流量仪表应用和发展若干动态

流量仪应用和发展若干动态蔡武中国仪器仪行业协会流量仪专业委员会，上海200233节流流量计内锥体流量计具有自诊断功能的电磁流量计宽范围度非满管电磁流量计压缩夭然气汽车加气机用科里奥利流量计能测气液混合流体的科里奥利流量计微机电系统热式流量计等的若干情况。在新测量原理流量仪方面，概述了声纳流量计和微波气固双相流量计，以及利用蝶阀瓣产生差压的蝶流量控制阀和用电磁流量计在线测量液体粘度。

0引言随着19附1城市供水系统和管道燃气的建设。

出现了叶轮式水膜皮囊式煤气文丘里管差压式流量计等流量仪，20世纪十年代又出现孔板和喷嘴节流的差压式流量计浮转子流量计和容积式流量计等基于力学原理的机械式流量仪。进入40年代以流程工业和城市公用事业为先导的工业社会。大量使用流量仪并提出各种要求，促使不同测量原理的新颖流量仪问世和发展并进入工业应用。例如电学原理的电磁流量计50年代静电场流量计六七十年代士邢的超声流以七代热7妙1！的热！流量汁601代；光学阳涡街旋涡分离流量计旋涡进动流量计射流流量计。六七十年代。利用科里奥利力原理的质量流量计80年代等。90年代以后。虽然在国际流量测量学术会议到些新测量原理流量仪的论文，但很少到能达到工业实用阶段的流量仪投向市场，推向市场的新型号仪只是在原测量原理的基础上改进，扩展应用领域，提高性能和增加功能。本文主要就这类新型号流量仪的发展动态作回败此外。近年市场上出现了些新测量原理的流量仪，例如利用声纳技术和利用微波技术的仪衣。在此作茼要介绍。

1差压式流量计差压式流量计在工业应用流量仪中长期居于第位然而近几十年新测原观仪层出不穷花争放。以其优越性能，侵蚀差压式仪传统应用领地。差压式流量仪因范；役窄要求1讲置直管段长1力损尖大1板和喷嘴1管易肌，故障多和安砚复杂等不足之处。挡不住各类新颖仪的优越性能，使其所占份额路下滑。在国外销售金额进入21世纪以来己退居访位。

上世纪80年代以来人们试改进差压式流量，置和差压变送器组成体的体化仪探索新型或改进原有节流装置或差压发生器。如弯管流量计椭圆节流流量内锥体流量计等。其中若干品种纟十余年现场试考核。被用户所认可。逐渐扩大应。国外有人提出再认识差压式流量计的论点+近几年差压式流量计市场占有率有止跌回升之势。我国也有这样的趋势夂弯管流量计由于可以利用管线拐弯位置现成弯管或专门制造量而增加压力损失，直管段长度要求也较低前5，1后20，范围度也可以提高到只是产生的差压较低。然而我国过去不太重视，直到上世纪六七十年代开始才在核工业和冶金1业应用。经研允和实践渐渐认识和推广。

冶金自动化研究设计院对圆形矩形弯管作气体实流实验研究。求取流量方程式和仪系数。以及来流流速分布畸变影响和直管段长度等安装要求等1河北理工学院研究弯管流量计规模化生产的工艺和技术要求。如弯径比测量方法等15.这些研宄成果对推动弯管流量计在工业上推广应用作出了贡献，如在钢铁工业用于高炉煤气等大管径气体流量测量，各工业部门应用于测量水蒸汽流量。近年在我国各界已引起注视，有了较大发展。仅河北理工学院智能仪器厂家企业就销售了6000余台套；从多国仪器仪展102005展会上，国内企业展差压发生器21家中有5家展弯管流量计中反映出来。实验研宄认为未经实流校准的仪测量精度般为杨5，实流校准的则为1.测量液体也有称可达施。当前我国弯管流量计的发展，某些方面已处于前列。

