＊趙廣闊

（上海自儀九儀表有限公司 上海 200000）

流量儀表的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

＊趙廣闊

（上海自儀九儀表有限公司 上海 200000）

流量儀表是一種重要的計量儀表，廣泛用應(yīng)于現(xiàn)代化建設(shè)、國防及科研，對節(jié)約資源保護環(huán)境起到至關(guān)重要的作用。本文從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科研的實際應(yīng)用出發(fā)，重點介紹了幾種常用的流量儀表，重點介紹了各自的優(yōu)缺點及應(yīng)用范圍。隨著新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，分析了今后流量儀表的主流發(fā)展趨勢及方向。

流量儀表；應(yīng)用范圍；發(fā)展趨勢

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)及工業(yè)自動化水平的發(fā)展，科技人員不斷改進現(xiàn)有的測量方法和運用數(shù)字化信號處理方法，提高了流量儀表的可靠性、穩(wěn)定性、精準性。隨著我國對節(jié)能環(huán)保的要求越嚴，流量儀表是一種重要的計量儀表，流量儀表應(yīng)用會更加廣泛，現(xiàn)就對流量儀表的應(yīng)用現(xiàn)狀發(fā)展趨勢做如下論述。

1.流量儀表定義及種類

流量分為瞬時流量及累積流量，瞬時流量是指在單位時間內(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間內(nèi)，流過管道截面積液體的總和。用來測量流量的儀表為流量儀表。就目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用情況看，檢測方法多樣，但還沒有統(tǒng)一的分類，一般可分為體積流量計量、質(zhì)量流量計量。

2.體積計量儀表

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

(1)孔板流量計?？装辶髁坑嬍遣顗菏搅髁坑嫛８鶕?jù)能量守恒定律和流動連續(xù)性方程，當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，因此通過測量差壓來測量流體流過節(jié)流裝置時的流量大小。

優(yōu)點：孔板流量計介質(zhì)適應(yīng)性好（流體、氣體、蒸汽通用），毋須實流標定，耐高溫高壓，耐沖擊不易變形、適用于大口徑，價格實惠、安裝方便、有可靠的實驗數(shù)據(jù)。缺點：量程比小，壓力損失大，易結(jié)垢堵塞，維護工作量大。

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

T型阿牛巴流量計特點：①抗堵，速度式流量計檢測平均速度，流量計正面高壓取壓槽口跨越整個管道，獲得了較大的取樣面積，從而得精準平均速度。一些雜質(zhì)的吸附對測量精度不會造成災(zāi)難性的測量誤差。流體在阿牛巴正面能形成一個大的高壓區(qū)，流體中的微粒偏轉(zhuǎn)繞過這個高壓區(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)不會進入阿牛巴的內(nèi)部。②高精度，K值直接關(guān)系到流量計的測量精度。T型阿牛巴流量計的K值在各個雷諾數(shù)范圍內(nèi)保持恒定，確保 K值在流量變化，特別是在小流量時不穩(wěn)定的問題，測量精度保證在±0.75%范圍內(nèi)。③抗干擾，低流量時，輸出信號的信噪比低，失真大，差壓變送器對微差壓測量的精度和穩(wěn)定性不高。T型阿牛巴流量計能使差壓變送器獲得良好的差壓信號。④氣體方便實現(xiàn)溫壓補償，通過增加壓力、溫度補償來提高測量精度。⑤便于安裝，T型阿牛巴流量計的正面高壓取壓槽口跨越整個管道，降低了流量計的安裝要求。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：T形傳感器設(shè)計，高達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行裝配，PLo-Tap設(shè)計無需系統(tǒng)停機即可安裝，適用流體類型：液體，氣體，蒸汽。缺點：制造復(fù)雜、價格高。

(3)旋渦流量計。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，因此通過測量卡門渦街釋放頻率就可以算出瞬時流量。優(yōu)點：安裝方便，便于維護。缺點：容易受電磁、振動影響。

(4)渦輪流量計。當流體流經(jīng)傳感器時，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動能而產(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。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，脈沖信號經(jīng)放大器放大后，傳給流量積算儀可以顯示瞬時流量和累積流量。

優(yōu)點：安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單，精度高，對介質(zhì)要求高，不能有雜質(zhì)。缺點：易受電磁信號干擾，管道振動會對其測量精度影響很大。

(5)電磁流量計。電磁流量計的原理：根據(jù)法拉利電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)電介質(zhì)在管道中運動，在外加磁場的作用下，做切割磁力線的運動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電信號，電信號的大小與導(dǎo)電介質(zhì)在管道的流速成正比，通過測量電信號通過放大電路輸出4-20mA標準信號。由于檢測元件在流量計管道外部，可以測量高污染、高腐蝕介質(zhì)，通過實驗，電磁流量計在含水含沙原油應(yīng)用取得了良好的測量效果，降低了生產(chǎn)成本，取得了良好的社會及經(jīng)濟效應(yīng)。

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

(6)刮板流量計。工作原理如圖所示，刮板流量計由上蓋板、下蓋板、轉(zhuǎn)子、刮板殼體和組成計量腔。當流體進入流量計后，流體推動刮板轉(zhuǎn)動，并由刮板帶動軸承轉(zhuǎn)動。軸上固定安裝了一個凸輪，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)成容積一定的計量腔。當軸承轉(zhuǎn)動時，刮板A保持完全伸出，刮板D縮回，計量腔內(nèi)流體排向出口(圖（b）所示位置)；同時刮板B伸出，到圖（c）所示位置時又形成一個新的計量腔。當轉(zhuǎn)動一圈時，可以形成幾個計量腔。在流體流動時，計量腔不斷地形成，計量腔內(nèi)的液體排向出口。由于計量腔的容積、轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)計量腔數(shù)目均為常數(shù)，所以流過流量計的流體的體積與轉(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，電信號經(jīng)過放大器放大后，形成4-20mA標準信號，輸出給流量積算儀或自動化系統(tǒng)進行積算。

圖工作原理圖

3.質(zhì)量流量計

管道里流體被振動時，形成一個與流動方向垂直的反作用力，根據(jù)科里奧利效應(yīng)，由于震動不同步，入口處與出口處在振動的時間不同，形成相位時間差。相位差與流過管子的流體質(zhì)量流量的多少成正比。通過電路能檢測出這種時間差異，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。

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

4.流量儀表的發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)流量總體水平不高，與國外有一定的差距，隨著科技的進步發(fā)展和工業(yè)自動化程度的提高和科技工作者不斷提高研發(fā)力度，流量測量技術(shù)會得到較大發(fā)展?，F(xiàn)就流量計的發(fā)展方向總結(jié)如下：(1)流量檢測技術(shù)的發(fā)展，流量計趨向數(shù)字化、智能化、高精度發(fā)展。質(zhì)量流量計、超聲波流量計等會得到更廣泛的應(yīng)用；(2)由于通訊技術(shù)的發(fā)展，流量計趨向遠程控制及網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展；(3)流量計趨向從單相測量向多相測量發(fā)展。自動化水平高、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、更加智能等方向會是流量儀表的主流趨勢。

[1]林克努,流量檢測儀表的發(fā)展,自動化儀表,1994,PL-5．

[2]蔡武昌,流量測量儀表現(xiàn)狀與發(fā)展,自動化儀表,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：流量儀表傳感器測量技術(shù)及測量信號處理方法。