流量?jī)x表的特點(diǎn)、選用與發(fā)展（上）

一、 概述
        1、作用與地位   流量?jī)x表是衡量物質(zhì)量變的工具。廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域，在流程工業(yè)中不僅可以改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益、管理水平，同時(shí)還為評(píng)估節(jié)能降耗、環(huán)保排污提供了重要依據(jù)。在自動(dòng)化系統(tǒng)的儀表中，它的數(shù)量雖只占約1/5;但價(jià)格可達(dá)1/3.。
        2、市場(chǎng)評(píng)估  據(jù)“Flow Research”網(wǎng)2010年底有關(guān)全球流量?jī)x表市場(chǎng)研究報(bào)告表明：盡管近二年全球受金融危機(jī)的影響，經(jīng)濟(jì)形勢(shì)不容樂(lè)觀，但為了應(yīng)對(duì)資源的日益匱乏，節(jié)能減排的緊迫，流量?jī)x表的市場(chǎng)仍逆市小幅上揚(yáng)，預(yù)計(jì)自2009~2014年期間，流量?jī)x表年均增長(zhǎng)率可達(dá)3.7%~4.2%，至2014年銷(xiāo)售額估計(jì)可達(dá)到35億~50億美元*1。我國(guó)為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，GDP增長(zhǎng)略有下調(diào)定為7%，“十二五”期間，我國(guó)流量?jī)x表市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率應(yīng)會(huì)略高于國(guó)際市場(chǎng)，為6%左右，2010年銷(xiāo)售額估計(jì)為45億人民幣*2。
        “Flow Research”評(píng)估認(rèn)為，近十余年，由于技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)流量?jī)x表的準(zhǔn)確度、可靠性提出了更高的要求，新型流量?jī)x表的市場(chǎng)及研發(fā)均有較快的發(fā)展，年增長(zhǎng)率可達(dá)7%，依次為超聲、科氏、電磁、熱式；傳統(tǒng)流量?jī)x表如:節(jié)流裝置、容積式、轉(zhuǎn)子----等市場(chǎng)為負(fù)增長(zhǎng)，約為-2%。但節(jié)流裝置由于可耐惡劣工況，成本低，數(shù)十年來(lái)裝機(jī)容量很大，我國(guó)近七、八年以來(lái)對(duì)新型流量?jī)x表的研發(fā)異?；钴S，正逐步取代傳統(tǒng)流量?jī)x表，仍有較大的市場(chǎng)潛力。
        3、會(huì)議熱點(diǎn)*3、4  2010年10月在臺(tái)北召開(kāi)了第15屆流量測(cè)量國(guó)際會(huì)議（FLOMEKO  2010）,發(fā)表論文108篇，其中：差壓式34篇（31.5%）、標(biāo)準(zhǔn)裝置28篇（26%）、超聲15篇（13.8%）、熱式8篇（7.4%）、電磁、科式各7篇（6.5%）、渦街、渦輪各6篇（5.5%）。
我國(guó)2010年在上海由中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)主持召開(kāi)了“全國(guó)流量學(xué)術(shù)交流會(huì)”，發(fā)表論文67篇，其中：標(biāo)準(zhǔn)裝置19篇（26.8%）、節(jié)流13篇（19.4%）、超聲7篇（10.4%）、非標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)6篇（9%）、電磁3篇（4.4%），
        其他如：渦街、科氏、熱式----等均僅有1~2篇。
        從以上學(xué)術(shù)會(huì)議發(fā)表的論文比重，可以看到國(guó)內(nèi)外流量行業(yè)所關(guān)注的熱點(diǎn)，要說(shuō)明的是這兩個(gè)會(huì)議都是由計(jì)量部門(mén)主持召開(kāi)的，理所當(dāng)然會(huì)給校驗(yàn)裝置特別的關(guān)注。
二、流量?jī)x表的原理、特點(diǎn)與發(fā)展*5、6
        由于影響流量?jī)x表的因素很多，其原理、類(lèi)型多達(dá)200余種，本文僅重點(diǎn)介紹以下幾種：
        1、 電磁流量?jī)x表
        ○1、原理  基于法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)電液體在電磁場(chǎng)中將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與管道中液體的流速成正比，測(cè)得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小，即可知液體流量。
        ○2、特點(diǎn)                             
        (1)測(cè)量準(zhǔn)確度不受液體密度、粘度、溫度、壓力的影響；
        (2)表內(nèi)無(wú)阻力件，可靠性高，幾乎無(wú)永久壓損；
        (3)流速范圍(0.3～1.5m/s），口徑3～3000mm；
        (4)可測(cè)液、固二相流；
        ⑸準(zhǔn)確度一般為±0.5%；
        ⑹儀表內(nèi)襯根據(jù)用戶需要可選擇橡膠、氟塑料、工業(yè)陶瓷等，可測(cè)腐蝕性、高溫等各種液體；
        ⑺無(wú)法測(cè)氣體及油品及有機(jī)溶劑等不導(dǎo)電液體，為其較大的弱點(diǎn)。
        ○3、應(yīng)用領(lǐng)域  由于其準(zhǔn)確度高，可靠性良好，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、石化、煤化、造紙、食品、市政工程、能源及水資源管理、污水排放……等領(lǐng)域，銷(xiāo)售臺(tái)數(shù)雖不及節(jié)流、差壓式流量?jī)x表，但銷(xiāo)售額遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他流量?jī)x表。
        ○4、發(fā)展方向
        ⑴優(yōu)化權(quán)重函數(shù)，提高磁場(chǎng)效應(yīng)。通過(guò)改善線圈形狀、磁軛及磁靴的設(shè)計(jì)，流速分布不理想時(shí)，如采取必要的措施，仍能得到較好測(cè)量精確度。
        ⑵采用新型磁性材料，提高儀表測(cè)量靈敏度，降低電功耗，節(jié)約電能。
        ⑶采用新型材料襯里，如：新型氟塑料ETFE、橡膠EPDM，高純氧化鋁陶瓷，以應(yīng)用于各種腐蝕、高溫、沖刷、臟污流體的惡劣工況。
        ⑷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，如果電容檢測(cè)可檢測(cè)電導(dǎo)率低至5x10 -8 s/m的液體，（一般為10 -5 s/m）。
        ?二線制：二線制可以減小電纜，統(tǒng)一電源、節(jié)約成本、便于維護(hù)。
        ?非滿管：加一個(gè)液位檢測(cè)器，可以有效解決污水排放的非滿管流量測(cè)量。
        ?插入型：解決大口徑管道流量測(cè)量，成本低，安裝維修簡(jiǎn)便，但準(zhǔn)確度將降低。