12椭圆节流流量计671为降低差压流量计的压力损失，上世纪六七十年代曾在文丘里管基础上改进开发若干种低压损流管，如道尔，3管低压损管0，1管等，道尔管压损仅为标准文竹的，4.1抑几年山武公。1日又开发出种喉部前端由椭圆旋转面过渡的节流件组成的椭圆节流流量计，节流是在无回流区平滑流线下完成。化，不存在像孔板下游管壁附近回流区内形成涡流，13，所产生较大压力损失。椭圆节流流量计的压损仍比标准文丘里管高，8涡流6节流但据山武公司称比孔板低约4070.有较宽的范围役0201.游1管段长度要求也较低，视上游挠流件而异，*，要0.5山武公司还开发了以椭圆节流件和具有计算功能多参数测量差压变送器组成体的0压缩天然气汽车加气机用的厘015人型差压式质量流量计。

该差压变送器除测量差压外，还检测流体温度和压力，按0美国煤气协会尺。8厌然气压缩因子计算所规定的计算式，在计算单元进行演算求取质量流量。它与另，汽车加气机常用的科里奥利质量流量计相比，压损小约为，外形紧凑体枳约为+测量精度较低仅为杨测从讥人而科里奥利流量计为0.20.3丑。山武公司还以椭圆节流体组成称作人型空气管理用流量计，1泣从50，50画4种，种适于1凡缩空运行节能管理的体型差压式流量计。可作压力温度补偿，给出质量流量。能在现场显瞬时流量累积总量管内压力，并有模拟量和脉冲量输出，测量精度为13内锥体流量计32内锥体差压发生器收缩即节流方式的差压发生器组成的流量仪美，1.1公司于20世纪80年代推向市场。商业名1.厂161流量业界也有称环形文丘里管81心，1流量计。流体流过节流维体时具有调整来流流速分布畸变的作用。因此前置直管段长度要求较低；锥体后缘产生旋涡远小于孔板后缘，从而低压端压力波动小输出差压稳定。可以利用较低差压。国外样本称实流校准的仪衣测量精度为±观兄前直管段长度要求0，3江后直管段却要0，山。

有资料却称前置直管段0，20.后置直管段却要3，5，1内锥体流量计流出系数当管道雷诺数心8000即趋常值，从而使有较宽的范围度，典型为1.压力损失仅为孔板的1.

00他，2002展会上展，近年其他企业相继入市，市场十分活跃，展会展厂商日益增多，厘10既2005展会上有9家国内外企业展出，其中国内企业6家。

对于当前国内内锥体流量计的状况，有流量测试专家认为国外厂商样本提供的技术指标并不完全被厂商自己发报告的试验数据所支持，且试验还做得不够，对有些技术指标置疑；国内实验亦不完善，应组织全社会力量做进步试验研究+114利用蝶阀为差压发生器测量并控制流量近几年市场1出现种能作流量测景和控制的。

由蝶阀组调节单元和执行单元组成体的蝶控制阀。

液体流过蝶阀瓣产生扰动摩阻力等形成压力降，使蝶瓣上下游两侧受到压力差形成的力，蝶瓣轴受到相应矩，从而推求差压。实验明应变量与差压大体上呈正比线性关系，从差压推求流量，再经调节单元和执行单元控制阀瓣开度。本控制阀适用于定量批量控制和定流量控制，能实现般定流量控制阀不能实现的从高差压到微差压可测0.00.6推荐，30.33的定流量控制。般流量计+调节器+控制阀组成的控制系统，流量控制误差维持在±观范围内还感到困难。据资料称东洋阀公司的增休型蝶控制阀流量柠制误差能达到±双以满度值，3是啦制流量的运行例。

2电磁流量计近十余年来电磁流量计发展较快，在世界范围内其销售金额己据流量仪诸品种的首位。近年发展主要是拓展应用领域改善性能和增加功能。例如降低电导率阈值电容电极检测信号，降低功耗干电池供电仪，线制仪2002年前后已占热4；降**位电磁水，水行业专用仪等。此外，*近在增加自诊断功能方面又有进展，新型的仪相继面市；非满管仪向更低下限流量延伸；探索用电磁流量计测量原理在线检测液体粘度，下文就这方面作了扼要阐述。

