流量?jī)x表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

＊趙廣闊

（上海自儀九儀表有限公司 上海 200000）

流量?jī)x表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

＊趙廣闊

（上海自儀九儀表有限公司 上海 200000）

流量?jī)x表是一種重要的計(jì)量?jī)x表，廣泛用應(yīng)于現(xiàn)代化建設(shè)、國(guó)防及科研，對(duì)節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。本文從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，重點(diǎn)介紹了幾種常用的流量?jī)x表，重點(diǎn)介紹了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍。隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，分析了今后流量?jī)x表的主流發(fā)展趨勢(shì)及方向。

流量?jī)x表；應(yīng)用范圍；發(fā)展趨勢(shì)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)及工業(yè)自動(dòng)化水平的發(fā)展，科技人員不斷改進(jìn)現(xiàn)有的測(cè)量方法和運(yùn)用數(shù)字化信號(hào)處理方法，提高了流量?jī)x表的可靠性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性。隨著我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求越嚴(yán)，流量?jī)x表是一種重要的計(jì)量?jī)x表，流量?jī)x表應(yīng)用會(huì)更加廣泛，現(xiàn)就對(duì)流量?jī)x表的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)做如下論述。

1.流量?jī)x表定義及種類

流量分為瞬時(shí)流量及累積流量，瞬時(shí)流量是指在單位時(shí)間內(nèi)流過管道截面積流體的量，可分為體積流量及質(zhì)量流量。累積流量是指一段時(shí)間內(nèi)，流過管道截面積液體的總和。用來測(cè)量流量的儀表為流量?jī)x表。就目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用情況看，檢測(cè)方法多樣，但還沒有統(tǒng)一的分類，一般可分為體積流量計(jì)量、質(zhì)量流量計(jì)量。

2.體積計(jì)量?jī)x表

體積計(jì)量可分為速度式測(cè)量?jī)x表、容積式測(cè)量?jī)x表。速度式測(cè)量?jī)x表又分為液體力學(xué)法、電學(xué)法、聲學(xué)法、執(zhí)學(xué)法、光學(xué)法等。容積式流量?jī)x表有刮板、雙轉(zhuǎn)子等，速度式流量?jī)x表有孔板、阿牛吧、渦街、渦輪、電磁等流量?jī)x表，下面就目前國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)中幾種常用的流量?jī)x表簡(jiǎn)單介紹如下：

(1)孔板流量計(jì)?？装辶髁坑?jì)是差壓式流量計(jì)。根據(jù)能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程，當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，流速將在節(jié)流件處流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓力差（差壓）。流體的流速愈大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓也愈大，因此通過測(cè)量差壓來測(cè)量流體流過節(jié)流裝置時(shí)的流量大小。

優(yōu)點(diǎn)：孔板流量計(jì)介質(zhì)適應(yīng)性好（流體、氣體、蒸汽通用），毋須實(shí)流標(biāo)定，耐高溫高壓，耐沖擊不易變形、適用于大口徑，價(jià)格實(shí)惠、安裝方便、有可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：量程比小，壓力損失大，易結(jié)垢堵塞，維護(hù)工作量大。

(2)2.1.2阿牛巴流量計(jì)。阿牛巴流量計(jì)是一種新型差壓流量計(jì)，也是速度式流量計(jì)，根據(jù)能量伯努力守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程，運(yùn)動(dòng)中的流體保持其流動(dòng)的能量稱動(dòng)壓能。流體的動(dòng)壓能與流速有關(guān)，改變流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，流體的動(dòng)壓能會(huì)改變流體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體上，檢測(cè)差壓就能得到流速，并進(jìn)而獲得流量值。

