流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测
量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础,这是流量测量的里程碑。自那以后,18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成,如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、质量、涡轮 及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长,才促使仪表迅速发展,微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代,新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今,据称已有上百种流量计投向市场,现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。
我国开展近代流量测量技术的工作比较晚,早期所需的流量仪表均从国外进口。
流量测量是研究物质量变的科学,质量互变规律是事物联系发展的基本规律,因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体,凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体,只要知道这三个参数就可计算其具有的能量,在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础,因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。
广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域,是发展工农业生产,节约能源,改进产品质量,提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中,流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
1、力学原理
其中力学原理又包括伯努利定理、动量定理、牛顿第二定律、流体动量原理、角动量定理、流体振荡原理、总静压力差等。
属于此类原理的仪表:
伯努利定理 | 差压式、转子式 |
动量定理 | 冲量式、可动管式 |
牛顿第二定律 | 直接质量式 |
流体动量原理 | 靶式 |
角动量定理 | 涡轮式 |
流体振荡原理 | 旋涡式、涡街式 |
总静压力差 | 皮托管式、容积式、堰(槽)式等 |
2、电学原理
使用此类原理的仪表:电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。
3、声学原理
利用声学原理进行流量测量的仪表:超声波式.声学式(冲击波式)等。
4、热学原理
利用热学原理测量流量的仪表:热量式、直接量热式、间接量热式等。
5、光学原理
属于此类原理的仪表:激光式、光电式等。
6、原子物理原理
属于此类原理的仪表:核磁共振式、核幅射式等。
7、其它原理
除上述几种原理之外,还有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等。
1、电磁流量计
优点:
(1) 电磁流量计的变送器结构简单,没有可动部件,也没有任何阻碍流体流动的节流部件,所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失,同时它不会引起诸如磨损,堵塞等问题,特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆,污水等液固两相流体,以及各种粘性较大的浆液等。同样,由于它结构上无运动部件,故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极,起到很好的耐腐蚀性能,使之可用于各种腐蚀性介质的测量。
(2) 电磁流量计是一种体积流量测量仪表,在测量过程中,它不受被测介质的温度.粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响。因此,电磁流量计只需经水标定以后,就可以用来测量其它导电性液体的流量,而不需要附加其它修正。
(3) 电磁流量计的量程范围极宽,同一台电磁流量计的量程比可达1:100。此外,电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比,而与轴对称分布下的流动状态(层流或紊流)无关。
(4) 电磁流量计无机械惯性,反应灵敏,可以测量瞬时脉动流量,而且线性好。因此,可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出,可就地指示,也可远距离传送。
缺点:
(1) 电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体.
(2) 电磁流量计还不能用来测量电导率很低的液体介质,被测液体介质的电导率不能低于10-5(S/cm),相当于蒸馏水的电导率。对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。
(3) 由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制,工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。
(4) 电磁流量计受流速分布影响,在轴对称分布的条件下,流量信号与平均流速成正比。所以,电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段.
(5) 电磁流量计易受外界电磁干扰的影响
2、涡街流量计
优缺点:
它没有移动部件,也没有污垢问题。涡街流量计会产生噪音,而且要求流体具有较高的流速,以产生旋涡。涡街流量计由于传感器采用的检测探头与旋涡发生体分开安装,而且耐高温的压电晶片不与介质接触,涡街流量计具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点。
3、涡轮流量计
4、质量流量计
5、热式(气体)质量流量计
直接测量气体质量流量,无需温度、压力补偿低流速测量;一个流量计能同时兼顾小流量和大流量测量,特别适合大口径测量。
6、超声波流量计
非接触式仪表,适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力,仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。
另外,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响,又可制成非接触及便携式测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外,鉴于非接触测量特点,再配以合理的电子线路,一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展,现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质,不同场合和不同管道条件的流量测量。
缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制,以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外,超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为,一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米,而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右,被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级.若要求测量流速的准确度为1%,则对声速的测量准确度需为10-5~10-6数量级,因此必须有完善的测量线路才能实现,这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。
7、浮子流量计
浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种改变面积流量测量仪表。具有体积小、检测范围大、使用方便等特点。它可以用来测量液体、气体、以及蒸汽的流量,特别适宜低流速小流量的介质流量测量。
8、容积式流量计
9、差压式流量计
10、其他流量计