您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
流量測量儀表基本原理
流體流量的測量和調(diào)節(jié)是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和節(jié)約能源的需要，流量測量愈引起人們的重視，流量儀表得到廣泛的應(yīng)用，流量測量技術(shù)獲得較快的發(fā)展，這對于實現(xiàn)一生產(chǎn)工藝過程自動化、保證安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟效益都將起到重要作用。
流量測量的關(guān)鍵在于儀表的正確選型和使用。流量儀表品種較多，使用范圍較廣。由于測量介質(zhì)，諸如液體、氣體和蒸汽等以及工況條件的不同，對儀表有不同的要求。，因此，必須了解流量計的工作原理、結(jié)構(gòu)性能以及被測介質(zhì)的特性、流動狀態(tài)、管路情況以及生產(chǎn)工藝過程對儀表的要求，正確選用合適的儀表。其次，對儀表還必須使用得當(dāng)和加強日常維護管理，才能取得滿意的效果。安裝不良、使用不當(dāng)、維護管理不善往往導(dǎo)致儀表喪失精度或早期損壞，給生產(chǎn)造成損失，這在實際工作中屢見不鮮。
一、常用流量計的基本原理
流體在單位時間內(nèi)流過管道或設(shè)備某橫截面處的數(shù)量稱為流量。該數(shù)量可以用體積、重量和質(zhì)量來表示，流過的數(shù)量用體積計算的稱為體積流量，用質(zhì)量計算的稱為質(zhì)量流量，體積流量的單位為m3/s(也用m3/h, cm3/s, L/min表示)，質(zhì)量流量的單位為kg/s(也用kg/h表示)。
流量計是測量流量的儀表，它能指示和記錄某瞬時流體的流量值，累積某段時間間隔內(nèi)流體的總量值。流量測量的方法很多，較常用的測量方法大體上可分為差壓式流量計、容積式流量計、速度式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、漩渦流量計、靶式流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。由于流量測量方法的基礎(chǔ)理論都建立在不同的物理原理上，因此各類流量計就相應(yīng)具有各不相同的特點以及不同的使用場合，為了適應(yīng)各種工藝條件及要求的過程控制，在此將介紹幾種常用流量計儀表的工作原理。
(一)轉(zhuǎn)子流量計的基本原理
轉(zhuǎn)子流量計（如圖9-11）廣泛應(yīng)用在各工藝部門中，主要由一根自下而上擴大的垂直錐形管
圖9-11 轉(zhuǎn)子流量計的工作原理圖
和一只隨流體流量大小而可以上下移動的錐形轉(zhuǎn)子所組成。轉(zhuǎn)子升降時，它的大外徑與錐形管之間的環(huán)隙面積隨轉(zhuǎn)子高度不同而變化。當(dāng)流量增加時，轉(zhuǎn)子上升環(huán)形面積增大，并使轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在較高位置，此時高度h即可指示流量。故轉(zhuǎn)子流量計也稱為變面積流量計。根據(jù)其錐形管所選用的材料，可分為金屬管轉(zhuǎn)子流量計和玻璃管轉(zhuǎn)子流量計。金屬管轉(zhuǎn)子流量計帶有遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)換機構(gòu)，可以實現(xiàn)對流量的就地指示，并可對應(yīng)被測流量的大小輸出氣、電標(biāo)準(zhǔn)信號，與電、氣動單元組合儀表配套使用，對流量進行指示或控制。因此金屬管轉(zhuǎn)子流量計也稱為遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計。其工作原理：將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接，使轉(zhuǎn)子帶動鐵芯一起運動，就可將流量大小轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電壓的大小，經(jīng)放大后可輸出直流信號。
(二)差壓式流量計基本原理
差壓式流量計是一種使用歷史較悠久，實驗數(shù)據(jù)較完整的流量裝置。它是以測量流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來顯示流量大小的一種流量計。在壓力管路中加裝孔板（如圖9-12）、噴嘴、文丘利管等節(jié)流裝置，用差壓變送器測取節(jié)流裝置前后水流速度變化而形成的壓力差，用差值大小經(jīng)開方器作開方運算后換算成流量，以輸出毫安級直流信號。
