上海自动化仪表有限公司13种流量计优缺点对比分析
1.压差式流量计
差压式流量计是一种被广泛应用的流量测量仪器，由节流装置和差压变送器两部分构成。当充满流体的圆管流经节流装置（如孔板）时，流体流经孔板时会形成局部收缩，导致前后孔板处产生压力差，其大小与流量的平方成正比。孔板流量计又被称为差压式流量计，由一次检测件（节流装置）和二次设备（差压变送器和流量积算仪）组成，适用于气体、蒸汽和液体的流量测量。该流量计具有结构简单、易于维护、性能稳定、使用可靠等特点。孔板节流装置是标准节流装置，可根据国家标准进行生产，无需单独标定。
充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。
流体流经节流器件时压力和流速的变化
在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出压差与流量之间的关系而求得流量。
P节流装置前后的压差，q为瞬时流量。由于流体的性质所决定，节流装置测得的压差与流量的关系是平方及平方根的关系。
2.涡街流量计
涡街流量计是一种在流体中放置非流线形的阻流体（bluffbody），导致流体在阻流体两侧交替地产生规则的旋涡。在一定的流量范围内，旋涡的分离频率与管道内的平均流速成正比。通过检测元件测量旋涡频率，可以计算出流体的流量。值得注意的是，涡街流量计仍处于发展阶段，其理论基础和实践经验尚不够丰富。目前最基本的流量方程常引用卡门涡街理论，但该理论是在气体风洞（均匀流场）中实验得出的，与封闭管道中三维非均匀流场旋涡分离的规律有所不同。实践经验需要通过长期应用积累。通常情况下，流量计在实验室参考条件下进行出厂校验，而现场工作条件与此有所偏差是不可避免的。然而，工作条件的偏差会带来多大的额外误差，目前在标准和生产厂资料中尚不清楚。这些情况表明，流量计的快速发展需要加强基础研究，否则在实际应用中可能会出现一些意料之外的问题。
涡街流量计原理：在流体中设置旋涡发生体(阻流体)，从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。
涡街流量计原理
根据卡曼涡街原理，有如下关系式：
式中m为旋涡发声体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；D为表体通径；d为旋涡发生体迎面宽度；f为旋涡的发生频率；u1为旋涡发生体两侧平均流速；Sr为斯特劳哈尔数；u为被测介质流的平均速度。管道内体积流量qv为：
式中K为流量计的仪表系数，单位为脉冲数/m3。K除了与旋涡发生体、管道的几何尺寸有关外，还与斯特劳哈尔数有关。斯特劳哈尔数为无量纲参数，它与旋涡发生体形状及雷诺数有关，图6所示为圆柱状旋涡发生体的斯特劳哈尔数与管道雷诺数的关系图。
斯特劳尔数与雷诺数关系曲线
在Re=2×104～7×105的范围内，Sr可视为常数，这是仪表正常工作范围。当测量气体流量时，涡街流量计的流量计算式为：
式中qvm为标准状态下(0℃或20℃，101.325kPa)体积流量；Pn为标准状态下绝对压力；P工况下的绝对压力；Tn标准状态下热力学温度；T为工况下气体压缩系数；Z工况下气体压缩系数。
涡街流量计的脉冲频率输出信号不受流体属性和组分变化的影响，仪表系数仅在特定雷诺数范围内与旋涡形成体和管道尺寸等因素相关。然而，在物料平衡和能源计量中，需要测量质量流量，此时流量计必须同时检测体积流量、流体密度，流体属性和组分将直接影响流量计量。涡街流量计由传感器和转换器组成，传感器包括旋涡形成体、检测元件、仪表体等，而转换器包括前置放大器、滤波整形电路、DAC、输出接口电路、端子、支架和防护罩等部件。近年来，智能流量计还将微处理器、显示通信和其他功能模块集成到转换器内部。
3.文丘里管
内文丘里管是一种新一代差压式流量测量仪表，其测量原理与标准孔板相同，基于能量守恒定律-伯努利方程和流动连续性方程。内文丘里管由圆形测量管和与之同轴的特型芯体构成，特型芯体的径向外表面与经典文丘里管内表面几何廓形相似，形成异径环形过流缝隙。流体流经内文丘里管的节流过程类似于经典文丘里管和环形孔板的节流过程。内文丘里管的结构特点避免了锐缘磨蚀和积污问题，可有效调整管内流体速度分布梯度和非轴对称速度分布，实现高精确度和稳定性的流量测量。
文丘里管可分为内藏式文丘里管和插入式文丘里管两种结构形式。在钢铁厂热风炉的助燃风、冷风、煤气计量（包括高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气）以及热电厂的锅炉一次风、二次风等大口径、低流速管道的测量中，文丘里管取得了显著的测量效果。该技术成功解决了现有工业企业中对低压、大口径、低流速气体流量进行精确测量的难题，是一种测量范围广泛、安装便捷的流体测量设备。
