【關(guān)鍵詞】流體 測(cè)量 流量計(jì) 儀表

【摘要】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，量是事物所固有的一種規(guī)定性，它是事物的規(guī)模、程度、速度以及它的構(gòu)成成份在空間上的排列組合等等可以用數(shù)量表示的規(guī)定性，因此其測(cè)量對(duì)象不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡需掌握量變的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題，例如城市交通的調(diào)度，需掌握汽車(chē)的車(chē)流量的變化，它是現(xiàn)代化城市交通管理需檢測(cè)的一個(gè)參數(shù)。 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)，而能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力溫度儀表得到最廣泛的應(yīng)用。

一 流量測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域

（一）為什么在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中如此廣泛采用流量測(cè)量和儀表？

　　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，量是事物所固有的一種規(guī)定性，它是事物的規(guī)模、程度、速度以及它的構(gòu)成成份在空間上的排列組合等等可以用數(shù)量表示的規(guī)定性，因此其測(cè)量對(duì)象不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡需掌握量變的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題，例如城市交通的調(diào)度，需掌握汽車(chē)的車(chē)流量的變化，它是現(xiàn)代化城市交通管理需檢測(cè)的一個(gè)參數(shù)。 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)，而能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力溫度儀表得到最廣泛的應(yīng)用。

（二）流量測(cè)量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域
　　
1. 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程

　　流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類(lèi)儀表之一，它被廣泛應(yīng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，它是發(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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。 在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量?jī)x表有兩大功用：作為過(guò)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。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，流量?jī)x表的產(chǎn)值約占全部過(guò)程自動(dòng)化檢測(cè)儀表與裝置產(chǎn)值的五分之一。

2. 能源計(jì)量

　　能源分為一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）、二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。1998年1月1日公布中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法，說(shuō)明我國(guó)的能源政策開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在優(yōu)先的地位。由于我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)設(shè)備和工藝落后，管理不善，能源的利用率只有32%，比國(guó)際先進(jìn)水平平均低10%，每消耗一噸標(biāo)準(zhǔn)煤創(chuàng)造的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，只有發(fā)達(dá)國(guó)家的二分之一到四分之一，我國(guó)每生產(chǎn)一噸鋼綜合煤耗為976公斤，而國(guó)際先進(jìn)水平為650公斤。風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐等應(yīng)采用高效節(jié)能的先進(jìn)設(shè)備。能耗是考核企業(yè)管理水平的一個(gè)重要指標(biāo)，要節(jié)能除采用先進(jìn)設(shè)備與工藝外，主要是加強(qiáng)管理的問(wèn)題，而管理必須配備計(jì)量系統(tǒng)才能進(jìn)行定量的管理。每個(gè)企業(yè)，對(duì)進(jìn)廠、出廠、自產(chǎn)自用的能源進(jìn)行計(jì)量，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的分配、加工、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)運(yùn)和消耗，生活和輔助部門(mén)的能耗進(jìn)行計(jì)量。目前我國(guó)流量計(jì)量系統(tǒng)正常工作的百分率比較低，除儀表質(zhì)量外，尚有許多復(fù)雜原因影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這些原因如介質(zhì)條件惡劣、維修困難、校驗(yàn)問(wèn)題大等?，F(xiàn)分別對(duì)幾種主要能源的流量計(jì)量情況簡(jiǎn)介如下。

水

　　我國(guó)水資源人均只有世界的四分之一，且分布不均衡，北方嚴(yán)重缺水，全國(guó)有100多大中城市缺水，日缺水達(dá)1000萬(wàn)立方米以上，21世紀(jì)可能發(fā)生水危機(jī)，如大連從120公里碧流河引水，天津從230公里灤河引水，青島從240公里黃河引水。近年來(lái)黃河下游斷流時(shí)間不斷延長(zhǎng)，斷流處向上游延伸。北京日高峰時(shí)日缺水達(dá)30萬(wàn)噸。 城市龐大的水管網(wǎng)進(jìn)行輸配，從水廠到用戶水表種類(lèi)繁多，大口徑水表的計(jì)量精度一直存在問(wèn)題，水表種類(lèi)大致有孔板、電磁、超聲、插入式流量計(jì)等，除孔板外，其它類(lèi)型大口徑水表的校驗(yàn)不斷困擾著用戶。家用水表是個(gè)非常龐大的數(shù)目，我國(guó)家用水表年產(chǎn)量估計(jì)在1000萬(wàn)只以上，家用水表為葉輪式，不但精度低，計(jì)量抄表需大量人工亦是個(gè)問(wèn)題。福利型的水價(jià)導(dǎo)致水的嚴(yán)重浪費(fèi)已引起國(guó)家的重視，亟需制訂合理的水價(jià)以促進(jìn)節(jié)約，但水價(jià)的提高如計(jì)量精度不相應(yīng)提高亦會(huì)產(chǎn)生新的矛盾。故家用水表型式性能的改進(jìn)已提到議事日程。

