用流量計測量流量的原理

用流量計測量流量的原理
  通常，依其測量原理，將流量計分成四大類：利用伯努利方程原理來測量流量的流量計，是以輸出流體差壓信號來反映流量；利用一個個標準小容器連續地測量流量的力法，稱為容積式流量計；利用測量流速來得到流量的稱為速度式流量計；以測量流體質量流量為目的的流量計稱為質量流量汁。
在流體力學理論中，伯努利方程有很重要的地位，它說明了流體流線上各點之間的能量關系。若在流體流過的管路中安裝一個使流通截面縮小的節流件，則流體流過該節流件會在節流件前后產生靜壓力差Δp。設節流件處的流體流通截面為A，流體密度為ρ，根據伯努利方程和流體的連續性方程，可以導出流體的體積流量qV，、質量流量qm分別為：
                     （11-3-1）
                     （11-3-2）
式中，C為系數。
  由上兩式可知：若節流件前后的流通面積A和流體密度ρ一定，則流體流量與節流件前后差壓的平方根成正比，這就是節流流量計的測量原理；若保持節流前后壓力差恒定，則流量與節流件處的流通截面A成正比，這就是面積式流量計(轉子流鼉計)的測量原理。
  另一類依據伯努利方程為原理的流量計是，測量其動壓頭得到流體的流速，進而得到流量值。它分別測量流體的全壓頭和靜壓頭，兩者之差即為流體動壓頭。這一類測量方法的儀表有畢托管和均速管流量計。
  利用測量流體動壓和流體節流前后差壓聯合作用力，而測量流量的流量計是靶式流量計。它是通過測量流體對一個放在流體中的靶上的作用力，來測量流體流速和流量的。
  容積式流量計廣泛應用于各種液體和氣體的流量測量，尤其是在較高粘度的液體測量中，更是具有很高的測量精度。其工作原理是將流過管路的流量，以一具確標準容積的“計量空間”連續不斷地進行測量，根據該標準容積的體積值和連續測量的累計次數，可以得到通過該流量計的累積流量。從原理上講，這種流量計在測量體積流量時不受流體密度和粘度的影響。可以用于各種粘度的流體，并可以在各種雷諾數條件下應用，而且對流動狀態、速度分布也無特殊要求。這種類型的流量計有較高的測量精度。但是，當流體中含有微小顆粒雜質時，就可能妨礙它的正常工作，在測量高粘度流體時，會有較大的壓力損失。
  以測量液體流速來得到流體流量的流量計，統稱為速度式流量汁。它的種類很多，近年來發展也很快，較典型和常用的有渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計和熱式流量計等。
  最常見的有渦輪流量計，它利用流體流動推動葉輪轉動，流體流速與葉輪轉速成正比，通過測量葉輪轉速可得到流體流速進而得到流量值。在工業上，可采渦輪流量計測塵粘度較低的各種液體及氣體的流量。這種流量計具有測量準確度高，量程范圍寬，線性好，脈沖輸出等優點。
  渦街流量計是采用在流體中安裝迎流面為鈍體的柱體，利用檢測在柱體下游有規則地產生的旋渦的頻率得到流體的流速進而得到流量。它具有量程范圍寬，準確度高，適用流體范圍廣，壓力損失小等優點。近年來，渦街流量計發展較快，各種各樣的渦頻檢測技術咀紛紛山現。為了能產生更為穩定的、規則的渦街，柱體形狀、上游流動情況對旋渦產生與脫落的影響等，尚需做進一步的研究。
  電磁流量計是基于法拉第電磁感應定律的原理工作的。它要求被測流體的電導率不能過低，目前只能測量一些酸、堿、鹽溶液，液態金屬等，對氣體和絕大部分油類介質不適用。該流量計的一個顯著特點是響應非常迅速，幾乎無滯后，對測量流體瞬時流量的變化非常適用。另—個顯著特點是該流量計無阻礙流體流動部件，對流動幾乎無阻力。對于管內穩定的流動，嚴格軸對稱速度分布流體進行測量，流量汁檢測到的感生電勢可以很好地反映管內流體的平均流速。但這種流量計對于外界的電磁干擾很敏感，需采取一定的抗干擾措施，如注意良好接地，屏蔽外界電磁場等。
  近年來超聲波技術用于流量測量發展很快。超聲波在流動的流體中傳播時，就載上流體流速的信息，可用不同方法接收超產波，換算出流體流速及流量。目前應用較多的檢測方法主要有傳播速度差法，多普勒法等。超聲波流量計有無阻礙流體流動特點，而且特別適宜于大流量的測量。傳播速度差方法測量準確度較高，但它不適用于含固體顆粒的污水等測量，流動速度較低時，也會產生靈敏度下降；多普勒方法在含懸浮粒子，氣泡等雙相流動的測量中得到很好的應用，是一種極有前途的雙相流測量方法。
  將一導熱體置于流場中，并保持一定溫度，那么，其加熱電流就與流速成一定比例關系；若維持加熱電流不變，則導熱體的溫度就與流體流速成比例，以上就是熱式流量計的兩種主要工作方法。熱式流量計有多種形式：熱線測速儀，托馬斯流量計，邊界層流量計等。前一種是速度式流量計，具有反應靈敏，探頭體積小等優點，尤其適用于流場中瞬時流速的多點測量，在流體力學科研中應用很多，后兩種是熱式質量流量計，信號可直接反映流體的質量流量。
以直接或單一測量讀出流體質量流量為目的的流量計稱為質量流量計，它可以分為三大類：一是直接測量流體質量的直接式質量流量計，有熱式、雙孔板、雙渦輪、科氏力等；二是分別測量流體流速和密度，由運算器得到質量流量值，稱為間接式質量流量計；三是利用流體密度與溫度、壓力之間的關系，用補償方式消除流體密度變化的影響，進而得到質量流量值，稱為補償式質量流量計。