流量儀表發(fā)展趨勢和應(yīng)用進(jìn)展

一、 發(fā)展趨勢 

1、 流量傳感器（trancduccer）的多參數(shù)測量 

流量檢測元件或流量傳感元件（sensor）除感受流量外，還可能感受其他變量，并由此衍生其他功能，可簡化流程的檢測系統(tǒng)，減少儀表數(shù)量和連接管線，降低費(fèi)用。流程管道開孔的減少降低潛在泄漏故障。 

a. 里奧利質(zhì)量流量計(jì)

b. 電磁流量計(jì) 

非滿管電磁流量計(jì)在測量平均流速的同時(shí)還必須測量管內(nèi)液體高度。利用兩勵(lì)磁繞組分別正向和反向串接，產(chǎn)生兩種不同磁場強(qiáng)度和磁場分布下測得的流速信號電勢，兩電勢之間的比值與液位高度有一定的函數(shù)關(guān)系。 

c. 渦街流量計(jì) 

渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體分離的旋渦頻率f正比于流速v（f= k1 v，k1為系數(shù)），同時(shí)感受與ρv2成正比的升力F（F=k2ρv2，ρ為流體密度，k2為系數(shù)）。以f除以F，在乘流通面積A，編可求得質(zhì)量流量qm，即 

qm=（F/f）A=（k2ρv2/k1v）A=kρvA 

式中 k——儀表系數(shù)k=k2/k2。 

d. 超聲流量計(jì) 

超聲質(zhì)量流量計(jì)試圖在傳播時(shí)間法超聲體積流量計(jì)的基礎(chǔ)上，在利用超聲測得第二參量液體聲阻抗和密度，演算后得質(zhì)量流量。

2、配用第二參量檢測元件（或獨(dú)立的第二參量傳感器）組合測量質(zhì)量流量或其他參量 

a. 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)配用差壓變送器測量粘度 
b. 渦街流量計(jì)配用差壓變送器測量質(zhì)量流量 
c. 氣體體積流量計(jì)內(nèi)裝壓力/溫度傳感元件測量質(zhì)量流量 
d. 電磁流量計(jì)內(nèi)裝溫度檢測元件修正體積溫度影響 

日本山武公司最近推向市場的電磁流量計(jì)，就有電極內(nèi)裝pt電阻溫度檢測件，以解決這類問題。 

3、壓式儀表的差壓發(fā)生體和差壓變壓變送器一體化 

將差壓變送器直接與噴嘴等節(jié)流裝置或均速管裝在一起，省略了在現(xiàn)場布引壓管線工程，改善動(dòng)態(tài)特性，減少維護(hù)工作和故障率，降低初置費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)日本對1996~1997年間新建四家工廠的調(diào)查，所用近400臺差壓式流量儀表中，一體化直接安裝型儀表已占三分之一。 

4、開發(fā)普及型儀表 

適度降低測量精確度等性能，取消原為通用功能改為選擇功能以簡化儀表組成，設(shè)計(jì)成較窄應(yīng)用范圍的儀表，從而降低價(jià)格擴(kuò)大用戶面。 

a. 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)設(shè)計(jì)普及型 

科里奧利質(zhì)量流量降低精確度（量程誤差從±0.2%左右降低到±0.5%），功能減少，實(shí)際普及型儀表。 

b. 電磁流量計(jì)從流程工業(yè)轉(zhuǎn)向居住民用領(lǐng)域 

降低電磁流量計(jì)測量精確度等性能，如基本誤差定位在±2%，設(shè)計(jì)成具有水表特點(diǎn)的電磁水表。在日本這類電磁式水表已納入日本水表標(biāo)準(zhǔn)。 

c. 超聲家用燃?xì)獗?nbsp;

國外民用計(jì)量天然氣價(jià)格低廉的超聲流量計(jì)以形成規(guī)模生產(chǎn)。平均價(jià)格約為流程工業(yè)用超聲流量計(jì)平均價(jià)格的1/30。 

二、 應(yīng)用進(jìn)展 

成熟儀表應(yīng)用上受到限制的某一領(lǐng)域，在技術(shù)上有所突破后，開發(fā)出相適應(yīng)的改進(jìn)型儀表，使得在該領(lǐng)域有較快發(fā)展，下文討論幾種流量儀表應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)展。 

1、超聲流量計(jì) 

近年超聲流量計(jì)應(yīng)用于氣體（包括蒸汽）、儲存交接（custody transfer，常簡稱CT）和財(cái)貿(mào)核算、民用住宅天然氣消費(fèi)計(jì)量三個(gè)領(lǐng)域有較大進(jìn)展。 

a. 氣體應(yīng)用 

當(dāng)前國外能源開發(fā)，天然氣比石油發(fā)展快，促進(jìn)了過去發(fā)展緩慢的氣體超聲流量計(jì)發(fā)展。有人估計(jì)工業(yè)用超聲流量計(jì)，當(dāng)前已有近15%用于氣體。 