煤氣、天然氣

　　城市氣化率是現(xiàn)代化城市的標(biāo)志之一，1985年全國(guó)城市煤氣工作會(huì)議確定直轄市、省會(huì)、重點(diǎn)旅游城市、沿海開(kāi)放城市及環(huán)保重點(diǎn)城市1990年氣化率為40%，2000年氣化率為70%，煤氣的流量計(jì)量由于介質(zhì)臟、含濕高、大口徑、低流速、寬范圍度等為困難的測(cè)量問(wèn)題，幾十年來(lái)一直未能很好的解決，去年制訂的煤氣主管道流量測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可望為解決此問(wèn)題提供一些可能性。由于環(huán)保的原因國(guó)家不鼓勵(lì)更多地發(fā)展煤氣而盡量用天然氣。
　　天然氣是高效、清潔的燃料，優(yōu)質(zhì)的化工原料，并有望成為城市汽車(chē)的清潔燃料。發(fā)展天然氣是我國(guó)今后能源發(fā)展的重點(diǎn)。我國(guó)天然氣蘊(yùn)藏量豐富，但目前產(chǎn)量很低，每年僅約200億立方米，不及西歐小國(guó)荷蘭的產(chǎn)量，美俄兩國(guó)天然氣年產(chǎn)量皆在5000億立方米左右。急劇增加產(chǎn)量以適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要已經(jīng)勢(shì)在必行。國(guó)家制訂計(jì)劃到廿一世紀(jì)初天然氣產(chǎn)量要比90年代初翻兩番。目前我國(guó)陸上已探明儲(chǔ)量約1.3萬(wàn)億立方米，主要分布在重慶、四川、陜甘寧、新疆等地。1998年5月28日我國(guó)發(fā)表《中國(guó)海洋事業(yè)的發(fā)展》白皮書(shū)，其中關(guān)于石油資源內(nèi)容如下：我國(guó)海域有30多個(gè)沉積盆地，面積近70萬(wàn)平方公里，石油資源量約250億噸，天然氣蘊(yùn)藏量約為8.4萬(wàn)億立方米。天然氣從氣井開(kāi)采經(jīng)處理（脫硫、脫水）集輸?shù)匠鞘幸?jīng)過(guò)許多復(fù)雜的工藝過(guò)程，從計(jì)量角度對(duì)被測(cè)介質(zhì)可分為三種類(lèi)型：第一種類(lèi)型：氣井到集氣站、脫硫廠及脫水廠稱為原料氣，具有多相、高壓、腐蝕、中小口徑等特點(diǎn)；第二種類(lèi)型：處理廠出來(lái)后稱為凈化氣，經(jīng)長(zhǎng)輸管線送到城市，具有單相、中壓、大口徑、要求高精度計(jì)量的特點(diǎn)；第三種類(lèi)型：城市廣大用戶使用的天然氣，具有單相、低壓或常壓、中小口徑、計(jì)量精度適中等。
　　 一般氣田縱橫數(shù)百公里，幾百口井，幾十個(gè)集氣站及處理廠用管網(wǎng)連在一起，輸送到城市更是龐大的管網(wǎng)覆蓋廣大地區(qū)，這些管網(wǎng)中的氣量分配，調(diào)度、經(jīng)濟(jì)核算皆需設(shè)置天然氣計(jì)量站，裝備大量的流量測(cè)量系統(tǒng)。目前第一種類(lèi)型尚無(wú)合適流量計(jì)可用，第二種類(lèi)型采用孔板、渦輪、超聲等，第三種類(lèi)型除上述儀表外還有渦街、腰輪、膜式氣量計(jì)（家用煤氣表）等。我國(guó)城市家用煤氣表年產(chǎn)量在百萬(wàn)只以上。

蒸汽

　　蒸汽分過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽。前者為單相介質(zhì)，在火力發(fā)電廠中過(guò)熱蒸汽做為推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽流量測(cè)量對(duì)于電廠的生產(chǎn)質(zhì)量及安全極為重要，現(xiàn)代火力發(fā)電廠機(jī)組為高壓高溫狀態(tài)，過(guò)熱蒸汽流量采用噴嘴測(cè)量，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)做為依據(jù)。飽和蒸汽是由工業(yè)鍋爐生產(chǎn)的一般為低壓中溫狀態(tài)，它是汽水混合物，鍋爐出口處為飽和蒸汽，但輸送到用戶處，由于管道熱散耗含水量大的汽水混合物，它的流動(dòng)為兩相流，對(duì)于測(cè)量混相流是個(gè)困難的測(cè)量問(wèn)題，至今尚無(wú)成熟的儀表可用．據(jù)估計(jì)我國(guó)煤產(chǎn)量１／３～１／４用于工業(yè)鍋爐燃料，全國(guó)有幾十萬(wàn)臺(tái)工業(yè)鍋爐，需配備數(shù)量巨大的蒸汽流量計(jì)，目前常用的儀表為孔板、渦街、均速管及分流旋翼式流量計(jì)，這些流量計(jì)在低干度下使用都不能令人滿意，是急待解決的問(wèn)題。

