在化工等工业生产过程中，为了更有效地进行生产操作、监视或控制，就需要对生产过程中各种流体介质（如液体、气体或蒸汽等）的流量进行测量，以便为生产操作和控制提供可靠的依据。另一方面，为了进行经济核算，也需要知道单位时间内流过的介质总量。因此，为了安全、高效地进行生产控制以及进行经济核算，介质的流量是一个必需的重要参数。
一、流量与流速
1.流量
在流体流动过程中，单位时间内通过任一截面的流体量，称为流量。通常有两种表示方法。
（1）体积流量 单位时间内流体流经管道任一截面的流体体积，称为体积流量，用符号qv表示，单位m3/s或m3/h。气体的体积流量应注明其温度和压力条件。
式中 V——t时间内流过某截面积流体的总体积，m3
t——时间，s或h
例如：某水泵在3min内，通过管道向水池注入36m3的水，则管道中水的体积流量
（2）质量流量 单位时间内流体流经管道任一截面的流体质量，称为质量流量，用符号qm表示，单位kg/s或kg/h。
质量流量与体积流量的关系为qm=qvρ
2.平均流速
单位时间内流体在流动方向上流过的距离，称为流速（平均流速），用符号u表示，单位为m/s。
式中 A——管道的截面积，m2
若为圆形管道，管内径为d，则
。
3.管径的选择
工程上输送流体的管道，大多为圆管，以d表示管道内径，则
于是
根据流量及流速可计算流体输送管路的直径。流量通常是根据生产任务所决定，所以关键在于选择合适的流速。流量一定时，流速越大，管径越小，设备费用可减小，但此时流体流速相应增大，其在管道中流动阻力也越大，使操作费用（动力消耗）增加。反之，流速减小，阻力降低，操作费用减少，但管径增大，设备费用增加。因此流速的确定由操作费与基建费之间通过经济权衡来决定。
设计管道时，尤其是输送距离较长时，需要综合考虑这两个相互矛盾的因素，确定适宜的流速，使操作费用与设备费用之和为最低。表1-1列出了某些流体常用流速范围。
表1-1 流体在管路中的常用流速范围
由表可见，流体在管道中的适宜流速与流体的性质及操作条件有关。在管径的选择时，算出管径后，还需从有关手册或本教材附录中选用标准管径来圆整，然后按标准管径重新计算流体在管路中的实际流速。
二、差压式流量计
流量计是用来测量、显示流体在流动过程中流量的仪表，是化工自动化的重要检测工具。流量计主要有差压式流量计、转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡衔流量计和质量流量计等。
差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。它是利用流体流经节流装置时所产生的压力差与流量之间存在一定关系的原理，通过测量压差来实现流量测定。
差压式流量计由一次装置和二次装置组成。一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，是一个局部收缩元件，最常用的有孔板、喷嘴和文丘里管，产生与流量（流速）成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置包括差压转换器或变送器和流量显示仪表，它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。
（一）流量测量元件
1.孔板流量计
在管道内插一片与管轴相垂直并带有通常是圆孔的金属板，圆孔与管子同心，这种装置叫孔板流量计（图1-23），孔板称为节流元件。孔板式流量计在差压式流量计中应用最多，具有结构牢固、性能稳定可靠、使用寿命长的特点。
图1-23 孔板流量计
流体流到孔口时，流道截面收缩，通过孔口后，流道还继续收缩，到一定距离（约等于管径的1/3至2/3倍）达到最小，然后才转而逐渐扩大到充满整个管截面，流道截面最小处，速度最大，而相应的静压强最低，称为缩脉。因此，当流体以一定的流量流经小孔时，就产生一定的压强差，流量越大，所产生的压强差越大。因此，利用测量压强差的方法就可测量流体流量。
2.文丘里流量计
孔板流量计装置简单，但由于锐孔结构将引起过多的能量消耗，为了减少能量的损失，可以用一段渐缩管、一段渐扩管来代替孔板，这样构成的流量计称为文丘里流量计（图1-24）。文丘里流量计的收缩管一般制成收缩角为15°～25°；扩大管的扩大角为5°～7°，最小截面称为喉孔。(www.xing528.com)
图1-24 文丘里流量计
文丘里流量计的主要优点是能耗少，大多用于低压气体的输送。
3.测速管
测速管（图1-25）又名皮托管，皮托管由两根同心圆管组成，内管前端敞开，管口截面垂直于流动方向并正对流体流动方向。
图1-25 测速管
外管前端封闭，但管侧壁在距前端一定距离处四周开有一些小孔，流体在小孔旁流过。内、外管的另一端分别与U型压差计的接口相连，并引至被测管路的管外。
