在泵的运行与调节中，对泵流量的测量是泵性能检测的重要指标，实际中要用到大量的流量计，流量计性能将直接反映出泵的流量准确度[1-2]，因此，有必要对流量计的性能有所了解和掌握。本文对常用的4种流量计进行试验对比，得出了相关结论，以期为实际应用及选型提供依据。

  1常用的4种流量计

  1.1 孔板、文丘里流量计

  孔板[3]、文丘里流量计是基于伯努利方程原理制造的流量仪表，如图1和图2所示。它利用流体流经节流装置所产生的压差来测量流量，因此叫作差压流量计，是目前应用最广泛的一类流量测量仪表。其特点是：所测介质为单相、均质的牛顿流体，在通过节流装置时不发生相变和析出杂质，在节流装置中不得有物质黏附或聚集。适用于圆管和上下游有较长间距的直管段。流动应连续、稳定，流线与管轴线平行。节流装置结构简单，使用寿命长，适应性比较广，能够测量各种工况下的流体，精确度可达±1%;但其压力损失较大，刻度呈非线性。

  1.2 电磁流量计

  电磁流量计[4]是基于法拉第电磁感应定律制成的测量导电性液体的仪表，如图3所示。即利用电磁感应原理来测量导管中导电液体的平均流速。

  其特点是：测量通道为光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒的液固二相流体(如纸浆、泥浆、污水等)，没有压力损失，所测体积流量不受流体密度、黏度、温度、压力和电导率(>10-5Ω/cm)的影响，测量范围大(流速为0.3～10m/s)，口径范围宽(3mm至3m)，测量精度比较高(基本误差值的±0.2%～±0.5%)，输出与被测介质平均流速成正比，与流动状态无关，可测量瞬时脉动流量。但是它不能测量电导率很低的液体(如石油制品)，不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体，不能用于测量较高温度的介质(易受外界电磁干扰)。

  1.3 涡轮流量计

  涡轮流量计[5]是基于动量矩守恒原理制造的速度式流量仪表，即利用置于流体中叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表，工作原理如4所示。

  其特点是：结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大(同样口径可通过的流量大)，易实现脉冲远距离传送，可适应高参数(高温、高压和低温)的测量需要，测量精确度较高，测量范围较宽，动态响应好，压力损失较小;但是被测流体的部分物性对测量精确度有一定的影响，不能长期保持校准特性，对被测介质清洁度要求较高，流体的温度、黏度、密度对仪表指示值有较大影响，由于有转动部件会带来磨损，仪表的使用年限受影响。适宜测量比较洁净的低黏度液体。

  2π定理推导水力特性

  2.1 孔板、文丘里流量计水力特性

  对于孔板、文丘里流量计，流速v的影响因素有：进口管径d1、孔径(喉径)d2、流体的密度ρ、动力黏度系数μ及断面间压强差Δp。据π定理：

  其量纲[v]=[LT-1];[d1]=[L];[d2]=[L];[ρ]=[L-3M];[μ]=[L-1MT-1];[Δp]=[L-1MT-2]，选ρ，v，d1为循环量，Δp，μ，d2为无量纲数π1，π2，π3。

  π1=Δpρavbdc1;π2=μρavbdc1;π3=d2ρavbdc1代入各量纲整理得：

  Re，考虑损失，引入流量系数μQ，得流量表达式：

  由(2)式可知，流量Q与流量系数μQ、管道雷诺数Re及管径与孔径比d2/d1有关。

  2.2 电磁流量计水力特性

  当流体的电导率大于10-5Ω/cm时，电磁流量计流速与流体的物性无关，流速v的影响因素有：电磁感应强度e、磁场强度B、管道直径D。据π定理：

  f(v，D，e，B)=0(3)

  其量纲[ω]=[LT-1];[D]=[L];[e]=[L2MT-3I-1];[B]=[MT-2I-1]，选v，D，B为循环量，e为无量纲数π0，π0=evaDbBc。