油品 　　

燃料油從煉油廠生產(chǎn)后經(jīng)油庫(kù)到發(fā)油站供給汽車(chē)、船舶、飛機(jī)等交通工具使用油品計(jì)量涉及巨大經(jīng)濟(jì)利益，全國(guó)有數(shù)十萬(wàn)個(gè)計(jì)量站在工作著，油流量計(jì)更是一個(gè)極為龐大的數(shù)目。目前大量使用的類(lèi)型為容積式和渦輪流量計(jì)，容積式流量計(jì)類(lèi)型很多，如橢圓齒輪、腰輪、刮板、旋轉(zhuǎn)活塞、螺桿雙轉(zhuǎn)子，圓盤(pán)等等。

3．環(huán)保工程

　　人口劇增，工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展使得環(huán)境嚴(yán)重惡化，已經(jīng)達(dá)到危險(xiǎn)的程度，國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策，它將是二十一世紀(jì)的的最大課題。空氣污染、水污染要得到控制必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，全國(guó)有上百萬(wàn)的煙囪日夜不停地向大氣排放濃煙，煙氣排放控制成為根治污染的重要項(xiàng)目。美國(guó)已經(jīng)立法規(guī)定煙廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)煙囪必須安裝煙氣分析儀和流量計(jì)，組成連續(xù)排放監(jiān)視系統(tǒng)（CEMS）。煙廢氣流量測(cè)量屬于困難的測(cè)量問(wèn)題，它的難度有：
　　
　　　口徑大，如煙囪不規(guī)則形狀，幾米周長(zhǎng)；
　　　氣體組分變化不定；
　　　流速范圍大，從極低速到高速；
　　　臟污、灰塵、腐蝕；
　　　流道為非圓截面，無(wú)相似性，通道內(nèi)流速分布復(fù)雜；
　　　無(wú)直管段，阻流件形狀復(fù)雜，速度畸變與旋轉(zhuǎn)流；
　　　無(wú)法個(gè)別標(biāo)定確定流量計(jì)儀表系數(shù)；
　　　靜壓，要求儀表低壓損；
　　　高溫（200℃以上）； 　

　　廢液、污水排放已嚴(yán)重污染江河湖泊，使本來(lái)已經(jīng)嚴(yán)重缺乏的水資源遭到破壞，已很緊張的水資源更是雪上加霜。廢液、污水排放的管理控制已是刻不容緩的任務(wù)。但是廢液污水流量計(jì)由于被測(cè)介質(zhì)臟污、口徑大、形狀特殊、壓頭低、流速范圍寬、不滿管流等亦是流量測(cè)量的困難問(wèn)題。工廠企業(yè)及人民生活需要的流量計(jì)數(shù)量極為龐大，種類(lèi)需多樣化才能適應(yīng)廣泛需求。
　　環(huán)保工程所需的流量計(jì)隨著工程的深入發(fā)展將不斷提出新的要求，如大規(guī)模的廢水再生設(shè)備、城市垃圾處理設(shè)備、工礦企業(yè)的水循環(huán)利用系統(tǒng)等都需種類(lèi)繁多的流量計(jì)。
　　
4．交通運(yùn)輸

　　交通運(yùn)輸有五種方式：鐵路、公路、航空、水運(yùn)和管道輸送。在五種方式中管道輸送雖早已有之，但應(yīng)用尚不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出，管道輸送的特點(diǎn)引起人們的重視。例如煤炭一直由鐵路水運(yùn)輸送，裝卸及敞開(kāi)運(yùn)輸污染環(huán)境不容忽視，采用管道水力輸送，不但迅速高效，密閉衛(wèi)生是很大優(yōu)點(diǎn)。管道輸送的物料有：原油、天然氣、水、壓縮空氣、煤炭、谷物、水泥、礦物……。世界管道運(yùn)輸主干線已達(dá)230萬(wàn)公里，我國(guó)1996年底僅為1.9萬(wàn)公里，處于落后狀態(tài)。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配調(diào)度的眼睛，亦是安全性（監(jiān)視物流堵塞）的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。管道運(yùn)輸流量計(jì)除傳統(tǒng)的流量計(jì)如孔板、電磁、容積式外，近年出現(xiàn)的相關(guān)流量計(jì)是極具潛力的的新型流量計(jì)，國(guó)內(nèi)已有用于混相流測(cè)量的實(shí)例。

5．生物技術(shù)
　　
　　據(jù)說(shuō)二十一世紀(jì)是生命科學(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)的物質(zhì)很多，如血液、尿液、藥液、營(yíng)養(yǎng)液等等，其被監(jiān)測(cè)對(duì)象很多為混相流、脈動(dòng)流、非牛頓流體，亦是流量測(cè)量的難點(diǎn)。
 6．科研實(shí)驗(yàn)
　　科研實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，品種極為繁雜，據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)有100多種，其中很大一部分是應(yīng)科研實(shí)驗(yàn)之需，它們并不批量生產(chǎn)在市面出售。我國(guó)有很多科研單位或大型企業(yè)有專(zhuān)門(mén)小組研制自己需要的流量計(jì)，特別是國(guó)防部門(mén)更是常事。