21电磁流量计自诊断功能方面的进展电磁流量计是无阻扰测量，且接液部件易作耐腐蚀处理。因之较多应用于腐蚀性液体和液固双相流体，如各类酸碱液矿浆食品果酱废污水等。这类严酷测量介质易在传感器测量部位电极和衬里壁结垢附着污秽磨损，妨碍测量或影响测量准确性，需要定期维护。必要时将流量传感器卸下管线检查和清扫。

流量传感器卸下管线检查有时要影响正常生产，且比较麻烦，于是人们用通用仪检查电极接触电阻绝缘电阻等作出判断，是否真正需要卸下管线处理。

这种检查方法需要专门训练，通常由电磁流量计制造厂售后服务专业人员操作，使用单位人员不易掌握。

世纪9.年代中期奸始。世界知名制造厂如，lt.lanfoHJ.E+HJS.FiKiui.+loi.t.r德相继开发在线检测电磁流量计的专用仪器例如商业名办。检验器。12检验器等。和便携式，机配合使用，比较方便地在现场在线检验电磁流量计，检查项目有励磁线圈完好性，信号电极电路的完好性。电极的绝缘性和接液电肌判断污秽或垢层覆盖电极，转换器的励磁电流和输出信号等3.

本方法比通用仪检查操作方便判断准确，使用单位可实施。

然而电极污秽和垢层沉枳等故障形成玷个渐变过程，超过限度前所引起测量值的变化不会或不易被运行人员察觉，如果故障发生在检查周期中间，还是要停运维护。专用检测仪器尚不能完全符合生产需要，人们要求具有对这些运行故障和仪本身故障能随时作自诊断的仪。

00人双型电磁流量计。就具有电极沾污诊断功能。当电极被绝缘附着物沾污后。从所监测信号源阻抗，发出4个等级污染程度的预警信号，提运行人员及时清洗，保证仪测量准确性和正常运行。

尺1公司近年投入市场的肌300型电磁流量计设计有更多诊断功能，除对仪本身重要电子元器件和软件进行诊断外。还能作如下诊断诊断流量传感器电极被污染或绝缘层覆盖程度，腐蚀或泄漏衬里变形磁场下降；诊断胃令换器输出信号线性度励磁电路的完整性和准确性过括励磁线电阻和励磁电流监拉和诊断流柯和环境的茶件的变化。如液体电导率是否变化，液中气泡和固体颗粒或纤维含量。外界磁场等。

诊断是通过仪内部些设定输入条件改变前后，测量某些内在参数变化以作比较与判断。例如测量电压电流电阻判断电极污染程度，电极泄漏，液体电率和磁场降测电极噪声判断电极是否在腐蚀，液中是否有气泡改变两线圈连接方法使产生不同磁场分布。从流量信号的变化判断衬里变形和来流流速分布畸变等。

22非满管电磁流量计具有自由面自然流动的非满管电磁流量计，自1992年由抓+0，公司投放市场以来，至少已有4家企业提供定型产品。非满管电磁流量计是由测量流过流量传感器测量管内液体流速和过流面积两者取得的旧。它们取决于，所连接管道的坡度纟管内壁粗糙度成③管内径艮其流量关系式是由曼宁流速公式深化而来，流量如下式。

3的非常光滑，500混凝土管或钢管为例，液位高吱为概内径时流谭约为4，131液位高度你时50，是*低电极位置流速约1.518，流煌约为20213测景范围度约为50爱知时汁电机公司山近年开发的仪。其流量传感器内装12流机收缩流通通道成为倒梯形，以提高下限流量，流量范围度扩展至1并且不存在单独使用，流槽时无流动而测量部位滞留剩液所造成误测量和误积算总量的缺点。

以某装在排放口的0200仪为例，测得*大流量为350m3h*小流量为0.35m3lt据称范围度在本仪还可装在下水道末端排放口，与排放口常用的差压式反喷嘴相比测量精度和范围度均优越喷嘴精度为±，范围度为101.