  代入各量纲整理得：

  则流量表达式：

  由(4)式可知，当磁场强度B、管道直径D为常数时，流量Q仅与电磁感应强度e相关且成正比。

  2.3 涡轮流量计水力特性

  当涡轮结构一定时，涡轮流量计流速v与叶轮的转速相关，故影响因素有：叶轮的旋转角速度ω、流体密度ρ、动力黏度系数μ、管径D、叶轮转动的阻力矩M(包括摩擦阻力矩和磁阻尼力矩等)。据π定理：

  由(6)式可知，当管径D一定，流量Q与涡轮转速n成一定的比例关系，和雷诺数Re、涡轮旋转阻力与流体惯性力之比及涡轮平均半径与管径之比相关。

  3 试验装置及方法

  试验测试装置由电磁、涡轮、文丘里和孔板4个同口径(Φ25mm)的流量计，组成串联管路、自动切换控制仪、计算机测控系统、自循环供水系统及辅助补水机构，如图5所示。

  孔板流量计采用标准孔板角接取压，β=0.450;文丘里流量计采用圆锥形文丘里管，β=0.628;电磁流量计传感器型号LDG225S，精确度1级;涡轮流量计传感器型号LWGY225A，精确度0.5级。辅助补水机构的作用是当用称重法测量时，对水箱进行补水以保持水箱水位不变，形成管道内恒速定常运动。系统管径Φ25mm，流量范围0～3m3/h。各流量计数据由计算机瞬时采集。称重法由秒表记录时间，电子秤测试重量，采用同一流量测3次，取平均值为测定流量。同一流量4个流量计和称重法同时测量，测定流量值各不相同，以称重法为真值基准，通过分析对比，揭示各自的性能特点。

  4 试验数据及分析

  本试验测得流量计及称重法5组实验数据，按试验顺序计算汇总如表1和表2所示。为了便于研究，将称重法测量数据为X轴，各流量计数据与称重法数据之差为Y轴，以及相对误差为Y轴，利用Origin软件绘流量曲线如图6、图7所示。

  分析图6和图7，当流量0.451m3/h时，管中水速为0.255m/s，雷诺数Re=6336，处于紊流状态。对于电磁流量计，测量精度主要受传感器性能的影响，流速较低时积聚在电极上的电荷较少，受纵向速度影响明显，因此出现较大的偏差;在流量逐渐增加的过程中，纵向速度的影响逐渐减小，误差减小，精度、可靠性增加，说明电磁流量计在小流量时精确度较低。对于涡轮流量计，流量与涡轮转速成比例，与仪表常数有关，小流量时出现偏差，测量值偏小，这是因为此时叶轮的机械摩擦阻力及磁阻尼力矩相对旋转力矩较大，因此所测的流量值偏小;随着流量的增加，旋转力矩增大，误差逐渐减小，精度、可靠性增加。对于文丘里流量计，属于平缓节流，所测过程中受旋涡影响较小，且没有旋转部件，精度取决于试验标定，因此精度、可靠性较高，说明文丘里流量计适应性较广。对于孔板流量计，小流量时所测数据偏大，这是因为此时压差Δp较小，易受流体扰动的影响，孔板前后区域存在旋涡，因而测量偏差较大;随着流量的增加，旋涡的影响减小，精度、可靠性增加，说明孔板流量计不适于测量较小流量。流量从0.745m3/h增加1.899m3/h的过程中，电磁流量计的精确度要略高于涡轮、文丘里和孔板流量计，精度都能达到1级。流量从1.899m3/h增加2.963m3/h的过程中，各流量计精度都较高，表现在图7中的曲线趋于一点。以上分析可知，电磁、涡轮、孔板流量计均不适于较小的流量，而文丘里流量计因为压损小，对旋涡不敏感，较接近真值。大流量时各流量计都有一定的波动，但测值接近真值，说明它们的性能是可靠的。