        2、超聲波流量?jī)x表
        超聲波流量?jī)x表是近十年來(lái)發(fā)展最快的一種流量?jī)x表，市場(chǎng)銷(xiāo)售額年增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上，在全球能源匱乏的今天，它既可準(zhǔn)確測(cè)天然氣，又可測(cè)石油等貴重油品的流量，因而倍受青睞。在我國(guó)市場(chǎng)上，國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)了主導(dǎo)地位。
        ○1、原理：早于1931年，美國(guó)Ruttgen就提出利用聲學(xué)原理測(cè)流量，到1957年才真正進(jìn)入實(shí)用階段。原理有時(shí)差法、相位法、頻差法、多普勒法等六、七種，應(yīng)用較多的為以下二種：
        （1）時(shí)差法  聲波在流體中傳播，順流向時(shí)傳播速度會(huì)增加，逆流向則會(huì)減少。利用傳播速度之差可求得流速 （管徑D確定,則知流量），主要用于單相、較潔凈流體。
        （2）多普勒法  多用于流體含有少量雜質(zhì)的流體，將雜質(zhì)的移動(dòng)速度視為流體的速度 ，檢測(cè)器發(fā)射的頻率 ，作用在運(yùn)動(dòng)的雜質(zhì)上將發(fā)生偏移，稱多普勒頻率 (正比流速V ), 測(cè)出 即可知 ，乘以截面即為流量 。

圖1、超聲波儀表原理圖

[DividePage:NextPage]