T型阿牛巴流量計(jì)特點(diǎn)：①抗堵，速度式流量計(jì)檢測(cè)平均速度，流量計(jì)正面高壓取壓槽口跨越整個(gè)管道，獲得了較大的取樣面積，從而得精準(zhǔn)平均速度。一些雜質(zhì)的吸附對(duì)測(cè)量精度不會(huì)造成災(zāi)難性的測(cè)量誤差。流體在阿牛巴正面能形成一個(gè)大的高壓區(qū)，流體中的微粒偏轉(zhuǎn)繞過這個(gè)高壓區(qū)，并流離T型阿牛巴背后低壓取壓口的滯留區(qū)，使得雜質(zhì)不會(huì)進(jìn)入阿牛巴的內(nèi)部。②高精度，K值直接關(guān)系到流量計(jì)的測(cè)量精度。T型阿牛巴流量計(jì)的K值在各個(gè)雷諾數(shù)范圍內(nèi)保持恒定，確保 K值在流量變化，特別是在小流量時(shí)不穩(wěn)定的問題，測(cè)量精度保證在±0.75%范圍內(nèi)。③抗干擾，低流量時(shí)，輸出信號(hào)的信噪比低，失真大，差壓變送器對(duì)微差壓測(cè)量的精度和穩(wěn)定性不高。T型阿牛巴流量計(jì)能使差壓變送器獲得良好的差壓信號(hào)。④氣體方便實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償，通過增加壓力、溫度補(bǔ)償來提高測(cè)量精度。⑤便于安裝，T型阿牛巴流量計(jì)的正面高壓取壓槽口跨越整個(gè)管道，降低了流量計(jì)的安裝要求。允許在X，Y，Z三軸方向上有±5゜的偏差，所以安裝和調(diào)試方便。

優(yōu)點(diǎn)：T形傳感器設(shè)計(jì)，高達(dá)0.75%流量精度，壓力損失最低，可用于2到96英寸（DN50-DN2400毫米）管線尺寸。具有各種安裝組態(tài)，一體化閥組安裝頭可直接與差壓變送器進(jìn)行裝配，PLo-Tap設(shè)計(jì)無需系統(tǒng)停機(jī)即可安裝，適用流體類型：液體，氣體，蒸汽。缺點(diǎn)：制造復(fù)雜、價(jià)格高。

(3)旋渦流量計(jì)。在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門渦街，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。斯特勞哈爾數(shù)

f=St*v/d

式中：f：卡門渦街釋放頻率；St：系數(shù)（斯特勞哈爾數(shù)）；V：流速；d：發(fā)生體的寬度。

卡門渦街釋放頻率f和流速v成正比，因此通過測(cè)量卡門渦街釋放頻率就可以算出瞬時(shí)流量。優(yōu)點(diǎn)：安裝方便，便于維護(hù)。缺點(diǎn)：容易受電磁、振動(dòng)影響。

(4)渦輪流量計(jì)。當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動(dòng)能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，根據(jù)磁電感應(yīng)可以把轉(zhuǎn)數(shù)周期性地變化轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)。電脈沖數(shù)量與流量成正比，在一定的流量范圍下，是線性的，脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后，傳給流量積算儀可以顯示瞬時(shí)流量和累積流量。

優(yōu)點(diǎn)：安裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，對(duì)介質(zhì)要求高，不能有雜質(zhì)。缺點(diǎn)：易受電磁信號(hào)干擾，管道振動(dòng)會(huì)對(duì)其測(cè)量精度影響很大。

(5)電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)的原理：根據(jù)法拉利電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電介質(zhì)在管道中運(yùn)動(dòng)，在外加磁場(chǎng)的作用下，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電信號(hào)，電信號(hào)的大小與導(dǎo)電介質(zhì)在管道的流速成正比，通過測(cè)量電信號(hào)通過放大電路輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。由于檢測(cè)元件在流量計(jì)管道外部，可以測(cè)量高污染、高腐蝕介質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)，電磁流量計(jì)在含水含沙原油應(yīng)用取得了良好的測(cè)量效果，降低了生產(chǎn)成本，取得了良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

