流体流过一定截面的量称为流量。流量是瞬时流量和累积流量的统称。
在一段时间(
内流体流过一定截面的量称为累积流量,用
表示。当流量用体积表示时称为体积流量,用
表示,单位为米3(m3);用质量表示时称为质量流量,用
表示,单位为千克(kg)。
当时间
很短时,流量与时间之比称为瞬时流量,用
表示,即:
瞬时流量亦分为瞬时体积流量
(单位为米3/秒)及瞬时质量流量
(单位为千克/秒)。
质量流量与体积流量之间存在如下关系
式中,
为流体密度,千克/米3。
累积流量主要用于贸易结算,是流量计量的重点;瞬时流量主要用于工业过程控制,是工业过程控制中的重要参数。
流量计的种类很多,分类方法也不尽相同。按测量方法可将流量计大致分为容积式流量计、速度式流量计、差压式流量计、质量流量计及转子流量计等大类。
容积式流量计由于具有对上游流动状态变化不敏感、测量准确度较高、可用于高黏度流体等特点,较多用于贸易结算及轻工、食品等部门。
速度式流量计包括涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声流量计等,是以测量管道流速来得到流量的流量计。随着大管道流量计的发展,超声流量计、电磁流量计以其无可动部件、无压损的特点得到越来越多的应用。涡轮流量计较多用作标准流量计及装置比对。而差压式流量计、涡街流量计则更多用于蒸汽流量的计量。
以节流装置为检测件的差压式流量计,是历史悠久、理论与实践资料丰富、使用成熟的一类流量计,由于其具有结构简单、安装方便、工作可靠、成本低廉,且具有一定准确度的特点,它在大、中口径管道的流量计量中得到广泛的应用。
质量流量计则由于可以直接得到质量流量,较多用于生产过程参数计量、检测和控制。
转子流量计以其结构简单、无直管段要求、压力损失恒定等特点,较多用于小流量的流量测量。
在各大类中,流量计又分有很多小类,应该说每种流量计都在某一限定的条件和场合适用,具有其优越性。
流量标准装置就是能够复现流量量值的、能够最终溯源到基本量的中国国家基准的试验装置。该装置除可给出具有一定准确度的流量量值外,还应在流动的稳定性、前后直管道长度等方面达到一定要求。
流量标准装置最主要的用途是对流量计进行校准,这是流量计量必不可少的环节,是流量计量的基础。通过流量标准装置对流量计进行校准可以保证流量量值的统一与正确传递。标准装置的另一用途就是进行流量计的性能试验研究工作,通过试验可以确定流量计的准确度等级、流量范围、可靠性和寿命、重复性及动态特性等,以便对仪表进行合理设计、使用。流量标准装置还可研究检定条件与使用条件之间的差异对仪表准确度的影响,以采用合理的介质换算和修正的方法。
流量标准装置分为原始标准装置和传递标准装置。原始标准装置是依据流量的基本定义予以实施的装置,即以工作量器、衡器等作为体积或质量的度量设备,从而得到体积流量或质量流量;传递标准装置是使用由原始标准装置校准的流量计作为流量标准来进行流量计校准的装置。
流量计量是能源计量的重要组成部分。能源问题是中国国民经济发展中的一个突出问题,节约能源已成为重要国策之一。要搞好节能工作,首先必须对能源进行科学管理。能源的计量测试就是能源科学管理的一项重要技术基础工作。水、油、气及其他流体介质的计量,均属流量测量范畴。因此在节能工作中,流量计量起到了极为重要的作用。
流量计量广泛用于贸易结算。从石油、天然气等的国际贸易结算,到蒸汽、自来水的供销双方的结算,直到热水、煤气的居民用户的结算,都无一例外地使用流量计作为结算的依据。每年由流量进行贸易结算的金额以千亿元计。
流量计量是工业生产质量的重要保证。流量是钢铁、电力、化工、医药、食品等工业生产过程的重要参数,流量的监测和控制水平直接关系到生产质量、生产效率和能源的利用。
流量计量是环境保护的需要。保护环境已成为21世纪最为紧迫的任务,而流量计量是控制环境污染的重要手段之一,废气、废水的排放量都由流量计来计量,因此流量计量在环境保护中起到重要作用。
流量是一个动态量,流量测量是一项复杂的技术。从被测流体来说,包括气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体;从测量流体流量时的条件来说,又是多种多样的。如测量时介质的温度可以从零下一百多摄氏度到零上五百摄氏度;介质的压力可以从几十兆帕斯卡到真空;被测流量的大小可以从几十毫升每小时到几千立方米每小时;被测流体的流动状态可以是层流、紊流等。此外,还存在液体黏度大小不同,气体组分不同等情况。因此为了准确地测量流量,就必须研究不同流体在不同条件下的流量测量方法,并提供相应的测量仪表,这是流量计量工作的主要内容之一。
因为流量计量应用在各种不同的场合,不同的条件,而我们所选用的流量计除要适应所使用的条件之外,还要考虑很多其他因素,如价格、准确度等级、流量范围、抗干扰性、压力损失、耐腐蚀及防爆等级等。因此为了适应不同的介质条件,不同的环境条件,不同的使用要求,各种流量计量的仪表应运而生。据不完全统计,常用的流量计种类达几十种之多。甚至可以说只要有新的技术发展起来,就会有人尝试着将它应用到流量计量当中去,比如电磁、超声、激光技术等。
由于被测流体的特性如此复杂,测量条件又各不相同,从而产生了各种不同的测量方法和测量仪表。这对保证大规模生产的工艺要求、保证贸易的公平起到了积极作用。因此流量计量的另一主要内容就是研究流量单位的复现方法和检定系统,建立流量计量的基、标准装置,规范检定方法,以保证量值传递和流量测量的准确度。