■ 化工中間試驗(yàn)工廠
　　它是化工生產(chǎn)的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，一種化工產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室研制到大批量生產(chǎn)必須經(jīng)中間試驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)工廠可以說(shuō)是生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工廠，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠是第一位，這里流量計(jì)是必備的儀表，它是監(jiān)測(cè)物料數(shù)量的儀表，由于規(guī)模小，大都是小、微流量的測(cè)量。
■ 發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)
　　 發(fā)動(dòng)機(jī)種類(lèi)繁多，泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力機(jī)械等，發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)必須檢測(cè)三個(gè)參數(shù)：溫度、壓力和流量。一般認(rèn)為流量測(cè)量比較困難，原因是其使用條件特殊，測(cè)量對(duì)象阻流件復(fù)雜，無(wú)直管段安裝條件，流體組分變化，流動(dòng)為脈動(dòng)流等。

7．海洋氣象，江河湖泊

　　這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道，一般需檢測(cè)流速，然后推算流量。流速（流量）計(jì)一般所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)理論與密封管道雖有共通之處，但儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有專(zhuān)門(mén)技術(shù)委員會(huì)制訂此類(lèi)流量計(jì)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際流量學(xué)術(shù)會(huì)議一般皆包括此部分內(nèi)容。
　　 我們列舉了七類(lèi)應(yīng)用領(lǐng)域，它遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，ISO、IEC及OIML等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織設(shè)有眾多技術(shù)委員會(huì)制訂有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
　　 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有9個(gè)技術(shù)委員會(huì)涉及流量或流速的測(cè)量，它們是： TC（技術(shù)委員會(huì)）30（封閉管道）、TC113（明渠）、TC28（石油產(chǎn)品）、TC115（泵）、TC117（工業(yè)風(fēng)機(jī)）、TC118（壓縮機(jī)）、TC131（液壓）、TC112（真空技術(shù)）、TC116（采暖）。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）有3個(gè)委員會(huì)：TC4（水輪機(jī)）、TC5（汽輪機(jī)）、TC65（流程測(cè)控）。國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）有十余個(gè)國(guó)際建議或國(guó)際文件涉及流量測(cè)量。

二 流量測(cè)量的困難問(wèn)題

　　流量測(cè)量的困難分為兩方面：流體特性和測(cè)量特性。

1． 流體特性

臟污流：流體臟污、沉積和堵塞，如煤氣、煙廢氣、污水等；
腐蝕流：管道腐蝕嚴(yán)重因而帶來(lái)臟污流，儀表耐蝕要求高；
高參數(shù)流：高溫、高壓、真空及低溫極端工作條件下的流量測(cè)量；
脈動(dòng)流：發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵出口流體脈動(dòng)、石油天然氣井噴流脈動(dòng)等；
大流量：管徑達(dá)數(shù)米，液體流量達(dá)108kg/h，氣體流量達(dá)106kg/h；
微流量：流量下限極低，液體為10-2kg/h，氣體為10-4kg/h；
高粘性流：流體粘度極高，雷諾數(shù)很低，粘度可達(dá)數(shù)帕斯卡?秒；
混相流：如氣液、液固、氣固及氣液固多相流；
質(zhì)量流：被測(cè)介質(zhì)工作時(shí)狀態(tài)及組分變化很大，體積測(cè)量法無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量；
蠕動(dòng)流：流速極緩慢，雷諾數(shù)極低，大小口徑皆有，如瀝青、漿液等。
　前面介紹各應(yīng)用領(lǐng)域皆有一些實(shí)例。
　

2． 測(cè)量特性

現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，檢測(cè)件可靠性差；
流量為動(dòng)態(tài)量，難以獲得高準(zhǔn)確度；
儀表結(jié)構(gòu)大都為法蘭連接，只在停流時(shí)才允許拆卸維修，有些生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，只在大修時(shí)才能停流，中間儀表有故障無(wú)法檢修；
儀表實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)的工作條件與現(xiàn)場(chǎng)工作條件相差很大，準(zhǔn)確度偏離無(wú)法確定；
校驗(yàn)設(shè)備龐大昂貴，校驗(yàn)費(fèi)用亦不菲，周期校驗(yàn)是個(gè)難題。

三 流量?jī)x表的種類(lèi)

　　有商品的流量計(jì)可分十大類(lèi)，約100種：
　　
　　1． 差壓式流量計(jì)：2.浮子流量計(jì)；3.容積式流量計(jì)；4.渦輪流量計(jì)；5.電磁流量計(jì)；6.渦街流量計(jì)；7.超聲流量計(jì)；8.質(zhì)量流量計(jì)；9.插入式流量計(jì)；10.其他流量計(jì)
　　
　　按1992年出版《中國(guó)儀器儀表企事業(yè)大全》及1996/1997出版《中國(guó)計(jì)量器具制造單位及產(chǎn)品信息指南》初續(xù)集輯錄我國(guó)共有流量?jī)x表企業(yè)229家，國(guó)外產(chǎn)品代理商及合資企業(yè)約50家。我國(guó)已擁有一個(gè)相當(dāng)規(guī)模開(kāi)發(fā)和制造流量?jī)x表的行業(yè)，各種企業(yè)所有制皆有，近年來(lái)私營(yíng)與合資企業(yè)在增加，行業(yè)的特點(diǎn)為：

