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Bobby Brown
更新 2019-09-09
十分鐘搞懂10種流量計如何選

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流量計百百種,購買時不知如何挑選?本文專為使用者購買流量計時遇到的困難解惑,幫助讀者選購最適合自己需求的流量計!

選購前先了解:流量計有哪些類型?

現在市面上流量計為適應不同應用需求,而有各式各樣的流量計,不過可以簡單以測量測原理區分,常見的有以下10種:
流量計種類
本文以選購流量計的步驟為主軸,帶領讀者逐步了解 10 種流量計的特性及適用條件,協助進行初步選型。內容主要針對對流量計較不熟悉的讀者設計,如果您已具備流量計的基礎知識,建議直接聯繫廠商進一步諮詢與選購。此外,若您希望更深入了解流量計的運作原理,請參考《5 分鐘了解不同流量計的運作原理》

選購步驟概覽

選型基本步驟

一、流量計流體介質

選購流量計時,首先要知道需求是測量什麼介質,要購買的是液體流量計還是氣體流量計?由於各種流量計量測原理不同,所以不是均可用於量測液體跟氣體。
此外,會建議購買前和廠商提供液體或管路資訊,譬如液體酸鹼、滿管與否、有無氣泡、液體黏度等,以利您找到最合適的流量計。
➤ 流量計流體介質參照表:
流量計種類
液體 氣體
1 超音波流量計
2 蹼輪式流量計
3 面積式流量計(浮子流量計)  
4 科氏力流量計  
5 容積式流量計(齒輪流量計)  
6 渦流式流量計 ✔ 
7 渦輪式流量計  
8 差壓式流量計  
9 電磁式流量計  
10 熱質式流量計  


二、流量計管道壓力等級以及溫度範圍

此外,管道壓力和溫度也很重要,各種流量計對於壓力和溫度承受度不同,即便是同一種流量計,也可能因為材質不同或特殊需求設計,而有不一樣的壓力和溫度耐受度。
一般在工程設計上,建議安全範圍超過10個單位,如管內液體為溫度50度,且管壓為20公斤時,在這種情況下,水流量計耐受溫度應至少達到 60 度(50 + 10),而壓力耐受度則需達到 30 公斤(20 + 10),是比較保險的。


➤流量計耐壓範圍參照表:
壓力以Mpa為標準:
  • 低壓:≤ 1.0 MPa
  • 中壓:1.0 MPa 到 10 MPa
  • 高壓:> 10 MPa
  • 各種流量計耐壓表(圖可點選放大)
    ➤流量計耐溫範圍參照表
    管內流體溫度以攝氏°C為標準:
  • 低溫:-100°C 到 0°C
  • 中溫:0°C 到 100°C
  • 高溫:> 100°C
  • 各種流量計耐溫圖表(圖可點選放大)

    三、流量計流量範圍

    流量計可量測範圍應該大於設備管道液體流量的變動範圍:

    流量計流量範圍
    我們可以參考量程選擇符合需求的流量計,如果設備量測的範圍在20-100lpm之間,100除以20為 5,建議選擇量程大於 1:5 的流量計,另外,建議流量計所能量測的最低流量要小於20 lpm,最大流量要大於100 lpm,譬如說可以選擇量測範圍15~150 lpm的流量計,或是10~200 lpm的流量計。

    水流量計量測範圍選擇示意圖(圖可點選放大)
    量程範圍最小值(下限範圍)會影響到零點(邊界值);而上限值會影響到流量計精度,因為通常用上限值(滿量程)百分比計算誤差,所以如果量測範圍的最小值和最大值區間很大,在小流量時精度會較差。

    ➤各種流量計量程參照表:
    以量程比為標準:
    • 高量程比:> 1:50,適合需要同時測量非常小和非常大流量的場合
    • 中量程比:1:20 到 1:50 之間,適合多數工業應用
    • 低量程比:< 1:20,適合流量範圍區間小、流量較固定的應用
    各流量計量程比<br/> 量程越高,可量測的範圍越大,圖片顯示各流量計量程比相對關係,並不完全對應特定的量程數值。


    四、流量計精度要求

    流量計精度雖很重要,然而通常精度越高的流量計,價格就越貴,建議可以依據需求在精度和價格間取捨,像是如果只是想瞭解管道中有多少自來水,則不須對水流量計精度有很高的要求;如果應用在精密製程的化學藥劑監測,對於液體流量計精度要求就會比較高。以下讓我們來了解flow meter流量計精度的相關名詞:

