13種流量計優缺點對比分析

上海自動化儀表有限公司

1.壓差式流量計

差壓式流量計是一種被廣泛應用的流量測量儀器，由節流裝置和差壓變送器兩部分構成。當充滿流體的圓管流經節流裝置（如孔板）時，流體流經孔板時會形成局部收縮，導致前后孔板處產生壓力差，其大小與流量的平方成正比。孔板流量計又被稱為差壓式流量計，由一次檢測件（節流裝置）和二次設備（差壓變送器和流量積算儀）組成，適用于氣體、蒸汽和液體的流量測量。該流量計具有結構簡單、易于維護、性能穩定、使用可靠等特點。孔板節流裝置是標準節流裝置，可根據國家標準進行生產，無需單獨標定。

充滿管道的流體流經管道內的節流裝置，在節流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側產生靜壓力差。

流體流經節流器件時壓力和流速的變化

在已知有關參數的條件下，根據流動連續性原理和伯努利方程可以推導出壓差與流量之間的關系而求得流量。

P節流裝置前后的壓差，q為瞬時流量。由于流體的性質所決定，節流裝置測得的壓差與流量的關系是平方及平方根的關系。

2.渦街流量計

渦街流量計是一種在流體中放置非流線形的阻流體（bluffbody），導致流體在阻流體兩側交替地產生規則的旋渦。在一定的流量范圍內，旋渦的分離頻率與管道內的平均流速成正比。通過檢測元件測量旋渦頻率，可以計算出流體的流量。值得注意的是，渦街流量計仍處于發展階段，其理論基礎和實踐經驗尚不夠豐富。目前最基本的流量方程常引用卡門渦街理論，但該理論是在氣體風洞（均勻流場）中實驗得出的，與封閉管道中三維非均勻流場旋渦分離的規律有所不同。實踐經驗需要通過長期應用積累。通常情況下，流量計在實驗室參考條件下進行出廠校驗，而現場工作條件與此有所偏差是不可避免的。然而，工作條件的偏差會帶來多大的額外誤差，目前在標準和生產廠資料中尚不清楚。這些情況表明，流量計的快速發展需要加強基礎研究，否則在實際應用中可能會出現一些意料之外的問題。

渦街流量計原理：在流體中設置旋渦發生體(阻流體)，從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。

渦街流量計原理

根據卡曼渦街原理，有如下關系式：

式中m為旋渦發聲體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比；D為表體通徑；d為旋渦發生體迎面寬度；f為旋渦的發生頻率；u1為旋渦發生體兩側平均流速；Sr為斯特勞哈爾數；u為被測介質流的平均速度。管道內體積流量qv為：

式中K為流量計的儀表系數，單位為脈沖數/m3。K除了與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關，圖6所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系圖。

斯特勞爾數與雷諾數關系曲線

在Re=2×104～7×105的范圍內，Sr可視為常數，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，渦街流量計的流量計算式為：

式中qvm為標準狀態下(0℃或20℃，101.325kPa)體積流量；Pn為標準狀態下絕對壓力；P工況下的絕對壓力；Tn標準狀態下熱力學溫度；T為工況下氣體壓縮系數；Z工況下氣體壓縮系數。

渦街流量計的脈沖頻率輸出信號不受流體屬性和組分變化的影響，儀表系數僅在特定雷諾數范圍內與旋渦形成體和管道尺寸等因素相關。然而，在物料平衡和能源計量中，需要測量質量流量，此時流量計必須同時檢測體積流量、流體密度，流體屬性和組分將直接影響流量計量。渦街流量計由傳感器和轉換器組成，傳感器包括旋渦形成體、檢測元件、儀表體等，而轉換器包括前置放大器、濾波整形電路、DAC、輸出接口電路、端子、支架和防護罩等部件。近年來，智能流量計還將微處理器、顯示通信和其他功能模塊集成到轉換器內部。

