流量測量儀表原理、分類及選用概述

流量檢測及儀表是一類專門用于測量流體在單位時間內(nèi)通過管道或者設(shè)備

的流量或總量的儀表裝置。這些儀表廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)過程控制、能源

管理、環(huán)境保護、交通運輸、科學(xué)研究等領(lǐng)域，對于監(jiān)控和調(diào)節(jié)液體、氣體或

蒸汽等流體的流動狀態(tài)至關(guān)重要。

目錄

1.流量測量儀表分類.............................................................1

2.常用流量儀表工作原理........................................................2

2.1.孔板流量計工作原理.......................2

2.2.畢托管流量計工作原理......................2

2.3.轉(zhuǎn)子流量計工作原理.......................................................3

2.4.電磁流量計工作原理.......................3

2.5.渦街流量計工作原理.......................................................4

3.流量測量儀表的選型..........................................................5

4.常用的流量測量儀表選型......................................................6

4.1.電磁流量計................................6

4.2.浮子流量計（轉(zhuǎn)子流量計）....................................................7

4.3.渦街流量計（旋渦流量計）....................7

4.4.渦輪流量計................................7

4.5.超聲波流量計..............................7

1.流量測量儀表分類

流量檢測儀表按照工作原理的不同可以分為多種類型，比如：

1）差壓式流量計（如孔板流量計、文丘里管流量計、畢托管流量計、托巴管、

托爾巴流量計、槽道式流量計）：利用流體流經(jīng)節(jié)流元件產(chǎn)生的壓力差與流量的

關(guān)系來測量流量。

2）容積式流量計（如橢圓齒輪流量計、刮板流量計）：通過測量在單位時間內(nèi)

流過已知固定容積的空間的次數(shù)來確定流量。

3）速度式流量計（如渦輪流量計、電磁流量計、超聲波流量計）：直接或間接

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測量流體在管道中的流速，從而計算流量。

4）質(zhì)量流量計（如熱式質(zhì)量流量計、科里奧利質(zhì)量流量計）：可以直接測量流

體的質(zhì)量流量而不受流體物理性質(zhì)變化的影響。

此外，流量檢測儀表還可以根據(jù)其功能區(qū)分瞬時流量測量和累計流量測量,

前者反映的是某一時刻的流量值，后者則是統(tǒng)計一段時間內(nèi)流體通過的總量。

2.常用流量儀表工作原理

2.1.孔板流量計工作原理

孔板流量計是一種常用于工業(yè)流體測量的設(shè)備，其工作原理基于流體的流

經(jīng)一個特定形狀的孔板時產(chǎn)生的壓力差異。這種差異可以用來估算流體的流量。

孔板流量計的工作原理如下：當(dāng)流體通過孔板時，流體流速會增加，而壓

力會降低。這是因為在孔板的狹窄通道中，流體受到了限制，導(dǎo)致流速增加，

同時也引起了靜壓降低。這種流速增加和壓力降低的關(guān)系可以由伯努利方程來

描述，即流體動能增加而靜壓減少。

孔板流量計的核心部件是孔板本身，它通常是一個具有圓形或矩形截面的

金屬板。孔板的中央有一個精確加工的孔，流體會通過這個孔流過?？装宓男?/p>

狀和孔的大小會影響流體通過時的壓力差異，從而影響流量的測量精度。

需要注意的是，孔板流量計的精度受到多種因素的影響，如孔板的幾何形

狀、流體的性質(zhì)以及安裝位置等。因此，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況來

選擇適當(dāng)?shù)目装宄叽绾皖愋?，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

綜上所述，孔板流量計通過測量流體通過孔板時產(chǎn)生的壓力差異來估算流

體的流量。這種簡單而有效的工作原理使其在工業(yè)流體測量領(lǐng)域得到了廣泛的

應(yīng)用。

2.2.畢托管流量計工作原理

畢托管流量計的工作原理是基于皮托管原理，通過測量流體中的靜壓差來

確定流速和流量。這種流量計采用兩根細管，其中一根孔口正對液流方向，另

一根開口方向與液流方向垂直。正對液流方向的管孔，液流的動能轉(zhuǎn)化為勢能,

使得液體在管內(nèi)上升的高度是該處的總水頭加上功能轉(zhuǎn)化成的勢能；而垂直于

液流方向的管只感應(yīng)到液體的壓力，液體在管內(nèi)上升的高度是該處的測壓管水

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頭。兩管液面的高差即為該處的流速水頭，通過測量這個高差，可以間接地測

