用流量计测量流量的原理

用流量计测量流量的原理
  通常，依其测量原理，将流量计分成四大类：利用伯努利方程原理来测量流量的流量计，是以输出流体差压信号来反映流量；利用一个个标准小容器连续地测量流量的力法，称为容积式流量计；利用测量流速来得到流量的称为速度式流量计；以测量流体质量流量为目的的流量计称为质量流量汁。
在流体力学理论中，伯努利方程有很重要的地位，它说明了流体流线上各点之间的能量关系。若在流体流过的管路中安装一个使流通截面缩小的节流件，则流体流过该节流件会在节流件前后产生静压力差Δp。设节流件处的流体流通截面为A，流体密度为ρ，根据伯努利方程和流体的连续性方程，可以导出流体的体积流量qV，、质量流量qm分别为：
                     （11-3-1）
                     （11-3-2）
式中，C为系数。
  由上两式可知：若节流件前后的流通面积A和流体密度ρ一定，则流体流量与节流件前后差压的平方根成正比，这就是节流流量计的测量原理；若保持节流前后压力差恒定，则流量与节流件处的流通截面A成正比，这就是面积式流量计(转子流鼍计)的测量原理。
  另一类依据伯努利方程为原理的流量计是，测量其动压头得到流体的流速，进而得到流量值。它分别测量流体的全压头和静压头，两者之差即为流体动压头。这一类测量方法的仪表有毕托管和均速管流量计。
  利用测量流体动压和流体节流前后差压联合作用力，而测量流量的流量计是靶式流量计。它是通过测量流体对一个放在流体中的靶上的作用力，来测量流体流速和流量的。
  容积式流量计广泛应用于各种液体和气体的流量测量，尤其是在较高粘度的液体测量中，更是具有很高的测量精度。其工作原理是将流过管路的流量，以一具确标准容积的“计量空间”连续不断地进行测量，根据该标准容积的体积值和连续测量的累计次数，可以得到通过该流量计的累积流量。从原理上讲，这种流量计在测量体积流量时不受流体密度和粘度的影响。可以用于各种粘度的流体，并可以在各种雷诺数条件下应用，而且对流动状态、速度分布也无特殊要求。这种类型的流量计有较高的测量精度。但是，当流体中含有微小颗粒杂质时，就可能妨碍它的正常工作，在测量高粘度流体时，会有较大的压力损失。
  以测量液体流速来得到流体流量的流量计，统称为速度式流量汁。它的种类很多，近年来发展也很快，较典型和常用的有涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计和热式流量计等。
  最常见的有涡轮流量计，它利用流体流动推动叶轮转动，流体流速与叶轮转速成正比，通过测量叶轮转速可得到流体流速进而得到流量值。在工业上，可采涡轮流量计测尘粘度较低的各种液体及气体的流量。这种流量计具有测量准确度高，量程范围宽，线性好，脉冲输出等优点。
  涡街流量计是采用在流体中安装迎流面为钝体的柱体，利用检测在柱体下游有规则地产生的旋涡的频率得到流体的流速进而得到流量。它具有量程范围宽，准确度高，适用流体范围广，压力损失小等优点。近年来，涡街流量计发展较快，各种各样的涡频检测技术咀纷纷山现。为了能产生更为稳定的、规则的涡街，柱体形状、上游流动情况对旋涡产生与脱落的影响等，尚需做进一步的研究。
  电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律的原理工作的。它要求被测流体的电导率不能过低，目前只能测量一些酸、碱、盐溶液，液态金属等，对气体和绝大部分油类介质不适用。该流量计的一个显著特点是响应非常迅速，几乎无滞后，对测量流体瞬时流量的变化非常适用。另—个显著特点是该流量计无阻碍流体流动部件，对流动几乎无阻力。对于管内稳定的流动，严格轴对称速度分布流体进行测量，流量汁检测到的感生电势可以很好地反映管内流体的平均流速。但这种流量计对于外界的电磁干扰很敏感，需采取一定的抗干扰措施，如注意良好接地，屏蔽外界电磁场等。
  近年来超声波技术用于流量测量发展很快。超声波在流动的流体中传播时，就载上流体流速的信息，可用不同方法接收超产波，换算出流体流速及流量。目前应用较多的检测方法主要有传播速度差法，多普勒法等。超声波流量计有无阻碍流体流动特点，而且特别适宜于大流量的测量。传播速度差方法测量准确度较高，但它不适用于含固体颗粒的污水等测量，流动速度较低时，也会产生灵敏度下降；多普勒方法在含悬浮粒子，气泡等双相流动的测量中得到很好的应用，是一种极有前途的双相流测量方法。
  将一导热体置于流场中，并保持一定温度，那么，其加热电流就与流速成一定比例关系；若维持加热电流不变，则导热体的温度就与流体流速成比例，以上就是热式流量计的两种主要工作方法。热式流量计有多种形式：热线测速仪，托马斯流量计，边界层流量计等。前一种是速度式流量计，具有反应灵敏，探头体积小等优点，尤其适用于流场中瞬时流速的多点测量，在流体力学科研中应用很多，后两种是热式质量流量计，信号可直接反映流体的质量流量。
以直接或单一测量读出流体质量流量为目的的流量计称为质量流量计，它可以分为三大类：一是直接测量流体质量的直接式质量流量计，有热式、双孔板、双涡轮、科氏力等；二是分别测量流体流速和密度，由运算器得到质量流量值，称为间接式质量流量计；三是利用流体密度与温度、压力之间的关系，用补偿方式消除流体密度变化的影响，进而得到质量流量值，称为补偿式质量流量计。