流量计量仪表的现状及趋势 李博

流量计量仪表的现状及趋势李博

发表时间：2020-01-15T10:23:49.057Z 来源：《基层建设》2019年第28期作者：李博[导读] 摘要：流量计发展到今天虽然已日趋成熟，但其种类仍然极其繁多，至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。每种流量计都有其适用范围，也都有局限性。

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摘要：流量计发展到今天虽然已日趋成熟，但其种类仍然极其繁多，至今尚无一种对于任何场合都适用的流量计。每种流量计都有其适用范围，也都有局限性。这就要求我们在选择仪表时，一定要熟悉仪表和被测对象两方面的情况，并要兼顾考虑其它因素，这样测量才会准确;还要努力研制新型仪表，使其在现有的基础上更加完善。

关键词：流量计量仪表、现状、趋势

1.流量计的测量原理

超声波流量计通过检测流体流动对超声波脉冲的作用来测量流量，由超声波换能器、电子线路和显示系统等三部分组成。常用的超声波流量计检测方法可笼统地划分为频域方法和时域方法，主要有：时差法、频差法、相位差法、波束偏移法、多普勒法和相关法等。时差法、频差法和相位差法可统称为传播速度差法，主要是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播时间的不同来进行的计算，通过计算出时间差值来求取流体的速度和流量。当发射器和接收器发生相对运动时，接收器感知的声波频率会发生变化，这个频率的变化称为多普勒频移。在流体垂直方向发射超声波，如果流体静止，则接收器的信号强度与发射信号强度没有偏差，若流体流动，则超声波束会发生偏移，波束偏移法就是通过测量偏移量的大小来测量流体流速的。超声波在流体中传播时载有流速信息，同时管道内也伴有干扰信号，相关法就是通过对超声波信号和干扰信号进行相关运算，获得相关函数，再利用相关技术来求得流体流速。科氏质量流量计以科氏力为基础，通过检测安装在振动管两侧传感器的输出信号的频率和相位差来测量流体的质量流量。科氏质量流量计种类繁多、形状各异，但其测量原理是基本一致的。常见的科氏质量流量计有直管型、U型、S型等，均由一次仪表和二次仪表两部分组成。

2.流量计量仪表的现状

2.1差压式流量计

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。应用概况:

差压式流量计应用范围特别广泛，在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用，如流体方面:单相、混相、洁净、脏污、粘性流等;工作状态方面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等;管径方面:从几mm到几m;流动条件方面:亚音速、音速、脉动流等。

2.2浮子流量计

浮子流量计，又称转子流量计，是变面积式流量计的一种，在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。

2.3容积式流量计

容积式流量计，又称定排量流量计，简称PD流量计，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据测量室逐次重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流体体积总量。容积式流量计按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、圆盘流量计、液封转筒式流量计、湿式气量计及膜式气量计等。

应用概况:

容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质(油品、天然气等)的总量测量。

2.4涡轮流量计

涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子(涡轮)感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量的仪表。一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。

涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品，作为十大类型流量计之一，其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。

应用概况:

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国，涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸，压力从0.8~6.5MPa的气体涡轮流量计，它们已成为优良的天然气计量仪表。

2.5电磁流量计

电磁流量计是根据法拉弟电磁感应定律制成的一种测量导电性液体的仪表。

电磁流量计有一系列优良特性，可以解决其它流量计不易应用的问题，如脏污流、腐蚀流的测量。

70、80年代电磁流量在技术上有重大突破，使它成为应用广泛的一类流量计，在流量仪表中其使用量百分数不断上升。应用概况:

电磁流量计应用领域广泛，大口径仪表较多应用于给排水工程;中小口径常用于高要求或难测场合，如钢铁工业高炉风口冷却水控制，造纸工业测量纸浆液和黑液，化学工业的强腐蚀液，有色冶金工业的矿浆;小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物化学等有卫生要求的场所。

2.6超声流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

应用概况:

(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、:怪液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体，例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

3.流量计量仪表的分析与展望

频谱分析法把信号从时域变换到频域处理，常选用FFT算法，通过将信号从时域变换到频域，求出其在最大谱线位置即为信号的频率估计值，同时也可求出该位置的相位，两路信号的相位相减即可求得相位差。由于信号截断产生的能量泄露，使得频率估计和相位估计的误差较大，为提高估计精度，常采用插值或加窗的方法来进行校正。然而，插值法会增加算法的计算量，加窗法会降低频谱的频率分辨率，使得校正后的精度改善极为有限。导致频谱泄露的根本原因是DFT计算窗的信号长度不是整周期长度。除此之外，相关分析法受非整周期采样的影响较大，而现有方法并未真正克服非整周期采样的影响，进而导致相位差的估计结果出现了较大的误差。Hilbert变换法可以实现动态相位差的估计，其不足之处在于：存在端点效应，相位差的估计精度受噪声和信号长度非整周期的影响较大。自适应陷波器兼具滤波和频率估计功能，可以根据被测信号特点，自动调整参数，实现频率的估计和跟踪，是当前频率估计方法的研究热点。

4.结束语

总而言之，随着科学技术的不断进步发展，对流量测量精度的要求也在不断提高。由于国内流量计的研究起步较晚，与国外现在的研究水平还存在着一定的差距，国内现有的流量计检测方法，不论是频率估计方法还是相位差估计方法，大都存在计算复杂、计算量较大、计算精度和抗噪性能较差等问题，已不能满足当前高精度流量测量的要求。

参考文献

[1]赵广阔.流量仪表的现状与发展趋势[J].当代化工研究,2017(06):132 -133.

[2]梁国强,黄富君,吴非.影响天然气计量仪表准确性因素的探讨[J].内蒙古石油化工,2014,40(06):47-48.