優(yōu)點(diǎn)：高精度，量程比寬，壓力損失小，安裝維護(hù)方便。缺點(diǎn)：抗電磁干擾差。

(6)刮板流量計(jì)。工作原理如圖所示，刮板流量計(jì)由上蓋板、下蓋板、轉(zhuǎn)子、刮板殼體和組成計(jì)量腔。當(dāng)流體進(jìn)入流量計(jì)后，流體推動(dòng)刮板轉(zhuǎn)動(dòng)，并由刮板帶動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。軸上固定安裝了一個(gè)凸輪，刮板上的滾輪與凸輪相互作用，刮板在凸輪作用下產(chǎn)生伸出和縮回的動(dòng)作。在圖（a）所示位置，刮板A和D完全伸出，流體被隔離成三部分，兩刮板與內(nèi)殼體、轉(zhuǎn)子構(gòu)成容積一定的計(jì)量腔。當(dāng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刮板A保持完全伸出，刮板D縮回，計(jì)量腔內(nèi)流體排向出口(圖（b）所示位置)；同時(shí)刮板B伸出，到圖（c）所示位置時(shí)又形成一個(gè)新的計(jì)量腔。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，可以形成幾個(gè)計(jì)量腔。在流體流動(dòng)時(shí)，計(jì)量腔不斷地形成，計(jì)量腔內(nèi)的液體排向出口。由于計(jì)量腔的容積、轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)計(jì)量腔數(shù)目均為常數(shù)，所以流過流量計(jì)的流體的體積與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)成正比。轉(zhuǎn)數(shù)經(jīng)過智能數(shù)字表頭轉(zhuǎn)為光電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大器放大后，形成4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，輸出給流量積算儀或自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行積算。

圖工作原理圖

3.質(zhì)量流量計(jì)

管道里流體被振動(dòng)時(shí)，形成一個(gè)與流動(dòng)方向垂直的反作用力，根據(jù)科里奧利效應(yīng)，由于震動(dòng)不同步，入口處與出口處在振動(dòng)的時(shí)間不同，形成相位時(shí)間差。相位差與流過管子的流體質(zhì)量流量的多少成正比。通過電路能檢測(cè)出這種時(shí)間差異，也就把質(zhì)量流量的大小給給予確定。這就是科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：精度高，應(yīng)用范圍廣。無直管段要求?？啥鄥?shù)測(cè)量。缺點(diǎn)：低密度、低壓氣體不能測(cè)量；液體中含氣量多的會(huì)有影響測(cè)量精度。管道振動(dòng)也不利于測(cè)量，易安裝。壓損大，價(jià)格昂貴。

4.流量?jī)x表的發(fā)展趨勢(shì)

目前，國(guó)內(nèi)流量總體水平不高，與國(guó)外有一定的差距，隨著科技的進(jìn)步發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化程度的提高和科技工作者不斷提高研發(fā)力度，流量測(cè)量技術(shù)會(huì)得到較大發(fā)展。現(xiàn)就流量計(jì)的發(fā)展方向總結(jié)如下：(1)流量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，流量計(jì)趨向數(shù)字化、智能化、高精度發(fā)展。質(zhì)量流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用；(2)由于通訊技術(shù)的發(fā)展，流量計(jì)趨向遠(yuǎn)程控制及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；(3)流量計(jì)趨向從單相測(cè)量向多相測(cè)量發(fā)展。自動(dòng)化水平高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、更加智能等方向會(huì)是流量?jī)x表的主流趨勢(shì)。

[1]林克努,流量檢測(cè)儀表的發(fā)展,自動(dòng)化儀表,1994,PL-5．

[2]蔡武昌,流量測(cè)量?jī)x表現(xiàn)狀與發(fā)展,自動(dòng)化儀表,1996,2，PL-6．

(責(zé)任編輯 宋小蒙)

Status Quo and Development Tendency of Flow Instrument

Zhao Guangkuo, Shanghai Automation Instrument co., ltd., 200000

Flow instrument is one important metering device and it has extensive application in the modernization construction, national defense and scienti fic research, besides, it plays a crucial role in saving the resources and protecting the environment. Based on the practical application of industrial and agricultural production and scienti fic research, this paper mainly introduces several kinds of commonly used fl ow instruments and introduces especially advantages, disadvantages and application range of each kind. With the application of new technology and new materials, the mainstream development tendency and direction of future fl ow instrument are analyzed.

fl ow instrument；application range；development tendency

T

A

趙廣闊(1976～)，男，上海自儀九儀表有限公司；研究方向：流量?jī)x表傳感器測(cè)量技術(shù)及測(cè)量信號(hào)處理方法。