國(guó)外已商品化的產(chǎn)品國(guó)內(nèi)皆有相應(yīng)廠家生產(chǎn)，但產(chǎn)品品種規(guī)格及技術(shù)含量差距較大；
幾個(gè)五年計(jì)劃引進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品制造技術(shù)起到促進(jìn)作用，但消化吸收進(jìn)而自主創(chuàng)新不夠，在產(chǎn)品不斷更新情況下，單靠引進(jìn)已不能解決問(wèn)題；
生產(chǎn)廠廠家數(shù)遠(yuǎn)大于國(guó)外，但產(chǎn)品低水平重復(fù)多，幾乎找不到名牌產(chǎn)品；
流量?jī)x表科研單位經(jīng)費(fèi)投入少，無(wú)力進(jìn)行有份量的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；
企業(yè)開(kāi)發(fā)力量薄弱，產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢；
普遍欠缺流量校驗(yàn)設(shè)備，全國(guó)流量量值傳遞系統(tǒng)尚未真正建立起來(lái)，影響全國(guó)流量量值傳遞的準(zhǔn)確一致。

四 流量測(cè)量與儀表的主要問(wèn)題 　　

主要問(wèn)題有兩個(gè)：儀表的可靠性和準(zhǔn)確度

1． 可靠性
　　
　　可靠性包括儀表質(zhì)量及可維修性，流量?jī)x表是現(xiàn)場(chǎng)儀表，檢測(cè)件與被測(cè)介質(zhì)直接接觸，面臨惡劣的工作條件，要求儀表有百分之一百的可靠是不現(xiàn)實(shí)的，但在發(fā)生故障時(shí)如能方便維修，維修代價(jià)不大，應(yīng)該說(shuō)亦是儀表可靠的一個(gè)方面。流量?jī)x表工作的特點(diǎn)：

　 　儀表要能經(jīng)受被測(cè)介質(zhì)化學(xué)腐蝕、結(jié)垢、磨蝕、堵塞、相變、耐溫、耐壓、……的影響； 　　 　　
　 　由于儀表與管道用法蘭連接成一體，有時(shí)拆卸維修更換非常困難，特別是高溫高壓大口徑管道，給周期檢驗(yàn)造成很大困難；
　 　對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程,不允許中間停流拆卸,檢測(cè)件發(fā)生故障無(wú)法拆卸檢修，如何處理是個(gè)棘手問(wèn)題；
　 　國(guó)內(nèi)因設(shè)備工藝落后,管理不善,流體介質(zhì)一般比國(guó)外要臟污，如天然氣、煤氣、水等，這樣對(duì)流量計(jì)使用性能提出更高要求。 提高流量計(jì)可靠性可采用以下辦法：
　 　提高儀表質(zhì)量；
　 　改變結(jié)構(gòu)形式，如采用不斷流型插入式結(jié)構(gòu)，亦可在測(cè)量系統(tǒng)上想辦法，如多管并聯(lián)管道便于清洗及更換；
　 　加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理。

2． 準(zhǔn)確度
　
　　儀表的重復(fù)性是儀表本身的特性，而準(zhǔn)確度是外加的特性。一臺(tái)流量計(jì)準(zhǔn)確度高，首先要重復(fù)性高，然后用高準(zhǔn)確度的量值傳遞系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)求得高準(zhǔn)確度的儀表系數(shù)（或流出系數(shù)）。

　　對(duì)于流量計(jì)的準(zhǔn)確度要注意這種儀表的特點(diǎn)，英國(guó)著名的流量專(zhuān)家F.C.Kinghom說(shuō)得好：流量計(jì)是使用比制造要艱難得多的少數(shù)儀表之一，在實(shí)驗(yàn)室它可以得到極高的準(zhǔn)確度，但是在使用現(xiàn)場(chǎng)，一旦條件變化，一切全都白廢。

　　儀表制造廠產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上列舉的準(zhǔn)確度是指實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，它稱為基本誤差，儀表在現(xiàn)場(chǎng)工作由于使用條件與實(shí)驗(yàn)室工作條件不同會(huì)產(chǎn)生附加誤差，現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確度是基本誤差與附加誤差的合成，合成不一定為簡(jiǎn)單的代數(shù)和，要視具體情況而定。因此，現(xiàn)場(chǎng)儀表誤差估計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，只有既熟悉儀表特性和被測(cè)對(duì)象，又掌握誤差理論的人才能做出正確的估計(jì)。
　　流量計(jì)的準(zhǔn)確度涉及流量量值傳遞的知識(shí)，這里做點(diǎn)簡(jiǎn)介：