文丘里管测量原理：当充满管道的流体流经管道内的节流件时，将在文丘里管喉颈处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在文丘里管喉颈前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。
式中qm为质量流量（kg/s）；qv为体积流量（m3/s）；C为流出系数；ε为可膨胀性系数；d为节流件开孔直径；β为直径比，β=d/D；D为管道内径；ρ1为被测流体密度，kg/m的；△P为差压。
4.电磁流量计
电磁流量计(Electromagnetic Flowmeters，简称为EMF)是在20世纪50-60年代随着电子技术的迅猛发展而快速兴起的一种新型流量测量设备。它是根据法拉第电磁感应定律制造的，主要用于测量导电液体的体积流量。由于其的优势，电磁流量计目前被广泛应用于各种工业过程中导电液体的流量测量，包括各种腐蚀性介质如酸、碱、盐等，以及各种浆液流量测量，形成了的应用领域。
电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分构成。传感器安装在工业管道上，将流入管道的液体体积流量线性转换为感应电势信号，并通过传输线送至转换器。转换器安装在传感器附近，放大并转换传感器的流量信号为标准电信号输出，用于显示、累积和调节控制。电磁流量计的测量原理基于法拉第电磁感应定律。测量管是内衬绝缘材料的非导磁合金短管，两只电极穿过管壁固定在管上，电极头与衬里内表面基本平行。励磁线圈通过双方波脉冲励磁时，在与测量管轴线垂直的方向上产生磁通量密度为B的工作磁场。当具有一定电导率的流体流经测量管时，将感应出电动势E，其与磁通量密度B、测量管内径d和平均流速U的乘积成正比。电动势E（流量信号）通过电极检测并通过电缆送至转换器。转换器放大处理流量信号后，可显示流体流量并输出脉冲、模拟电流等信号，用于流量的控制和调节。
E=KBdu ，式中E-电极间的信号电压，V；K为系数；B为磁通密度，T；d为测量管内径，m；u为平均流速，m/s；式中，K、d为常数，由于励磁电流是恒流的，故B也是常数，则由E=KBdu可知，体积流量Q与信号电压E成正比，即流速感应的信号电压E与体积流量Q成线性关系。因此，只要测量出E,就可确定流量Q,这是电磁流量计的基本工作原理。
由E=KBdu可知，被测流量体介质的温度、密度、压力、电导率、液固两相流体介质的液固成分比等参数不会影响测量结果。在涉及流动状态时，只需符合轴对称流动条件（如层流或湍流），即可确保测量结果的准确性。因此，电磁流量计被认为是一种可靠的体积流量计。制造商和用户只需使用普通水进行标定，即可准确测量任何导电流体介质的体积流量，无需进行任何修正。这一特点是电磁流量计的显著优势，其他流量计。由于测量管内没有移动部件或流阻，因此几乎没有压力损失。
5.阿牛巴流量计
阿牛巴流量计，又称笛形均速管流量计和托巴管流量计，属于差压式流量计。它利用皮托管的测量原理，通过测量挡体上游的动压力与下游的静压力之间形成的压差来实现流量的测量。该流量计适用于直径在DN20到DN12000之间的管道。主要用于工业过程中液体、燃料气、蒸汽和气体等能源的测量，具有高稳定性和重复性。设计理论符合伯努利方程，可按照JG 640-90规程进行检验。工作原理是当流体通过探头时，在其前部形成高压区域，压力略高于管道静压。根据伯努利方程，流体通过探头时速度加快，在探头后部形成低压区域，其压力略低于管道静压。流体通过探头后在探头后部形成部分真空，并在两侧形成旋涡。探头的截面形状、表面粗糙度和低压取压孔位置是决定性因素。稳定准确的低压信号对于探头的性能至关重要。均速流量探头能准确检测到由流体平均速度产生的平均差压。在高低压区域有按照一定准则排布的多对取压孔，从而实现准确测量平均流速的目的。
阿牛巴流量计所需要的参数包括被测量介质的温度，压力，流量，黏度。阿牛巴流量计输出为差压信号，与测量差压的仪器仪表配套使用，可以准确地测量圆形管道、矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽(过热蒸汽和饱和蒸汽)。被测管道的尺寸范围为Ф20-3000mm。阿牛巴流量计在动力工业(包括核工业)、化学工业、石油化工和金属冶炼工业等部门中得到成功使用，适用范围如下。
a、气体输送和液体输送。
b、能源研究，蒸汽锅炉热效率，水泵效率，气体压缩机效率和燃料消耗。
c、过程控制输入输出、比率/平衡；冷却水或空气蒸汽加热。
d、化学工业中加料。
e、负载平衡泵、压缩机、冷却器、过滤器。
阿牛巴流量计与差压流量计相比有如下优点。
a、准确度高，稳定性好
