流量計（jì）的分（fèn）類

流量計的分類目前還沒有統一的（de）規定。根據不同的原則有不同的分類方法，如目的、原理、方法和結構、流體（tǐ）的形式以及用途（tú）等形式。這裏對（duì）應用子封閉式管道的流量計的測（cè）量方法進行分（fèn）類。

以下主要介紹一部分物理效應的體積流量計和質量流量計（jì）的原理、結構以（yǐ）及（jí）應（yīng）用情況等。這些（xiē）流量計（jì）包（bāo）括轉子流量計（jì）、電磁流量計、渦街流量計、超聲波流量（liàng）計。

1、轉子流量計

轉子（zǐ）流（liú）量計又（yòu）稱浮子流量計，是變麵積式流量計的（de）一種，它是由（yóu）一個錐形（xíng）管和一個置（zhì）於錐形管內可以上下自由移動的轉子(也稱浮子)構成。轉子流量（liàng）計本體可（kě）以（yǐ）用兩端法蘭、螺紋或軟管與測量管道連接，垂直安裝在測量管道上。當流體自下而上流（liú）入錐管時，被轉子截流，這樣在（zài）轉子上、下遊之間產生壓力差，轉（zhuǎn）子在（zài）壓（yā）力差的作用下（xià）上（shàng）升（shēng），這時作用在轉子上的力有三個：流體對轉（zhuǎn）子的動（dòng）壓力（向上）、轉子（zǐ）在流體中的浮力（向上）和轉子（zǐ）自（zì）身的重（chóng）力（向下）。

流（liú）量計（jì）垂直安裝時，轉（zhuǎn）子重心與錐管管軸會相重合，作用（yòng）在轉（zhuǎn）子上的三個力都平行於管軸。當這（zhè）三（sān）個力達到平衡時，轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。此時，重力=動壓力+浮力。對於給定的（de）轉子（zǐ）流量計，轉（zhuǎn）子大小和形狀己經確定，因此它在流體中的（de）浮（fú）力和自身（shēn）重力都是已知的（de）常量，唯有（yǒu）流體對浮子的動壓力（lì）是隨來流流速的大（dà）小而變化的。因此當來流流速變（biàn）大或變小時，轉子將作向上或向下的移動，相應位置的流動截（jié）麵積也發生（shēng）變化，直到（dào）流速變成平衡時對應的速度，轉子就在新的位置上穩定。對於一台給定的轉子流量計，轉子在錐管中（zhōng）的位置與流體流經錐管（guǎn）的流量的大小成一一對應（yīng）關係。這就是轉子（zǐ）流童（tóng）計的計量原理。

 轉子穩定時公式：

其中：

t為（wéi）轉子（zǐ）的密度；

f為流體的密度；

V為轉子的（de）體積；

P為轉子前後的壓（yā）差（chà）（P是一（yī）常數）；

A為轉子的*大截麵積。

 

2、電磁流量計

電磁流量計測量原理是基於（yú）法拉*電磁感應規律。流量計（jì）的測量管是一內襯絕緣材料（liào）的非導磁合金短（duǎn）管。兩隻電*沿管徑方向穿通管壁固定在測量管上。其電*頭於襯裏內表麵基（jī）本齊平。勵磁線圈由雙向方波脈衝勵磁時，將在與測量管軸線（xiàn）垂直的方向上產生一磁通量密度為B的工作磁場。此時，如果具有一定電導率的流體流經測量管，將切割磁力線感應出電動勢E。電動勢E正比於磁通量密度B，測量管內徑d與平均流速   的（de）乘積、電動勢E（流量信號）由電*檢出並通過電纜送至轉換器。轉換器將（jiāng）流量信號放大處理後，可（kě）顯示流體流（liú）量，並能輸出脈衝，模擬電流信號，用於流量的測量和控製。

式中： E---------為電*間的信號電壓（v）

       B---------磁（cí）通密度（T）

       d---------測量（liàng）管內徑(m)

         --------平均流速（m/s）

       K---------常數

由於K為常數，勵磁電（diàn）流是恒流的，故B也是常數，則由（1-1）式可知，體（tǐ）積流量Q與信號電壓E成正比，即流速感應的信號電（diàn）壓E與體積流量Q成線性關係。因此，隻要測量出E就可確定流量（liàng）Q，這就是電磁流量計的（de）基本工作原理。

由(1-1）式（shì）可知，被測流體介質的溫度、密度、壓力、導電率、液固兩相流體介質的液固成分比等參數不會影響測量結果。至於流動狀（zhuàng）態隻要符合軸（zhóu）對稱流動（dòng）（如層流或紊流）就不會影響測量結果的。因此說電磁流（liú）量計是一種真正的體積流量（liàng）計。

 

3、渦街流量計

渦街（jiē）流量計是由（yóu）設（shè）計在流場中的旋渦發生體、檢測探頭及相應的電子線路等組（zǔ）成。當流體流經旋渦發生體時，它的兩側就形成了交替（tì）變化的兩排旋渦，這種旋渦被（bèi）稱為卡門渦街。斯（sī）特羅哈爾在卡門（mén）渦街理論（lùn）的基礎上又提出了卡門渦街的頻率與流體（tǐ）的流速成正比，並給出了頻率與流速的關係式：

f = St × V/d

式中：f 渦街發（fā）生頻率 (Hz)