　　流量是自然界不存在實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)出量，它由基本量（長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間和溫度）在特定條件下綜合得出，量值的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)（稱為原始標(biāo)準(zhǔn)）實(shí)際上就是一座流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，在裝置上把各基本量綜合為導(dǎo)出量，然后把量值傳遞給一臺(tái)或一組流量計(jì)，它稱為工作基準(zhǔn)或傳遞標(biāo)準(zhǔn)，用傳遞標(biāo)準(zhǔn)（量值的載體）向下一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（亦為流量標(biāo)準(zhǔn)裝置）傳遞流量量值。籍助于傳遞標(biāo)準(zhǔn)把全國(guó)的流量量值統(tǒng)一（一致）起來(lái)。國(guó)際間的流量量值的統(tǒng)一是用國(guó)際間的裝置比對(duì)來(lái)達(dá)到的。在各類(lèi)檢測(cè)參數(shù)量值傳遞系統(tǒng)中流量的量值傳遞系統(tǒng)是較困難建立的一類(lèi)，因?yàn)榱髁苛恐涤幸韵绿攸c(diǎn)：

　?。?）流量是自然界不存在實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)出量，需在特定條件下由基本量（長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度等）合成；

　?。?）流量是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，它是一個(gè)只有當(dāng)流體發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)才實(shí)際存在的物理量，因此它不僅是基本量的靜態(tài)組合，又由于其動(dòng)態(tài)性質(zhì)，流量量值受到許多復(fù)雜因素的影響，例如流體內(nèi)微觀分子之間的相互作用，宏觀的湍流、旋渦運(yùn)動(dòng)等，在具體的管道中還受到邊界條件（管壁）的制約。

　?。?）流量量值需通過(guò)流體介質(zhì)的物理變化得以反映，因此用于校驗(yàn)的介質(zhì)最好就是使用介質(zhì)，但介質(zhì)有千萬(wàn)種，不可能按此原則辦，只好采用模似媒介，然后通過(guò)介質(zhì)換算把流量量值傳遞到工作介質(zhì)；

　　（4）存在于不同工作狀態(tài)的流體介質(zhì)表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，因此流量量值在不同工作狀態(tài)時(shí)必須考慮該因素的影響；

　?。?）流量量值基準(zhǔn)與工作儀表的準(zhǔn)確度差別不可能太大（如目前基準(zhǔn)為10-4，而工作儀表有達(dá)10-3的），它們的數(shù)量級(jí)差別不像基本量或其他導(dǎo)出量那么大，量值傳遞時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的誤差一般不能忽略，校準(zhǔn)流量計(jì)時(shí)，誤差的估算較復(fù)雜；

　?。?）由基準(zhǔn)向工作儀表傳遞量值由于參比工作條件難以維持，影響量漸趨復(fù)雜，誤差估算困難程度逐漸加大；

　?。?）流量量值準(zhǔn)確度不高（目前最高準(zhǔn)確度不高10-4）原因在于其導(dǎo)出動(dòng)態(tài)的和綜合的性質(zhì)。

五、流體的物理性質(zhì)（物性參數(shù)）

(一)為什么需要研究流體的物性參數(shù)？
　　
　　流體物性對(duì)流量計(jì)特性的影響是流量計(jì)開(kāi)發(fā)和使用的主要問(wèn)題之一，物性對(duì)流量計(jì)物性的影響程度視工作原理而異，目前最通用的幾類(lèi)流量計(jì)（差壓、浮子、容積、渦輪、渦街、電磁、超聲、熱式等）影響流量計(jì)特性的主要物性為密度（包括氣體壓縮系數(shù)、濕度等）、粘度、等熵指數(shù)、電導(dǎo)率、聲速、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等。其中尤以密度和粘度的影響最為重要。

　　掌握流體物性參數(shù)在流量計(jì)制造與使用中有三方面用途：
　　
（1） 選型的依據(jù)
　　流量計(jì)的選型主要需了解儀表性能和被測(cè)對(duì)象的情況兩方面，所謂知己知彼，百戰(zhàn)不殆。在現(xiàn)場(chǎng)使用中，不乏因流體物性參數(shù)掌握不足或不準(zhǔn)而使測(cè)量達(dá)不到要求的實(shí)例；

（2） 流量計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算

　　在流量方程中物性參數(shù)是主要參數(shù)之一，要使設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確可靠，基本數(shù)據(jù)的提供是不可缺少的；

（3） 現(xiàn)場(chǎng)使用與維護(hù)

　　流體物性變化是使用中產(chǎn)生測(cè)量附加誤差的主要來(lái)源之一，要降低測(cè)量的附加誤差應(yīng)深入探討它對(duì)流量計(jì)特性的影響。
　　
(二)關(guān)心哪些物性參數(shù)？
　　
　　1 密度；2 粘度；3 導(dǎo)電率；4 聲速；5 導(dǎo)熱系數(shù)；6 等熵指數(shù)；7 比熱容；8 化學(xué)腐蝕；9 結(jié)垢；10 潤(rùn)滑性；11 相變；12 磨蝕性。
　　
(三)物性參數(shù)存在的問(wèn)題
　　
1.物性參數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低，置信度差及數(shù)據(jù)不統(tǒng)一