出該處的流速。

畢托管流量計的傳感器部分由兩個均壓膜片組成，其中一個為差壓膜片，

另一個為正壓力膜片。當(dāng)管道內(nèi)的介質(zhì)在節(jié)流件處產(chǎn)生局部收縮時，產(chǎn)生的靜

壓力推動兩邊的差壓平衡塊向中間移動并帶動正壓力膜片一起移動。這種位移

在檢測室的彈性元件上產(chǎn)生一個相應(yīng)的位移電壓信號輸出到二次儀表中顯示出

來，即為所測量的瞬時流量的平均值或瞬時值。

畢托管流量計的應(yīng)用非常廣泛，特別是在航天航空業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

它通過測量流體中的靜壓差來確定流速，進而計算出流體的體積流量和質(zhì)量流

量。這種流量計的設(shè)計基于皮托管原理，通過測量總壓與靜壓之差來計算流體

的流量，具有高精度和高可靠性的特點。

此外，畢托管流量計的設(shè)計還考慮了流體在不同條件下的測量需求，如單

相流、雙相流等復(fù)雜流體情況，都能實現(xiàn)精確測量。這種流量計的優(yōu)點包括高

精度、無需直管段要求、適用于含雜質(zhì)和易堵介質(zhì)的測量等，使其在工業(yè)流程

測量中具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3.轉(zhuǎn)子流量計工作原理

轉(zhuǎn)子流量計的工作原理基于阿基米德浮力和力的平衡。它主要由一個錐形

管和一個可以在錐形管內(nèi)上下浮動的轉(zhuǎn)子組成。當(dāng)流體從錐形管底部流入并向

上流動時，轉(zhuǎn)子受到流體的沖擊而上升。根據(jù)流體流量的不同，轉(zhuǎn)子所受的浮

力也隨之變化。當(dāng)浮力與轉(zhuǎn)子自身的重力以及由于流體阻力產(chǎn)生的阻尼力達到

平衡時，轉(zhuǎn)子會穩(wěn)定在某一位置上。

這個位置直接與通過管道的流量成正比，即流量越大，轉(zhuǎn)子上升得越高。

轉(zhuǎn)子內(nèi)部通常裝有一個永磁體，其高度和位置的變化可以被外部的指示器（如指

針）感知并通過磁耦合方式傳遞出來，從而顯示當(dāng)前的流量值。

智能轉(zhuǎn)子流量計還采用了微處理器控制技術(shù)，利用雙霍爾傳感器檢測隨轉(zhuǎn)

子位置變化的磁場，并測量其垂直和水平分量。這些數(shù)據(jù)會被處理并與預(yù)設(shè)的

磁場校準(zhǔn)表進行比較，然后將瞬時流量通過插值計算轉(zhuǎn)換為實際流量值，在顯

示屏上顯示，并可能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號（如4-20mA）以供遠程監(jiān)控或控制使用。

2.4.電磁流量計工作原理

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電磁流量計(ElectromagneticFlowmeter,簡稱EMF)的工作原理基于法拉第

電磁感應(yīng)定律。具體來說：在電磁流量計內(nèi)部，有一個非導(dǎo)磁材料制成的測量

管，管內(nèi)壁覆蓋一層絕緣材料作為內(nèi)襯，以確保流體與測量管之間良好的電絕

緣。在測量管的兩側(cè)各設(shè)置了一個電磁線圈，通電后在線圈周圍產(chǎn)生一個穩(wěn)定

的磁場，這個磁場垂直于測量管的釉線。當(dāng)導(dǎo)電的流體(如水、酸堿溶液、漿液

等，其電導(dǎo)率必須大于5us/cm)通過這個磁場時，會因為流體內(nèi)的帶電粒子切

割磁力線而感應(yīng)出電動勢(E),其大小與流體速度成正比。管道內(nèi)部有兩個與流

體接觸的電極，它們用于檢測這種感應(yīng)電動勢。這個電動勢會被傳輸?shù)絻x表的

轉(zhuǎn)換器部分。轉(zhuǎn)換器會對感應(yīng)到的微弱信號進行放大、濾波等處理，并通過預(yù)

先設(shè)定的計算公式將感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值。最終，流量計顯示出流

經(jīng)管道的流體體積流量或者質(zhì)量流量(經(jīng)過密度補償后)。

總結(jié)來說，電磁流量計就是通過測量導(dǎo)電流體在磁場中運動所產(chǎn)生的感應(yīng)

電動勢來確定流體流量的一種儀表。

2.5.渦街流量計工作原理

渦街流量計是依據(jù)卡門渦街(KarmanVortexStreet)原理工作的流量測量儀

表。其工作原理如下：在渦街流量計內(nèi)部，通常設(shè)置有一個特定形狀的阻流體(比

如三角柱或圓柱體)，這個阻流體被稱為旋渦發(fā)生體，被垂直安裝在流體管道中

心線上。當(dāng)流體流經(jīng)旋渦發(fā)生體時，由于流體繞過非流線型物體產(chǎn)生的分離效

應(yīng)，會在旋渦發(fā)生體的兩側(cè)交替產(chǎn)生一系列有規(guī)律的旋渦，這些旋渦就像一條

渦街，因此得名渦街流量計。

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產(chǎn)生的旋渦具有一定的頻率，這個頻率與流體流過旋渦發(fā)生體的速度有直

