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流量測量儀表及其發(fā)展趨勢
測量單位時間內(nèi)流經(jīng)封閉管道或明渠有效截面流體量的傳感器/儀表即為流量測量儀表,。這流體量可以用流體體積或質(zhì)量來表示,，分別稱之為體積流量qv和質(zhì)量流量qm,。按采用的檢測方法不同,，可將流量傳感器/儀表歸納為容積式,、速度式和直接質(zhì)量流量式等,。
容積式流量測量儀表
容積式流量測量儀表是在單位時間內(nèi)以標準固定體積對流體進行度量,，以排出流體的固定容積數(shù)來計算體積流量的儀表,，又稱定排量流量計。工業(yè)上常用的有橢圓齒輪流量計,、腰輪流量計等,。特點是受流體流動狀態(tài)影響小，度和重復(fù)性高,，適于測量高黏度,、低雷諾數(shù)的流體。
橢圓齒輪流量計
在計量室內(nèi)裝有一對相互嚙合的橢圓齒輪,。在進出口流體差壓作用下產(chǎn)生交替相互驅(qū)動,，并各自繞軸做非勻角速度旋轉(zhuǎn)，被測流體通過橢圓齒輪和計量室之間的新月型空腔,，一份接一份地排出,。通過對齒輪轉(zhuǎn)數(shù)的計量，即可推算出流量值,。
腰輪流量計
在計量室內(nèi)裝有一對腰輪,，在被測介質(zhì)進出口差壓作用下旋轉(zhuǎn)，并通過同軸驅(qū)動齒輪交替相互帶動,，一份份排出腰輪與計量室之間空腔中的被測流體,。通過對齒輪轉(zhuǎn)數(shù)的計數(shù)來推出流量值，又稱羅茨流量計,。
速度式流量測量儀表
速度式流量計是通過與恒定截面上的平均流速有關(guān)量的測量來顯示體積流量的,。渦輪流量計、渦街流量計,、均速管流量計,、超聲流量計,、電磁流量計和節(jié)流式流量計等均屬此類。流體在管道截面上的流速分不對其度影響很大,，因此要求流量計前后有較長的直管段,。
渦輪流量計
當被測流體通過時，沖擊渦輪葉片,，使渦輪旋轉(zhuǎn),，在一定流量范圍內(nèi)和一定的流體黏度下，渦輪轉(zhuǎn)速與流體流速成正比,，通過檢測渦輪轉(zhuǎn)動頻率來顯示體積流量,。具有結(jié)構(gòu)簡單、度高和響應(yīng)靈敏等特點,。
渦街流量計
在流體中放置一個旋渦發(fā)生體（如三角柱,、圓柱）、在其下游兩側(cè)就會交替出現(xiàn)旋渦,。在一定流量范圍內(nèi)旋渦釋放頻率與流速,、流量成正比。旋渦頻率檢測方式有熱敏式,、應(yīng)變式和壓電式等,，其特點是測量范圍寬、壓力損失小,、安裝方便,，特別適合于大流量測量。
均速管流量計
其測量管迎流面上有多個全壓檢出孔,，取得流動截面上平均全壓,，測量管背面取壓孔取得流動背壓，用平均全壓和背壓之差來測量流動截面上的平均流速和體積流量,。其特點是壓損小,，安裝維護方便，適用于測量大管徑流量,。
超聲流量計
通過檢測超聲波聲能束或超聲脈沖與運動流體的相互作用來測量運動流體流速和體積流量,。檢測方法有傳播時間法、多普勒效應(yīng)法等,。這是發(fā)展迅速的一種流量檢測技術(shù),，特別適用于大管徑流量測量、含固體顆粒兩相流測量,、明渠流量測量等,。
電磁流量計
基于法拉第電磁感應(yīng)工作原理，內(nèi)襯絕緣材料的非磁性管道兩側(cè),，設(shè)置一對磁極,，當導(dǎo)電流體在管內(nèi)流動時,，流體切割磁力線，并在與磁場和管道軸線相垂直的管壁電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,，它與截面上的平均流速成正比,。測量感應(yīng)電動勢大小就可求得體積流量。其特點是測量范圍寬,，壓力損失小,，使用壽命長，適合于導(dǎo)電流體及漿液流量測量,，也可用于雙向的流量測量。
節(jié)流式流量計
在管道中設(shè)置使流體流束收縮的節(jié)流件,，如孔板,、噴嘴和文丘里管等，測量節(jié)流件兩側(cè)與流量平方成正比的差壓值,，就可求得流量,。流量測量用的節(jié)流裝置有幾種形式已標準化，只要按標準進行加工和安裝,，就可得到流量與差壓之間的刻度關(guān)系,，無需個別校驗與分度。節(jié)流式流量計結(jié)構(gòu)簡單,，使用壽命長,，能在高溫、高壓下工作,，是目前工業(yè)上使用多的流量計,。但它的測量范圍小（量程比為3:1）,，安裝要求嚴格,，壓力損失較大，刻度為非線性,。
直接式質(zhì)量流量儀表
質(zhì)量流量計是指儀表輸出信號直接代表單位時間流過的流體質(zhì)量,，度不受流體密度、黏度等變化影響,，又稱直接式質(zhì)量流量計,，如科里奧利質(zhì)量流量計、角動量質(zhì)量流量計,、熱式質(zhì)量流量計等,。這類儀表比較復(fù)雜，價格高,，尚未普及,，目前常用的是同時檢測流體體積流量和密度（或溫度和壓力）,，通過運算得出質(zhì)量流量值，稱之為推導(dǎo)式質(zhì)量流量計,。
科里奧利質(zhì)量流量計