　　流量測(cè)量用的物性參數(shù)數(shù)據(jù)一般取自各種物理、化學(xué)及工程手冊(cè)，由于來(lái)源混雜，數(shù)據(jù)不一致，各種手冊(cè)使用對(duì)象要求不同，難以滿足流量測(cè)量高準(zhǔn)確度及需明確準(zhǔn)確度數(shù)值的要求，許多流體的物性數(shù)據(jù)不足，甚至完全沒(méi)有，特別如高參數(shù)（高壓、高溫、低溫、高真空度等）流體及多元流體（流體混合物）的物性參數(shù)，不但置信度差，甚至完全缺少；
　　
2.在線物性測(cè)量?jī)x器缺乏，質(zhì)量差、應(yīng)用范圍窄

　　為了提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確度，急需開(kāi)發(fā)在線物性測(cè)量?jī)x器，以使在測(cè)量過(guò)程中進(jìn)行在線的修正，目前密度和粘度在線測(cè)量?jī)x器（變送器）不但技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且應(yīng)用范圍窄，因此無(wú)法大量推廣應(yīng)用；
　　
3.缺少專(zhuān)用的物性手冊(cè)

　　考慮到物性參數(shù)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響，國(guó)外已有對(duì)少數(shù)物性參數(shù)制訂物性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)于大量物性參數(shù)急需編纂一本流量測(cè)量物性參數(shù)專(zhuān)用手冊(cè)較為現(xiàn)實(shí)，手冊(cè)可以提供較齊全與統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。尤其隨著計(jì)算機(jī)使用的普及，物性參數(shù)僅用圖表已不能滿足要求，急需提供各種計(jì)算式便于使用。

六、流體的流動(dòng)特性
　　
　　為什么關(guān)心流體的流動(dòng)物性？首先看一下實(shí)驗(yàn)室的參比工作條件，按照GB9248-88 《不可壓縮流體流量計(jì)性能評(píng)定方法》實(shí)驗(yàn)室的工作條件可分為：

1 環(huán)境條件，2 動(dòng)力條件，3 流體條件。

1.環(huán)境條件
　?。?） 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件：溫度20℃，相對(duì)濕度65%，大氣壓力101．3kPa；
　　（2） 參比大氣條件：溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度60%-70%，大氣壓86-106kPa；
　?。?） 一般大氣條件：溫度15-35℃，相對(duì)濕度45%-75%，大氣壓力86-106kPa；
　?。?） 其他：磁場(chǎng)和機(jī)械振動(dòng)可忽略不計(jì)。
　　
2.動(dòng)力條件
　　電源電壓公稱值的±1%，頻率公稱值的±1%，諧波含量小于5%（交流電源），紋波含量小于0.2%（直流電源）。
　　
3.流體條件
　?。?） 具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無(wú)旋渦、速度軸對(duì)稱分布；
　　（2） 充滿圓管的單相流體；
　?。?） 牛頓流體；
　?。?） 定常流。

　　我們前面已談過(guò)，工作條件遵守上述條件校驗(yàn)得到的誤差為基本誤差，而偏離這些條件將產(chǎn)生附加誤差。在現(xiàn)場(chǎng)流體流動(dòng)特性中的具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無(wú)旋渦、速度軸對(duì)稱分布及定常流常是難以滿足的，它們將造成測(cè)量誤差的增大，有時(shí)增大多少難以定量確定，因此在現(xiàn)場(chǎng)使用中必須密切注意流動(dòng)特性的情況，以下我們對(duì)流速分布畸變、旋轉(zhuǎn)流及非定常流的影響作一簡(jiǎn)介。

　　1.流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流
　　流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流對(duì)流量計(jì)特性的影響因工作原理而異，有的很?chē)?yán)重，有的無(wú)甚影響，一般來(lái)說(shuō)，推理式流量計(jì)（差壓、渦輪、渦街、超聲、電磁等）都要受影響，而容積式流量計(jì)不受或基本不受影響。速度分布畸變對(duì)流量計(jì)特性的影響非常復(fù)雜，難以掌握，其困難問(wèn)題有：

　　（1） 不同的速度分布畸變及旋轉(zhuǎn)流對(duì)各種類(lèi)型流量計(jì)的影響是不一樣的；

　　（2） 由于儀表殼體內(nèi)流場(chǎng)的復(fù)雜性，很難預(yù)測(cè)（難以用理論計(jì)算）速度分布畸變及旋轉(zhuǎn)流對(duì)各種類(lèi)型流量計(jì)的影響程度，基本上要依靠實(shí)驗(yàn)方法來(lái)確定；

　?。?） 要進(jìn)行各種類(lèi)型流量計(jì)在各種速度分布畸變及旋轉(zhuǎn)流下的流量物性影響試驗(yàn)，不但工作量太大，經(jīng)濟(jì)上耗費(fèi)亦很難承擔(dān)；