23用电磁流量计测量液体粘度71流程液体粘度的专用电磁流量计。专用电磁流量计原理，4，改变传统电磁流量计的励磁方法，产生两种磁迎密度冗和磁场分布则两种磁场分布条件下感应的流量信号电势队1求得与流速个两参数流变学模型士，1在此基础上可大体探求出流速分布廓形，而粘度变化也会使廓形产生相应变化。

流体粘度是流体内摩擦大小的参数，是剪切速率和剪叻应力的函数。数值可。多种数学校型述。

如常达粘度的有指数方程改装后电磁流量计中所测得的流量信号比和指数之间有5的关系，即在其他流体和流动参数恒定的条件下流速分布廓形变化可反映出流体粘度变化。另外用台差压变送器测量管系压力损失即差玉以求取人。因为是差压单平均流速和的函数。即人=.7.厂这样就可从和人获悉在线流动中液体粘度的信息。研，还对糖浆牛顿流体淋溶土溶液，0，1801和番琉酱后两种均为非牛颉流本作了实验验证。

3质量流量计质量流量计可分为直接法和间接法两大类。直接法直接检测与质量流量有函数关系的变量求取间接法又称推导法，测量体积流量再与其他参数如密度传感器组合求得质量流量。当前直接法仪用得*多开拓和新型仪开发又有所进展；间接法仪第参数以前均用另外的传感器检测，近年开发了若干在流量传感器上附设第参数检测元件的间接法质量流量仪，简化了工程设计和安装调试。方便使用。1=文就这些方面作扼要阐述。

31科里奥利质量流量计3.1.1测量压缩天然气和高压氢气早期科里奥利流量计只能应用于液体，现在已可用于中高压气体，近年开发用于汽车加气机中测量压缩天然气的仪。流量范围1.25，25，测量精度±0.尺工作压力25.正在研制用于燃料电池气加气机超压科奥利流量化*使⑴士权+零点稳定性误；13.1.2测量气液相混合流体，传统科里奥利流量计测量气液相混合流体时气体占个比，柬，超过10就无法准确测量质量流量。牛津大学和，050，公司合作开发出带有奶扎高级科里奥利流量计数字控制专用件的打50型流量变送器。

化后的质量流量记录例。运行时会形成气液相的气泡流或塞状流。从上可以看出高达5以上。

050型仪还适用于批量控制开始进液时处于空管或半空管状态而仍能进行准确批量计量。7是开始时从空管状态进入计量的过程记录。

32薄膜型热式流量计当前热式流量计在流程工业应用较多的是热量传递效化的热分布式和热消散效应金氏定律的悦入用于中大管径气体流量，其加热和温度检测元件绝大部分由电阻丝组成。上世纪90年代中后期出现了在电子器件微机械加工的薄膜型热分布式热式流量计。

在流量测量上应用，现在国内市场上也已到。8在硅基片上刻蚀加热电阻队上吓游测温电阻1和周围温度电阻氏。检测件贴装于测量管道内壁。流量为零时，温度分布上下游对称，圪=心有气流时对称性被破坏，产生温差，汉以此推导出流，检测件有气流通过时入薄膜型仪与细管型热分布式仪相比，有响应快灵敏度更高等优点；但其所测流体的化学性质会给测量值带来变化，此外长期运行和漂移操作方面的些问还需提高。薄膜型仪因流量检测件小响应快，在应用其他热式流量计受到限制的领域得到拓展。例如家用热水器预混合燃烧喷嘴流量控制，家用热量计上测量热水消耗总量，燃料电池上用作气体流量控制等。有资料称1碰8流量传感器2004年世界市场容量已达26亿余美元。

