气体流量仪表的类型

有多种方法可以测量和控制流量。在这里，我们比较常见的质量流量和体积流量技术，包括科里奥利流量计、层流差压流量计、热流量计、超声波流量计、转子流量计、光学流量计和文丘里管。

向前跳至...

1. 层压差
2. 科里奥利
3. 热的
4. 超声波
5. 可变面积
6. 光学的
7. 文丘里管

层压差压质量流量仪表

基于层流差压（层流 DP）的质量流量计和控制器利用层流元件 (LFE) 内产生的压降来测量流体的质量流量。为此，LFE通过将湍流分成一系列薄的平行通道，将湍流转换为层流。然后使用差压传感器测量通道上的压降。

Alicat层流元件图

由于通道内的流动处于层流状态，因此可以使用泊肃叶方程将压降与体积流量联系起来。然后可以使用温度和压力相关的密度校正因子将体积流量转换为高精度、标准化的质量流量。

用例

层压差压流量装置无需预热时间，并且由于其结构精确的几何形状而具有很高的精确度。然而，材料上的任何堵塞或凝结都会改变几何形状，从而影响系统精度。因此，这些设备不应用于流动冷凝气体或脏气体。

层流测量还取决于气体在变化的压力和温度下如何反应的准确数据，这意味着需要了解准确的气体成分才能进行准确的测量。

科里奥利质量流量仪表

科里奥利质量流量计和控制器利用科里奥利效应来测量流体的真实质量流量。流体流经电磁驱动的一根管（或一组管）。当流体通过时，移动管会经历与其初始振动模式相比非常微小的偏转。

传感器测量这种偏转的幅度，这完全取决于流体的质量。这样可以通过科里奥利仪器进行精确、真实的质量流量测量。

用例

即使对于密度变化的气体，科里奥利设备也能提供可靠、高精度的质量流量测量。这使得它们非常适合气体成分发生变化或具有未知物理性质的应用。由于科里奥利流量仪表可由多种材料制成，因此也可用于卫生应用以及腐蚀性、肮脏或腐蚀性气体。

虽然科里奥利流量设备的购买成本往往较高，但与许多其他流量计相比，它们只需要很少的维护，并且使用寿命内的拥有成本较低。一些科里奥利设备甚至可以测量泥浆等多相流体，尽管这通常仅适用于更高流量的型号。

科里奥利的主要缺点是对外部振动敏感。

热流量仪表

顾名思义，热流量计和控制器利用热量来测量流体的流量。热技术传统上以两种方式之一工作。第一种类型测量维持加热元件固定温度所需的电流。当流体流动时，颗粒接触元件并消散或带走热量。

随着流量的增加，需要更多的电流来将元件保持在固定温度。该电流要求与质量流量成正比。

图 2. 热式质量流量计的工作原理

第二种热法涉及测量元件或“热线”两侧两点的温度。当流体流过元件时，它会将热量带到下游，从而提高下游温度传感器的温度并降低上游传感器的温度。温度的变化与流体的质量流量有关。

用例

热流量仪器根据特定的气体特性进行校准，并且为了保持精度，因此主要用于纯气体以及具有不变的已知成分的气体。热流量设备的最大优点是它们可以插入大型管道中以测量已知气体的在线流量。它们还可以承受更高的压力，但代价是产生较大的压降。

腐蚀性气体和涂层气体可能会损坏传感器或需要频繁维护，特别是在被水污染的情况下。

超声波流量计

超声波流量计使用声波来测量流体的流量。多普勒流量计将超声波传输到流体中。这些波被流体中的颗粒和气泡反射。发射波和接收波之间的频率变化可用于测量流体流动的速度。飞行时间流量计利用发射和接收的声波之间的频率变化来计算流速。

图 3. 超声波多普勒流量计工作原理

图 4. 超声波飞行时间流量计的工作原理

如果您需要测量流量，但无法在流路中安装侵入性的新固定装置，那么超声波流量计可能是一个很好的选择；有些仪表的传感器可以直接绑在或夹在管道的外部！

超声波流量计使用的两种方法是多普勒和传播时间。两种类型的仪表都会向流体介质发射超声波束。多普勒流量计测量多普勒效应引起的光束频率变化，并使用已知的流体声速来确定流量。时差流量计发出两束光束，这些光束反射回流量计中的接收传感器。两个光束的传输时间可用于求出平均流体速度和流体的声速。

用例

超声波流量计准确、可重复，并且在极端压力和温度下运行良好。它们独特的优点是可以简单地夹在管道上并提供非侵入式流量测量。因此，该仪表没有接液部件，可以在管道不受干扰的情况下使用——尽管这会降低测量精度。

此外，由于超声波流量计实际上并不接触流体，因此它们可用于卫生、腐蚀性或侵蚀性气体。与这里讨论的大多数其他仪表不同，这些仪表可以准确地流动带有气泡和涡流的气体。

这些仪表的主要限制是它们只能流动传导超声波的气体。它们对过程振动也特别敏感，并且随着管道直径的变化（例如当管壁上堆积物堆积时），它们会失去精度。

转子流量计

转子流量计，也称为变面积流量计，使用管和浮子来测量体积流量。

图 5. 转子流量计的工作原理

当流体流过管子时，浮子上升。当压力和浮子的浮力抵消重力时就会达到平衡。然后使用浮子在管中的高度来参考校准测量参考上的流速。

用例

转子流量计是市场上成本最低的气体流量计，可用于多种气体，包括那些可能不够清洁而无法流经层流差压流量计的气体。

转子流量计具有三个主要缺点。由于转子流量计依赖重力，因此必须垂直安装，无法处理向上的流动；明显肮脏、不透明或覆盖仪表玻璃的气体会导致难以目视测量流量；转子流量计只能校准以读取特定压力下的体积流量或质量流量，限制了设备的压力范围。

光流量计

光流量计用于含有小固体颗粒的流体，这些颗粒可能会堵塞依赖毛细管旁路或其他流动限制的设备。它们还用于测量带有液滴的气体或带有气泡的液体。

光流量计的工作原理是垂直于液流照射激光，使其与颗粒碰撞。粒子散射的光被光电探测器拾取，并产生电脉冲信号。位于第一激光器下游的第二激光器通过第二光电探测器重复此过程，并且流动气体的速度被计算为粒子随时间行进的距离。

文丘里流量计

文丘里装置的优点是成本非常低，但代价是灵活性。文丘里效应是由流体流路收缩引起的压力降低。

压力传感器测量收缩长度之前和内部的压力，仪表使用伯努利方程计算流体速度。伯努利原理指出，流体的速度与其压力成反比。这意味着用已知的收缩降低气体的压力并测量压差产生体积流量。

联系应用工程师了解流量控制解决方案