流量計的應用現狀及發展趨勢

1.流量計概述

    流量是現代工業測量過程中的一個重要參數，人類對流體的測量具有悠久的歷史。從古羅馬人測量居民用水流量、古埃及人測量河水流量到現代人對各種工業過程流量的計量，都充分體系了人類無窮的智慧。20世紀隨著能源計量、環境保護、交通運輸等應用領域對流量測量需求的牽引，使得流量計得到快速發展。尤其是微電子技術的迅速發展，為流量計的制造技術提供各種新型的元器件，進一步推動了流量計從機械式向智能化、模塊化發展。新技術、新器件、新材料和新工藝及新軟件的開發應用，使得流量計的測量準確度越來越高，流量的測量范圍越來越廣。同時流量計對測量介質的要求在降低，適用范圍也越來越寬，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。

2.流量計的分類及原理

    流量計的分類有多種方法，如可按測量原理分類，也可按儀表功能分類及結構類型分類等等。本文逐一闡述各種流量計的原理和特點。

   2.1 壓差式流量計

    壓差式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的壓差、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。壓差流量計由檢測件（一次裝置）和壓差轉換、流量顯示儀表（二次裝置）組成。

    壓差式流量計的優點有：機構牢固，性能穩定可靠，使用壽命長；應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比；檢測件、變送器、顯示儀表分別由不同廠家產生，便于規模生成。

    壓差式流量計的缺點有：測量精度普遍偏低；范圍度窄；現場安裝條件要求高等。

    壓差式流量計式應用zui廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占*。近年來，由于各種新型流量計的問世，其使用量百分比在逐漸下降，但目前仍是zui重要的一類流量計。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4-1/3。

   2.2 浮子流量計

    浮子流量計又可叫轉子流量計，是變面積式流量計的一種，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量是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內自由地上升或下降。特別是在小、微流量方面有舉足輕重地作用。

    浮子流量計的優點有：玻璃錐管浮子流量計結構簡單，使用方便；

    浮子流量計的缺點有：耐壓低，玻璃管較易碎等。

    浮子流量計適用于小管徑和低流速的流體測量。

   > 2.3 容積式流量計

    容積式流量計又稱定排量流量計，測量精度很高。它利用機械測量元件把流體不斷地分割成當已知的體積部分，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體地次數來測量流體體積總量。

    容積式流量計按其測量元件可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、原判流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

    容積式流量計的優點有：計量精度高；安裝管道條件對計量精度沒有影響；可用于高黏度液體的測量；范圍度寬；直讀式儀表無須外部能源即可直接獲得累計總量，清晰明了，操作簡便。

    容積式流量計的缺點有：結構復雜，體積龐大；被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大；不適用于高、低溫場合；大部分儀表只適用于潔凈單相流體；振動噪聲較大。

   2.4 渦輪流量計

    渦輪流量計采用多葉片的渦輪轉子感受流體平均速度，推導出流量或總量的儀表。它由傳感器和顯示儀兩部分組成。

    渦輪流量計優點有：流量計量zui；重復性好；無零點漂移，抗*力強；范圍度寬；結構緊湊。

    渦輪流量計的缺點有：不能長期保持校準特性；流體物性對流量特性有較大影響。

    渦輪流量計在石油、有機液體、無機液體、液化氣、天然氣和低溫流通的測量上獲得廣泛應用。

2.5 電磁流量計

    電磁流量計以法拉第電磁感應定律測量流速，再利用某種方法測量流通截面液位高度，從而求得流通面積，兩者相乘獲得流量。電磁流量計具有一系列優良特性，可以解決其它流量計不易解決的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。上世紀七八十年代電磁流量計在技術上取得了重大突破，使它成為應用廣泛的一類流量計，使用率不斷上升。

    電磁流量計的優點有：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；不產生流量檢測所造成的壓力損失，節能效果好；所測得體積流量實際上不受流體密度、黏度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；流量范圍大，口徑范圍寬；可應用于腐蝕性流體。

