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1，流量計的發(fā)展

　　流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由于過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。

　　我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進口。

　　流量測量是研究物質(zhì)量變的科學，質(zhì)量互變規(guī)律是事物發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。對于一定的流體，只要知道這三個參數(shù)就可計算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測量中必須檢測此三個參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過程和科學實驗的基礎(chǔ)，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到zui廣泛的應(yīng)用。

2，流量計的應(yīng)用領(lǐng)域

　　流量測量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個領(lǐng)域。

　　一，工業(yè)生產(chǎn)過程

　　流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛誚用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護及人民日常生活等國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟中占有重要的地位。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。

　　二，能源計量

　　能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學管理能源，實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃氣、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經(jīng)濟核算*的工具。

　　三，環(huán)境保護工程

　　煙氣，廢液、污水等的排放嚴重污染大氣和水資源，嚴重威脅人類生存環(huán)境。國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策，環(huán)境保護將是21世紀的zui大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。

　　我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是*污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。

　　四，交通運輸

　　有五種方式：鐵路公路、航空、水運、和管道運輸。其中管道運輸雖早已有之，但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問題的突出，管道運輸?shù)奶攸c引起人們的重視。管道運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒和經(jīng)濟核算的*工具。

　　五，生物技術(shù)

　　21世紀將迎來生命科學的世紀，以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測計量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。儀表開發(fā)的難度極大，品種繁多。

　　六，科學實驗

　　科學實驗需要的流量計不但數(shù)量多，且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計流量計100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的，它們并不批量生產(chǎn)，在市面出售，許多科研機構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制的流量計。

　　七，海洋氣象，江河湖泊

　　這些領(lǐng)域為敞開流道，一般需檢測流速，然后推算流量。流速計和流量計所依據(jù)的物理原理及流體力學基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。

3，流量計種類

　　用以測量管路中流體流量(單位時間內(nèi)通過的流體體積)的儀表。有轉(zhuǎn)子流量計、節(jié)流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計和堰等。 

　　流量測量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。

　　這60多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計^[2]。 

　　總量表測量一段時間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示,實際上流量計通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴格意義來分流量計和總量表已無實際意義。 

　　按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。 

　　按照目前zui流行、zui廣泛的分類法,即分為:容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質(zhì)量流量計和插入式流量計、探針式流量計，來分別闡述各種流量計的原理、特點、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。

3.1差壓式流量計

　　差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

　　差壓式流量計由一次裝置(檢測件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類,如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。 

　　二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計,差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表,它既可測量流量參數(shù),也可測量其它參數(shù)(如壓力、物位、密度等)。 

　　差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為:節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。 

　　檢測件又可按其標準化程度分為二大類:標準的和非標準的。 

　　所謂標準檢測件是只要按照標準文件設(shè)計、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。 

　　非標準檢測件是成熟程度較差的,尚未列入標準中的檢測件。

　　差壓式流量計是一類應(yīng)用zui廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居*。近年來,由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分數(shù)逐漸下降,但目前仍是zui重要的一類流量計。 

　　優(yōu)點: 

　　(1)應(yīng)用zui多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長; 

　　(2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬; 

　　(3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)。 

　　缺點: 

　　(1)測量精度普遍偏低; 

　　(2)范圍度窄,一般僅3:1~4:1; 

　　(3)現(xiàn)場安裝條件要求高; 

　　(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。 

　　注：一種新型產(chǎn)品：引進美國航天*而開發(fā)的平衡流量計，這種流量計的測量精度是傳統(tǒng)節(jié)流裝置的5-10倍，*壓力損失1/3。壓力恢復快2倍，zui小直管段可以小至1.5D，安裝和使用方便，大大減少流體運行的能力消耗。

　　應(yīng)用概況: 

　　差壓式流量計應(yīng)用范圍特別廣泛,在封閉管道的流量測量中各種對象都有應(yīng)用,如流體方面:單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等;工作狀態(tài)方面:常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等;管徑方面:從幾mm到幾m;流動條件方面:亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。 

3.2 浮子流量計

　　浮子流量計,又稱轉(zhuǎn)子流量計,是變面積式流量計^[5]的一種,在一根由下向上擴大的垂直錐管中,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。 

　　浮子流量計是僅次于差壓式流量計應(yīng)用范圍zui寬廣的一類流量計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 

　　80年代中期,日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15%~20%。中國產(chǎn)量1990年估計在12~14萬臺,其中95%以上為玻璃錐管浮子流量計。 

　　特點: 

　　(1)玻璃錐管浮子流量計結(jié)構(gòu)簡單,使用方便,缺點是耐壓力低,有玻璃管易碎的較大風險; 

　　(2)適用于小管徑和低流速; 

　　(3)壓力損失較低。

3.3容積式流量計

　　容積式流量計,又稱定排量流量計,簡稱PD流量計,在流量儀表中是精度zui高的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分,根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。 

　　容積式流量計按其測量元件分類,可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉(zhuǎn)筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。 

　　優(yōu)點: 

　　(1)計量精度高; 

　　(2)安裝管道條件對計量精度沒有影響; 

　　(3)可用于高粘度液體的測量; 

　　(4)范圍度寬; 

　　(5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計,總量,清晰明了,操作簡便。 

　　缺點: 

　　(1)結(jié)果復雜,體積龐大; 

　　(2)被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大; 

　　(3)不適用于高、低溫場合; 

　　(4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體; 

　　(5)產(chǎn)生噪聲及振動。

　　應(yīng)用概況: 

　　容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量zui大的流量計,常應(yīng)用于昂貴介質(zhì)(油品、天然氣等)的總量測量。

　　工業(yè)發(fā)達國家近年PD流量計(不包括家用煤氣表和家用水表)的銷售金額占流量儀表的13%~23%;我國約占20%,1990年產(chǎn)量(不包括家用煤氣表)估計為34萬臺,其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70%和20%。

3.4 渦輪流量計

　　渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導出流量或總量的儀表。 

　　一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。 

　　渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復性、精度*的產(chǎn)品,作為類型流量計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。 

　　優(yōu)點: 

　　(1)高精度,在所有流量計中,屬于zui的流量計; 

　　(2)重復性好; 

　　(3)元零點漂移,抗*力好; 

　　(4)范圍度寬; 

　　(5)結(jié)構(gòu)緊湊。 

　　缺點: 

　　(1)不能長期保持校準特性; 

　　(2)流體物性對流量特性有較大影響。 

　　應(yīng)用概況: 

　　渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應(yīng)用:石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國,渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表,僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸,壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計,它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。

3.5電磁流量計

　　電磁流量計是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導電性液體的儀表。 

　　電磁流量計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計不易應(yīng)用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。 

　　70、80年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破,使它成為應(yīng)用廣泛的一類流量計,在流量儀表中其使用量百分數(shù)不斷上升。 

　　優(yōu)點: 

　　(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等;