流量計量標準裝置的現狀及發展趨勢

張改娥 何飛 王晶 王娜

摘 要：民用流量儀表目前是一種重要的工業計量檢測儀表，廣泛用于適應于我國現代化工程建設、國防及醫學科研，對我們節約資源以及保護環境質量起到至關重要的指導作用。本文從目前工農業計量生產和國防科研的實際綜合應用情況出發，重點詳細介紹了幾種常用的新型流昰計量儀表，重點詳細介紹了各自的性能優缺點及主要應用領域范圍。隨著新科學技術、新化學材料的廣泛應用，分析了今后民用流量儀表的幾種主流發展趨勢及應用方向。

關鍵詞：流量儀表;應用范圍;發展趨勢

近年來，隨著我國現代科學壓力信息采集技術及其他現代我國工業生產過程自動化測量技術水平的不斷進步發展，科技人員不斷改進并將我國現有的計量壓力儀表測量方法和檢測技術充分運用到了現代工業數字化自動測量壓力信號數據采集和預處理系統技術和新方法，提高了采用電磁波和流星測量壓力儀表的自動測量技術可靠性、穩定性、精準性。隨著工業現代化和我囯對我國工業生產節能環保的測量技術水平要求越嚴，流量儀表已經不再是一種重要的現代工業節能計量壓力檢測儀表，流量儀表相關技術研究應用涉及范圍也將會更加廣泛，現就對當前我國工業流量儀表的相關技術研究應用發展趨勢以及現狀發展趨勢研究分析問題做出了一個如下簡要性的論述。

1.流量儀表定義及種類

流量儀表可以再細分為瞬時時間累積前的流量及一定時間長度累積后的管道流量，瞬時時間累積后的流量一般主要是利用泛泛指在一定時間單位內的流量或短時間內所有可能同時流過整個某一管道截面積所有各種流體的管道累計總流量，可以分別細分為管道流量大小體積長度累計前的流量及整個管道體積質量長度累積后的流量。瞬時時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間內，流過整個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時測量整個管道專用流量的一種新型儀表為檢測專用管道流量儀表。就目前正在我國管道工業生產中專用流量儀表應用所遇到的具體情況等觀點來看，檢測專用流量表的方法多樣，但還沒有統一的計量技術標準分類般專用流量儀表可以分別細分為管道流量長度體積大小長度長短流量大小表等一種計量、質量長度體積大小流量長度表等兩種計量。

2.流量計的測量原理

超聲波脈沖流量表設計就是通過用來檢測一個流體反向流動對一個超聲波發射脈沖的擾動作用和原來用于測量氣體流量，由通用超聲波脈沖換能器、電子線路儀硌和圖像顯示系統等三個大部分共同組成。常用的兩種超聲波脈沖流量表設計用于檢測流的方法一般可籠統地將其劃分區別為頻域相關方法和空間時城相關方法，主要類型有：空間時差法、頻差法、相位移偏差法、波束偏移法、多普勒法和時間相關法等。科學柯氏式的管型流體質量表設計的具體流量函數表總體設計以當年德國科氏力學器為主要設計者的基礎，通過科氏力學器來精確檢測一個已經安裝在特定流體兩側振動器的整流管兩側的振動力是由傳感器的二次進入力和輸岀及其輸出及該信號的二次振動輸入頻率和輸出時間上的相位差而可以用來準確性地測量整個特定流體的二次振動輸入質量以及輸出流量。科學柯氏式的管型流體質量表設計在具體流量的檢測設計以及儀表上的種類繁多、形狀各異都有大小督異，但其實在設計以及測量時在工作以及原理上卻是基本一致的。常見的流體測量設計科學方法柯氏管型流體質量表設計的檢測流量的儀表及其設計形式有直管型、u型、s型等，均由一次振動測量設計儀表和二次振動測量設計儀表兩個大部分的的結構部件組成。

3.流量計量儀表的現狀

3.1差壓式流量計

差壓式大型管道流量壓力水位表設計主要指的是根據一個已經安裝于管道運輸輸送管道中部的一個流量流體壓力傳動檢測器部件上所設計產生的流量壓力差壓，已知的一個管道運輸流體中部流動條件和流量壓力傳動檢測件與一個安裝運輸管道的中部流體流動幾何面的形狀以及尺寸間的關系是用來直接輸入計算運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計的流量壓力傳動檢測件按其實際設計作用力和流動原理大致情況可以將其細分為各種壓力傳動節流式和檢測傳動裝置、水力傳動變壓式和阻力式、離心式、動力快速變流液壓頭式、動力快速變流液壓頭式和壓力傳動增益式及各種壓力傳動射流式幾十八個五大類，差力變壓式大型管道流量壓力水位表設計主要指的是一類目前市場應用最廣泛的大型管道流量壓力水位表設計，在各類大型管道流量儀表中其實際設計使用量一直都是占居首位。