3.文丘里管

內文丘里管是一種新一代差壓式流量測量儀表，其測量原理與標準孔板相同，基于能量守恒定律-伯努利方程和流動連續性方程。內文丘里管由圓形測量管和與之同軸的特型芯體構成，特型芯體的徑向外表面與經典文丘里管內表面幾何廓形相似，形成異徑環形過流縫隙。流體流經內文丘里管的節流過程類似于經典文丘里管和環形孔板的節流過程。內文丘里管的結構特點避免了銳緣磨蝕和積污問題，可有效調整管內流體速度分布梯度和非軸對稱速度分布，實現高精確度和穩定性的流量測量。

文丘里管可分為內藏式文丘里管和插入式文丘里管兩種結構形式。在鋼鐵廠熱風爐的助燃風、冷風、煤氣計量（包括高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣）以及熱電廠的鍋爐一次風、二次風等大口徑、低流速管道的測量中，文丘里管取得了顯著的測量效果。該技術成功解決了現有工業企業中對低壓、大口徑、低流速氣體流量進行精確測量的難題，是一種測量范圍廣泛、安裝便捷的流體測量設備。

文丘里管測量原理：當充滿管道的流體流經管道內的節流件時，將在文丘里管喉頸處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在文丘里管喉頸前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程(質量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎的。

式中qm為質量流量（kg/s）；qv為體積流量（m3/s）；C為流出系數；ε為可膨脹性系數；d為節流件開孔直徑；β為直徑比，β=d/D；D為管道內徑；ρ1為被測流體密度，kg/m的；△P為差壓。

4.電磁流量計

電磁流量計(Electromagnetic Flowmeters，簡稱為EMF)是在20世紀50-60年代隨著電子技術的迅猛發展而快速興起的一種新型流量測量設備。它是根據法拉第電磁感應定律制造的，主要用于測量導電液體的體積流量。由于其獨特的優勢，電磁流量計目前被廣泛應用于各種工業過程中導電液體的流量測量，包括各種腐蝕性介質如酸、堿、鹽等，以及各種漿液流量測量，形成了獨特的應用領域。

電磁流量計由電磁流量傳感器和轉換器兩部分構成。傳感器安裝在工業管道上，將流入管道的液體體積流量線性轉換為感應電勢信號，并通過傳輸線送至轉換器。轉換器安裝在傳感器附近，放大并轉換傳感器的流量信號為標準電信號輸出，用于顯示、累積和調節控制。電磁流量計的測量原理基于法拉第電磁感應定律。測量管是內襯絕緣材料的非導磁合金短管，兩只電極穿過管壁固定在管上，電極頭與襯里內表面基本平行。勵磁線圈通過雙方波脈沖勵磁時，在與測量管軸線垂直的方向上產生磁通量密度為B的工作磁場。當具有一定電導率的流體流經測量管時，將感應出電動勢E，其與磁通量密度B、測量管內徑d和平均流速U的乘積成正比。電動勢E（流量信號）通過電極檢測并通過電纜送至轉換器。轉換器放大處理流量信號后，可顯示流體流量并輸出脈沖、模擬電流等信號，用于流量的控制和調節。

E=KBdu ，式中E-電極間的信號電壓，V；K為系數；B為磁通密度，T；d為測量管內徑，m；u為平均流速，m/s；式中，K、d為常數，由于勵磁電流是恒流的，故B也是常數，則由E=KBdu可知，體積流量Q與信號電壓E成正比，即流速感應的信號電壓E與體積流量Q成線性關系。因此，只要測量出E,就可確定流量Q,這是電磁流量計的基本工作原理。

由E=KBdu可知，被測流量體介質的溫度、密度、壓力、電導率、液固兩相流體介質的液固成分比等參數不會影響測量結果。在涉及流動狀態時，只需符合軸對稱流動條件（如層流或湍流），即可確保測量結果的準確性。因此，電磁流量計被認為是一種可靠的體積流量計。制造商和用戶只需使用普通水進行標定，即可準確測量任何導電流體介質的體積流量，無需進行任何修正。這一特點是電磁流量計的顯著優勢，其他流量計無法比擬。由于測量管內沒有移動部件或流阻，因此幾乎沒有壓力損失。