V旋渦發生體兩側的平（píng）均流速(m/s )

St 斯特羅哈爾係數（常數）

這些交（jiāo）替變化的旋渦就形成了一係列交替變化的負壓力，該壓力作用在（zài）檢（jiǎn）測探頭上，便產生一係列交變電信號，經過前置放大器轉換、整形、放大處理後，輸出與旋渦同步（bù）成（chéng）正比的（de）脈衝頻率信號或標準信號（hào）。

在流體管道中，垂直插入—個柱形阻擋物，在其（qí）後部（相對於流體流（liú）向）兩側就會交替地（dì）產生旋渦。隨著流體向下遊流動形成旋渦列，我們（men）稱之為卡（kǎ）門渦街。我們把產生旋渦（wō）的柱形阻擋物定義為旋渦發生體在一定條件下旋渦的分（fèn）離（lí）頻率與流體的流速成線性關係（xì）。因而，隻要（yào）檢測出旋渦分離的頻率，即可計算出（chū）管（guǎn）道內流體的流速或流量。

 

4、超（chāo）聲波流量計

超聲波流量計（jì）在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接（jiē）收到的超聲波就可以檢測出流體（tǐ）的流速，從而換算成流量。超聲脈衝穿過管道從一個傳感器到達另一個傳感器，就像一（yī）個渡船（chuán）的船夫在橫渡一條河。當氣體不流動時，聲脈衝以（yǐ）相同的速（sù）度（聲（shēng）速，C）在兩個方向上傳（chuán）播。如果管道中的（de）氣體有一定流速V（該流速不等於零），則順著流動方向的聲脈衝會傳輸得快些（xiē），而逆著流動方向的聲脈衝會傳輸得慢些。這樣，順流傳輸時間tD會短些，而逆流（liú）傳輸時間tU會長些。這裏所說的長些或（huò）短些都是與氣體不流動時（shí）的傳輸時間相比而言；根據檢測（cè）的方式，可分（fèn）為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型（xíng）的超聲波流（liú）量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術（shù）迅速發展才開始應用的一種（zhǒng）。

根據對信號檢測的原理（lǐ），目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括（kuò）：直接時差法、時差法、相位差法（fǎ）、頻差法)波束偏移（yí）法、多普勒法、相關（guān）法（fǎ）、空間濾波法及噪聲（shēng）法等（děng）類型。其中以噪聲法原理及結構（gòu）*簡單（dān），便於測量和攜（xié）帶，價格便宜但準確度較低，適於在流量測量準確度要求（qiú）不高的場合使用。由於直接時差法、時（shí）差法、頻差法和相位差法的基（jī）本原理都是通過測量（liàng）超聲波脈衝順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統稱為傳播速度（dù）差（chà）法。其中頻差法和時差法克（kè）服了聲速隨流體溫度變（biàn）化帶來的誤差，準確度較高，所以被廣（guǎng）泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透（tòu）過法)、V法(反（fǎn）射法)、X法(交叉（chā）法)等。

波束偏移法是利用超聲波束在流體中的（de）傳播方向隨流（liú）體流（liú）速變化而產生偏移來反映流（liú）體流速的，低流（liú）速時（shí），靈敏度很低適用（yòng）性不大．

多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體（tǐ）散射（shè）的（de）超聲波多普勒頻移（yí）來確定流體流量的，適用於含懸浮（fú）顆粒、氣泡等流體流量測量。

相關法是利用相關技術測量流量，原（yuán）理（lǐ）上，此法的（de）測量準確度與流體中的聲速無關（guān），因而與流體溫度，濃度等無關（guān），因而測量準確度高，適用範圍廣。但相關器價格貴，線路比較複雜。在微處理機普及應用後（hòu），這個缺點可以克服。

噪聲法(聽音法)是（shì）利用管道內流（liú）體流動（dòng）時產生的噪聲（shēng）與流體的流速有關的原理，通過檢測噪聲表示流速（sù）或流量值（zhí）。其方法簡單，設備價格便宜，但準確度（dù）低。 

以上幾種方法各有特點，應根據被（bèi）測流體性質．流速分布情況、管路安裝地點以及對測（cè）量（liàng）準確度的要求等因素進行（háng）選擇。一般說來由於工業生產中工質的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。隻有在管徑很大時才采用（yòng）直接時差法。對換能器安裝（zhuāng）方（fāng）法的選擇（zé）原則一般是：當流體（tǐ）沿管軸平行流動時，選用Z法；當流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點（diǎn）使換（huàn）能器安裝間隔受到限（xiàn）製時，采用V法或X法。當流場分布不均勻而表前直管段又（yòu）較短（duǎn）時，也可（kě）采用多（duō）聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量（liàng）誤差。多普勒法適於測量兩（liǎng）相流，可避免常規儀表由懸（xuán）浮粒或氣泡造成的堵（dǔ）塞、磨（mó）損、附著而不能運行的弊病，因而（ér）得以迅速發（fā）展。隨著工（gōng）業的發展及（jí）節能工作的開展，煤油混合（hé）(COM)、煤水（shuǐ）泥合(CWM)燃料的輸送和應用以及燃料油加水助燃等（děng）節能方法的發展，都為多普（pǔ）勒超聲波流量計應用開辟廣闊前景。