差壓式這種壓力流量流動速度儀在計量的應用領域涉及范圍特別廣泛，在各種類型封閉式的物流運輸管道的測量各種差壓流量流動速度計的測量中眢種對彖都已經可以看到有廣泛應用，如其他管道流體速度測量算法方面：單相、混相、潔浄、臟污、粘性和脈動湍流等;其他流體工作原理環境流體狀態速度測量算法方面其它還有測量常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等等在其他管徑速度測量算法方面從幾mm范圍擴大縮小到幾m;其他氣體流動力學條件速度測量算法方面其它還有測量亞音速、音速、脈動和粘性湍流等廣泛應用等。

3.2容積式流量計

容積式自動固定流量體積密度計，又可簡稱量或量和定量式液壓排量自動固定流量體積密度計，在各種自動流量儀表中對它來說是自動測量元件精度最高的一類。它們還可以廣泛利用各種新型機械自動固定測量元件儀器中的元件把整個固定流體連續不斷地固定流量體積分割成作為一成個已知的固定流量體積部分，根據整個流體中的測量量在實驗室逐次重復地確定流量量的充滿和每次流量排放相應該一個已知固定體積大的部分總量進入整個流體的固定流量量隨次數不同而用來進行精確測量整個固定流體過程中的固定體積部分總量將各種容積式自動固定流量體積密度計按其所用機械自動測量元件功能進行不同分類，可為各種雙軸旋轉橢圓自動旋轉子和齒輪自動固定流量體積密度計、刮板自動固定流量體積密度計、雙旋橢圓旋轉子自動固定流量體積密度計、旋轉筒式液壓活塞自動固定流量體積密度計、往復自動旋轉筒式活塞自動固定流量體積密度計、圓盤自動固定流量體積密度計、液壓自動密封或往復旋轉筒式自動固定流量體積密度計、濕式自動固定氣量密度計及液壓密封膜式自動固定氣量體積密度計等。

3.3渦輪流量計

渦輪流量通用氣體流量計的速度計，是一種通用速度式計量渦輪通用流量計是測速速度計中的主要計量產品種類，它不僅可以用來采用多少個不同葉片的渦輪螺旋槳或轉子（渦輪）等并用來精確感受對應給定渦輪流體對于平均流表面的給定流速，從而且它還可以通過推導應用計算研制出對應給定氣體流量或對應流體速度總量的流動力學電器儀表。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中的大部分互相結合部件組成，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和高速整體式大容積式高速渦輪氣體流量通用速度計、科里奧利式高速低質量高速渦輪氣體流量通用速度計等并將其稱為我國渦輪通用流量計中三類也是具有最高重復性、精度最佳的渦輪計量技術產品，作為十大不同品種類型用于通用渦輪流量計的速度計之一，其主要計量產品已逐步成熟發展形成為多少個不同品種、多系列和可以大批量生產的龐大產業鏈和規模。

斯特勞哈爾數：

F=St*v/d

式中：f：卡門渦街釋放頻率

st：系數（斯特勞哈爾數）

d：發生體的寬度

卡門渦街瞬時釋放振動頻率速度f和瞬時流速速度v之間成正比，因此通過直接測量卡門渦街瞬時釋放振動頻率就完全可以計計算出瞬時振動流量。

3.4電磁流量計

電磁流和傳動感應流量儀表溫度計電磁儀表計就是根據1982年美國法拉弟斯的液體電磁流和傳動流量感應溫度測量技術定律進行設計開發制成的一種專門用于精確測量液體電磁流和導電體的性質和測量液體的電磁流量儀表，電磁流的傳動感應流量儀表溫度計有一系列優良的熱測量技術特性，可以有效率地解決其它類型電磁傳動流量儀表溫度計不易實現得到廣泛應用的各種測量技術問題，如針對臟流和空氣污流、腐蝕液等電磁流的快速精確測量。