阿牛巴流量计的准确度为±1%，稳定性为±0.1%，可以长时间保持非常稳定的差压信号，并确保输出差压信号与管道流量的映射关系。这是因为在使用过程中，磨损、腐蚀以及油污和粉尘的粘附等因素对安努巴流量计系数的影响很小，但这些因素会增加孔板的流量系数，而且会增加到20%以上，由此产生的误差将也达到20%以上。从中我们可以看出阿牛巴流量计的长期稳定性很优秀。
b、设计合理，安装方便、经济
阿牛巴流量计易于安装和拆卸，无需使用起重工具，产品系列中的一些产品可以在不停止测量管道的情况下安装或拆卸，这可以节省相当可观的安装成本。例如在直径200mm的管道上安装流量计，阿牛巴流量计只有一条焊缝，长度为 150 毫米，而孔板有两个焊缝，总长度为 1200 毫米。就工时来讲，安装一台阿牛巴流量计只需要1.5工时，而安装一只孔板却需12工时。
c、有利于管道布局
阿牛巴流量计不仅适用于圆形管道，也适用于矩形管道和埋在地下任何深度的管道。阿牛巴流量计上游和下游直管段的长度要求比孔板流量计低得多，在弯头后方 2 倍管径处安装，仍可得到稳定、高精度的测量结果，这是阿牛巴流量计的优势，特别是对大口径管线的布置设计带来了极大的灵活性，节省了成本。
d、压力损失小，能源损耗少
压力损失是功率损失，阿牛巴流量计的压力损失仅占差压的2%-15%，而一般孔板的损失占差压的40%-80%，随着管径的增大，阿牛巴流量计压力损失可以达到忽略不计的程度。例如，将阿牛巴流量计用在直径1000mm的管道上，每年的能量损失仅为几百元，而当使用孔板时，每年的能量损失高达20,000多元，这对于今天的积极节有着重要意义。
6.超声波流量计
当超声波在流动的流体中传播时，它们会携带有关流体流速的信息，因此，可以通过接收到的超声波来检测流体的流速，并将其转换为流量。根据检测方法的不同，超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法和相关法等不同类型。超声波流量计是一种非接触式仪表，随着集成电路技术的迅速发展，已经使用了十多年，它适用于测量难以接触和观察的流体和较大直径的流体，可与水位计连接，测量露天水流的流量。超声波流量计不需要在流体中安装测量元件，因此不会改变流体的流动状态，也不会产生额外的阻力。仪器的安装和维护不会影响生产管道的运行，因此是一种理想的节能流量计。
工业流量测量普遍存在难测大管径、大流量的问题，这是由于测量管径的增大将导致制造运输困难、成本增加、能耗增加、安装不便等弊端，超声波流量计可以避免这些缺点。由于各种类型的超声波流量计都可以安装在管外测量流量而无需接触，因此仪表的成本基本上与被测管道的直径无关。然而，其他类型的流量计的成本随着管道直径的增加而大幅增加。
超声波流量计被认为是测量大管道中流量的良好仪器，多普勒超声波流量计可以测量两相介质的流量，因此可以用来测量污水和污水等肮脏的流量。在发电厂，便携式超声波流量计用于测量涡轮机入口和涡轮机循环水等大管径流量，这比以前的皮托管流量计方便得多。超声波流量计也可用于气体测量。管径的适用范围为2厘米至5米，可适用于宽度为数米的明渠、暗渠至宽度为500米的河流。
7.皮托管
皮托管，又被称作“空速管”、“风速管”，Pitot Tube是皮托管的英文名称。皮托管是一种测量气流总压和静压以确定气流速度的管式装置，由法国H.皮托发明并以他的名字命名。严格地说，皮托管只测量气流总压，又名总压管；同时测量总压、静压的才称风速管，但习惯上多把风速管称作皮托管。
①皮托管的构造
头部呈半球形，后部有双层套管。测速时头部对准来流，头部中心处小孔(总压孔)感受来流总压P0：经内管传送至压力计。头部后3-8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔(静压孔)，感受来流静压P,经外套管也传至压力计。对于不可压缩流动，根据伯努利方程和能量方程可求出气流马赫数，进而再求速度。但在超声速流动中，皮托管头部出现离体激波，总压孔感受的是波后总压，来流静压也难以测准，因而皮托管不再适用。总压孔有一定面积，它所感受的是驻点附近的平均压强，略低于总压，静压孔感受的静压也有一定误差，其他如制造、安装也会有误差，故测算流速时应加一个修正系数ξ。ξ值一般在0.98-1.05范围内，在已知速度之气流中校正或经标准皮托管校正而确定。皮托管结构简单，使用方便，用途很广。例如，皮托管通常安装在飞机机翼的头部或前缘上，用来测量相对于空气的飞行速度，也被称为空速管。
②皮托管的用途
皮托管除了测量飞机的速度之外，还有许多其他的功能。在科研、生产、教学、生态环境保护、隧道、矿井通风、能源管理等部门中，皮托管常被用来测量通风管道、工业管道、炉膛烟道中的空气流速。流量通过换算确定，也可测量管道内的水流速度。用皮托管测量速度、测定流量具有可靠的理论基础，使用方便、准确，是一种经典的、应用广泛的测量方法。除此之外，还可用于测量流体的压力。
8.涡轮流量计
涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体均匀流速，从而推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。
优点包括：精度高，重复性好，范围度宽，结构紧凑。但也有缺点：不能长期保持校准稳定性，流体介质属性对流量特性有较大影响。
涡轮流量计广泛应用于石油、有机液体、无机液、液化气、自然气和低温流体系统，涡轮流量计在用量上是仅次于 孔板流量计的计量仪表。
9.叶轮流量计
叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。
一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约±2％，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为±0.2％一0.5％。
10.浮子流量计
浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。
玻璃锥管浮子流量计结构简单，使用方便，缺点是耐压力低，有玻璃管易碎的较大风险，适用于小管径和低流速，压力损失较低。
11.科里奥利质量流量计
科里奥利力是一种惯性力,当流体流经管道时,如果管道发生突然变窄或弯曲,流体会偏离原来的流动方向,从而产生一股离心力。这股力就是科里奥利力。科里奥利质量流量计通常由一个带有流量整流装置的进口段、一个测量管和一个出口段组成。测量管中安装有一个障碍物,称为科里奥利元件或测量元件。当流体流经测量管时,流体会绕过科里奥利元件,从而产生科里奥利力。这股力作用于测量管上,使管道发生微小的形变。
科里奥利质量流量计利用应变传感器测量管道形变的程度。管道形变的程度与流体的质量流量成正比。通过测量管道形变,并将其与已知的标定数据进行比较,就可以确定流体的质量流量。
优点：测量准确度高,重复性好，对流体物性变化不敏感,可测量各种流体，无移动部件,结构简单,维护方便，压力损失较小,能耗低。
12.孔板流量计
标准节流件是通用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量 计中亦。结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉，应用范围广，包括全部单相流体（液、气、蒸汽）、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆有产品。
测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难于提 高。范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅 3∶1 ～ 4∶1。有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；压力损失大；通常为维持一台孔板流量计正常运行，水泵需要附加动力克服孔板的压力损失。
孔板以内孔锐角线来保证精度，因此对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证， 需每年拆下强检一次。采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。
13.热式质量流量计
热式气体质量流量计的工作原理基于热扩散原理或热传导原理，用于测量气体的质量流量。热式气体质量流量计通常由两个基准级热电阻组成，一个是加热器，另一个是测量气体温度变化的温度传感器。加热器通电后，将温度加热到设定温度并保持稳定的热平衡当气体流过加热器传感器时，气体会带走一部分热量，导致传感器温度降低。测温传感器位于加热器传感器的下游，只测量气体的温度而不受气体质量流量的直接影响。通过测量加热器和测温器之间的温差来确定气体质量流量。温差与气体的质量流量呈比例关系。
当气体流量增加时，气体带走的热量也增加，导致加热器温度下降更多，从而增加了加热器与测温器之间的温差。根据加热器与测温器之间的温差以及已知的加热器特性和气体性质，利用热效应的金氏定律等数学关系式（如P/△T=K1+K2 f(Q)K3，其中P为加热功率，△T为温差，Q为质量流量，K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数），可以计算出气体的质量流量。
热式气体质量流量计因其精度不受温度和压力影响而被广泛应用，的温度差测量方式克服了某些情况下零点漂移的问题，适用于多种气体的测量，基体一般采用316L不锈钢，适应有毒和腐蚀性气体的测量。上海自动化仪表有限公司如您对流量计的选型和使用有疑问可以帮到您。
