摘 要：随着传感器技术、电子技术、计算机技术和新材料技术的迅速发展和应用，电磁流量计和超声波流量计这两种高新技术产品的发展迅速，系列越来越多，用途越来越广，二者之间的选择也越来越多，由于二者之间之间的性价比很相似，可比性很强，很多用户在二者之间选择时犹豫不定。对这两种流量计的基本原理特性和基本技术性能进行分析和比较，说明了仪表选型应从性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用这五方面因素进行综合考虑，供选择和使用者参考。

1.前言

在《流量测量方法和仪表选用》一书中说：“有人调查美国装用的千余台流量仪表，发现约 60%所选择的测量方法不是合适的或使用不正确，这60%中的约60%虽然采用了合适的测量方法，却错误的布置和安装，由此可见正确选择和使用流量仪表并非易事”。书中又说：“要正确和有效地选择测量方法和仪表，必须熟悉仪表和使用流体特性这两方面，同时还要考虑经济因素。归纳起来有五个方面的因素，即性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用，即使经验丰富的工程师，综合这些因素提出较优方案亦非易事”。

从原则上讲，适合的流量计就是好的流量计。如果只需知道管道中的流体是否正常流动，如果没有测量**度的要求，就可以选择价格低廉使用可靠成本较低的流量计即可。但对测量**度要求很高，用于特殊介质或特殊工作条件、差价不大、可比性较强的流量计，选择起来就不那么容易了，本文将对电磁流量计和超声波流量计这两种可比性很强的流量计，通过基本原理特性和基本技术性能的比较和浅析，来阐述在选择时应该注意的一些地方。

2.电磁流量计和超声波流量计的基本技术性能比较电磁流量计和超声波流量计基本技术性能比较见表1。

表1 中两种流量计的基本技术性能有些比较直观易解，需要说明的是确定流量计**度的参考流动条件和这两种流量计的特性。因为无论采用那种确定流量计**度的方法，都必须溯源到原始标准的**度，而原始标准的**度又是建立在有关标准规定的参考流动条件下确定的。

美国**流量专家米勒编著的《流量测量工程手册》一书中全面归纳出“参比”（编注：参考文献[5]）流动条件的含义是：

(1)具有充分发展的层流或紊流的速度分布，无旋涡并且是与轴对称的（围绕管道的中心轴线是对称的）。

(2)为牛顿流体。

(3)为充满圆管的均匀单向流体。

(4)为定常流。

(5)对于因温度、压力变化所引起的尺寸变化或其它已知系统误差，已进行了流量计算的校正。

如果现场流动条件偏离了参比流动条件，就会给测量带来附加误差，偏离参比流动条件的因素叫影响量。速度分布的失常，非均相流，脉动流和气穴是影响各种流量计测量特性的四个主要影响量。一种影响量所造成的误差程度与该流量计对这种影响量的敏感度，以及是否能进行流量计算的修正有关。

在各种影响量中，速度分布是重要的，也是较少被人理解的一种影响量。旋流、非牛顿流体和轴向不对称的速度分布对流量计特性的影响，不仅是难以分析的，而且在实验室中也很难再现。要弄清速度分布对流量计特性的影响，首先要了解与速度分布有关的术语涵义。

(1)速度分布：在管道横截面积上流体速度轴向矢量的分布模式。

(2)充分发展的速度分布：一种一经形成则从流体流动的一个横截面积到另一个横截面积不会发生变化的速度分布，它通常是在足够长的管道直管段末端形成。

所以在确定流量计**度时，都必须是在同一标准状态下进行才具有可比性。下面分别将电磁流量计和超声波流量计的基本特性进行对比说明。

3.电磁流量计的基本特性

电磁流量计近 20 年来获得迅速发展，占有量跃居前三名。随着先进技术的发展应用，电磁流量计的优点得以充分发挥，缺点和局限性得以弥补和改进。其优点是：

(1)传感器结构简单，无活动部件和阻碍流体流动的扰动件，不会发生管道堵塞。可以测量污水、泥浆、悬浮物，也可测量食品、药浆类需要卫生条件的流体。无压力损失，即使是大口径耗电量也仅有 20 瓦左右，属于节能环保性仪表。