    電磁流量計的缺點：不能測量電導率很低的液體，如石油制品；不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；不能用于較高溫度。電磁流量計應用領域廣泛，大口徑儀表較多應用于給排水工程；中小口徑儀表常用于高要求或難測場合，如鋼鐵工業高爐風口冷卻水控制，造紙工業測量紙漿液和黑液，化學工業的強腐蝕液，有色冶金工業的礦漿；小口徑和微小口徑儀表常用于醫藥工業、食品工業、生物化學等有衛生要求的場所。

    2.6 渦街流量計

    渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發生體，流體在發生體兩側交替地分離釋放出兩串規則地交錯排列的游渦的儀表。按頻率檢出方式可分為應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等，它們是zui年輕的一類流量計，但發展迅速，目前已成為通用的一類流量計。

    渦街流量計的優點有：結構簡單牢固；適用流體種類多；精度較高；范圍度寬；壓損小。

    渦街流量計的缺點有：不適用于低雷諾數測量；需較長直管段；儀表系數較低（與渦輪流量計相比）；儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。

   2.7 超聲流量計

    適用于天然氣存儲交接計量的超聲流量計，由于超聲波在固體與氣體界面上的傳播效率低，管道外夾裝*（探頭）難以從管壁傳送足夠的聲能，因此目前還沒有外夾裝式氣體超聲流量計。氣體用超聲流量計始于20世紀80年代初，大部分由測量短管和插入管壁換能器組成一體的形式出現，由于測量精度較低，過去未能在價格昂貴的天然氣貿易結算計量領域占有一席之地，近年則出現多種型號精度較高的氣體超聲流量計。超聲流量計利用超聲波在不同液體中傳播速度不同的物性，在測量流量的同時鑒別管道中液體類別。如歐洲在船舶卸油入庫時常用超聲流量計測量入庫流量，同時判斷輸送的液體是石油還是油船的倉底水。超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。根據對信號檢測的原理，超聲流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波束偏移法、多普勒法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬*流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點，是近年來發展迅速的一類流量計之一。

    超聲流量計的優點有：可做非接觸式測量；無流動阻撓測量，無壓力損失；可測量非導電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。

    超聲流量計的缺點有：傳播時間法超聲流量計只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法超聲流量計只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；多普勒法超聲流量計測量精度不高。

   2.8 科里奧利流量計

    科里奧利流量計利用測量管部分振動頻率相位差正比于質量流量以測流量，利用測量管諧振頻率與管中被測介質密度間的函數關系求取密度。科里奧利流量計還從兩個基本參數質量流量qm和密度ρ衍生得出體積流量qv；若被測液體是兩種有一定密度差的混合液體，還可經密度演算得出一種液體在混合液中的濃度。

    由于不同流量計的測量原理不同，流量計的用途也不盡相同，至今還沒有一種流量計是通用的。每一種流量計總會由于其測量原理的局限，對測量介質種類、測量介質特性和流動變動特性的適應能力以及對環境條件的適應能力等方面原因，而在使用上受到限制。正因為如此，在新型流量計不斷出現的同時，一些應用歷史已經很長的傳統流量計依然得到廣泛的應用。

    3.國內流量儀表市場分布情況

    近幾年來，從我國工業發展的需要出發，國內流量計的使用隨著經濟的發展，工業應用增長較快，行業協會提供的2003年及2005年統計數據分析匯總如表1。由表1可知，03年與05年各種流量計的市場需求有較大的增長，其中以差壓變送器為zui大，其次是浮子流量計。近幾年流量儀表總體年增長率在15%以上。

    4.流量計的發展趨勢

    流量計伴隨著現代工業的發展有必要逐步完善其性能，而技術的進步也讓流量計的完善成為可能。流量計的發展將向提高流量計的可靠性，提高流量計對介質適應性、對環境的適應性等方面發展。同時隨著新的信號處理技術及新的信號傳輸技術的應用，流量計將向高度智能化方向發展。