5.阿牛巴流量計

阿牛巴流量計，又稱笛形均速管流量計和托巴管流量計，屬于差壓式流量計。它利用皮托管的測量原理，通過測量擋體上游的動壓力與下游的靜壓力之間形成的壓差來實現流量的測量。該流量計適用于直徑在DN20到DN12000之間的管道。主要用于工業過程中液體、燃料氣、蒸汽和氣體等能源的測量，具有高穩定性和重復性。設計理論符合伯努利方程，可按照JG 640-90規程進行檢驗。工作原理是當流體通過探頭時，在其前部形成高壓區域，壓力略高于管道靜壓。根據伯努利方程，流體通過探頭時速度加快，在探頭后部形成低壓區域，其壓力略低于管道靜壓。流體通過探頭后在探頭后部形成部分真空，并在兩側形成旋渦。探頭的截面形狀、表面粗糙度和低壓取壓孔位置是決定性因素。穩定準確的低壓信號對于探頭的性能至關重要。均速流量探頭能準確檢測到由流體平均速度產生的平均差壓。在高低壓區域有按照一定準則排布的多對取壓孔，從而實現準確測量平均流速的目的。

阿牛巴流量計所需要的參數包括被測量介質的溫度，壓力，流量，黏度。阿牛巴流量計輸出為差壓信號，與測量差壓的儀器儀表配套使用，可以準確地測量圓形管道、矩形管道中的多種液體、氣體和蒸汽(過熱蒸汽和飽和蒸汽)。被測管道的尺寸范圍為Ф20-3000mm。阿牛巴流量計在動力工業(包括核工業)、化學工業、石油化工和金屬冶煉工業等部門中得到成功使用，適用范圍如下。

a、氣體輸送和液體輸送。

b、能源研究，蒸汽鍋爐熱效率，水泵效率，氣體壓縮機效率和燃料消耗。

c、過程控制輸入輸出、比率/平衡；冷卻水或空氣蒸汽加熱。

d、化學工業中加料。

e、負載平衡泵、壓縮機、冷卻器、過濾器。

阿牛巴流量計與差壓流量計相比有如下優點。

a、準確度高，穩定性好

阿牛巴流量計的準確度為±1%，穩定性為±0.1%，可以長時間保持非常穩定的差壓信號，并確保輸出差壓信號與管道流量的映射關系。這是因為在使用過程中，磨損、腐蝕以及油污和粉塵的粘附等因素對安努巴流量計系數的影響很小，但這些因素會增加孔板的流量系數，而且會增加到20%以上，由此產生的誤差將也達到20%以上。從中我們可以看出阿牛巴流量計的長期穩定性很優秀。

b、設計合理，安裝方便、經濟

阿牛巴流量計易于安裝和拆卸，無需使用起重工具，產品系列中的一些產品可以在不停止測量管道的情況下安裝或拆卸，這可以節省相當可觀的安裝成本。例如在直徑200mm的管道上安裝流量計，阿牛巴流量計只有一條焊縫，長度為 150 毫米，而孔板有兩個焊縫，總長度為 1200 毫米。就工時來講，安裝一臺阿牛巴流量計只需要1.5工時，而安裝一只孔板卻需12工時。

c、有利于管道布局

阿牛巴流量計不僅適用于圓形管道，也適用于矩形管道和埋在地下任何深度的管道。阿牛巴流量計上游和下游直管段的長度要求比孔板流量計低得多，在彎頭后方 2 倍管徑處安裝，仍可得到穩定、高精度的測量結果，這是阿牛巴流量計的獨特優勢，特別是對大口徑管線的布置設計帶來了極大的靈活性，節省了成本。

d、壓力損失小，能源損耗少

永久壓力損失是功率損失，阿牛巴流量計的永久壓力損失僅占差壓的2%-15%，而一般孔板的永久損失占差壓的40%-80%，隨著管徑的增大，阿牛巴流量計永久壓力損失可以達到忽略不計的程度。例如，將阿牛巴流量計用在直徑1000mm的管道上，每年的能量損失僅為幾百元，而當使用孔板時，每年的能量損失高達20,000多元，這對于今天的積極節有著重要意義。