　　（4） 用戶難以滿足流量檢測(cè)件上下游直管段所需要的作業(yè)空間，因此速度分布畸變及旋轉(zhuǎn)流具有普遍性。

　　2.非定常流

　　在現(xiàn)場(chǎng)使用中非定常流并不少見(jiàn)，非定常流可分為二大類(lèi)：周期性脈動(dòng)和隨機(jī)性波動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等出口的流動(dòng)可見(jiàn)周期脈動(dòng)，而管道中的流動(dòng)受阻流件及管道系統(tǒng)的干擾一般都存在隨機(jī)性波動(dòng)。至今還沒(méi)有明確規(guī)定流量所需要的定常流條件的定量指標(biāo)。在流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中只是含糊地規(guī)定：管道內(nèi)的流量應(yīng)該不隨時(shí)間而變化，或?qū)嶋H上只隨時(shí)間有微小和緩慢的變化。至今國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)只頒布一個(gè)技術(shù)報(bào)告ISO/TR3313《用孔板、噴嘴或文丘里管測(cè)量管道中的脈動(dòng)流》，它不是正式標(biāo)準(zhǔn)，并且只適用于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其他類(lèi)型流量計(jì)在非定常流中會(huì)產(chǎn)生多大附加誤差至今尚缺少可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

七、理想流量計(jì)試探
　　
　　用戶選表總想找到一種理想的流量計(jì)以解決它的問(wèn)題，而流量計(jì)制造廠都力圖制造出一種理想流量計(jì)以適應(yīng)更廣泛的需要。總結(jié)千百種流量計(jì)的所有優(yōu)點(diǎn)可以提出理想流量計(jì)的條件如下。

　　1．檢測(cè)件無(wú)阻礙物；
　　2．檢測(cè)件可夾裝在管道外部，可隨意移動(dòng)在任何地點(diǎn)測(cè)量而無(wú)須截?cái)喙艿琅c流體；
　　3．儀表的流量計(jì)算方程簡(jiǎn)單明確，可外推到未知領(lǐng)域而無(wú)須實(shí)流校驗(yàn)；
　　4．頻率脈沖輸出信號(hào)，數(shù)字式儀表，便于遠(yuǎn)傳抗干擾及與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；
　　5．儀表輸出信號(hào)不受流體介質(zhì)物性的影響；
　　6．儀表輸出信號(hào)不受流體流動(dòng)特性的影響；
　　7．儀表復(fù)現(xiàn)性高；
　　8．儀表范圍度寬，線性好；
　　9．儀表可靠性高，價(jià)格適宜，維修技術(shù)不復(fù)雜；
　　10.無(wú)須個(gè)別實(shí)流校驗(yàn)，或只須“干校”，或在一、二種介質(zhì)中校驗(yàn)可推廣到各種介質(zhì)；
　　11.檢測(cè)件輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。

　　可以說(shuō)至今并沒(méi)有出現(xiàn)上述的理想流量計(jì)，所有流量計(jì)都多少具備一些上述條件，只不過(guò)有的多些，有的少些。所有流量計(jì)制造廠試制新產(chǎn)品都力圖能更多地具備上述條件。

八、流量?jī)x表的選用
　　
　 　流量?jī)x表的選型對(duì)儀表能否成功使用往往起著很重要的作用，由于被測(cè)對(duì)象的復(fù)雜狀況以及儀表品種繁多，產(chǎn)品質(zhì)量難以掌握等情況，使得儀表的選型感到困難。沒(méi)有一種十全十美的流量計(jì)，各類(lèi)儀表都有各自的特點(diǎn)，選型的目的就是在眾多的品種中揚(yáng)長(zhǎng)避短，選擇自己最合適的儀表。

　 　一般選型可以從五個(gè)方面進(jìn)行考慮，這五個(gè)方面為儀表性能方面、流體特性方面、安裝條件方面、環(huán)境條件方面和經(jīng)濟(jì)因素方面。五個(gè)方面的詳細(xì)因素如下： 　

　　1.儀表性能方面

　　準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特性、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等；

　　2.流體特性方面

　　流體、溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、堵塞、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容，等熵指數(shù)；

　　3.安裝條件方面

　　管道布置方向，流動(dòng)方向，檢測(cè)件上下游側(cè)直管段長(zhǎng)度、管道口徑、維修空間、電源、接地、輔助設(shè)備（過(guò)濾器、消氣器）、安裝、脈動(dòng)等；

　　4.環(huán)境條件方面

　　環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等；

　　5.經(jīng)濟(jì)因素方面

　　儀表購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維修費(fèi)、儀表使用壽命、備品備件等。

　　儀表選型的步驟如下：

　　1. 依據(jù)流體種類(lèi)及五個(gè)方面考慮因素初選可用儀表類(lèi)型(要有幾類(lèi)型以便進(jìn)行選擇);
　　2. 對(duì)初選類(lèi)型進(jìn)行資料及價(jià)格信息的收集,為深入的分析比較準(zhǔn)備條件;
　　3. 采用淘汰法逐步集中到1-2種類(lèi)型,對(duì)五個(gè)方面因素要反復(fù)比較分析最終確定預(yù)選目標(biāo)。