圖2、D系列科氏流量計(jì)原理圖
1、支撐管  2、測(cè)量管  3、6位置檢測(cè)器
4、電磁驅(qū)動(dòng)器   5、外殼

        ○2、特點(diǎn)：
        ⑴無(wú)任何阻力件、壓損小、可靠性高；
        ⑵可以測(cè)氣、液多種流體；
        ⑶準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.5%，重復(fù)性為0.1%；
        ⑷量程比可達(dá)100:1；
        ⑸可采用多聲道以保證測(cè)量準(zhǔn)確度(圖1)，目前有：?jiǎn)温暤溃?5D），雙聲道（10D），四聲道（6D）。括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為保證準(zhǔn)確度所必要的直管段長(zhǎng)度；
        ⑹管徑大小對(duì)價(jià)格影響不大，所以特別適用于大口徑，最大可至3米（液）；2米（氣）；
        ⑺可測(cè)雙向流；
        ⑻外夾式可不斷流進(jìn)行拆裝，便于現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)；
        ⑼已有標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行干標(biāo)；
        ⑽流體溫度上限應(yīng)小于200℃；壓力上限為10Mpa；
        ⑾工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的噪聲、流體組分的變化，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度均有較大影響；
        ⑿測(cè)液體較成熟，測(cè)氣體難度較大，價(jià)格較貴。
        ○3、應(yīng)用領(lǐng)域：
        ⑴ 因準(zhǔn)確度高,廣泛應(yīng)用于能源(石油、天然氣)，貴重氣體（O2，H2，N2……）,為化工產(chǎn)品貿(mào)易核算計(jì)量的首選儀表；
        ⑵ 以進(jìn)行非接觸計(jì)量,常廣泛用于高腐蝕、有毒的流體流量計(jì)量；
        ⑶ 泛用于食品、醫(yī)藥及要求十分潔凈的流體流量計(jì)量；
        ⑷多普勒法可以用于含有少量雜質(zhì)的二相流，但雜質(zhì)（氣泡、固體懸浮物……）不得大于20%。
        ○4、發(fā)展方向
        ⑴插入式：可以應(yīng)用于特大的管道，在不斷流的情況下進(jìn)行拆裝，便于維護(hù)，但準(zhǔn)確度受管道內(nèi)流速分布影響較大，在試驗(yàn)室標(biāo)定后，直接用于現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有較大誤差。此外，儀表易受流體中微?；蚋哒扯冉橘|(zhì)的污染,降低其靈敏度。
        ⑵外夾式：采用夾具固定在管道外壁，可用于安裝在任何材質(zhì)、口徑的管道上。有人設(shè)想將之作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)，但因受安裝位置、管壁材質(zhì)、厚度諸多因素的影響，準(zhǔn)確度目前還較低(低于±2%)，所以作為標(biāo)準(zhǔn)表尚有待時(shí)日。
        (3)可靠性：增加儀表在惡劣工況下(煤氣中的焦油,粉塵的粘污)的可靠性；抗噪聲能力，適用于更高
        溫度的介質(zhì)，提高換能器的耐溫能力，加強(qiáng)自報(bào)警，自診斷等智能功能。
        ⑷降低成本：以便于大量推廣應(yīng)用。
        3、科氏流量?jī)x表 
        為近十年來(lái)發(fā)展速度僅次于超聲的一種流量?jī)x表，年增長(zhǎng)率約為6%。美國(guó)艾默生集團(tuán)(Emerson)旗下的高準(zhǔn)(Micro Motion)公司于上世紀(jì)七十年代首先推出產(chǎn)品，市場(chǎng)在世界處于領(lǐng)先地位，聲稱至今在全球已銷(xiāo)售了60萬(wàn)臺(tái)科氏流量計(jì)，應(yīng)用于各領(lǐng)域。并已在我國(guó)上海浦東建立了研發(fā)基地。
        ○1、原理  如流體質(zhì)量m在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)又處于旋轉(zhuǎn)體系中，將產(chǎn)生與流速V及質(zhì)量m成正比的科氏力，測(cè)得力的大小即可知流量大小。然而在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中測(cè)科氏力十分困難，目前的產(chǎn)品都是在一個(gè)U形管中部激振管道（圖2），其中的流體產(chǎn)生的科氏力使U形管二側(cè)產(chǎn)生方向相反的扭曲，扭曲的幅度與流量成正比。用光學(xué)或電磁方法測(cè)出扭曲的幅度即可知質(zhì)量流量 的大小。
        ○2、特點(diǎn) 
        ⑴ 以直接準(zhǔn)確測(cè)質(zhì)量流量，準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.2%，密度準(zhǔn)確度可達(dá)±0.0002g/CC；
        ⑵ 儀表內(nèi)無(wú)任何阻力件，可測(cè)二相流體，但不宜用于測(cè)液、氣二相流；
        ⑶對(duì)流速分布不敏感，無(wú)需前直管長(zhǎng)度安裝要求，仍具有很高準(zhǔn)確度；
        ⑷溫度范圍-240℃~200℃，壓力（4~40MPa），不適用于高溫、低壓流體；
        ⑸量程比可達(dá)100:1；
        ⑹易產(chǎn)生另點(diǎn)漂移；
        ⑺壓損受粘度影響較大，屬于壓損較大的流量?jī)x表；
        ⑻因其工作原理，口徑一般僅200毫米，高度已達(dá)2米；但德國(guó)E+H的巧妙設(shè)計(jì)當(dāng)口徑為250毫米，高度僅為0.7米； 
        ⑼價(jià)格較貴，均為相同口徑電磁流量計(jì)的5~8倍；
        ⑽由于基于振動(dòng)原理工作，外界的振動(dòng)對(duì)其影響較大。
        ○3、應(yīng)用領(lǐng)域
        因管道中無(wú)任何阻力件，又不受流體導(dǎo)電率的限制，且無(wú)安裝直管段長(zhǎng)度要求，所以應(yīng)用領(lǐng)域較廣泛，可以測(cè)多種流體，如牛頓流體、各種漿液、懸浮液、液化氣。在當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)直管段不足，又要求較高準(zhǔn)確度的情況下，科氏流量?jī)x表顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性。已廣泛用于石油、石油化工、精密化工、食品、造紙、制藥、橡膠等工業(yè)。
        ○4、發(fā)展方向
        ⑴提高智能功能：美國(guó)高準(zhǔn)公司（Micro Motion）宣布采用MVD（多變量數(shù)字）技術(shù)推出了3711型氣體流量計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)涵蓋了APIMPS、AGA8的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的氣體數(shù)據(jù)；
        ⑵溫度壓力補(bǔ)償：當(dāng)溫度、壓力改變較大時(shí)，科氏流量?jī)x表的剛度會(huì)受到影響，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，以確保較高的準(zhǔn)確度；
        ⑶減弱振動(dòng)影響：外界的振動(dòng)（如泵、管路系統(tǒng)、機(jī)械振動(dòng)、水力噪聲等）都會(huì)影響科氏流量?jī)x表的工作，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取抑制措施，如MFS-1000設(shè)計(jì)安裝時(shí)采取了隔振措施。
        ⑷減小零點(diǎn)漂移：要盡力減小兩根測(cè)量管的不對(duì)稱性，出廠時(shí)應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試，然后進(jìn)行補(bǔ)償，安裝時(shí)需減小附加在測(cè)量管上的應(yīng)力，加強(qiáng)維護(hù)，清除測(cè)量管內(nèi)的沉淀物。