6.超聲波流量計

當超聲波在流動的流體中傳播時，它們會攜帶有關流體流速的信息，因此，可以通過接收到的超聲波來檢測流體的流速，并將其轉換為流量。根據檢測方法的不同，超聲波流量計可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法和相關法等不同類型。超聲波流量計是一種非接觸式儀表，隨著集成電路技術的迅速發展，已經使用了十多年，它適用于測量難以接觸和觀察的流體和較大直徑的流體，可與水位計連接，測量露天水流的流量。超聲波流量計不需要在流體中安裝測量元件，因此不會改變流體的流動狀態，也不會產生額外的阻力。儀器的安裝和維護不會影響生產管道的運行，因此是一種理想的節能流量計。

工業流量測量普遍存在難測大管徑、大流量的問題，這是由于測量管徑的增大將導致制造運輸困難、成本增加、能耗增加、安裝不便等弊端，超聲波流量計可以避免這些缺點。由于各種類型的超聲波流量計都可以安裝在管外測量流量而無需接觸，因此儀表的成本基本上與被測管道的直徑無關。然而，其他類型的流量計的成本隨著管道直徑的增加而大幅增加。

超聲波流量計被認為是測量大管道中流量的良好儀器，多普勒超聲波流量計可以測量兩相介質的流量，因此可以用來測量污水和污水等骯臟的流量。在發電廠，便攜式超聲波流量計用于測量渦輪機入口和渦輪機循環水等大管徑流量，這比以前的皮托管流量計方便得多。超聲波流量計也可用于氣體測量。管徑的適用范圍為2厘米至5米，可適用于寬度為數米的明渠、暗渠至寬度為500米的河流。

7.皮托管

皮托管，又被稱作“空速管”、“風速管”，Pitot Tube是皮托管的英文名稱。皮托管是一種測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的管式裝置，由法國H.皮托發明并以他的名字命名。嚴格地說，皮托管只測量氣流總壓，又名總壓管；同時測量總壓、靜壓的才稱風速管，但習慣上多把風速管稱作皮托管。

①皮托管的構造

頭部呈半球形，后部有雙層套管。測速時頭部對準來流，頭部中心處小孔(總壓孔)感受來流總壓P0：經內管傳送至壓力計。頭部后3-8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔(靜壓孔)，感受來流靜壓P,經外套管也傳至壓力計。對于不可壓縮流動，根據伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數，進而再求速度。但在超聲速流動中，皮托管頭部出現離體激波，總壓孔感受的是波后總壓，來流靜壓也難以測準，因而皮托管不再適用。總壓孔有一定面積，它所感受的是駐點附近的平均壓強，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會有誤差，故測算流速時應加一個修正系數ξ。ξ值一般在0.98-1.05范圍內，在已知速度之氣流中校正或經標準皮托管校正而確定。皮托管結構簡單，使用方便，用途很廣。例如，皮托管通常安裝在飛機機翼的頭部或前緣上，用來測量相對于空氣的飛行速度，也被稱為空速管。

②皮托管的用途

皮托管除了測量飛機的速度之外，還有許多其他的功能。在科研、生產、教學、生態環境保護、隧道、礦井通風、能源管理等部門中，皮托管常被用來測量通風管道、工業管道、爐膛煙道中的空氣流速。流量通過換算確定，也可測量管道內的水流速度。用皮托管測量速度、測定流量具有可靠的理論基礎，使用方便、準確，是一種經典的、應用廣泛的測量方法。除此之外，還可用于測量流體的壓力。

8.渦輪流量計

渦輪流量計，是速度式流量計中的主要種類，它采用多葉片的轉子(渦輪)感受流體均勻流速，從而推導出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成，也可做成整體式。

