流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

張改娥 何飛 王晶 王娜

摘 要：民用流量?jī)x表目前是一種重要的工業(yè)計(jì)量檢測(cè)儀表，廣泛用于適應(yīng)于我國(guó)現(xiàn)代化工程建設(shè)、國(guó)防及醫(yī)學(xué)科研，對(duì)我們節(jié)約資源以及保護(hù)環(huán)境質(zhì)量起到至關(guān)重要的指導(dǎo)作用。本文從目前工農(nóng)業(yè)計(jì)量生產(chǎn)和國(guó)防科研的實(shí)際綜合應(yīng)用情況出發(fā)，重點(diǎn)詳細(xì)介紹了幾種常用的新型流昰計(jì)量?jī)x表，重點(diǎn)詳細(xì)介紹了各自的性能優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用領(lǐng)域范圍。隨著新科學(xué)技術(shù)、新化學(xué)材料的廣泛應(yīng)用，分析了今后民用流量?jī)x表的幾種主流發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：流量?jī)x表;應(yīng)用范圍;發(fā)展趨勢(shì)

近年來，隨著我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)壓力信息采集技術(shù)及其他現(xiàn)代我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)水平的不斷進(jìn)步發(fā)展，科技人員不斷改進(jìn)并將我國(guó)現(xiàn)有的計(jì)量壓力儀表測(cè)量方法和檢測(cè)技術(shù)充分運(yùn)用到了現(xiàn)代工業(yè)數(shù)字化自動(dòng)測(cè)量壓力信號(hào)數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理系統(tǒng)技術(shù)和新方法，提高了采用電磁波和流星測(cè)量壓力儀表的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)可靠性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性。隨著工業(yè)現(xiàn)代化和我囯對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能環(huán)保的測(cè)量技術(shù)水平要求越嚴(yán)，流量?jī)x表已經(jīng)不再是一種重要的現(xiàn)代工業(yè)節(jié)能計(jì)量壓力檢測(cè)儀表，流量?jī)x表相關(guān)技術(shù)研究應(yīng)用涉及范圍也將會(huì)更加廣泛，現(xiàn)就對(duì)當(dāng)前我國(guó)工業(yè)流量?jī)x表的相關(guān)技術(shù)研究應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)研究分析問題做出了一個(gè)如下簡(jiǎn)要性的論述。

1.流量?jī)x表定義及種類

流量?jī)x表可以再細(xì)分為瞬時(shí)時(shí)間累積前的流量及一定時(shí)間長(zhǎng)度累積后的管道流量，瞬時(shí)時(shí)間累積后的流量一般主要是利用泛泛指在一定時(shí)間單位內(nèi)的流量或短時(shí)間內(nèi)所有可能同時(shí)流過整個(gè)某一管道截面積所有各種流體的管道累計(jì)總流量，可以分別細(xì)分為管道流量大小體積長(zhǎng)度累計(jì)前的流量及整個(gè)管道體積質(zhì)量長(zhǎng)度累積后的流量。瞬時(shí)時(shí)間累積后的管道流量一般主要是利用泛泛指在某短短一段時(shí)間內(nèi)，流過整個(gè)某一管道截面積所有各種液體的管道流量體積總和。其中主要用來直接實(shí)時(shí)測(cè)量整個(gè)管道專用流量的一種新型儀表為檢測(cè)專用管道流量?jī)x表。就目前正在我國(guó)管道工業(yè)生產(chǎn)中專用流量?jī)x表應(yīng)用所遇到的具體情況等觀點(diǎn)來看，檢測(cè)專用流量表的方法多樣，但還沒有統(tǒng)一的計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分類般專用流量?jī)x表可以分別細(xì)分為管道流量長(zhǎng)度體積大小長(zhǎng)度長(zhǎng)短流量大小表等一種計(jì)量、質(zhì)量長(zhǎng)度體積大小流量長(zhǎng)度表等兩種計(jì)量。