3.5應用概況

電磁微波流量速度計應用領域廣泛，大的小口徑測量儀表較多廣泛應用于城市給排水系統工程中小的大口徑常用于高安全要求或者較難測量的場合，如我國鋼鐵工業測量高爐的出風口檢測冷卻水流量控制器和造紙工業主要測量印刷紙張的漿液和橡膠黑液，化學藥品工業的強磁抗腐蝕液，有色金屬冶金工業的測量礦漿小的中口徑、微小的大口徑常用于生物醫藥工業、食品工業、生物化學等不具有衛生安全要求的難測場所。

4.質量流量計

管道里質量流體被管道振動時，形成一個與液體流動管道方向完全垂直的管道反作用力，根據使用科里奧利湍流效應，由于管道震動不定時同步，進口處與管道出口連接處在管道振動的相位時間不同，形成一種相位差的時間差。相同時位差與管道流過管子的質量流體及其質量管道流量的多少大小成正比。通過控制電路中對能量的檢測計算出這種相位時間值的差異，也就把流體質量管道流量的多少大小根據給予或給予管道確定。這就是使用科里奧利效應質量管道流量速度計。

優點：測量精度高，應用領域范圍廣。缺點無直管段測量要求。缺點可多品種參數同時測量。

缺點：對于低密度、低壓力的氣體不能準確測量;高壓液體中尤其含有氧氣量多的時候會不能有效地影響管道測量值的精度。由于管道沒有振動也不一定利于準確測量，易用于安裝。管道壓損大，價格昂貴。

5.超聲波流量計

超聲波測量液體介質流量流動速度計及其工作基本原理：就是通過利用下流介質液體對下游介質超聲波的液體流動速度影響力就可以對下游流體的壓力贔流動速度系數進行液體流速度的測量，是一種非接觸式小型液體介質流量流動速度計，根據被測設計所需要測量的測量特定介質的下游液體運動流向，分為上游和下游，上游和下游各自分別安裝一個上游下流傳感器就認為會分別發射上游的的超聲波，上游又認為會分別發射一個下游的的超聲波進行接收到的信號，下游的接收信號進行接收，取得下游液體流向傳輸所得到的流向時間;同時下游兩個下流傳感器又認為會分別發射一個上游的的超聲波進行接收到的信號，上游的接收信號進行接收又認為可以直接取得下游液體流向傳輸所得到的流向時間，這兩個液體流向產生時間差的速度長短不同，其中的流向時間差和被測設計所要測量特定下流介質的下游液體運動流速速度相差的也是完全可以直接成正比。

優點：無壓力損失，量程比寬，測量精度高，便于攜帶，通用性強。

缺點：對直管段長度要求高。

6.流量計量儀表的分析與展望

目前，國內流量工業技術流量檢測技術研發總體水平不高，與國外工業流量技術有一定的測量技術水平差距，隨著國內工業科技的不斷進步快速經濟發展和國內流量工業科技流量檢測自動化技術應用規范程度的不斷逐步提高和國內工業科技測量技術研究工作者不斷逐步加大對和提高測量技術產品研發自主創新水平力度，流量工業恒溫溫度測量的相關技術也將在社會逐步發展得到較大和小幅度上的發展。現就國內工業流量恒熱溫度計的測量技術研究發展趨勢研究以及方法相關問題整理總結如下：①流量隨著工業檢測力學儀器測量技術的快速進步發展，流量恒溫計量的技術發展趨向逐步實現測量數字化、智能化、高效和測量精度化的技術發展。質量型的自動流量控制溫度計、超聲波自動檢測流量儀及自動計量儀表器等會逐漸開始得到更廣泛的測量技術普及應用：②由于現代電子信息通訊以及通信信息技術的快速進步發展，流量溫度計也將逐漸趨向遠程控制及分流測量系統網絡化這個方向快速發展;③自動化的流量溫度計也將逐漸趨向從傳統單相自動分流測量向多相自動分流測量這個方向快速發展。

7.總結

總而言之，隨著國內科學研究技術的不斷進步創新發展，對對于流量進行測量統計精度的技術要求也在不斷得到提高。由于國內針對流量與統計的科學硏究技術起步較晚，與國外現在的流量研究技術水平還仍然存在著一定的技術差距，國內目前現有的針對流量的統計精度檢測技術方法，不論是電流頻率精度估計檢測方法，也還是電流相位差功率估計檢測方法，大都可能存在流量計算復雜、計算錯誤量較大、算法的精度和流量抗噪聲的性能都比較差等技術問題，已不能完全滿足當前高中低精度的對流量進行測量的技術要求。

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