    1. 重複精度與量測精度

  • 重複精度
    定義:在相同的條件下,針對相同量進行多次測量時,測量結果的一致性或接近程度。重複性反映的是測量設備或系統在短時間內多次測量的穩定性。
    假設想使用水流量計測量相同的流量(例如每秒10公升),並在相同條件下重複進行10次測量。若流量計的重精度高,那麼10次測量的結果會非常接近,例如結果可能都是9.98、9.99、10.01升等。重複性越高,數據的離散性越小。
  • 量測精度
    定義:測量值與真實值(或參考標準值)之間的接近程度。量測精度反映了測量設備的正確性。
    如果想要測量流量為10公升/秒的液體流量,理想情況下,流量計應該會顯示10.0公升/秒。若流量計顯示的值為9.8公升/秒,表示測量精度較低。流量計的量測精度越高,測量值越接近10.0公升/秒這個真實值。
  • 2. 流量計滿量程(FS)與讀數(Rd)

    當您看到流量計的規格標準上的精度時,需要留意是滿量程百分比(Full Scale, FS)還是讀數百分比(Reading, Rd或RD)。

    滿量程(FS)與讀數(Rd)(圖可點選放大)
    1 )什麼是滿量程(FS)?
    使用滿量程FS表示誤差時,是基於量程最大範圍計算誤差,絕對誤差保持不變,但相對於實際流量的百分比的相對誤差會隨流量變化而改變。
    滿量程(FS)表示誤差的優點是簡單易計算,因為絕對誤差是基於滿量程的計算,絕對誤差不會變;然而當流量減少時,絕對誤差占流量的比例(相對誤差)會變得很大,導致測量精度變差。

    2)什麼是讀數(Rd或RD)?

    讀數(Reading,簡稱Rd或RD)表示誤差時,是根據實際的測量值來計算誤差,無論流量在流量範圍內的哪個位置,百分比始終基於當前讀數。

    讀數 (RD)表示誤差的優點是誤差隨測量值變化,低流量測量更精確且相對誤差穩定,適合變動流量的應用,能在多種範圍內保持精度。缺點是計算較複雜,需要動態計算每個讀數,高流量時誤差可能增大,影響高流量測量精度。

    ➤流量計精度參照表:
    以下為參考Emerosn, Endress+Hauser, Doweston 等流量計廠商官網告示的流量計產品資料,所整理之數據,以滿量程精度(FS)誤差為標準:
    • 高精度:FS ≤ ±0.5%,適合如實驗室測量或高精密工業應用 
    • 中精度:FS在±0.5% 到 ±2%之間 ,適合大多數工業應用,適用於日常測量需求
    • 低精度:FS > ±2%,適用於流量變動較大或對精度要求較低的應用
    各流量計精度<br/> 精度越高,誤差數值越小,圖片顯示各流量計精度相對關係,並不完全對應特定的誤差數值。

    五、流量計安裝環境

    設備能不能、要不要切管,以及安裝位置,在選購流量計時也必須列入考量:

    • 判斷設備是否能停機和切管進行流量計安裝:當管道無法停機或切割時,建議選用非侵入式的流量計,如超音波流量計,不過通常免切斷管道的安裝需要更高的預算。
    • 依據材質的管路選擇接管方式:選擇適合的接管方式能提高流量計密封性,金屬管道(如不鏽鋼、銅)通常需要焊接或法蘭連接,而塑膠管道(如PVC、PPH)則多採用膠粘或螺紋接合。
    • 注意設備耐腐蝕需求:當流體具有腐蝕性時,需要選用工程塑膠管路(PVC、PPH、PVDF、PFA)等耐化性較好的流量計材質。
    • 請留意安裝位置是水平或垂直?
     
