智能流量儀表

智能流量儀表又稱為流量計(jì)(英文:flowmeter) 流量測(cè)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(shí)代已采用孔板測(cè)量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測(cè)量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測(cè)水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ)，這是流量測(cè)量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測(cè)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(jì)等。20世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對(duì)流量測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動(dòng)儀表更新?lián)Q代，新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計(jì)投向市場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口。 流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測(cè)量對(duì)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(cè)量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測(cè)參數(shù)。對(duì)于一定的流體，只要知道這三個(gè)參數(shù)就可計(jì)算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測(cè)量中必須檢測(cè)此三個(gè)參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應(yīng)用。

1. 電磁流量計(jì); 2. 渦街流量計(jì); ⒊ 浮子流量計(jì) ⒋ 科氏力質(zhì)量流量計(jì); ⒌ 熱式(氣體)質(zhì)量流量計(jì); ⒍ 超聲波流量計(jì); ⒎ 渦輪流量計(jì)

電磁流量計(jì)是60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測(cè)量儀表.它根據(jù)法拉第電磁感

應(yīng)定律制成，用來測(cè)量導(dǎo)電流體的體積流量。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上各種導(dǎo)電液體的測(cè)量。例如，測(cè)量各種酸、堿、鹽等腐蝕液體;各種易燃，易爆介質(zhì);各種工業(yè)污水，紙漿，泥漿等。

測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即當(dāng)導(dǎo)電液體流過電磁流量計(jì)時(shí)，導(dǎo)體液體中會(huì)產(chǎn)生與平均流速V (體積流量)成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過兩個(gè)與液體接觸的電極檢測(cè)，通過電纜傳至放大器，然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號(hào)。 基于電磁流量計(jì)的測(cè)量原理，要求流動(dòng)的液體具有最低限度的電導(dǎo)率。

①電磁流量計(jì)的變送器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有可動(dòng)部件，也沒有任何阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流部件，所以當(dāng)流體通過時(shí)不會(huì)引起任何附加的壓力損失，同時(shí)它不會(huì)引起諸如磨損，堵塞等問題，特別適用于測(cè)量帶有固體顆粒的礦漿，污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等.同樣，由于它結(jié)構(gòu)上無運(yùn)動(dòng)部件，故可通過附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極，起到很好的耐腐蝕性能，使之可用于各種腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量. ②電磁流量計(jì)是-種體積流量測(cè)量儀表，在測(cè)量過程中，它不受被測(cè)介質(zhì)的溫度.粘度、密度以及電導(dǎo)率(在一定范圍內(nèi))的影響.因此，電磁流量計(jì)只需經(jīng)水標(biāo)定以后，就可以用來測(cè)量其它導(dǎo)電性液體的流量，而不需要附加其它修正. ③電磁流量計(jì)的量程范圍極寬，同一臺(tái)電磁流量計(jì)的量程比可達(dá)1:100.此外，電磁流量計(jì)只與被測(cè)介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對(duì)稱分布下的流動(dòng)狀態(tài)(層流或紊流)無關(guān). ④電磁流量計(jì)無機(jī)械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測(cè)量瞬時(shí)脈動(dòng)流量，而且線性好.因此，可將測(cè)置信號(hào)直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，可就地指示，也可遠(yuǎn)距離傳送.

電磁流量計(jì)雖具有上述優(yōu)良特性，但目前它還有一些不足之處，以致在使用上受到一定限制.主要有如下幾點(diǎn): ①電磁流量計(jì)不能用于測(cè)量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體. ②電磁流量計(jì)目前還不能用來測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，被測(cè)液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10-5(S/cm)，相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率.對(duì)石油制品或者有機(jī)溶劑等還無能為力。 ③由于測(cè)量管絕緣襯里材料受溫度的限制，目前工業(yè)電磁流量計(jì)還不能測(cè)量高溫高壓流體。 ④電磁流量計(jì)受流速分布影響，在軸對(duì)稱分布的條件下，流量信號(hào)與平均流速成正比.所以，電磁流量計(jì)前后也必須有一定長度的前后直管段. ⑤電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響