近年還見到國外至少有3家制造廠向市場推出應(yīng)用于蒸汽的超聲流量計(jì)，用一棒傳送聲速信號到遠(yuǎn)離蒸汽的超生換能器，可測高達(dá)480℃的過熱蒸汽。 

b. 進(jìn)入儲存交接和財(cái)貿(mào)核算應(yīng)用領(lǐng)域 

超聲流量計(jì)采用多聲道測量（4~8聲道）技術(shù)和短管流量傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并實(shí)流校準(zhǔn)，測量精確度大幅的提高，液體用儀表精度等級有高達(dá)0.15級，氣體用儀表普遍為0.5級。今后必然將逐步替代有活動(dòng)部件的儀表。 

1999年北京已在進(jìn)京高壓天然氣輸送管線上裝用超聲流量計(jì)，與原裝有的孔板差壓流量計(jì)對比，顯現(xiàn)出其優(yōu)越的使用性能，得到各方面的認(rèn)可。 

c. 進(jìn)入住宅天然氣消耗計(jì)量應(yīng)用領(lǐng)域 

90年中期國外超聲家用燃?xì)獗硪堰_(dá)到取代應(yīng)用150余年的膜式煤氣表的規(guī)模。有人估計(jì)世界范圍近年銷售量已接近40萬臺/年。 

2、電磁流量計(jì) 

a. 非滿管電磁流量計(jì) 

傳統(tǒng)電磁流量計(jì)只能測量滿管液體流量，非滿管電磁流量計(jì)應(yīng)用于具有自由表面自然流的下水排放領(lǐng)域，并提高該領(lǐng)域的測量精確度。將傳統(tǒng)非滿管流或明渠流流量誤差從±（3~5）%FS降低到±（1~2）%FS。 

b. 測量更低點(diǎn)導(dǎo)率的液體 

現(xiàn)在可測量比傳統(tǒng)電磁流量計(jì)電導(dǎo)率閾值低2~3個(gè)數(shù)量級的液體，如以前不能測量的甘油、乙二醇等。除此之外，本類儀表幾乎不存在漿液噪生和流動(dòng)噪聲，也不會(huì)產(chǎn)生電極表面效應(yīng)形成的噪聲。襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或結(jié)薄絕緣垢層也不會(huì)影響測量。 

c. 低功耗和二線制電磁流量計(jì)有較快發(fā)展 

二線制不需另外外接激磁回路，僅用4mADC電流提供儀表所需功率，通常僅數(shù)十毫瓦。低功耗電磁流量計(jì)使有可能采用干電池或太陽電池，更方便地將電磁流量計(jì)裝用于無市電供電的場所。 

d. 二維（方向）電磁流速計(jì)和多測量點(diǎn)插入式電磁流量計(jì) 

置于船體外部的船舶電磁航速儀是插入式電磁流量計(jì)的雛形。后來插入式電磁流量計(jì)在大中型管道中卻有較大發(fā)展，也有用于明渠，稱作電磁流速計(jì)（electromagnetic current meter）。但在河道流或水利試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒粌H要測量流速還要知道流速方向。二維電磁流速記又稱向量流速計(jì)，使電磁流量儀表族可以進(jìn)入水文試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域。 

此外插入式電磁流量計(jì)還參照勻速管的設(shè)計(jì)思路，在插入桿上置多套電磁流速測量單元，提高測量精度，使插入式電磁流是計(jì)在大管經(jīng)應(yīng)用處于有利地位。 

3、熱式質(zhì)量流量計(jì) 

熱式質(zhì)量流量計(jì)過去主要是熱分布式，應(yīng)用于氣體小流量測量，較多應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)，熱處理爐、分析儀器等氫、氧、氨等流量測量和控制以及閥門制造過程中測定泄漏量等。國外近年熱消散效應(yīng)的侵入式和插入式熱式流量計(jì)應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)和流程工業(yè)大中型管道發(fā)展迅速。徑向分段排列多組檢測元件組成的檢測桿，較多以插入方式應(yīng)用于HVAC（暖氣通風(fēng)空調(diào)）工程大中型管道；還應(yīng)用于鍋爐大管道進(jìn)風(fēng)量和煙道排氣量監(jiān)測SO2和NOX排放總量。 

微小液體質(zhì)量熱式流量計(jì)雖然已有20余年歷史，但在工業(yè)上應(yīng)用直到近幾年才較快發(fā)展，現(xiàn)在已有幾家制造廠生產(chǎn)多種型號熱分布式熱式流量計(jì)投入市場。當(dāng)前主要應(yīng)用于化學(xué)、石化、食品等流程工業(yè)實(shí)驗(yàn)性裝置。例如：藥液配比系統(tǒng)中定流量配比控制，液化氣注入過程中液流測量和控制。