[DividePage:NextPage]

    4、熱式流量?jī)x表
        ○1、原理：利用流體流動(dòng)時(shí)與熱源進(jìn)行熱交換測(cè)流量。根據(jù)交換方式可分為分布型與浸入型二種型式：
        ⑴分布型：繞在管道外的兩組電熱絲，有加熱及檢測(cè)二個(gè)作用，并組成惠斯登電橋。由恒流電源供給恒定熱量。當(dāng)流量為零時(shí)，管道內(nèi)流體溫度平衡，電橋無(wú)輸出；當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，流體將上游部分熱量帶給下游，電熱絲上的溫度失去平衡，上下游電熱絲電阻有差異，電橋產(chǎn)生輸出電壓，其大小正比于流量，流量越大，輸出電壓也越大，測(cè)電壓可知流量。
        (2)浸入型：二個(gè)熱電阻置于管道中，用功率恒定的電加熱器，使熱電阻溫度高于流體的溫度。其中一個(gè)裸露在氣流中，流速的大小與熱電阻的散熱成正比，同時(shí)改變其電阻值。其中第二個(gè)被細(xì)管罩著的電阻不受流速影響，熱阻值不變。因此，二個(gè)熱電阻的溫度差（即電阻差），將反應(yīng)流速（即流量）大小，同上理可通過(guò)電橋輸出電壓測(cè)流量。
        ○2、特點(diǎn)：
        ⑴可測(cè)極低流速，氣體可低至0.05m/s；
        ⑵無(wú)可動(dòng)部件，也不存在阻塞問(wèn)題，工作可靠；
        ⑶由于傳熱與流體的質(zhì)量密切相關(guān)，所以無(wú)需溫度、壓力補(bǔ)償，直接測(cè)得質(zhì)量流量；
        ⑷浸入式主要用在大口徑，口徑范圍（40~4000mm），流體限于干燥常溫氣體（＜200℃）
        ⑹ 布式主要用于小口徑（2~25mm）；小流量(0.15L/M)；
        ⑹對(duì)流體的潔凈度仍有一定要求，流體如有粘附物，會(huì)污染浸入式熱敏元件；分布式如有沉淀物，將積于內(nèi)壁，也會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度；
        ⑺要保證必要的準(zhǔn)確度必需要較長(zhǎng)的前直管段長(zhǎng)度，特別是浸入式，前需20～30D，后需5D；
        ⑻響應(yīng)時(shí)間需1～2秒，用于工控系統(tǒng)會(huì)惡化調(diào)節(jié)品質(zhì)；
        ⑼準(zhǔn)確度較低，熱分布型±1～2%，浸入式±3%。
        ○3、應(yīng)用領(lǐng)域：
        ⑴熱分布式用于精細(xì)制造工藝中微小氣體流量測(cè)量，如：半導(dǎo)體工業(yè)加工工藝、分析儀器、氣體色譜儀和環(huán)境保護(hù)分析儀器中氣體的采樣流量測(cè)量；流程工業(yè)、光纖制造、醫(yī)藥保健中的微小氣體流量測(cè)量；
        ⑵浸入式（或稱插入式），多用于較大口徑，可測(cè)量干燥、常溫氣體極低流速的流量測(cè)量；
        ⑶微小液體流量測(cè)量，多用于精細(xì)化工、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)中的試驗(yàn)性設(shè)備，如藥液系統(tǒng)中的定流量配比控制，液化氣注入的流量控制……
        ○4.發(fā)展方向
        ⑴薄膜型：薄膜型微流量?jī)x表，是在顯微機(jī)械加工的電子器件，及微機(jī)電系統(tǒng)（micro electro mechanical system,簡(jiǎn)稱MEMS），以取代熱絲在流量測(cè)量上的應(yīng)用。
        ⑵多點(diǎn)插入式：由于大管徑內(nèi)的流速分布極為復(fù)雜，測(cè)單點(diǎn)的熱式流量?jī)x表已無(wú)法滿足準(zhǔn)確度要求，必需采用多點(diǎn)（直線上多點(diǎn)，或截面上多點(diǎn)），這類(lèi)管道中的流速普遍較低（10～15M/S），從節(jié)能減排的需求，市場(chǎng)應(yīng)有較大的潛力。