接關(guān)系，而且在一定條件下，旋渦發(fā)生的頻率與流體體積流量呈線性比例關(guān)系。

通過檢測元件（例如壓電晶體或其他類型的傳感器），渦街流量計可以捕捉并記錄

下旋渦的頻率，然后通過預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)換公式計算出實際的流量值。

總結(jié)來說，渦街流量計是通過測量由旋渦發(fā)生體引起的旋渦頻率來間接測

定流體流量的設(shè)備，適用于測量各種氣體、液體和蒸汽的流量。

圖1壓差式流量計的安裝

3.流量測量儀表的選型

流量測量儀表的選型是一個綜合考慮多個因素的過程，以下是一些基本的

選型原則和步驟：

1）流體特性：溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕性、磨損性、結(jié)垢傾向、

是否存在混相或相變現(xiàn)象、電導(dǎo)率（對丁電磁流量計而言很重要）、聲速（超聲波

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流量計相關(guān)）、導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容（熱量流量計可能涉及）等。

2）測量需求：判斷需要測量的是瞬時流量還是累積流量，或者兩者都需要。

根據(jù)所需的準(zhǔn)確度等級選擇儀表，確保滿足工藝控制或貿(mào)易交接的精度要求。

確定流量范圍，選擇具有合適范圍度（量程比）的儀表，確保在整個操作范圍內(nèi)都

能準(zhǔn)確測量。

3）儀表性能：考慮儀表的準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、響應(yīng)時間和壓力損失

等因素。根據(jù)輸出信號特性選擇合適的儀表類型，如模擬信號（4-20mA）、尿沖

信號或者數(shù)字通信接口（如HART、MODBUS、PROFIBUS等）。

4）安裝條件：管道的布置方向、流動方向以及上下游直管段長度對流量計

的性能有很大影響，特別是對差壓式流量計、渦街流量計等。確保有足夠的安

裝空間，并考慮管道口徑、維修便利性以及可能需要的輔助設(shè)備，如過濾器、

消氣器等。

5）環(huán)境條件：環(huán)境溫度、濕度、電磁兼容性、安全性、防爆等級、抗管道

振動能力等都是選型時需要考慮的因素。

6）具體應(yīng)用場合：根據(jù)不同場合選擇適宜的流量計類型，如：對于易結(jié)品

或粘稠介質(zhì)，可能適合使用電磁流量計或容積式流量計。對于清潔氣體或液體,

渦輪流量計、渦街流量計或超聲波流量計可能是較好的選擇。對于蒸汽，可能

會選擇泯街流量計、V錐流量計或孔板流量計配合差壓變送器.對于大口徑管道

且安裝空間有限的情況，阿牛巴流量計或文丘里管可能是理想方案。

綜上所述，流量儀表的選型是一個系統(tǒng)工程，需要結(jié)合具體的工藝參數(shù)、

現(xiàn)場工況以及經(jīng)濟效益等多種因素進行細致分析和評估。在實際應(yīng)用中，還需

要查閱制造商提供的詳細產(chǎn)品規(guī)格和技術(shù)手冊，以確保所選流量計能夠適應(yīng)并

滿足項目需求。

4.常用的流量測量儀表選型

常用的流量測量儀表種類繁多，每種儀表都其適用的場合和特點。以下

是不同類型流量計及其典型應(yīng)用場景和選型參考要點的摘要：

4.1.電磁流量計

適用場景：適用于測量各種導(dǎo)電液體，包括水、廢水、腐蝕性流體等，不

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適用于非導(dǎo)電液體（如石油產(chǎn)品）和氣體的測量。

選型參考：根據(jù)被測流體的電導(dǎo)率、最大流量、最小流量、流體壓力、溫

度和管道材質(zhì)等因素來決定。

4.2.浮子流量計（轉(zhuǎn)子流量計）

適用場景：適合于小口徑、低流速的小流量液體、氣體和蒸汽的測量。

選型參考：考慮流體的物理屬性（密度、粘度等），工作壓力、溫度范圍，以

及流量范圍和精確度要求。

4.3.渦街流量計（旋渦流量計）

適用場景：廣泛應(yīng)用于工業(yè)管道中的氣體、液體和蒸汽的大流量測量，尤

其適合于壓力損失小且不需要頻繁維護的場合。

選型參考：關(guān)注流體性質(zhì)、流量范圍、壓力等級、管道振動情況，并注意

避免在強烈振動環(huán)境下使用。

4.4.渦輪流量計