    流量計安裝在水平管
    水平或垂直測量在安裝上也有學問,購買流量計時請根據場地條件挑選。 若安裝在水平管,最好是安裝在低位處、U字管的凹處,因為上位處壓力不足,液體不滿管的情況會導致流量測量不準確。

    若安裝在垂直管,建議將流量計安裝在液體由下往上流動的管道上,因為如果液體由上往下流動會呈現段落式的垂墜流動,導致流速不穩定,所以請將流量計安裝在液體由下往上流動的管段上。
    流量計安裝在垂直管

    六、流量計購置成本、特殊認證

    購買流量計時,除了流量計本身的價錢,也需要考量安裝、維護、運行成本,像是電子流量計使用壽命長,但會有定期校正需求。
    另外,是否對流量計有特殊認證要求,特別是在安全性和防爆等要求較高的工業場所,特殊認證如:
    常見認證

    ➤流量計成本參照表:
    以下參考購物平台通路Amazon和Alibaba可搜尋到的流量計價格範圍,以DN25(1 inch)為標準 :
    • 高成本:1200美元以上(約台幣三萬八以上)
    • 中成本:600~1200美元(約台幣一萬九~三萬八)
    • 低成本:600美元以下(約台幣一萬九以下)
    各流量計成本<br/>流量計實際價格會依各廠牌、各通路、性能及尺寸等多種因素而有所不同,圖片僅顯示各流量計成本大致上的相對關係,實際價格請洽詢各商家。

    七、流量計信號傳輸

    有些場合有流量數據儲存與傳輸需求,此外,近年來《能源管理法》規定大樓、工作場所等區域的設備要進行年度能源申報,也需要有數據搜集功能的流量計,那麼購買流量計時,就要注意通訊接口、通訊協議有沒有兼容,請參考各廠商流量計型錄確認通訊模式。 關於通訊模式,了解更多:
    超音波流量計幫助能源申報更簡便
    什麼是類比電流輸出
    什麼是RS485
    什麼是開關訊號

    八、各種流量計特色統整

    分類標準 壓力(MPa) 溫度(°C) 量程比 精度(FS) 成本(USD)
    > 10 MPa > 100°C > 1:50 ≤ ±0.5% > 1200 
    1.0 MPa 到 10 MPa 0°C 到 100°C 1:20 到 1:50 ±0.5% 到 ±2% 600 ~ 1200 
    ≤ 1.0 MPa -40°C 到 0°C < 1:20 > ±2% <1200
    流量計種類
     壓力範圍 流體溫度  量程比  精度範圍  購置成本
    1 超音波流量計(管外夾式)
    2 蹼輪式流量計 中高
    3 面積式流量計(浮子流量計)
    4 科氏力流量計 低~高 中低
    5 容積式流量計(齒輪流量計)  中低 中低 中高
    6 渦流式流量計  中低 低~高 中低
    7 渦輪式流量計  中低 中低 中低 
    8 差壓式流量計 低~高 低~高 中低 中高 
    9 電磁式流量計 中低 低~高 中高 中高 中低
    10 熱質式流量計 中低 中低 中低 中高

    ▸本文各廠牌型號參考詳細資訊
    超音波流量計:LORRIC FU-ES,KEYENCE FD-Q, EMERSON Flexim FLUXUS H721, Endress-Hauser Proline Prosonic Flow 91W;蹼輪式流量計:LORRIC FP-AS510 P025, FineTek EPR;浮子流量計:LORRIC F301, 新政 H-100;科氏力流量計:Doweston FTM-1600F, Endress-Hauser Proline Promass F 300;容積式流量計:Doweston FTC-1600;渦流式流量計:Doweston FTV-1600S,EMERSON Rosemount 8600;渦輪式流量計:Doweston FTR-1600R;差壓式流量計:Doweston PD-750W,EMERSON 3051SFA;電磁式流量計:Doweston FTE-1600S,Endress-Hauser Proline Promag W 400, 熱質式流量計:Doweston FTW-1600T,Endress-Hauser Proline t-mass A 150


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    參考資料

    1. ^ How to Choose the Right Ultrasonic Flow Meter - Cross
    2. ^ What is an Ultrasonic Flow Meter? - OMEGA
    3. ^ 10 parameters for choosing the optimal mass flowmeter for an application -P.I. Process Instrumentation
    4. ^ A Guide to Positive Displacement Flow Meters - Flow Metrics
    5. ^ Positive displacement meters: pros, cons and selection - ENGINEERLIVE
    6. ^ Advantages of Vortex Technology - EMERSON
    7. ^ A Guide To Choosing The Right Turbine Flow Meter For Your Industrial Needs - Smart Measurement
    8. ^ Turbine Flow Meter Explained | Operation and Calibration - REALPARS
    9. ^ Differential Pressure Flow meters - OMEGA
    10. ^ Laminar Flowmeters - CONTROL AUTOMATION
    11. ^ Important considerations for choosing an electromagnetic flow meter -ESE MAGAZINE
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