        5、渦街流量?jī)x表
        ○1原理  當(dāng)流體通過(guò)鈍體（或稱漩渦發(fā)生體、阻流件）時(shí)，將在其后兩側(cè)產(chǎn)生交替的漩渦，這種現(xiàn)象稱為卡曼渦街，渦街的頻率與流經(jīng)鈍體的流速成正比,測(cè)得頻率，可知流量的大小。

         
        式中Sr是斯特勞哈系數(shù)，與Re有關(guān)； 為鈍體的迎流向?qū)挾?；D為管道內(nèi)徑。

[DividePage:NextPage]

    ○2特點(diǎn)
        （1）可適用于多種流體，氣、液、蒸汽及部分混相流體（容積比率小于2%）。
        （2）輸出頻率信號(hào)，與流體的容積流量成正比，不受流體組分、溫度、壓力、密度的影響。
        （3）無(wú)可動(dòng)部件，可靠性好,
        （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固與二次表形成一體，安裝、維修簡(jiǎn)便。
        （5）量程比可達(dá)10:1以上，準(zhǔn)確度可達(dá)±1~2%，重復(fù)性0.2%，壓損小。
        （6）Re數(shù)小于20000時(shí)，渦街不穩(wěn)定，不適用于高粘度、低流速、小口徑的工況。
        （7）渦街的產(chǎn)生受流速分布及漩渦的影響，因此上游必需有20D以上的直管段長(zhǎng)度。
        （8）不適用于管道機(jī)械振動(dòng)的工況及脈動(dòng)流。
        （9）儀表系數(shù)分辨率低，口徑越大分辨率越低，一般最大為300毫米。
        ○3應(yīng)用領(lǐng)域
        渦街流量計(jì)推向市場(chǎng)約在上世紀(jì)70年代，它是一種結(jié)構(gòu)緊湊的儀表，可適用于液、氣、蒸汽多種流體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，用于液體可選用儀表較多，液、氣、蒸汽選用比例大致為3：3、：4。后者多為低于4000C的飽和蒸汽。以下情況建議慎用：流速低、粘度高的流體，因其Re數(shù)較低，渦街信號(hào)不穩(wěn)定；其次，插入式渦街的探頭容易產(chǎn)生振動(dòng)，信號(hào)也不穩(wěn)定，選用應(yīng)慎重。在我國(guó)流量?jī)x表市場(chǎng)中，年產(chǎn)量約4萬(wàn)多臺(tái)。
        ○4發(fā)展方向  
        （1） 信號(hào)處理技術(shù)數(shù)字化  采用跟蹤濾波、自適應(yīng)濾波和數(shù)字頻譜分析，提高渦街流量計(jì)的準(zhǔn)確度、
抗干擾能力、擴(kuò)大測(cè)量范圍。
        （2） 結(jié)構(gòu)一體化、功能智能化、檢測(cè)多參數(shù)---等均是今后的發(fā)展方向。
        （3） 優(yōu)化安裝  安裝前直管段長(zhǎng)度一般需20D以上，如儀表結(jié)構(gòu)采用收縮管，不僅可加大流速，還可改善流場(chǎng)，均利于渦街信號(hào)的穩(wěn)定。
        （4） 干標(biāo) 干標(biāo)不僅節(jié)約設(shè)備、經(jīng)費(fèi)，而且縮短生產(chǎn)周期。經(jīng)國(guó)內(nèi)外二十多年的努力，已取得顯著成績(jī)，
開(kāi)始實(shí)施。據(jù)美國(guó)“Fisher & Porter” 公司評(píng)估，‘干標(biāo)’的誤差約為實(shí)流標(biāo)定的一倍。
        6、插入式流量?jī)x表*7