產(chǎn)品簡(jiǎn)介: 玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要用于化工、石油、輕工、醫(yī)藥、化肥、化纖、食品、染料、環(huán)保及科學(xué)研究等各個(gè)部門中，用來測(cè)量單相非脈動(dòng)(液體或氣體)流體的流量。 耐腐蝕型流量計(jì)主要用于有腐蝕性液體、氣體介質(zhì)流量的檢測(cè)，例如強(qiáng)酸(氫氟酸除外)、強(qiáng)堿、氧化劑、強(qiáng)氧化性酸、有機(jī)溶劑和其它具有腐蝕性氣體或液體介質(zhì)的流量檢測(cè)。 LZB型的測(cè)量錐管使用光滑錐形玻璃管，LZJ型使用帶筋錐形玻璃管。 特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與原理

渦街流量計(jì)(旋渦流量計(jì))是依據(jù)卡門旋渦原理進(jìn)行封閉管道流體流量測(cè)量的新型流量計(jì)。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補(bǔ)償即可直接測(cè)量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測(cè)量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。渦街流量計(jì)是在流體中安放一根(或多根)非流線型阻流體(bluff body)，流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測(cè)元件測(cè)出旋渦頻率，從而計(jì)算出體積流量。渦街流量計(jì)適用與測(cè)量液體、氣體或蒸汽。 它沒有移動(dòng)部件，也沒有污垢問題。渦街流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生噪音，而且要求流體具有較高的流速，以產(chǎn)生旋渦。渦街流量計(jì)由于傳感器采用的檢測(cè)探頭與旋渦發(fā)生體分開安裝，而且耐高溫的壓電晶片不與介質(zhì)接觸，渦街流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。 渦街流量計(jì),主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。可靠性高,可在-20℃~+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出。

金屬管浮子流量計(jì)(轉(zhuǎn)子流量計(jì))實(shí)際是一種可變面積式流量計(jì)。它通常具有一段直立的錐管和一只可以在其中自由地隨流量大小上下移動(dòng)的浮子。當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐管時(shí)，流體的動(dòng)能在浮子上產(chǎn)生的推力 S 和流體的浮力 A 使浮子上升。隨著錐管內(nèi)壁與浮子之間的環(huán)形流通面積增大，流體動(dòng)能在浮子上產(chǎn)生的推力 S 隨之下降。當(dāng)推力 S 與浮力之和等于浮子自身重力 G 時(shí)，浮子處于平衡狀態(tài)，并穩(wěn)定在某一高度上，該高度位置對(duì)應(yīng)的刻度指示流過流量計(jì)的流量。傳感器將流量的大小轉(zhuǎn)換成浮子的位移量，通過磁耦合系統(tǒng)，將浮子位移量傳給轉(zhuǎn)換器指示出流量的大小。 浮子流量計(jì)是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中常用的一種改變面積流量測(cè)量儀表。具有體積小、檢測(cè)范圍大、使用方便等特點(diǎn)。它可以用來測(cè)量液體、氣體、以及蒸汽的流量，特別適宜低流速小流量的介質(zhì)流量測(cè)量。

科氏力質(zhì)量流量計(jì)是運(yùn)用流體質(zhì)量流量對(duì)振動(dòng)管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流

量測(cè)量為目的的質(zhì)量流量計(jì)，一般由傳感器和變送器組成。 羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石化等領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的流量測(cè)量儀表之一，在我廠主要產(chǎn)品如乙烯、丙烯和主要原料輕烴等的測(cè)量中使用可靠，精度高達(dá)1.7‰，為我廠的能源、物料的流量測(cè)量提高了準(zhǔn)確度，避免了不必要的損失，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