圖9-12 節(jié)流裝置的取壓方式
1-1—角接取壓法；2-2—法蘭取壓法；3-3—徑距取壓法；4-4—理論取壓法；5-5—管接取壓法
(三)電磁流量計基本原理
電磁流量計（如圖9-13）是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律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)電流體介質(zhì)在水管中與外設(shè)磁場垂直方向流動而切割磁力線時，會在電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢E，然后通過變換器放大，輸出直流信號，供顯示儀表。
1-渦輪；2-導(dǎo)流器；3-磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器
4-外殼；5-前置放大器
(四)渦輪流量計基本原理
渦輪流量計（如圖9-14）是一種速度式流量測量儀表，它通過測定置于流體中的渦輪的轉(zhuǎn)速來反映流量的大小。渦輪流量計由渦輪流量傳感器(包括前置放大器)和流量積算儀組成，可實現(xiàn)瞬時流量和累積流量的計量。渦輪流量傳感器主要由殼體組件、葉輪組件、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器(包括前置放大器)等所組成。其工作原理，當(dāng)被測流體通過傳感器時，沖擊葉輪葉片，使葉輪旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)及一定的流體粘度下，葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比。而當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動時，葉輪上由導(dǎo)磁不銹鋼制成的螺旋形葉片，依次接近處于管壁上的檢測線圈，周期性地改變檢測線圈磁電回路的磁阻，使通過線圈的磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生與流量成比例的脈沖電信號。此脈沖信號經(jīng)前置放大器放大后送至二次儀表進行積算或顯示。
(五)漩渦流量計基本原理
漩渦流量計是一種速度式流量計。輸出信號是與流量成正比的脈沖頻率信號或標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可遠(yuǎn)距離傳送，并且輸出信號僅與流量有關(guān)，不受流體的溫度、壓力、成分、粘度和密度的影響。
漩渦流量計是利用流體力學(xué)中卡門渦街的原理制作的一種儀表，把一個非流線型的對稱形狀的物體(如圓往體、三角柱體、矩形柱體、六面柱體等，以下簡稱漩渦發(fā)生體)垂直插在管道中，流體繞過漩渦發(fā)生體時，出現(xiàn)了附面層分離，在漩渦發(fā)生體的左右二側(cè)后方交替產(chǎn)生漩渦，形成渦列。左右兩例的漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種漩渦列通常被稱為卡門漩渦列，也稱卡門渦街。
流體經(jīng)過漩渦發(fā)生體強制形成漩渦，其中心沿管中心線向前移動，進入管的擴大部分時，漩渦統(tǒng)檢測元件作螺旋運動，檢測元件為熱敏電阻，每當(dāng)漩渦作用在該元件上時，使其溫度發(fā)生變化，此時熱敏電阻的阻值隨著漩渦的頻率而變化，通過電子線路將這個頻率處理成直流信號。經(jīng)流量顯示儀或調(diào)節(jié)儀顯示控制流量。
(六)靶式流量計基本原理
靶式流量計是一種速度式流量計，它與流量顯示儀及調(diào)節(jié)儀等儀表配合，能測量控制高粘度以及含顆粒或腐蝕性介質(zhì)的流量。
其工作原理是，當(dāng)被測流體流經(jīng)檢測元件時，流體作用于靶上的力與流體速度成正比，與流體流量的平方成反比，杠桿經(jīng)密封膜片將靶上的力送到力平衡變送器，經(jīng)變換器放大輸出直流信號。
(七)超聲波流量計基本原理
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，在醫(yī)療、海洋觀測，河流等方面的測量得到了廣泛的應(yīng)用。只要能傳播超聲波的流體均可用超聲波流量計測量。該流量計也可測高粘度液體、非導(dǎo)電性或氣體的流量。超聲波測量流速的原理是：利用超聲波在流體中的傳播速度會隨被測流體流速而變化。在管道外側(cè)上下游處各設(shè)置探頭一個，利用流體傳播超聲波，采用時頻法測量流速（如圖9-15），經(jīng)變換后可顯示瞬時流量。
圖9-15 超聲波測速原理