2.流量計(jì)的測(cè)量原理

超聲波脈沖流量表設(shè)計(jì)就是通過用來檢測(cè)一個(gè)流體反向流動(dòng)對(duì)一個(gè)超聲波發(fā)射脈沖的擾動(dòng)作用和原來用于測(cè)量氣體流量，由通用超聲波脈沖換能器、電子線路儀硌和圖像顯示系統(tǒng)等三個(gè)大部分共同組成。常用的兩種超聲波脈沖流量表設(shè)計(jì)用于檢測(cè)流的方法一般可籠統(tǒng)地將其劃分區(qū)別為頻域相關(guān)方法和空間時(shí)城相關(guān)方法，主要類型有：空間時(shí)差法、頻差法、相位移偏差法、波束偏移法、多普勒法和時(shí)間相關(guān)法等?？茖W(xué)柯氏式的管型流體質(zhì)量表設(shè)計(jì)的具體流量函數(shù)表總體設(shè)計(jì)以當(dāng)年德國(guó)科氏力學(xué)器為主要設(shè)計(jì)者的基礎(chǔ)，通過科氏力學(xué)器來精確檢測(cè)一個(gè)已經(jīng)安裝在特定流體兩側(cè)振動(dòng)器的整流管兩側(cè)的振動(dòng)力是由傳感器的二次進(jìn)入力和輸岀及其輸出及該信號(hào)的二次振動(dòng)輸入頻率和輸出時(shí)間上的相位差而可以用來準(zhǔn)確性地測(cè)量整個(gè)特定流體的二次振動(dòng)輸入質(zhì)量以及輸出流量。科學(xué)柯氏式的管型流體質(zhì)量表設(shè)計(jì)在具體流量的檢測(cè)設(shè)計(jì)以及儀表上的種類繁多、形狀各異都有大小督異，但其實(shí)在設(shè)計(jì)以及測(cè)量時(shí)在工作以及原理上卻是基本一致的。常見的流體測(cè)量設(shè)計(jì)科學(xué)方法柯氏管型流體質(zhì)量表設(shè)計(jì)的檢測(cè)流量的儀表及其設(shè)計(jì)形式有直管型、u型、s型等，均由一次振動(dòng)測(cè)量設(shè)計(jì)儀表和二次振動(dòng)測(cè)量設(shè)計(jì)儀表兩個(gè)大部分的的結(jié)構(gòu)部件組成。

3.流量計(jì)量?jī)x表的現(xiàn)狀

3.1差壓式流量計(jì)

差壓式大型管道流量壓力水位表設(shè)計(jì)主要指的是根據(jù)一個(gè)已經(jīng)安裝于管道運(yùn)輸輸送管道中部的一個(gè)流量流體壓力傳動(dòng)檢測(cè)器部件上所設(shè)計(jì)產(chǎn)生的流量壓力差壓，已知的一個(gè)管道運(yùn)輸流體中部流動(dòng)條件和流量壓力傳動(dòng)檢測(cè)件與一個(gè)安裝運(yùn)輸管道的中部流體流動(dòng)幾何面的形狀以及尺寸間的關(guān)系是用來直接輸入計(jì)算運(yùn)輸管道整體流量的一種水位儀表，差力變壓式大型管道流量壓力水位表設(shè)計(jì)的流量壓力傳動(dòng)檢測(cè)件按其實(shí)際設(shè)計(jì)作用力和流動(dòng)原理大致情況可以將其細(xì)分為各種壓力傳動(dòng)節(jié)流式和檢測(cè)傳動(dòng)裝置、水力傳動(dòng)變壓式和阻力式、離心式、動(dòng)力快速變流液壓頭式、動(dòng)力快速變流液壓頭式和壓力傳動(dòng)增益式及各種壓力傳動(dòng)射流式幾十八個(gè)五大類，差力變壓式大型管道流量壓力水位表設(shè)計(jì)主要指的是一類目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的大型管道流量壓力水位表設(shè)計(jì)，在各類大型管道流量?jī)x表中其實(shí)際設(shè)計(jì)使用量一直都是占居首位。

差壓式這種壓力流量流動(dòng)速度儀在計(jì)量的應(yīng)用領(lǐng)域涉及范圍特別廣泛，在各種類型封閉式的物流運(yùn)輸管道的測(cè)量各種差壓流量流動(dòng)速度計(jì)的測(cè)量中眢種對(duì)彖都已經(jīng)可以看到有廣泛應(yīng)用，如其他管道流體速度測(cè)量算法方面：?jiǎn)蜗?、混相、潔浄、臟污、粘性和脈動(dòng)湍流等;其他流體工作原理環(huán)境流體狀態(tài)速度測(cè)量算法方面其它還有測(cè)量常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等等在其他管徑速度測(cè)量算法方面從幾mm范圍擴(kuò)大縮小到幾m;其他氣體流動(dòng)力學(xué)條件速度測(cè)量算法方面其它還有測(cè)量亞音速、音速、脈動(dòng)和粘性湍流等廣泛應(yīng)用等。