(2)转换器通用性强、工作可靠、具有互换性、功能具有多样性、可选择性、显示和输出方式多种多样。可以适用不同用户的需要，特别是智能型电磁流量计，具有可编程的输出功能，各种数字通信方式，小信号可予切除，具有自检和自诊断功能，可方便地进行参数设定、编程等。性能稳定、可靠、检修简便。

(3) 传感器衬里和电极材料有多种选择，可适应不同的介质，耐磨损、耐腐蚀。测量信号不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。采用沉浸结构可在水下工作。采用防爆性，可以在相应的有爆炸危险的场所工作。

(4)测量范围度宽,从原理上讲，它的流量方程式是线性的，每个量程中可以达到线性范围 50：1。对于同一台表，可以达到的测量范围度 2500：1，这是其它流量计无法比拟的。

它的缺点是不能测量气体、蒸汽和含有大量气泡的液体，不能测量石油及其制品等不导电液体，受衬里材料和电气绝缘材料的温度限制，目前不能测量高温流体（有的厂家限定200℃以下，有的是 150℃以下）。

4.超声波流量计的基本特性

超声波束（超声脉冲）在流体中的传输速度要受到流向及流速的影响，或者流体中颗粒的移动会对超声波束的频率或相位造成影响，这些现象都可以用来测量流体的流速（流量），从而造成超声波流量计。世界上**台超声波流量计于 1928 年诞生于德国，此后获得迅速发展。到现在国内有近十家公司制造或代理这种产品，从*初的只有液体用超声波流量计发展到现在也有了气体超声波流量计。随着电子技术的飞速发展，该产品的性能和应用范围也有了很大提高，其主要优点是：

(1)不干扰流场、无压力损失、无可动易损部件，这点和电磁流量计相同。

(2)既可以测量导电流体、也可以测量非导电流体，可以一表多用（夹装式）使用在多条管道上，可以作为现场检定的标准仪表。

(3)超声波流量计的传感器（换能器）可以插入管道内壁，做成“直射式”，能获得较高的测量**度（液体、四声道、**度±0.5%），也可以把换能器夹装在测量管外壁，实现非接触测量，解决高压流体、有毒流体、腐蚀流体的流量测量问题。

但是它也有一些缺点，例如：转换器的输出信号易受电磁波干扰、零点不稳定、操作比较麻烦，安装一台新表往往需要专业人员在现场进行调试，对换能器的安装要求较高，使用中要注意清理其上的粘附物。考虑到该产品的价格和安装调试的技术要求，该产品推荐使用在大中口径较重要的流量检测点，被测的流程管道要形状规则，壁厚均匀，无锈斑、无沉淀、积液等（尽可能选“带管段”的形式）。

5 电磁流量计和超声波流量计之间的选择建议

在电磁流量计和超声波流量计之间选择时应主要从以下几个方面考虑：

(1)根据被测流体性质，如果流体不导电，则只能选择超声波流量计。

(2)流量计周围的测量环境，因为超声波流量计易受电磁波干扰，如果在流量计的周围有发射电磁波的物体，那么就不适宜安装超声波流量计。

(3)根据测量性质来分，如果在测量时对瞬时流量要求严格，更适合安装电磁流量计。

(4)超声波流量计更推荐使用在大中口径较重要的流量检测点，被测的流程管道要形状规则，壁厚均匀，无锈斑、无沉淀、积液等（尽可能选“带管段”的形式），否则雷诺数无法修正的那么**。

(5)超声波流量计可以实现非接触测量。

通常要正确选用流量计，应从以下五个方面考虑：性能要求：准确度、重复性、范围度、响应时间。

流体特性：温度、压力、密度、粘度、腐蚀和结垢、压缩系数。

安装要求：垂直、水平、直管段、管道振动、阀门位置。

环境方面：温度、湿度、安全性、电器干扰。

经济方面：安装费、运行费、检修、维护。

6 结论

流量仪表是一种涉及多门学科的工业自动化仪表，产品质量与计算设计技巧、制造工艺能力、电子器件产品质量、出厂标定设备水平等密切相关，同时又与使用现场环境条件、流体参数、管道安装条件等密切相关。正确和有效地选择测量方法和仪表，必须熟悉仪表和使用流体特性这两个方面，同时还要考虑经济因素。归纳起来应从性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用这五方面因素考虑，综合这些因素提出较优方案后正确使用，才能使流量仪表充分发挥它的作用。