        規(guī)模生產(chǎn)效益，近二、三十年以來(lái)工程日益擴(kuò)大，現(xiàn)場(chǎng)管徑日益增大，如熱電廠的工藝管道已大至5~6米，滿管流量計(jì)因過(guò)于笨重，已難以適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，早期應(yīng)用以取樣原理為基礎(chǔ)的插入式流量計(jì)又受到青睞，近三十年來(lái)又被廣泛用于流量測(cè)量。
        ○1原理  按流量的定義：   ， 只要能準(zhǔn)確測(cè)量管道中的流速V，管道截面A,就可知流量qv。因此，凡是可以測(cè)流速的儀表均可成為插入式流量計(jì)。如：皮托管、雙文丘利管、測(cè)管、渦輪、渦街、熱式、電磁均可做為測(cè)量頭，成為插入式流量計(jì)。其中以皮托管為基礎(chǔ)的測(cè)直線上多點(diǎn)流速的均速管（亦稱阿紐巴或巴類(lèi)，），在近三十年來(lái)在大口徑測(cè)量上曾風(fēng)光一時(shí)，占有較大市場(chǎng)。
        插入式流量計(jì)可以用極簡(jiǎn)單的方法，最低的成本，“解決”大管道流量測(cè)量的問(wèn)題?？此坪檬拢滓逊渲辛?。因?yàn)楣艿罉O大，十之八九不可能具有較長(zhǎng)直管段，管內(nèi)流速分布必然極其復(fù)雜（圖4）、不僅沒(méi)有規(guī)律，且有漩渦，怎么可能僅測(cè)一點(diǎn)或幾點(diǎn)流速來(lái)涵蓋整個(gè)截面的流速，準(zhǔn)確地測(cè)量流量呢？因此公式中的平均流速 ，是很難用插入式流量計(jì)得到的，不少?gòu)S商只談流速準(zhǔn)確度而回避流速分布，有意或無(wú)意誤導(dǎo)了用戶。

圖4   雙彎頭后的流速分布

圖5  均速管測(cè)量原理圖

[DividePage:NextPage]

    ○2插入式流量?jī)x表
        1、測(cè)點(diǎn)速 
         通過(guò)測(cè)一點(diǎn)流速推算流量*8 
         凡是可測(cè)流速的儀表，如皮托管；雙文丘里管；測(cè)管；插入式渦街、渦輪；熱式------均可成為這類(lèi)儀表。 
        特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，壓損小，價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度不可能高。 
        廠商宣傳在風(fēng)洞中標(biāo)定僅是流速，由于管道內(nèi)流速分布十分復(fù)雜，無(wú)助于提高流量準(zhǔn)確度*9。
        2、測(cè)直線上多點(diǎn)流速 *10  
        主要為均速管（圖5）、熱式。 
        均速管問(wèn)世已四十年，在橫截面性狀上不斷推陳出新，不少于十余種，廠商都大肆炒作其優(yōu)越性。其實(shí)均速管的應(yīng)用必需與管道相結(jié)合，否則它就不是流量計(jì)。影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素主要應(yīng)該是管道*11，它的前直管段長(zhǎng)度是否足夠長(zhǎng)（流速分布），及管道內(nèi)徑是否精確。而廠商往往回避這個(gè)問(wèn)題。均速管的截面形狀最初為圓形，因“阻力危機(jī)”問(wèn)題，出現(xiàn)了菱形、彈頭形----十多種形狀，其實(shí)就測(cè)量準(zhǔn)確度而言，截面形狀的影響相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用條件是很小的，廠家的宣傳往往過(guò)分夸大其詞。 
        當(dāng)管徑大至1~2米；流速大于 10m/s,雷諾數(shù)Re一般將大于106,已越過(guò)“阻力危機(jī)” ，則流速計(jì)截面仍可用圓管，如當(dāng)前火電廠一次風(fēng)管口徑已達(dá)4~5米，完全沒(méi)有必要選用均速管，在國(guó)外已有成功的案例*12 。.