3.2容積式流量計(jì)

容積式自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)，又可簡(jiǎn)稱量或量和定量式液壓排量自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)，在各種自動(dòng)流量?jī)x表中對(duì)它來說是自動(dòng)測(cè)量元件精度最高的一類。它們還可以廣泛利用各種新型機(jī)械自動(dòng)固定測(cè)量元件儀器中的元件把整個(gè)固定流體連續(xù)不斷地固定流量體積分割成作為一成個(gè)已知的固定流量體積部分，根據(jù)整個(gè)流體中的測(cè)量量在實(shí)驗(yàn)室逐次重復(fù)地確定流量量的充滿和每次流量排放相應(yīng)該一個(gè)已知固定體積大的部分總量進(jìn)入整個(gè)流體的固定流量量隨次數(shù)不同而用來進(jìn)行精確測(cè)量整個(gè)固定流體過程中的固定體積部分總量將各種容積式自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)按其所用機(jī)械自動(dòng)測(cè)量元件功能進(jìn)行不同分類，可為各種雙軸旋轉(zhuǎn)橢圓自動(dòng)旋轉(zhuǎn)子和齒輪自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、刮板自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、雙旋橢圓旋轉(zhuǎn)子自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、旋轉(zhuǎn)筒式液壓活塞自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、往復(fù)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)筒式活塞自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、圓盤自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、液壓自動(dòng)密封或往復(fù)旋轉(zhuǎn)筒式自動(dòng)固定流量體積密度計(jì)、濕式自動(dòng)固定氣量密度計(jì)及液壓密封膜式自動(dòng)固定氣量體積密度計(jì)等。

3.3渦輪流量計(jì)

渦輪流量通用氣體流量計(jì)的速度計(jì)，是一種通用速度式計(jì)量渦輪通用流量計(jì)是測(cè)速速度計(jì)中的主要計(jì)量產(chǎn)品種類，它不僅可以用來采用多少個(gè)不同葉片的渦輪螺旋槳或轉(zhuǎn)子（渦輪）等并用來精確感受對(duì)應(yīng)給定渦輪流體對(duì)于平均流表面的給定流速，從而且它還可以通過推導(dǎo)應(yīng)用計(jì)算研制出對(duì)應(yīng)給定氣體流量或?qū)?yīng)流體速度總量的流動(dòng)力學(xué)電器儀表。一般它由渦輪流量速度傳感器和渦輪流量速度顯示儀兩個(gè)中的大部分互相結(jié)合部件組成，也許它不僅可以用來制造和做成整體式高速齒輪渦旋流量齒輪氣體流量速度計(jì)和高速整體式大容積式高速渦輪氣體流量通用速度計(jì)、科里奧利式高速低質(zhì)量高速渦輪氣體流量通用速度計(jì)等并將其稱為我國(guó)渦輪通用流量計(jì)中三類也是具有最高重復(fù)性、精度最佳的渦輪計(jì)量技術(shù)產(chǎn)品，作為十大不同品種類型用于通用渦輪流量計(jì)的速度計(jì)之一，其主要計(jì)量產(chǎn)品已逐步成熟發(fā)展形成為多少個(gè)不同品種、多系列和可以大批量生產(chǎn)的龐大產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模。

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)）

d：發(fā)生體的寬度

卡門渦街瞬時(shí)釋放振動(dòng)頻率速度f和瞬時(shí)流速速度v之間成正比，因此通過直接測(cè)量卡門渦街瞬時(shí)釋放振動(dòng)頻率就完全可以計(jì)計(jì)算出瞬時(shí)振動(dòng)流量。

3.4電磁流量計(jì)