肘1附叉2，5展会上方4；皆，公司展了医爪1十系列54体流量传感器。应目亍呼吸机麻醉机等流量监控；工业用现系列传感器应用于燃气和其它清洁气体生产过程流量监测和控制，口径在5033间接法质量流量计接法庾量流量十7公以测4体积流量，或测爨的流置仪如差压流砧计密度仪之间16种规格。测1；液休流速范，1流量测量精度般为1尺，经实流校准为0.尺重复性为发也适用于纸浆矿浆等固液相流体，以及含有气泡液体。

5微波气固双相流量计德国斯威尔工程公司撕哗，格，校┰，随1呢，2005展会上展采用微波技术的双相流量计，用于管道气力输送颗粒或粉末总量计量，固相间管道配比流量控制，煤粉燃烧等粉汽配比流量控制。

微波流量计的工作原理意。在流4传感器的测量管中，通过高频交流电磁场产生个均匀的测量场，当固相流体通过时吸收测量场能量，产生个与被输送固相流量相关的信号。在测量管上置有两个相距68的微波传感器，两个位置交流场的能量变化不，采用具有专利权的方法，即基于完善的声纳阵列处理技术。在流程管道揣流流动存在固有的连贯性旋润扰动，流经管外夹装的阵列传感器位置时，听测旋涡扰动形成的压力场。追随旋涡经过阵列的速度。求取流体获取单相和双相流体成份的信息。例如已知两种介质它们的体积组成百分比。

或温度压力仪组合运算获得质量流量。早期这种方法应用的第第参量均由独立的传感器检测组含。使用时分别安装并作系统调试。迸入纪9，年代，各仪制造厂纷纷推出流量传感器和其他参量传感器组成体的间接法质量流量计，如带压力，度补偿或密度计算的气体涡轮流量计气体旋进旋涡流量计等。近十余年又有所发展，在流量传感器上附设其他参数检测元件，使仪结构更为简洁和使用方便。

3.3.1旋涡强度型涡街质量流量计，检测旋涡发生体所受到旋涡升力厂，其值与流速6甲方成正比。即F1.2.两相除得质4流景，即3.3.2超声质量流量计124超声质量流量计是在传播时间法超声流量计测量体积流量基础上，再利用超声测量第参量流体声阻抗和密度，演算求得质量流量。本仪是英国，13作1大学研制，试应用于航空工业。

3.3.3植入温度检测元件质量流量计电磁流量计电极内植入铀电阻，检测液体温度后在转换器内查取得相应密度，从所测体积流量求得质量流量；也可对不同温度体积流量作体积胀缩修正，补位流经热交换反应器前后流入疏出泓度不同4起量和路总管流出总流量间由温度差引起的体积变化量。横河电机开发的化如101型涡街流量计也在旋涡发生体内植入铂电阻测温元件，测量液体质量流量和饱和蒸气流量，若测量过热蒸汽则还要另外装1力变送器15.

声纳流量仪1261成立于卿年的戍以现公利用声纳技术开发商业化称为，他丁声纳踪迹的流量监测系统。尸测力单相或多相流休它+同于超声流贵计的另夕巾悦扰性01=声流量测量技术，可以在既设管道外夹装组阵列声压传感器监听和解读耶，管道内流体流动旋涡所产生压力场，因这是采用接受性听测方法，测量浆液等多相流体时可获得与测量单相流体同样水平80流量监测系统工作原理9所传器阵列连贯旋涡流态旋涡，100型仪常用管径有50900胯都被测量出来。在转换器内的相关器能测出固体在两传感器之间的流过时间，计算出固体流速再通过仪另浓度检测计算单元所得的浓度尺和测量管流通面积立便可求以固休物料的质流量尺仪1和个输出值。本仪实质上是利用微波检测技术的相关流量计。定型产品名义口径从10250，在标定范围内的测量精度±25.

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21上运天昭司ク口フ口廿子应用口计测邑22蔡武昌，卢国伟。从厘0呢，2005看流量仪发展和市场状况刀世界仪与自动化，201505323姜仲霞主编。流量计应用指南涡街流量计河。北京中国石化出版社，2006274276126内海正史新レレ2リ才リテクス口シtJ，混合流体气液相流，测定几日计装，2004用工作。

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