        ○3影響準(zhǔn)確度的因素（以差壓式為例）
        
        式中    為速度分布系數(shù)；   阻塞系數(shù)； 干擾系數(shù)； 管道截面積
        輸出差壓； 流體密度； 流速計(jì)系數(shù)

        (1) 速度分布系數(shù)   是在充分發(fā)展紊流條件下，由管壁粗糙度與Re所引起的誤差的修正系數(shù)，基本可以定量分析，帶來(lái)的誤差大約在1~3%之間；
        (2) 阻塞系數(shù)   是由于插入式儀表的測(cè)量桿（或均速管）及測(cè)量頭，其迎風(fēng)截面將改變管內(nèi)的流速分布而引起的測(cè)量誤差。研究表明：如果阻塞比S（儀表在管內(nèi)的迎風(fēng)截面/管道截面）小于0.02可忽略不計(jì);  0.02<S<0.06可以修正，S>0.06時(shí)，尚缺乏修正數(shù)據(jù)。
        (3)干擾系數(shù)   是由于阻力件的影響，流速分布為非充分發(fā)展紊流，直管段長(zhǎng)度又不足，流速分布沒(méi)有規(guī)律。由于阻力件及其組合成千上萬(wàn)，難以模擬重現(xiàn)，目前還無(wú)法定量進(jìn)行修正，這是插入式流量?jī)x表最不確定的因素，也是主要的誤差源。
        ○4主要技術(shù)參數(shù)
        (1)準(zhǔn)確度  在很理想情況下，可達(dá)±2~3%；而在直管段較短（如火電廠）流量誤差可達(dá)±30%以上，甚至完全無(wú)法測(cè)量。
        (2)重復(fù)性  可以達(dá)到1%。
        (3)工況上限  壓力40mpa，溫度500℃~600℃。
        (4)壓損很小，僅幾十Pa。
        (5)口徑可低至25毫米，高至9米。
        (6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，性價(jià)比高。
        (7)安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，可不斷流進(jìn)行。
        ○5應(yīng)用概況
        近40年以來(lái)，插入式流量?jī)x表以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便、壓損小等特點(diǎn)深為用戶歡迎，得到了很大的發(fā)展，在鋼鐵、冶金、電力、石化、市政工程-----等行業(yè)被廣泛采用。但由于準(zhǔn)確度低，廠商過(guò)分炒作，準(zhǔn)確度難以達(dá)到士1%，使用中問(wèn)題不少，特別強(qiáng)調(diào)的是不宜作為核算計(jì)量?jī)x表；但如果現(xiàn)場(chǎng)條件不是過(guò)于苛刻，流場(chǎng)不存在漩渦，其重復(fù)性可能較好，仍可用于工控、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
        7、新型節(jié)流流量?jī)x表
        1.背景：節(jié)流流量?jī)x表由于可耐惡劣工況，成本較低，使用已有一百余年，積累了大量數(shù)據(jù)，有較成熟的國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且可干標(biāo)，長(zhǎng)期占流量?jī)x表市場(chǎng)的首位。但它最大的缺點(diǎn)是要求較長(zhǎng)的直管段，才能獲得較高的準(zhǔn)確度，特別是2003年ISOTC30公布了新標(biāo)準(zhǔn)ISO5167后，要求更長(zhǎng)的直管段，才能獲得較高的準(zhǔn)確，使其矛盾更為突出，迫切需要研發(fā)一種新型節(jié)流流量?jī)x表。這種儀表無(wú)需較長(zhǎng)直管段，仍可保持較高的準(zhǔn)確度。
        2.近十年的發(fā)展歷程
        ○1環(huán)形通道流量?jī)x表*13、*14 1986年美國(guó)McCrometer公司推出了內(nèi)錐式流量?jī)x表，主要是為了解決測(cè)高爐、焦?fàn)t煤氣這一類(lèi)粘污流體，應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其環(huán)形通道具有整流作用，在直管段不足條件下仍具有較高準(zhǔn)確度的特點(diǎn)。而在我國(guó)前幾年由于過(guò)熱地宣傳，到處濫用，造成了多起重大事故，市場(chǎng)急劇下降，斷送了它的發(fā)展前景。但內(nèi)錐流量?jī)x表的整流優(yōu)點(diǎn)仍應(yīng)肯定，不宜封殺。只要改進(jìn)一些結(jié)構(gòu)，仍不失為一種性能良好的流量?jī)x表，如：后來(lái)研發(fā)的槽道式、梭式流量?jī)x表、內(nèi)文丘里管----等。
        ○2調(diào)整孔板*15  為解決流量測(cè)量要取得較高準(zhǔn)確度而減小必需的直管段長(zhǎng)度， IS0TC30一直建議采用流動(dòng)調(diào)整器。但流動(dòng)調(diào)整器本身就需要2D長(zhǎng)度，安裝前后又需3～4D，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用仍有困難。2002年美國(guó)Rosemount公司首先推出了將流動(dòng)調(diào)整器與節(jié)流件合二而一的四孔孔板的調(diào)整孔板，在前直管段長(zhǎng)度為5D時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±0.5%；為2D時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±1%。首創(chuàng)了這類(lèi)流量?jī)x表的理念。
        ○3.平衡式流量?jī)x表*16 繼調(diào)整孔板之后，2004年美國(guó)A+Flowtek公司推出了“平衡式流量?jī)x表”，2007年進(jìn)入中國(guó)。據(jù)稱前后直管段長(zhǎng)度僅需0.5D，準(zhǔn)確度可達(dá)±0.5%。這種宣傳似有些誤導(dǎo)用戶，因?yàn)樗膬x表較長(zhǎng)，其節(jié)流件（圖6B）前即有不低于5D長(zhǎng)度的管道，是要占直管段長(zhǎng)度的，僅說(shuō)二個(gè)法蘭之間的距離顯然是不合理的，而且缺乏應(yīng)有的測(cè)試數(shù)予以驗(yàn)證。
        ○4.整流式流量?jī)x表：我國(guó)天津某公司根據(jù)上述的理念，于2008年進(jìn)行了近一年的研發(fā)、測(cè)試，其結(jié)構(gòu)不同于美國(guó)A+Flowtek公司的平衡式（圖6A、6C）。測(cè)試數(shù)據(jù)表明：在前直管段為2D時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±1%，如為5D，準(zhǔn)確度可達(dá)±0.3%，β值建議取0.5～0.65之間。
在前直管段長(zhǎng)度約30D的條件下，對(duì)圖3所示的三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流出系數(shù)的重復(fù)性、不確定度、線性度的測(cè)試比較。
表1三種結(jié)構(gòu)多孔整流式節(jié)流裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比（直管段長(zhǎng)度30D）