電磁流和傳動(dòng)感應(yīng)流量?jī)x表溫度計(jì)電磁儀表計(jì)就是根據(jù)1982年美國(guó)法拉弟斯的液體電磁流和傳動(dòng)流量感應(yīng)溫度測(cè)量技術(shù)定律進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)制成的一種專門用于精確測(cè)量液體電磁流和導(dǎo)電體的性質(zhì)和測(cè)量液體的電磁流量?jī)x表，電磁流的傳動(dòng)感應(yīng)流量?jī)x表溫度計(jì)有一系列優(yōu)良的熱測(cè)量技術(shù)特性，可以有效率地解決其它類型電磁傳動(dòng)流量?jī)x表溫度計(jì)不易實(shí)現(xiàn)得到廣泛應(yīng)用的各種測(cè)量技術(shù)問題，如針對(duì)臟流和空氣污流、腐蝕液等電磁流的快速精確測(cè)量。

3.5應(yīng)用概況

電磁微波流量速度計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，大的小口徑測(cè)量?jī)x表較多廣泛應(yīng)用于城市給排水系統(tǒng)工程中小的大口徑常用于高安全要求或者較難測(cè)量的場(chǎng)合，如我國(guó)鋼鐵工業(yè)測(cè)量高爐的出風(fēng)口檢測(cè)冷卻水流量控制器和造紙工業(yè)主要測(cè)量印刷紙張的漿液和橡膠黑液，化學(xué)藥品工業(yè)的強(qiáng)磁抗腐蝕液，有色金屬冶金工業(yè)的測(cè)量礦漿小的中口徑、微小的大口徑常用于生物醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學(xué)等不具有衛(wèi)生安全要求的難測(cè)場(chǎng)所。

4.質(zhì)量流量計(jì)

管道里質(zhì)量流體被管道振動(dòng)時(shí)，形成一個(gè)與液體流動(dòng)管道方向完全垂直的管道反作用力，根據(jù)使用科里奧利湍流效應(yīng)，由于管道震動(dòng)不定時(shí)同步，進(jìn)口處與管道出口連接處在管道振動(dòng)的相位時(shí)間不同，形成一種相位差的時(shí)間差。相同時(shí)位差與管道流過管子的質(zhì)量流體及其質(zhì)量管道流量的多少大小成正比。通過控制電路中對(duì)能量的檢測(cè)計(jì)算出這種相位時(shí)間值的差異，也就把流體質(zhì)量管道流量的多少大小根據(jù)給予或給予管道確定。這就是使用科里奧利效應(yīng)質(zhì)量管道流量速度計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，應(yīng)用領(lǐng)域范圍廣。缺點(diǎn)無直管段測(cè)量要求。缺點(diǎn)可多品種參數(shù)同時(shí)測(cè)量。

缺點(diǎn)：對(duì)于低密度、低壓力的氣體不能準(zhǔn)確測(cè)量;高壓液體中尤其含有氧氣量多的時(shí)候會(huì)不能有效地影響管道測(cè)量值的精度。由于管道沒有振動(dòng)也不一定利于準(zhǔn)確測(cè)量，易用于安裝。管道壓損大，價(jià)格昂貴。

5.超聲波流量計(jì)

超聲波測(cè)量液體介質(zhì)流量流動(dòng)速度計(jì)及其工作基本原理：就是通過利用下流介質(zhì)液體對(duì)下游介質(zhì)超聲波的液體流動(dòng)速度影響力就可以對(duì)下游流體的壓力贔流動(dòng)速度系數(shù)進(jìn)行液體流速度的測(cè)量，是一種非接觸式小型液體介質(zhì)流量流動(dòng)速度計(jì)，根據(jù)被測(cè)設(shè)計(jì)所需要測(cè)量的測(cè)量特定介質(zhì)的下游液體運(yùn)動(dòng)流向，分為上游和下游，上游和下游各自分別安裝一個(gè)上游下流傳感器就認(rèn)為會(huì)分別發(fā)射上游的的超聲波，上游又認(rèn)為會(huì)分別發(fā)射一個(gè)下游的的超聲波進(jìn)行接收到的信號(hào)，下游的接收信號(hào)進(jìn)行接收，取得下游液體流向傳輸所得到的流向時(shí)間;同時(shí)下游兩個(gè)下流傳感器又認(rèn)為會(huì)分別發(fā)射一個(gè)上游的的超聲波進(jìn)行接收到的信號(hào)，上游的接收信號(hào)進(jìn)行接收又認(rèn)為可以直接取得下游液體流向傳輸所得到的流向時(shí)間，這兩個(gè)液體流向產(chǎn)生時(shí)間差的速度長(zhǎng)短不同，其中的流向時(shí)間差和被測(cè)設(shè)計(jì)所要測(cè)量特定下流介質(zhì)的下游液體運(yùn)動(dòng)流速速度相差的也是完全可以直接成正比。

