浅谈流量计的选型及计量

赵涛 孟海龙 任敏刚

摘 要：流量计能否准确测量流量，这与流量计选型、安装、计量都有一定的关系。流量计的现场使用条件是选型的基础，正确的选型与安装是保证流量计准确测量的前提。流量计的计量是量值传递、保证量值统一的主要措施。流量计使用寿命全周期离不开周期性计量。计量方法的选择按实际条件而定。

关键词：流量计选型;分类;计量方法

流量是指单位时间内流经一定截面的流体量。流量计毋庸置疑就是测量流量的仪表。流量计被广泛适用于化工、冶金、农业、电力、煤炭、医药、石油、食品等行业。流量计时刻为工业生产、人民生活保障、贸易结算、环境检测、安全防护以及医疗卫生默默做出贡献。

准确计量就是流量计的使命。流量计一般是是作为自动化控制中检测仪表或测量一个时间段的总累积流量仪表。流量以时间类型分为瞬时流量和累积流量。瞬时流量即单位时间内通过一定截面的流量;累积流量是指定段时间段内流体通过一定截面的累积量。瞬时流量与对应时间之间的积分可以求得累积流量。流量是导出量，根据导出基本量单位组成分为体积流量和质量流量。体积流量与质量流量可以通过密度换算互相得到。

普通贸易结算类流量计比较注重累积流量，但工业控制领域一般注重流量计的瞬时流量。流量计使用的生命全周期中，能否准确计量与流量计的选型和现场安装有直接关系。流量的选型与安装不合理，就可能达不到预期计量要求。流量计的选型一般考虑一下几个方面：

1、流量计的计量性能。例如：流量测量显示、测量范围、准确度、重复性、压力损失、输出信号和响应时间等。

流量测量显示量可以为：工况流量、标况流量、体积流量、质量流量、瞬时流量、累积总量、流速、温度、压力等。一般流量标况状态是0℃，101.325kPa，但是我国燃气类流量标况状态是20℃，101.325kPa。流量计选型时不但要择流量计口径大小与管路对应，而且要求管路流体流量范围与流量计测量范围要匹配。

流量计准确度一般在标注的测量范围与测量环境内都能达到出厂要求。一般流量计的准确度等级体现形式是误差。误差一般是指相对误差或者引用误差。重复性是多次测量的一致性。流量计的管路形状与安装管路形状相异与流量计在管道中的流量测量元件都可以产生压力损失。流量计传输出的信号模式可以是：模拟量、脉冲量或者协议总线形式。响应时间是流量波动性变化与对应流量测量变化的响应。

2、流体特性及状态的判别。判别流体气体、液体还是混合相，以及考虑测量流体的压力和温度都是否与流量计匹配。对于液体而言，在大部分情况下其密度相对恒定。气体流量计的测量范围，取决于气体密度，一般都要有密度参与修正。测量不同黏度流体计量性能不一样，部分液体黏度会随温度变化而巨变，但是气体之间黏度差别较小。流体化学性质是否会与流量计表面发生化学反应，而导致腐蚀与结垢。

3、流量计安装条件。流量计都有安装流向，一般为垂直安装和水平安装。流体进入流量计的流动状态会影响计量性能，流量计上下游不应该有扰动源。速度式流量计都有上游和下游直管段的要求。绝大多数流量计对安装现场的震动、电磁环境、温湿度等都有一定要求。

流量是导出量，构成流量的基本量是长度与时间组合或者质量与时间组合。因此流量测量方法与流量计分类方法十分多，但是根据基本测量原理大致分为以下几类：

1、利用伯努利方程和流动连续性方程的原理，通过测量流体差压信号从而得到流量。此类流量计有：差压流量计、浮子流量计、皮托管流量计、靶式流量计等。

2、通过测量流体的流速，再利用流速与截面积之积得到流量。这类流量计称为速度式流量计。速度式流量计设计简单可靠、测量范围大，但是对流体流动状态有一定要求。速度式流量计包括涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等。

3、使用标准容积，通过标准容积内介质连续填充与排空测量流体流量。这类流量计称为容积式流量计。容积式流量计可以测量各种流体，对流体流动状态没有特别要求，但是当流体中含有固体杂质时，会影响其正常工作。容积式流量计一般准确度较高，尤其在较高黏度的液体中。在测量较高黏度流体时会有较大的压力损失。

4、测量通过流体的质量来测量流量。常见的质量流量计就两种：科里奥利质量流量计和热式质量流量计。科里奥利流量计通过测量科氏力来测量流量。热式质量流量计是通过测量预设于介质中的热源与介质的热交换量来测量流量。

每一台流量计并不是生产出来就能准确计量，它需要计量溯源。JJF 1001-2011明确定义了计量是：实现单位统一、量值准确度可靠的活动。我国现行的计量内容主要是检定与校准。计量一般是用流量计与流量标准装置进行流量对比，然后根据计量结果，对流量计流量进行修正，使流量计的计量性能达到设计使用要求。

流量是导出量，构成流量的基本量是长度与时间或质量与时间，所以流量原始标准装置为长度（体积）与时间或质量与时间的组合量。原始流量标准装置传递量值到传递流量标准，即标准表，从而实现量值的传递。

流量计计量按照送检方式分为：实验室计量与现场计量。

实验室计量，一般以固定式计量标准装置进行。由于长度、质量与时间的复现不确定度非常高，而且复现条件相对容易达到，所以实验室一般以长度与时间或质量与时间的组合标准装置居多。标准表法标准装置一般用于准确度要求不高的流量计计量。

现场计量就需要移动式流量标准装置。移动式与固定式的测量方法与原理基本相同，只是流量标准装置是可移动式，并且一般是由专用车辆装载，移动式流量标准装置灵活性高，可随计量场地的变化而移动，无需为计量而长途搬运。但是移動式流量标准装置一般测量范围较小，准确等级较低，现场音影响量较多，使用费用较高。

实际应用中，在能保证准确度的前提下，具有操作性的现场计量方式主要有以下两种：

1、在被计量流量计的管线中部或末端，串联标准流量计，使流量计与标准流量计进行对比。

2、计量流量计的累积流量，以标准容器或标准衡器作为参考标准，测量一定时间内的累积流量。

现在正在逐渐兴起的在线计量，可实现不断流测量，对于不便于停工的流量计在实际应用中具有巨大的优势。例如示踪法、便携式超声波流量计等等。示踪法对现场操作要求较多，不便于大范围推广。但是便携式超声波流量计安装方便、操作简单，可测量不同管径、不同介质的管道流体。便携式超声波流量计操作一般只需：管径测量、测量管道壁厚、确认管道材料、衬里材质、安装探头。但是便携式超声波流量计测量精度受到很多外界因素的影响，人为因素对测量的影响较大，测量气体管路时对管路气体压力要求较高。

随着智能电子技术的发展，微处理器可计算更多的变量信号，流量计向更精准化、更智能化、更安全化的方向发展。但是探索新型的流量测量方法却更难，这也制约流量计更快的发展。现场计量是计量技术发展的趋势，能极大地方便了计量工作，有效降低计量方面的资金消耗，也更易于实施。

参考文献：

[1]吴新生 廖小永 魏国远 王黎.流量计现场在线计量校准方法初探[J].中国水利学会2010学术年会论文集（下册）.2010

[2]段慧明.液体流量标准装置和标准表法流量标准装置[M].中国质检出版社.2007

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