流量测量

流量测量是对大量流体运动的量化。可以通过多种方式测量流量。工业应用中常见的流量计类型如下：

• a)阻塞类型（压差或变面积）
• b)推理（涡轮式）
• c)电磁
• d)容积式流量计，它累积固定体积的流体，然后计算填充体积的次数以测量流量。
• e)流体动力学（涡流脱落）
• f)风速计
• g)超声波
• h)质量流量计（科里奥利力）。

除了正排量流量计之外的流量测量方法依赖于流动的流体在克服已知的收缩时产生的力来间接计算流量。可以通过测量已知区域上的流体速度来测量流量。对于非常大的流量，可使用示踪方法从染料或放射性同位素浓度的变化中推断出流量。

初级流动元件是插入流动流体中的装置，其产生可以与流动精确相关的物理特性。例如，孔板产生的压降是通过孔的体积流量的平方的函数。涡街流量计初级流量元件产生一系列压力振荡。一般来说，一次流量元件产生的物理性质比流量本身更便于测量。一次流量元件的特性以及实际安装对校准假设的保真度是流量测量精度的关键因素。

正排量计可以比作水桶和秒表。秒表在流量开始时启动，在桶达到其极限时停止。体积除以时间得出流速。对于连续测量，我们需要一个不断填充和排空桶的系统来划分流量而不让它流出管道。这些连续形成和收缩的体积位移可以采取活塞在气缸中往复运动的形式、与仪表内壁配合的齿轮齿或通过旋转椭圆齿轮或螺旋螺杆产生的渐进腔的形式。

由于它们用于生活用水测量，活塞式流量计，也称为旋转活塞式或半容积式流量计，是英国最常见的流量测量设备，用于几乎所有仪表尺寸，包括40mm(1+1⁄2英寸）。活塞式流量计的工作原理是活塞在已知容积的腔内旋转。每转一圈，就有一定量的水流过活塞腔。通过齿轮机构，有时还有磁力驱动，指针表盘和里程表类型的显示被推进。

椭圆齿轮型容积式流量计。流体迫使啮合齿轮旋转；每次旋转对应于固定体积的流体。计算转数总和体积，速率与流量成正比。

椭圆齿轮流量计是一种容积式流量计，它使用两个或多个配置为相互垂直旋转的长方形齿轮，形成T形。这种仪表有两侧，可以称为A和B。没有流体通过仪表的中心，两个齿轮的齿始终啮合。在仪表(A)的一侧，齿轮的齿封闭流体流动，因为A侧的细长齿轮伸入测量室，而在仪表的另一侧(B)，一个空腔容纳一个测量室中固定体积的流体。当流体推动齿轮时，它会旋转齿轮，从而使B侧测量室中的流体被释放到出口。同时，进入入口的流体将被驱入A侧的测量室，该测量室现已打开。B侧的齿现在将阻止流体进入B侧。随着齿轮旋转并且流体通过交替的测量室计量，该循环继续进行。旋转齿轮中的永磁体可以将信号传输到电动簧片开关或电流传感器以进行流量测量。尽管声称具有高性能，但它们通常不如滑动叶片设计那么精确。

齿轮流量计与椭圆齿轮流量计的不同之处在于测量室由齿轮齿之间的间隙组成。这些开口将流体流分开，当齿轮远离入口端口旋转时，仪表的内壁关闭腔室以保持固定量的流体。出口位于齿轮重新组合在一起的区域。当齿轮齿啮合时，流体被挤出流量计，并将可用的凹槽减少到几乎为零的体积。

斜齿轮流量计得名于其齿轮或转子的形状。这些转子类似于螺旋的形状，是一种螺旋形结构。当流体流过仪表时，它进入转子中的隔间，导致转子旋转。转子的长度足以使入口和出口始终彼此分开，从而阻止液体的自由流动。配合的螺旋转子形成一个渐进式空腔，该空腔打开以允许流体进入，将自身密封起来，然后向下游侧打开以释放流体。这以连续的方式发生，并且流量是根据旋转速度计算的。

这是测量房屋供水最常用的测量系统。流体，最常见的是水，进入仪表的一侧并撞击偏心安装的章动盘。然后盘必须围绕垂直轴“摆动”或章动，因为盘的底部和顶部保持与安装室接触。隔板将入口室和出口室隔开。随着圆盘的章动，它直接指示通过仪表的液体体积，因为体积流量由连接到圆盘的齿轮和寄存器装置指示。它对于1%以内的流量测量是可靠的。

另一种流量测量方法包括在流体路径中放置一个钝体（称为脱落杆）。当流体通过该条时，会在流动中产生称为涡流的扰动。涡流在圆柱体后面，或者从钝体的每一侧尾随。根据冯·卡门1912年对该现象的数学描述，这条涡流轨迹被称为冯·卡门涡街。这些涡流交替两侧的频率基本上与流体的流速成比例。脱落器杆的内部、顶部或下游是用于测量涡流脱落频率的传感器。这种传感器通常是压电的晶体，每次产生涡流时都会产生一个小但可测量的电压脉冲。由于这种电压脉冲的频率也与流体速度成正比，因此使用流量计的横截面积计算体积流量。

声纳流量计是非侵入式夹式设备，用于测量输送泥浆、腐蚀性流体、多相流体的管道中的流量以及不需要插入式流量计的流量。声纳流量计已广泛应用于采矿、金属加工和上游石油和天然气行业，传统技术由于其对各种流态和调节比的耐受性而具有一定的局限性。

声纳流量计能够非侵入式地测量管道内的液体或气体的速度，然后通过使用管道的横截面积以及管线压力和温度将该速度测量值转化为流量。这种流量测量背后的原理是使用水下声学。

在水下声学中，为了定位水下物体，声纳使用两个已知值：

• 声音通过阵列的传播速度（即声音通过海水的速度）
• 传感器阵列中传感器之间的间距

然后计算未知数：

• 对象的位置（或角度）。

同样，声纳流量测量使用与水下声学相同的技术和算法，但将它们应用于油气井和流线的流量测量。

为了测量流速，声纳流量计使用两个已知值：

• 物体的位置（或角度），即0度，因为流动沿管道移动，与传感器阵列对齐
• 传感器阵列中传感器之间的间距

然后计算未知数：

• 通过阵列的传播速度（即管道中介质的流速）。