由皮托管测得的是点速度。因此用皮托管可以测定截面的速度分布。对于圆管，速度分布规律已知，可测量管中心的最大流速umax，然后根据平均流速与最大流速的关系求出截面的平均流速，进而求出流量。
皮托管的优点是阻力小，适用于测量大直径气体管路内的流速，缺点是不能直接测出平均速度，且U型压差计压差读数较小。
（二）转子流量计
转子流量计（图1-26）属于是变面积式流量计，也叫浮子流量计，是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计。
图1-26 转子流量计
转子流量计主体玻璃管的截面积由下而上逐渐稍有扩大（倒锥形），管内装有一个金属或其他材料制成的转子（浮子）。流体自下而上流过时，可以使转子浮起来。当流体自下而上作用于转子上的力与转子本身净重力平衡时，转子即在一定位置作旋转运动。转子停留位置反映流量的大小。读数时一般是读转子最大截面处所对应的刻度。
转子流量计主要用于低压下小流量的测定，因其测定方法简单，测量精度较高，阻力损失较小，广泛应用于制药、化工生产中。
（三）涡轮流量计
涡轮流量计（图1-27）是属于速度式流量计中主要品种，它的结构由多叶片的转子（涡轮）感应流体平均流速，从而计量出流量或总流量的仪表。其结构由传感器和显示仪两部分组成。
图1-27 涡轮流量计
在管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑。当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，使涡轮产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质，涡轮的旋转速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。所以涡轮流量计是采用涡轮进行测量的流量计。它先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。
涡轮流量计结构紧凑，测量范围度宽，测量精度高，在所有流量计仪表中属于最精确的流量仪表，智能液体涡轮流量计是采用先进的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表，采用双排液晶现场显示，读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰。
（四）涡衔流量计
涡衔流量计（图1-28）是在流体中安放一根三角柱形旋涡发生体，流体在游涡发生体两侧交替分离释放出两串规则交错排列的漩涡的仪表，这种漩涡称为卡门漩涡。涡街流量计也称之为漩涡流量计或卡门涡街流量计。
图1-28 涡衔流量计
涡衔流量计由漩涡发生体、传感器、测量管和变送器组成的。漩涡发生体的作用是在流体流经时在其下游侧产生规律的漩涡，传感器的作用是检测漩涡的频率并将其转换成电信号送至变送器，变送器的作用是将电信号转换成标准的直流信号或脉冲信号，并送到DCS系统或调节器（指示）器。
涡衔流量计属于国内外新型流量仪表，具有结构简单牢固，测量范围度宽，且压力损失小的特点，有较高测量精确度。适用工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介质。
（五）电磁流量计
电磁流量计（图1-29）是根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，由传感器、转换器及显示器等部分组成。
图1-29 电磁流量计
电磁流量计是现代工业领域广泛应用的流量监测仪表，具有其他流量计不能比拟的独特优势，特别适用如脏污流体及腐蚀流体的测量，是广泛应用的流量监测仪表。
（六）质量流量计
质量流量计（图1-30）是采用感热式测量，通过流体分子带走的分子质量多少从而来测量流量，因为是用感热式测量，所以不会因为气体温度、压力的变化从而影响到测量的结果。质量流量计是一个较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量仪表，在石油加工、化工等领域将得到更加广泛的应用，质量流量计是不能控制流量的，它只能检测液体或者气体的质量流量，通过模拟电压、电流或者串行通讯输出流量值。但是，质量流量控制器，是可以检测同时又可以进行控制的仪表。质量流量计对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分质量流量计的流量传感器安装固定要求较高。
图1-30 质量流量计在装置现场
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
