水处理设备之——流量计

一、超声波流量计

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

1. 优点:(1)可做非接触式测量；(2)为无流动阻挠测量，无压力损失；(3)可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

2. 缺点：(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；　(2)多普勒法测量精度不高。

3. 应用概况：(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、液化天然气等；(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验；(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流体液，通常不适用于非常清洁的液体。

二、热式气体质量流量计

热式流量计传感器包含两个传感元件，一个速度传感器和一个温度传感器。它们自动地补偿和校正气体温度变化。仪表的电加热部分将速度传感器加热到高于工况温度的某一个定值，使速度传感器和测量工况温度的传感器之间形成恒定温差。当保持温差不变时，电加热消耗的能量，也可以说热消散值，与流过气体的质量流量成正比。

 

热式气体质量流量计即Mass Flow Meter（缩写为MFM)，它是气体流量计量中新型仪表，区别于其它气体流量计不需要进行压力和温度修正，直接测量气体的质量流量，一支传感器可以做到量程从极低到高量程。它适合单一气体和固定比例多组分气体的测量。热式气体质量流量计是用于测量和控制气体质量流量的新型仪表。可用于石油、化工、钢铁、冶金、电力、轻工、医药、环保等工业部门的空气、烃类气体、可燃性气体、烟道气体的监测。1.特点：（1）、可靠性高、重复性好、测量精度高、压损小；（2）、无活动部件、量程比宽、响应速度快、无需温压补偿。

2. 应用：（1）、工业管道中气体质量流量测量；（2）、烟囱排出的烟气流速测量；（3）、煅烧炉烟道气流量测量；（4）、燃气过程中空气流量测量；（5）、压缩空气流量测量；（6）、半导体芯片制造过程中气体流量测量；（7）、污水处理中气体流量测量；（8）、加热通风和空调系统中的气体流量测量；（9）、熔剂回收系统气体流量测量；（10）、燃烧锅炉中燃烧气体流量测量；（11）、天然气、火炬气、氢气等气体流量测量；（12）、啤酒生产过程中二氧化碳气体流量测量；（13）、水泥、卷烟、玻璃厂生产过程中气体质量流量测量；

3. 主要参数：（1）、精度：1%±0.5%F.S；（2）、重复性：±0.2%；（3）、量程：0.05~90m/s；（4）、适用流量范围：0~5000Nm3/h(Φ250空气)；（5）、适用压力：<2Mpa <3Mpa；（6）、适用介质温度范围：-25~120℃，-25~200℃，-25-500℃；（7）、供电：24V DC或220V AC；（8）、输出：4~20mA；（9）、通讯接口：232或485；（10）、现场显示：LED或LCD；（11）、防护标准：IP65；（12）、防爆等级：ExdllCT4

三、明渠流量计

与前述几种不同，它是在非满管状敞开渠道测量自由表面自然流的流量仪表。

非满管态流动的水路称作明渠，测量明渠中水流流量的称作明渠流量计(open channel flowmeter)。明渠流量计除圆形外，还有U字形、梯形、矩形等多种形状。

明渠流量计应用场所：所有城市供水引水渠;火电厂引水和排水渠、污水治理流入口和排放渠；工矿企业水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。有人估计1995台，约占流量仪表整体的1.6%，但是国内应用尚无估计数据。

四、靶式流量计

靶式流量计是差压流量计的一个品种，它在工业上的开发应用已有数十年的历史。我国于20世纪70年代开发电动、气动靶式流量变送器，它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构，这种流量计使用时不免带来力平衡机构本身所造成的诸多缺陷，如零位易漂移，测量精确度低，杠杆机构可靠性差等。由于力平衡机构性能不佳的拖累，靶式流量计本身的许多优点亦未能得到有效的发挥，至今用户对旧靶式流量计的不良印象仍未消除。新  

型靶式流量计的力转换器采用应变式力转换器，它完全消除了上述力平衡机构的缺点，新型靶式流量计还把微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分，流量计具有一系列优点，相信今后在众多流量计中发挥重要的作用。

1.原理和结构：

（1）工作原理：靶式流量计的原理简图如图1所示。在测量管（仪表表体）中心同轴放置一块园形靶板，当流体冲击靶板时，靶板上受到一个力F，它与流速V，介质密度ρ和靶板受力面积A之间关系式如式（1）所示。（1）式中F——靶板上受的力，N；CD ——阻力系数；ρ——流体密度，kg/m3；V——流体流速，m/s；A——靶板受力面积，m2。经推导与换算，得流量计算式如下：式中 qm，qv——分别为质量流量和体积流量，kg/h，m3/h；α——流量系数；D ——测量管内径，mm；β ——直径比，β=d/D；d——靶板直径，mm。其余符号同上。靶板受力经力转换器转换成电信号，经前置放大，AD转换及计算机处理后，可得到相应的流量和总量。如图1所示。图2 靶式流量计结构简图