        從表1的測(cè)試數(shù)據(jù)表明：6A的技術(shù)性能優(yōu)于6B，6C與6B相差無(wú)幾。

圖6  平衡式、整流式節(jié)流流量?jī)x表

        ○5型式多樣，性能難分伯仲。以上的這些節(jié)流式流量?jī)x表（調(diào)整孔板、平衡式、整流式…..）均具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，加工簡(jiǎn)單易行，使用中都有對(duì)前直管段要求不高、又保持較高準(zhǔn)確度的優(yōu)點(diǎn)。目前還很難說(shuō)哪一種產(chǎn)品具有顯著的優(yōu)勢(shì)而獨(dú)傲群雄，更不能說(shuō)是某家獨(dú)創(chuàng)。
        2推廣應(yīng)用的關(guān)鍵*17   近七、八年以來(lái)，新型節(jié)流流量?jī)x表發(fā)展很快，加上廠商的炒作，大有取代標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流儀表之勢(shì)。但它終究還是個(gè)新生事物，在研發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用中缺乏經(jīng)驗(yàn)，無(wú)序的生產(chǎn)與濫用勢(shì)必會(huì)埋下事故隱患，（2005年大連內(nèi)錐事故應(yīng)為前車(chē)之鑒）。這種炒作以謀取暴利的做法已引起業(yè)內(nèi)專家的憂慮，在肯定創(chuàng)新的前提下應(yīng)盡快制定標(biāo)準(zhǔn)，為此建議如下：
        ○1節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)化   優(yōu)化當(dāng)前推出的各種“多孔孔板”節(jié)流件，只有這樣才能簡(jiǎn)化測(cè)試項(xiàng)目。
        ○2積累測(cè)試數(shù)據(jù)   標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流流量?jī)x表的標(biāo)準(zhǔn)制定，花費(fèi)了幾十年時(shí)間，積累了成千上萬(wàn)在試驗(yàn)室測(cè)試的數(shù)據(jù)才可能制定標(biāo)準(zhǔn)。切不可隨心所欲、閉門(mén)造車(chē)地制定標(biāo)準(zhǔn)，必需建立在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上。C. Hodges提出了一些建議以縮短這個(gè)過(guò)程*18。
        ○3阻力件影響試驗(yàn)  測(cè)試首先要在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室中進(jìn)行，然后還需在不同的阻力件，不同的安裝長(zhǎng)度下，
用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明保證較高準(zhǔn)確度所必要的直管段長(zhǎng)度。

（轉(zhuǎn)載）