一臺(tái)質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺(tái)傳感器和一臺(tái)用于信號(hào)處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計(jì)依據(jù)牛頓第二定律:力=質(zhì)量×加速度(F=ma)，當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)以速度V在對(duì)P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)受兩個(gè)分量的加速度及其力: (1)法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸; (2)切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωV，方向與αr垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm，管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力-Fc=-2ωVm。 當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動(dòng)時(shí)，任何一段長度Δx的管道將受到一個(gè)切向科里奧利力ΔFc: ΔFc=2ωVρAΔx (1) 式中，A-管道的流通截面積。 由于存在關(guān)系式:mq=ρVA 所以:ΔFc =2ωqmΔx (2) 因此，直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管中流 動(dòng)流體的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量。

傳感器內(nèi)是U型流量管，在沒有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動(dòng)線圈驅(qū)動(dòng)，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動(dòng)。在流量管向上振動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)，流體反抗管子向上運(yùn)動(dòng)而對(duì)流量管施加一個(gè)向下的力;反之，流出流量管的流體對(duì)流量管施加一個(gè)向上的力以反抗管子向下運(yùn)動(dòng)而使其垂直動(dòng)量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動(dòng)的另外半個(gè)周期，流量管向下振動(dòng)，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象，即科氏力。 根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小完全與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號(hào)檢測(cè)器用于檢測(cè)流量管的振動(dòng)。當(dāng)沒有流體流過流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號(hào)檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)是同相位的;當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。 由于這種質(zhì)量流量計(jì)主要依靠流量管的振動(dòng)來進(jìn)行流量測(cè)量，流量管的振動(dòng)，以及流過管道的流體的

沖力產(chǎn)生了科氏力，致使每個(gè)流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)量與振動(dòng)周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個(gè)流管的扭曲滯后于另一流管的扭曲，質(zhì)量管上的傳感器輸出信號(hào)可通過電路比較，來確定扭曲量。 電路中由時(shí)間差檢測(cè)器測(cè)量左右檢測(cè)信號(hào)之間的滯后時(shí)間。這個(gè)"時(shí)間差"ΔT經(jīng)過數(shù)字量測(cè)量、處理、濾波以減少噪聲，提高測(cè)量分辨率。時(shí)間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測(cè)量的流量不斷由變送器調(diào)整，后者隨時(shí)檢測(cè)粘在流管外表上的鉑電阻溫度計(jì)輸出。變送器用一個(gè)三相的電阻溫度計(jì)電橋放大電路來測(cè)量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率，并由計(jì)數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。

流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng)，一旦被施以一運(yùn)動(dòng)，這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動(dòng)，這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計(jì)的流量管是通過驅(qū)動(dòng)線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動(dòng)，振動(dòng)管的諧振頻率與振動(dòng)管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動(dòng)管的質(zhì)量由兩部分組成:振動(dòng)管本身的質(zhì)量和振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺(tái)傳感器生產(chǎn)好后振動(dòng)管本身的質(zhì)量就確定了，振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動(dòng)管體積的乘積，而振動(dòng)管的體積對(duì)每種口徑的傳感器來說是固定的，因此振動(dòng)頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系，那么，對(duì)于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器，介質(zhì)的密度可以通過測(cè)量流量管的諧振頻率獲得。 利用流量測(cè)量的一對(duì)信號(hào)檢測(cè)器可獲得代表諧振頻率的信號(hào)，一個(gè)溫度傳感器的信號(hào)用于補(bǔ)償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化，振動(dòng)周期的測(cè)量是通過測(cè)量流量管的振動(dòng)周期和溫度獲得，介質(zhì)密度的測(cè)量利用了密度與流量管振動(dòng)周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。 科氏質(zhì)量流量傳感器振動(dòng)管測(cè)量密度時(shí)，管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率，因而由測(cè)量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個(gè)高頻時(shí)鐘來測(cè)量振動(dòng)周期的時(shí)間，測(cè)量值經(jīng)數(shù)字濾波，對(duì)于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化，進(jìn)而引起固有頻率的變化進(jìn)行補(bǔ)償后，用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計(jì)算過程流體密度。