（2）、结构形式：靶式流量计结构简图如图2所示它由检测装置，力转换器，信号处理和显示仪几部分组成。检测装置包括测量管和靶板，力转换器为应变计式传感器，信号处理和显示仪可以就地直读显示或远距标准信号传输等。靶式流量计的结构形式可分为管道式，夹装式和插入式等，各类结构形式还可分为一体式和分离式二种。一体式为现场直读显示，而分离式则把数码显示仪与检测装置分离（一般不超过100m）。

2.流量计主要特点：

（1）、感测件为无可动部件，结构简单牢固；

（2）、应用范围和适应性很广泛，一般工业过程中的流体介质，包括液、气和蒸汽，口径范围（DN15以上），各种工作状态（高、低温，常压、高压）皆可应用，可以说其应用范围可与孔板流量计相媲美。

（3）、准确度高，总量测量可达0.2%R；

（4）、范围宽，4：1～15：1至30：1；

（5）、可解决困难的流量测量问题，如测量含有杂质（微粒）之类的脏污流体；原油、污水、高温渣油、浆液、烧碱液，沥青等；

（6）、灵敏度高，能测量微小流量，流速可低至0.08m/s；

（7）、用于小口径(DN15～DN50)，低雷诺数(Red=10³～5×10³)的流体，它可以弥补标准节流装置难以应用的场合，如小口径蒸汽流量测量等；

（8）、可适应高参数流体的测量，压力高达数十MPa，温度达450℃；

（9）、可用于双向流动流体的测量；

（10）、压力损失较低，约为标准孔板的一半；

（11）、抗上游阻流件干扰能力强，上游侧直管段长度一般5～10D即可；

（12）、可采取干式（挂重法）校验，给用户周期校验带来方便；

（13）、直读式仪表无需外能源清晰明了，操作简便，亦可输出标准信号（脉冲频率或电流信号）；

（14）、仪表性能价格比高，为经济实惠的流量计；

（15）、 安装简单方便，易维护。

五、新工作原理流量仪表

1、静电流量计：日本东京技术学院研制适用于石油输送管线低导电液体流量测量的静电流量计(electrostaticflowmeter) 。静电流量计的金属测量管绝缘地与管系连接,测量电容器上静电荷便可知道测量管内的电荷。他们分别做了内径4~8mm铜、不锈钢等金属和塑料测量管仪表的实流试验，试验表明流量与电荷之间接近于线性。

2、复合效应流量仪表：复合效应流量仪表(combined effects meter) 的工作原理是基于流体的动量和压力作用于仪表腔体产生的变形，测量复合效应的变形求取流量。本仪表由美国GMI工程和管理学院开发，已申请两项专利。

3、转速表式流量传感器：转速表式流量传感器(tachmetric flowrate sensor)是由俄罗斯科学工程中心工业仪表公司开发，是基于悬浮效应理论研制的。该仪表已在若干现场成功的应用(例如在核电站安装2000余台测量热水流量，连续使用8年)，且还在改进以扩大应用领域。

六、几种流量仪表应用和发展动向

1、科里奥利质量流量计(CMF)：科里奥利质量流量计(以下简称CMF)是利用流体在振动管中流动时,产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。　我国CMF的应用起步较晚,近年已有几家制造厂自行开发供应市场;还有几家制造厂组建合资企业或引用国外技术生产系列仪表。国外CMF已发展30余系列，各系列开发在技术上着眼点在于：流量检测测量管结构上设计创新：提高仪表零点稳定性和精确度等性能；增加测量管挠度，提高灵敏度：改善测量管应力分布，降低疲劳损坏，加强抗振动干扰能力等。近年来某些厂家研发出了可以测量气液两相的科里奥利仪表，可以应用在卸船，含气泡介质等原先传统仪表无法工作的场合。同时有一种MVD变送器可以实现仪表在线自校验，即无需将流量计拆下，利用对流量管刚性的检查，来判断现场仪表的性能。

2、电磁流量计(EMF)：EMF从50年代初进入工业应用以来，使用领域日益扩展，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。

3、涡街流量计(USF)：USF在60年代后期进入工业应用，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占4%～6%。1992年世界范围估计销售量为3548万台，同期国内产品估计在8000～9000台。七、结论

流量计发展到今天虽然已日趋成熟，但其种类仍然极其繁多，至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计，每种流量计都有其适用范围，也都有局限性。这就要求我们：在选择仪表时，一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况，并要兼顾考虑其它因素，这样测量才会准确。当然，随着科技的发展和实际应用的需要，更多的新型流量计将不断的涌现，流量计的类型将更为齐全，选择时就应当更为谨慎。