優(yōu)點(diǎn)：無壓力損失，量程比寬，測(cè)量精度高，便于攜帶，通用性強(qiáng)。

缺點(diǎn)：對(duì)直管段長(zhǎng)度要求高。

6.流量計(jì)量?jī)x表的分析與展望

目前，國(guó)內(nèi)流量工業(yè)技術(shù)流量檢測(cè)技術(shù)研發(fā)總體水平不高，與國(guó)外工業(yè)流量技術(shù)有一定的測(cè)量技術(shù)水平差距，隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)科技的不斷進(jìn)步快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)內(nèi)流量工業(yè)科技流量檢測(cè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用規(guī)范程度的不斷逐步提高和國(guó)內(nèi)工業(yè)科技測(cè)量技術(shù)研究工作者不斷逐步加大對(duì)和提高測(cè)量技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)自主創(chuàng)新水平力度，流量工業(yè)恒溫溫度測(cè)量的相關(guān)技術(shù)也將在社會(huì)逐步發(fā)展得到較大和小幅度上的發(fā)展?，F(xiàn)就國(guó)內(nèi)工業(yè)流量恒熱溫度計(jì)的測(cè)量技術(shù)研究發(fā)展趨勢(shì)研究以及方法相關(guān)問題整理總結(jié)如下：①流量隨著工業(yè)檢測(cè)力學(xué)儀器測(cè)量技術(shù)的快速進(jìn)步發(fā)展，流量恒溫計(jì)量的技術(shù)發(fā)展趨向逐步實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)字化、智能化、高效和測(cè)量精度化的技術(shù)發(fā)展。質(zhì)量型的自動(dòng)流量控制溫度計(jì)、超聲波自動(dòng)檢測(cè)流量?jī)x及自動(dòng)計(jì)量?jī)x表器等會(huì)逐漸開始得到更廣泛的測(cè)量技術(shù)普及應(yīng)用：②由于現(xiàn)代電子信息通訊以及通信信息技術(shù)的快速進(jìn)步發(fā)展，流量溫度計(jì)也將逐漸趨向遠(yuǎn)程控制及分流測(cè)量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化這個(gè)方向快速發(fā)展;③自動(dòng)化的流量溫度計(jì)也將逐漸趨向從傳統(tǒng)單相自動(dòng)分流測(cè)量向多相自動(dòng)分流測(cè)量這個(gè)方向快速發(fā)展。

7.總結(jié)

總而言之，隨著國(guó)內(nèi)科學(xué)研究技術(shù)的不斷進(jìn)步創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)對(duì)于流量進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)精度的技術(shù)要求也在不斷得到提高。由于國(guó)內(nèi)針對(duì)流量與統(tǒng)計(jì)的科學(xué)硏究技術(shù)起步較晚，與國(guó)外現(xiàn)在的流量研究技術(shù)水平還仍然存在著一定的技術(shù)差距，國(guó)內(nèi)目前現(xiàn)有的針對(duì)流量的統(tǒng)計(jì)精度檢測(cè)技術(shù)方法，不論是電流頻率精度估計(jì)檢測(cè)方法，也還是電流相位差功率估計(jì)檢測(cè)方法，大都可能存在流量計(jì)算復(fù)雜、計(jì)算錯(cuò)誤量較大、算法的精度和流量抗噪聲的性能都比較差等技術(shù)問題，已不能完全滿足當(dāng)前高中低精度的對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙闊流量?jī)x表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[當(dāng)代化工研究2017（06）132-133

[2]梁軍強(qiáng)，黃富君;吳非影響天然氣計(jì)量?jī)x表準(zhǔn)確性因素的探討刂內(nèi)蒙古石油化工，201440（06）：47-48

[3]林克努流量檢測(cè)儀表的發(fā)展[自動(dòng)化儀表，1994（02）

[4]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（03）