羅斯蒙特公司的變送器為模塊化并帶有微處理器功能，配合ASICS數(shù)字技術(shù)，可選擇數(shù)字通信協(xié)議。它與傳感器連接使用可獲得高精確度的質(zhì)量流量、密度、溫度和體積流量信號(hào)，并將獲得的信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量、頻率等輸出信號(hào)，還可使用275型HART協(xié)議通信手操器或AMS、Prolink軟件對(duì)其組態(tài)、檢查及通信。

DSP數(shù)字信號(hào)處理器是一個(gè)實(shí)時(shí)處理信號(hào)的微處理器，在科里奧利流量計(jì)里，我們使測(cè)量管在一個(gè)已知的頻率下振動(dòng)，因此任何在此振動(dòng)頻率范圍之外的頻率都是"噪聲"，需要除掉它們以準(zhǔn)確地確定質(zhì)量流量。例如，一個(gè)50Hz或60Hz的信號(hào)很可能來源于與附近動(dòng)力線的耦合。如何在實(shí)際上"過濾"這些多余的信號(hào)則需要一些更多的在那時(shí)刻所得到的背景信息，圖8表明了噪聲如何出現(xiàn)在原轉(zhuǎn)換器信號(hào)上，以及被過濾后的最終信號(hào)。 與使用時(shí)間常量去阻抑和穩(wěn)定信號(hào)相比，使用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的主要好處之一，是能夠以一個(gè)被提高了的采樣率去過濾實(shí)時(shí)信號(hào)，減少了流量計(jì)對(duì)流量的階躍變化的響應(yīng)時(shí)間。使用多參數(shù)數(shù)字(MVD)變送器的響應(yīng)時(shí)間比使用模擬信號(hào)處理的傳統(tǒng)變送器快2~4倍，更快的響應(yīng)時(shí)間會(huì)提高短批量控制的效率和精確度。 DSP技術(shù)另一個(gè)頗有價(jià)值且更富有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用實(shí)例是氣體測(cè)量，因?yàn)楦咚贇怏w通過流量計(jì)會(huì)引起較嚴(yán)重的噪聲。通過高準(zhǔn)Elite系列傳感器，與流量信號(hào)混雜的噪聲被減至最校現(xiàn)在DSP技術(shù)能更好地濾波，并進(jìn)一步減小了質(zhì)量流量計(jì)對(duì)噪聲的敏感度。采用MVD變送器測(cè)量氣體的結(jié)果在重復(fù)性和精確度上都有了顯著提高。 DSP技術(shù)提供了一個(gè)"通往處理的窗戶"，當(dāng)瀏覽這個(gè)窗戶時(shí)，首先集中在測(cè)量管振動(dòng)頻率附近的信號(hào)上。實(shí)際上，有意地拋棄了其余的信息，很可能正是隱藏在這些"無用的"數(shù)據(jù)里的信息會(huì)鋪平通往新的診斷技術(shù)的道路。例如，頻譜分析可能會(huì)引導(dǎo)我們?nèi)〉迷趭A雜空氣或團(tuán)狀流動(dòng)流體測(cè)量上的進(jìn)展，流體在測(cè)量管內(nèi)壁的附著也是另一個(gè)有希望被DSP技術(shù)檢測(cè)到的故障，頻譜的變化也很可能被用于預(yù)測(cè)傳感器的故障。