優點包括：精度高，重復性好，范圍度寬，結構緊湊。但也有缺點：不能長期保持校準穩定性，流體介質屬性對流量特性有較大影響。

渦輪流量計廣泛應用于石油、有機液體、無機液、液化氣、自然氣和低溫流體系統，渦輪流量計在用量上是僅次于 孔板流量計的計量儀表。

9.葉輪流量計

葉輪式流量計的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流體流動的沖擊而旋轉，以葉輪旋轉的快慢來反映流量的大小。典型的葉輪式流量計是水表和渦輪流量計，其結構可以是機械傳動輸出式或電脈沖輸出式。

一般機械式傳動輸出的水表準確度較低，誤差約±2％，但結構簡單，造價低，國內已批量生產，并標準化、通用化和系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計的準確度較高，一般誤差為±0.2％一0.5％。

10.浮子流量計

浮子流量計，又稱轉子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。浮子流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計，特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

玻璃錐管浮子流量計結構簡單，使用方便，缺點是耐壓力低，有玻璃管易碎的較大風險，適用于小管徑和低流速，壓力損失較低。

11.科里奧利質量流量計

科里奧利力是一種慣性力,當流體流經管道時,如果管道發生突然變窄或彎曲,流體會偏離原來的流動方向,從而產生一股離心力。這股力就是科里奧利力。科里奧利質量流量計通常由一個帶有流量整流裝置的進口段、一個測量管和一個出口段組成。測量管中安裝有一個障礙物,稱為科里奧利元件或測量元件。當流體流經測量管時,流體會繞過科里奧利元件,從而產生科里奧利力。這股力作用于測量管上,使管道發生微小的形變。

科里奧利質量流量計利用應變傳感器測量管道形變的程度。管道形變的程度與流體的質量流量成正比。通過測量管道形變,并將其與已知的標定數據進行比較,就可以確定流體的質量流量。

優點：測量準確度高,重復性好，對流體物性變化不敏感,可測量各種流體，無移動部件,結構簡單,維護方便，壓力損失較小,能耗低。

12.孔板流量計

標準節流件是全世界通用的，并得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量 計中亦是唯一的。結構易于復制，簡單、牢固、性能穩定可靠、價格低廉，應用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般生產過程的管徑、工作狀態(溫度、壓力)皆有產品。

測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難于提 高。范圍度窄，由于流量系數與雷諾數有關,一般范圍度僅 3∶1 ～ 4∶1。有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；壓力損失大；通常為維持一臺孔板流量計正常運行，水泵需要附加動力克服孔板的壓力損失。

孔板以內孔銳角線來保證精度，因此對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證， 需每年拆下強檢一次。采用法蘭連接，易產生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。

13.熱式質量流量計

熱式氣體質量流量計的工作原理基于熱擴散原理或熱傳導原理，用于測量氣體的質量流量。熱式氣體質量流量計通常由兩個基準級熱電阻組成，一個是加熱器，另一個是測量氣體溫度變化的溫度傳感器。加熱器通電后，將溫度加熱到設定溫度并保持穩定的熱平衡當氣體流過加熱器傳感器時，氣體會帶走一部分熱量，導致傳感器溫度降低。測溫傳感器位于加熱器傳感器的下游，只測量氣體的溫度而不受氣體質量流量的直接影響。通過測量加熱器和測溫器之間的溫差來確定氣體質量流量。溫差與氣體的質量流量呈比例關系。

當氣體流量增加時，氣體帶走的熱量也增加，導致加熱器溫度下降更多，從而增加了加熱器與測溫器之間的溫差。根據加熱器與測溫器之間的溫差以及已知的加熱器特性和氣體性質，利用熱效應的金氏定律等數學關系式（如P/△T=K1+K2 f(Q)K3，其中P為加熱功率，△T為溫差，Q為質量流量，K1、K2、K3是與氣體物理性質有關的常數），可以計算出氣體的質量流量。

熱式氣體質量流量計因其精度不受溫度和壓力影響而被廣泛應用，獨特的溫度差測量方式克服了某些情況下零點漂移的問題，適用于多種氣體的測量，基體一般采用316L不銹鋼，適應有毒和腐蝕性氣體的測量。上海自動化儀表有限公司如您對流量計的選型和使用有疑問可以幫到您。