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摘 要：隨著傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)和新材料技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，電磁流量計和超聲波流量計這兩種高新技術(shù)產(chǎn)品的發(fā)展迅速，系列越來越多，用途越來越廣，二者之間的選擇也越來越多，由于二者之間之間的性價比很相似，可比性很強，很多用戶在二者之間選擇時猶豫不定。對這兩種流量計的基本原理特性和基本技術(shù)性能進(jìn)行分析和比較，說明了儀表選型應(yīng)從性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用這五方面因素進(jìn)行綜合考慮，供選擇和使用者參考。

1.前言

在《流量測量方法和儀表選用》一書中說：“有人調(diào)查美國裝用的千余臺流量儀表，發(fā)現(xiàn)約 60%所選擇的測量方法不是合適的或使用不正確，這60%中的約60%雖然采用了合適的測量方法，卻錯誤的布置和安裝，由此可見正確選擇和使用流量儀表并非易事”。書中又說：“要正確和有效地選擇測量方法和儀表，必須熟悉儀表和使用流體特性這兩方面，同時還要考慮經(jīng)濟(jì)因素。歸納起來有五個方面的因素，即性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用，即使經(jīng)驗豐富的工程師，綜合這些因素提出較優(yōu)方案亦非易事”。

從原則上講，適合的流量計就是好的流量計。如果只需知道管道中的流體是否正常流動，如果沒有測量**度的要求，就可以選擇價格低廉使用可靠成本較低的流量計即可。但對測量**度要求很高，用于特殊介質(zhì)或特殊工作條件、差價不大、可比性較強的流量計，選擇起來就不那么容易了，本文將對電磁流量計和超聲波流量計這兩種可比性很強的流量計，通過基本原理特性和基本技術(shù)性能的比較和淺析，來闡述在選擇時應(yīng)該注意的一些地方。

2.電磁流量計和超聲波流量計的基本技術(shù)性能比較電磁流量計和超聲波流量計基本技術(shù)性能比較見表1。

表1 中兩種流量計的基本技術(shù)性能有些比較直觀易解，需要說明的是確定流量計**度的參考流動條件和這兩種流量計的特性。因為無論采用那種確定流量計**度的方法，都必須溯源到原始標(biāo)準(zhǔn)的**度，而原始標(biāo)準(zhǔn)的**度又是建立在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參考流動條件下確定的。

美國**流量專家米勒編著的《流量測量工程手冊》一書中全面歸納出“參比”（編注：參考文獻(xiàn)[5]）流動條件的含義是：

(1)具有充分發(fā)展的層流或紊流的速度分布，無旋渦并且是與軸對稱的（圍繞管道的中心軸線是對稱的）。

(2)為牛頓流體。

(3)為充滿圓管的均勻單向流體。

(4)為定常流。

(5)對于因溫度、壓力變化所引起的尺寸變化或其它已知系統(tǒng)誤差，已進(jìn)行了流量計算的校正。

如果現(xiàn)場流動條件偏離了參比流動條件，就會給測量帶來附加誤差，偏離參比流動條件的因素叫影響量。速度分布的失常，非均相流，脈動流和氣穴是影響各種流量計測量特性的四個主要影響量。一種影響量所造成的誤差程度與該流量計對這種影響量的敏感度，以及是否能進(jìn)行流量計算的修正有關(guān)。

在各種影響量中，速度分布是重要的，也是較少被人理解的一種影響量。旋流、非牛頓流體和軸向不對稱的速度分布對流量計特性的影響，不僅是難以分析的，而且在實驗室中也很難再現(xiàn)。要弄清速度分布對流量計特性的影響，首先要了解與速度分布有關(guān)的術(shù)語涵義。

(1)速度分布：在管道橫截面積上流體速度軸向矢量的分布模式。

(2)充分發(fā)展的速度分布：一種一經(jīng)形成則從流體流動的一個橫截面積到另一個橫截面積不會發(fā)生變化的速度分布，它通常是在足夠長的管道直管段末端形成。

所以在確定流量計**度時，都必須是在同一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行才具有可比性。下面分別將電磁流量計和超聲波流量計的基本特性進(jìn)行對比說明。

3.電磁流量計的基本特性

電磁流量計近 20 年來獲得迅速發(fā)展，占有量躍居前三名。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，電磁流量計的優(yōu)點得以充分發(fā)揮，缺點和局限性得以彌補和改進(jìn)。其優(yōu)點是：

(1)傳感器結(jié)構(gòu)簡單，無活動部件和阻礙流體流動的擾動件，不會發(fā)生管道堵塞?？梢詼y量污水、泥漿、懸浮物，也可測量食品、藥漿類需要衛(wèi)生條件的流體。無壓力損失，即使是大口徑耗電量也僅有 20 瓦左右，屬于節(jié)能環(huán)保性儀表。

(2)轉(zhuǎn)換器通用性強、工作可靠、具有互換性、功能具有多樣性、可選擇性、顯示和輸出方式多種多樣。可以適用不同用戶的需要，特別是智能型電磁流量計，具有可編程的輸出功能，各種數(shù)字通信方式，小信號可予切除，具有自檢和自診斷功能，可方便地進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、編程等。性能穩(wěn)定、可靠、檢修簡便。