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)采用熱擴(kuò)散原理，熱擴(kuò)散技術(shù)是一種在苛刻條件下性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)，其典型傳感元件包括兩個(gè)熱電阻(鉑RTD)，一個(gè)是速度傳感器，一個(gè)是自動(dòng)補(bǔ)償氣體溫度變化的溫度傳感器。當(dāng)這兩個(gè)RTD被置于介質(zhì)中時(shí)，其中速度傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的一個(gè)恒定的溫差，另一個(gè)溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。流經(jīng)速度傳感器的氣體質(zhì)量流量是通過傳感元件的熱傳遞量來計(jì)算的。氣體速率增加，傳感器傳遞給介質(zhì)的熱量增多，因此需要供給更多的功率，而電子單元加熱RTD 的功率與質(zhì)量流量成一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)是氣體流量計(jì)量中新型儀表，區(qū)別于其它氣體流量計(jì)不需要進(jìn)行壓力和溫度修正，直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，一支傳感器可以做到量程從極低到高量程。它適合單一氣體和固定比例多組份氣體的測(cè)量。它依據(jù)的原理是流體吸收熱的速度直接與質(zhì)量流量相關(guān)。移動(dòng)的氣體分子撞擊熱電阻時(shí)吸收帶走熱量，流率越大，接觸熱電阻的分子越多，吸收的熱量越多，熱吸收與某種氣體的分子數(shù)，熱學(xué)特性和流動(dòng)特性有關(guān)。

產(chǎn)品特點(diǎn)直接測(cè)量氣體質(zhì)量流量，無需溫度、壓力補(bǔ)償?shù)土魉贉y(cè)量; 一個(gè)流量計(jì)能同時(shí)兼顧小流量和大流量測(cè)量，特別適合大口徑測(cè)量。

工業(yè)管道中氣體流量測(cè)量 燃?xì)膺^程中空氣流量測(cè)量 煙囪排出的煙氣流量測(cè)量 水處理中瀑氣流量測(cè)量 水泥，卷煙，玻璃廠生產(chǎn)過程中氣體流量測(cè)量壓縮空氣流量測(cè)量 天然氣，煤氣，液化氣，火炬氣，氫氣等氣體流量測(cè)量 鋼鐵廠加氣流量測(cè)量

超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。起聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種

非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測(cè)量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。 眾所周知，目前的工業(yè)流量測(cè)量普遍存在著大管徑、大流量測(cè)量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，超聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝惓暡髁坑?jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計(jì)隨著口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類型流量計(jì)的功能價(jià)格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量儀表，多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測(cè)量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。 另外，超聲測(cè)量儀表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問題。另外，鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。

超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測(cè)量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測(cè)流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10-3數(shù)量級(jí).若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-5~10-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測(cè)量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。 超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測(cè)。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。 超聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因?yàn)樗该?，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。 超聲波流量計(jì)的電子線路包括發(fā)射、接收、信號(hào)處理和顯示電路。測(cè)得的瞬時(shí)流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。 根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分傳播速度差法(包括:直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，便于測(cè)量和攜帶，價(jià)格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合使用。由于直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為:Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大.多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測(cè)量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測(cè)量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原理上，此法的測(cè)量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測(cè)量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個(gè)缺點(diǎn)可以克服。噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測(cè)噪聲表示流速或流量值。其方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度低。 以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體性質(zhì).流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時(shí)差法。只有在管徑很大時(shí)才采用直接時(shí)差法。對(duì)換能器安裝方法的選擇原則一般是:當(dāng)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法;當(dāng)流動(dòng)方向與管鈾不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用V法或X法。當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動(dòng)帶來的流量測(cè)量誤差。多普勒法適于測(cè)量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計(jì)應(yīng)用開辟廣闊前景。

