便记录输出的量。

    5 总结

    本文主要介绍了几种流量计的原理和优缺点，在选用流量计测量时还应该综合考虑主体工艺需求、经济效益等方面，设计出更合理的配置方案，从而实现最优配置。

    参考文献

    [1] 历玉鸣。化工仪表及自动化（第四版）[M]。化学工业出版社，2006：49-65。