(3) 傳感器襯里和電極材料有多種選擇，可適應(yīng)不同的介質(zhì)，耐磨損、耐腐蝕。測量信號不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響。采用沉浸結(jié)構(gòu)可在水下工作。采用防爆性，可以在相應(yīng)的有爆炸危險的場所工作。

(4)測量范圍度寬,從原理上講，它的流量方程式是線性的，每個量程中可以達(dá)到線性范圍 50：1。對于同一臺表，可以達(dá)到的測量范圍度 2500：1，這是其它流量計無法比擬的。

它的缺點是不能測量氣體、蒸汽和含有大量氣泡的液體，不能測量石油及其制品等不導(dǎo)電液體，受襯里材料和電氣絕緣材料的溫度限制，目前不能測量高溫流體（有的廠家限定200℃以下，有的是 150℃以下）。

4.超聲波流量計的基本特性

超聲波束（超聲脈沖）在流體中的傳輸速度要受到流向及流速的影響，或者流體中顆粒的移動會對超聲波束的頻率或相位造成影響，這些現(xiàn)象都可以用來測量流體的流速（流量），從而造成超聲波流量計。世界上**臺超聲波流量計于 1928 年誕生于德國，此后獲得迅速發(fā)展。到現(xiàn)在國內(nèi)有近十家公司制造或代理這種產(chǎn)品，從*初的只有液體用超聲波流量計發(fā)展到現(xiàn)在也有了氣體超聲波流量計。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，該產(chǎn)品的性能和應(yīng)用范圍也有了很大提高，其主要優(yōu)點是：

(1)不干擾流場、無壓力損失、無可動易損部件，這點和電磁流量計相同。

(2)既可以測量導(dǎo)電流體、也可以測量非導(dǎo)電流體，可以一表多用（夾裝式）使用在多條管道上，可以作為現(xiàn)場檢定的標(biāo)準(zhǔn)儀表。

(3)超聲波流量計的傳感器（換能器）可以插入管道內(nèi)壁，做成“直射式”，能獲得較高的測量**度（液體、四聲道、**度±0.5%），也可以把換能器夾裝在測量管外壁，實現(xiàn)非接觸測量，解決高壓流體、有毒流體、腐蝕流體的流量測量問題。

但是它也有一些缺點，例如：轉(zhuǎn)換器的輸出信號易受電磁波干擾、零點不穩(wěn)定、操作比較麻煩，安裝一臺新表往往需要專業(yè)人員在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，對換能器的安裝要求較高，使用中要注意清理其上的粘附物?？紤]到該產(chǎn)品的價格和安裝調(diào)試的技術(shù)要求，該產(chǎn)品推薦使用在大中口徑較重要的流量檢測點，被測的流程管道要形狀規(guī)則，壁厚均勻，無銹斑、無沉淀、積液等（盡可能選“帶管段”的形式）。

5 電磁流量計和超聲波流量計之間的選擇建議

在電磁流量計和超聲波流量計之間選擇時應(yīng)主要從以下幾個方面考慮：

(1)根據(jù)被測流體性質(zhì)，如果流體不導(dǎo)電，則只能選擇超聲波流量計。

(2)流量計周圍的測量環(huán)境，因為超聲波流量計易受電磁波干擾，如果在流量計的周圍有發(fā)射電磁波的物體，那么就不適宜安裝超聲波流量計。

(3)根據(jù)測量性質(zhì)來分，如果在測量時對瞬時流量要求嚴(yán)格，更適合安裝電磁流量計。

(4)超聲波流量計更推薦使用在大中口徑較重要的流量檢測點，被測的流程管道要形狀規(guī)則，壁厚均勻，無銹斑、無沉淀、積液等（盡可能選“帶管段”的形式），否則雷諾數(shù)無法修正的那么**。

(5)超聲波流量計可以實現(xiàn)非接觸測量。

通常要正確選用流量計，應(yīng)從以下五個方面考慮：性能要求：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、范圍度、響應(yīng)時間。

流體特性：溫度、壓力、密度、粘度、腐蝕和結(jié)垢、壓縮系數(shù)。

安裝要求：垂直、水平、直管段、管道振動、閥門位置。

環(huán)境方面：溫度、濕度、安全性、電器干擾。

經(jīng)濟(jì)方面：安裝費、運行費、檢修、維護(hù)。

6 結(jié)論

流量儀表是一種涉及多門學(xué)科的工業(yè)自動化儀表，產(chǎn)品質(zhì)量與計算設(shè)計技巧、制造工藝能力、電子器件產(chǎn)品質(zhì)量、出廠標(biāo)定設(shè)備水平等密切相關(guān)，同時又與使用現(xiàn)場環(huán)境條件、流體參數(shù)、管道安裝條件等密切相關(guān)。正確和有效地選擇測量方法和儀表，必須熟悉儀表和使用流體特性這兩個方面，同時還要考慮經(jīng)濟(jì)因素。歸納起來應(yīng)從性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用這五方面因素考慮，綜合這些因素提出較優(yōu)方案后正確使用，才能使流量儀表充分發(fā)揮它的作用。