渦輪流量計(jì)是一種速度式儀表,它具有壓力損失小,準(zhǔn)確度高,起步流量低,抗震與抗脈動(dòng)流動(dòng)性好,范圍度寬容易維修等特點(diǎn),渦輪流量計(jì)是將渦輪置于被測(cè)流體中,當(dāng)氣體進(jìn)入流量計(jì)時(shí),在特殊結(jié)構(gòu)整流器的作用下得到整流并加速,在一定流量范圍內(nèi)渦輪的角速度和流量成正比,利用電磁感應(yīng)原理感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號(hào),該信號(hào)經(jīng)前置放大器,整形后,得到實(shí)際流量,并顯示在LCD屏上.如果同溫度,壓力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)一起輸入智能流量計(jì)算儀進(jìn)行運(yùn)算處理,將得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量,并顯示在LCD屏上. 渦輪流量計(jì)是一種葉輪式儀表，其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。渦輪流量計(jì)本體管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐.當(dāng)流體通過管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn).在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比.由此，流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過管道的流體流量.同時(shí)渦輪的轉(zhuǎn)速通過裝在機(jī)殼外的傳感線圈來檢測(cè).當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化.傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入單位換算與流量積算電路得到并顯示累積流量值;同時(shí)亦將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。 渦輪流量計(jì)是速度式流量儀表的一種，根據(jù)其音譯國內(nèi)又稱為透平流量計(jì)。渦輪流量計(jì)根據(jù)其測(cè)量介質(zhì)的不同又分為氣體渦輪流量計(jì)和液體渦輪流量計(jì)。在各種流量計(jì)中渦輪流量計(jì)是重復(fù)性高、精確度最佳的產(chǎn)品。如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工零部件少、重量輕、維修方便、流通能力大(同樣口徑可通過的流量大)和可適應(yīng)高參數(shù)(高溫、高壓和低溫)等。渦輪流量計(jì)廣泛應(yīng)用于以下一些測(cè)量對(duì)象:石油、有機(jī)液體、無機(jī)液、液化氣、天然氣、煤氣和低溫流體等。在國外液化石油氣、成品油和輕質(zhì)原油等的轉(zhuǎn)運(yùn)及集輸站，大型原油輸送管線的首末站都大量采用它進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算。

電磁流量計(jì)在線檢驗(yàn)方法，其在線的檢驗(yàn)規(guī)范需要得到國家技術(shù)監(jiān)督部門和各相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)的認(rèn)可電磁流量計(jì)在應(yīng)用過程中的精度保證一直是用戶所關(guān)心的熱點(diǎn)問題。 在過去，電磁流量計(jì)的校驗(yàn)必需送到專門的標(biāo)定校驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行檢查。但是，隨著電磁流量計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用行業(yè)的擴(kuò)展，電磁流量計(jì)的使用越來越多、口徑越來越大，送回校驗(yàn)裝置上校驗(yàn)的難度也越來越大。 流量測(cè)驗(yàn)斷面布設(shè)合理、測(cè)驗(yàn)設(shè)施完備、測(cè)次和測(cè)點(diǎn)布置符合水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求;流量計(jì)率定方法正確，精度較高，滿足臨時(shí)通水期間水量計(jì)量要求。專家組一致同意該成果通過審查。 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(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量計(jì)有兩大功用:作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。

流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)領(lǐng)域： 一，工業(yè)生產(chǎn)過程 流量儀表是過程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用于冶金、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(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用:作為過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。 二，能源計(jì)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?xì)?、成品油、液化石油氣、蒸?及載能工質(zhì)(壓縮空氣、氧、氮、氫、水)等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量儀表是能源計(jì)量儀表的重要組成部分，水、人工燃?xì)?、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(jì)，它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。 三，環(huán)境保護(hù)工程 煙氣，廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源，嚴(yán)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(hù)將是21世紀(jì)的最大課題?？諝夂退奈廴疽玫娇刂?，必須加強(qiáng)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(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項(xiàng)目，每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì)，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(yùn)輸 有五種方式:鐵路公路、航空、水運(yùn)、和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)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(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。 五，生物技術(shù) 21世紀(jì)將迎來生命科學(xué)的世紀(jì)，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(cè)計(jì)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(xué)實(shí)驗(yàn) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)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(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制專用的流量計(jì)。 七，海洋氣象，江河湖泊 這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_流道，一般需檢測(cè)流速，然后推算流量。流速計(jì)和流量計(jì)所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)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。