流體在旋轉(zhuǎn)的管內(nèi)流動時會對管壁產(chǎn)生科氏力,，這類流量計利用流體流過振動管道時產(chǎn)生的科氏力物理效應(yīng)對管道兩端振動相位的影響來測量流過管道的流體質(zhì)量流量?？蓽y兩相流體,，但通常不宜用于測液、氣二相流,，對流速分布不敏感,，無需前直管長度安裝要求，量程比可達100:1,。
熱式質(zhì)量流量計
利用流動中的流體與熱源（流體中加熱的物體或測量管外加熱體）之間因流體流動造成的溫度場變化關(guān)系來測量流量的儀表,。根據(jù)熱源及測溫元件與流體接觸方式的不同，可分為接觸式和非接觸式兩種,。可測極低流速（可低至0.05m/s）,，無可動部件,，不存在阻塞問題，但對流體的潔凈度和直管段有一定要求,。
發(fā)展趨勢
概括而言,，推動流量測量傳感器發(fā)展的主要動力是：高精度及可靠性需求、降低采購成本及運行維護費用,、技術(shù)提升因素等,。
原有測量技術(shù)的升級改進
以科里奧利質(zhì)量流量計為例，傳統(tǒng)測量管徑不超過DN50,，不適宜于夾帶氣體的液體流量測量?，F(xiàn)在GE Sensing、Endress+Hauser,、KROHNE,、Micro Motion等公司可提供DN400以上的產(chǎn)品。特別是德國KROHNE公司于2012年6月14日發(fā)布了世界上款具有*的夾帶氣體管理功能（EGM）的全新雙彎管科里奧利質(zhì)量流量計OPTIMASS 6400,，解決了混合有氣體的液體流量測量的難題,，且適用溫度范圍寬（-200°C～+400°C），壓力可高達20Mpa,可用于液體,、氣體流量的計量,。
新興技術(shù)的涌現(xiàn)
隨著科技進步和市場需求，涌現(xiàn)出了許多新興流量測量技術(shù),，具代表性的有光學流量計和聲納流量計,。
光學流量計的檢測方法有多普勒效應(yīng)法和傳播時間法等,。其中，激光多普勒光學流量計的工作原理是基于當激光束照射到流動的流體介質(zhì)顆粒時,，將會發(fā)生與流體顆粒流動速度成比例的波長變化（即多普勒頻移效應(yīng)）的激光散射，通過測量其波長變化進而推導(dǎo)出流體流量,。傳播時間式光學流量計是基于光閃爍技術(shù)來測量流量的,，即當流體介質(zhì)顆粒流過激光束時，引起激光散射并產(chǎn)生脈沖信號,，通過測量兩個光檢測器之間信號傳輸?shù)臅r間，就可推導(dǎo)出流體顆粒的流速,，其實質(zhì)上是基于光學激光傳播時間法的流速傳感器,。具有寬的量程比（達1000:1）,，適應(yīng)低流速（低為0.1m/s），測量不受被測介質(zhì)溫度,、濕度、壓力,、導(dǎo)熱性和構(gòu)成成份等因素的限制,，測量精度和性能不受管道振動和噪聲的影響,，故光學流量計特別適用于具有流速變化幅度大,、輸送管道管徑范圍寬（如煙囪、煙道,、排放管或其它受限空間）的火炬氣,、生物氣和氣體污染物排放等的測量，在環(huán)保,、石油,、化工等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣泛。
聲納流量計是一種基于聲納測速技術(shù)的傳感器,。它不同于超聲波流量計,，不受管垢、管道襯膠,、流體磁性等的影響,，可實現(xiàn)灰漿,、污水,、硫酸,、氣/液等單相和多相流的非侵入式、高精度,、高性能和高可靠的流量測量,。美國CiDRA公司生產(chǎn)的SONARtrac®聲納式流量監(jiān)視裝置，它不僅可以測量單相流（如鹽水）和多相流（如高濃度灰漿）,，而且也可以在線實時測量任何液相流體中所夾帶的氣體量,，且所夾帶氣體量的測量范圍較寬（0%~20%），測量精度也高達0.01%,。由于是動態(tài)測量流體流動紊流,，故不存在漂移。產(chǎn)品出廠標定后即可終生免除多次標定的麻煩,。
從傳統(tǒng)技術(shù)向新技術(shù)變遷
大體而言,，前述流量儀表/傳感器中的差壓式（包括孔板、文丘里,、噴嘴,、均速管、楔形,、道爾管,、V錐等）、容積式,、渦輪式等均采用傳統(tǒng)測量技術(shù),，屬經(jīng)典流量技術(shù)儀表?？评飱W利,、電磁式、超聲波,、渦街,、熱式等屬于新技術(shù)型流量儀表。相比較而言,，新技術(shù)型流量傳感器精度較高,，無活動部件，不存在磨損問題,，且常為非插入式,，無壓力損失，更節(jié)能,，更可靠,，因而成為流量儀表制造商和研發(fā)機構(gòu)的主要關(guān)注點和研發(fā)投入點，并且其*也在逐年提高。據(jù)美國FlowResearch流量研究機構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),，科里奧利和超聲波等新式流量計的*在以每年6%到8%的比例增長,。
此外，依托現(xiàn)代MEMS加工技術(shù),、半導(dǎo)體微電子技術(shù),、信息處理和通信技術(shù)的發(fā)展，新一代的流量傳感器大都集成有數(shù)字信號處理和通信等微處理器芯片,，使其具備了自診斷,、數(shù)據(jù)智能處理、人機對話等功能,，實現(xiàn)了流量傳感器的智能化,、多功能化、信息化和微型化,。
