摘要：論述前一時(shí)期封閉管道主流流量?jī)x表更新?lián)Q代新型號(hào)儀表，在流量檢測(cè)技術(shù)和流量傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面若干趨勢(shì)。流量檢測(cè)技術(shù)增強(qiáng)在運(yùn)行時(shí)自身檢查診斷動(dòng)能，流量檢測(cè)件的多參數(shù)測(cè)量．復(fù)合式流量計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面將原有使用方集成的相關(guān)功船件集合在流量傳感器內(nèi)。關(guān)蕾詞：流量檢測(cè)技術(shù) 自診斷 復(fù)合式流量計(jì) 發(fā)展趨勢(shì) 電磁流量計(jì)
0引言
進(jìn)入20世紀(jì)五六十年代。在公用事業(yè)和流程工業(yè)大量使用流量?jī)x表的推動(dòng)下。渦輪式、電磁式成為工業(yè)實(shí)用儀表，七八十年代旋渦式、超聲式、熱式、科里奧利質(zhì)量式亦相繼進(jìn)入市場(chǎng)，90年代蓬勃發(fā)展的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)有人稱之為20世紀(jì)最后的新穎流量計(jì)。這些新穎流量計(jì)與差壓式、容積式、浮子式等傳統(tǒng)儀表組成當(dāng)代封閉管道用10大類(lèi)主流流量?jī)x表。
近年雖有一些新測(cè)量原理已達(dá)工業(yè)實(shí)用階段的流量?jī)x表進(jìn)入市場(chǎng)，如測(cè)量單相液體和液固雙相流體的聲納流量計(jì)?，測(cè)量氣固雙相流體的微波流量計(jì)”‘j，但尚處于積累經(jīng)驗(yàn)推廣應(yīng)用的初始階段。流量?jī)x表業(yè)界的主要力量還是對(duì)成熟的主流儀表進(jìn)行換代，開(kāi)發(fā)新型號(hào)流量?jī)x表。新—代流量?jī)x表從提高性能、增加功能、方便使用、拓展應(yīng)用領(lǐng)域等方面進(jìn)行改進(jìn)，有以下一些趨勢(shì)：
①在流量檢測(cè)技術(shù)方面，流量?jī)x表在運(yùn)行時(shí)增強(qiáng)自身檢查診斷功能；流量檢測(cè)元件在檢測(cè)主參量以外其他參量的功能方面有拓展，如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)和電磁流量計(jì)已經(jīng)或試圖實(shí)現(xiàn)測(cè)量黏度；兩種流量測(cè)量方法各取其長(zhǎng)。組合在一起。
②在流量傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面形成一個(gè)理念，就是將使用方的集成工作集合到流量?jī)x表內(nèi)，例如間接式氣體質(zhì)量流量計(jì)將所需溫度／壓力傳感器集合進(jìn)流量?jī)x表，將異徑管等功能件納人流量傳感器。
l增強(qiáng)流量?jī)x表運(yùn)行中檢查診斷功能
我國(guó)流量?jī)x表檢定規(guī)程規(guī)定的檢定周期較短，為1-4年，貿(mào)易用儀表則短至半年。在實(shí)踐中常有超過(guò)檢定周期較長(zhǎng)時(shí)間，而儀表仍能保持良好性能；也有使用條件狀況嚴(yán)酷（如磨損、腐蝕、結(jié)垢）。未屆檢定周期就出現(xiàn)不易察覺(jué)的性能劣化，因此使用者需能夠在運(yùn)行時(shí)在線自行測(cè)試、檢驗(yàn)、診斷儀表性能，驗(yàn)證所測(cè)流量是否仍在規(guī)定準(zhǔn)確度范圍內(nèi)等性能要求。
過(guò)去儀表主要是針對(duì)電子元器件和軟件進(jìn)行自身檢查診斷。近年許多新型號(hào)流量?jī)x表卻常利用流量檢測(cè)元件（或檢測(cè)系統(tǒng)）其他物理效應(yīng)引起的一些現(xiàn)象，檢查檢測(cè)元件的特性是否仍保持在原有允許范圍內(nèi)，判斷儀表性能的完好性。例如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢查測(cè)鼉管剛性，電磁流量計(jì)檢查磁場(chǎng)強(qiáng)度，據(jù)此評(píng)判儀表性能是否良好。
這種在線間接檢查驗(yàn)證的方法，使能夠在檢定周期內(nèi)發(fā)現(xiàn)隱性故障，減少計(jì)量損失；或延長(zhǎng)儀表使用周期，減少離線校準(zhǔn)次數(shù)和拆卸停運(yùn)肘閫，提高流程生產(chǎn)效率，節(jié)省費(fèi)用。
1．1科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量管剛性變化會(huì)影響流量測(cè)量和密度測(cè)量的儀表校準(zhǔn)系數(shù)。測(cè)量管受流體沖刷磨損或腐蝕，壁厚減薄，或內(nèi)壁結(jié)垢，均要影響測(cè)量管剛性而引起測(cè)量誤差。管壁均勻磨損壁厚1．0％，質(zhì)量流量產(chǎn)生約0．8％偏差，相對(duì)于準(zhǔn)確度0．2％一O．5％的儀表，影響是相當(dāng)可觀的；密度產(chǎn)生約0．033 g／cm3偏差。
美國(guó)Micav M060n公司科里奧利質(zhì)量流景計(jì)測(cè)量管剛性在線檢查，是通過(guò)儀表專(zhuān)用處理器和FCF數(shù)據(jù)處理專(zhuān)用軟件發(fā)出特定信號(hào)給流量傳感器，傳感器回饋信號(hào)與內(nèi)存記憶數(shù)據(jù)比對(duì)．據(jù)此判斷測(cè)量管剛性是否變化。
1．2電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是測(cè)試檢查磁場(chǎng)強(qiáng)度、電極信號(hào)系統(tǒng)絕緣性和電極與液體間接觸電阻等以評(píng)判儀表的完好性。
橫河電機(jī)ADMAG AXF型儀表具有電極沾污自診斷功能。當(dāng)電極被緩慢附著絕緣層，從所檢測(cè)信號(hào)源阻抗．發(fā)出4個(gè)等級(jí)污染程度的預(yù)警信號(hào)，提示運(yùn)行人員及時(shí)清理維護(hù)。
德國(guó)Krohne公司1FC300型儀表有更多的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，不僅診斷儀表自身，還可判斷外界流程測(cè)量條件的變化（如液體電導(dǎo)率變化，液體中氣泡或顆粒含量變化．來(lái)流流速分布畸變等）。診斷是通過(guò)儀表內(nèi)部一些設(shè)定（輸入）條件改變前后，測(cè)量某些內(nèi)在參數(shù)變化以作比較與判斷.
電極電阻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)電極表面覆蓋附著層，電極泄漏，液體品種變換（如食品工業(yè)管系更換介質(zhì)前熱水清洗的探知，并不予計(jì)量）。測(cè)量電極噪聲判斷電極腐蝕現(xiàn)象（電極和地之間存在電化學(xué)電勢(shì)），液體中含有氣泡或固體顆粒。勵(lì)磁系統(tǒng)在切換兩線圈連接方向，產(chǎn)生兩種磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)分布下的兩流量信號(hào)，按其比值的變化，判斷襯里變形和來(lái)流流速分布廓形變化。
1．3超聲流量計(jì)
貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)交接計(jì)量的超聲流量計(jì)是以超聲波在流體內(nèi)順逆流動(dòng)方向傳播，利用傳播速度差與流體流速之問(wèn)的關(guān)系，求取流體流量。在測(cè)量氣體時(shí)人們利用實(shí)測(cè)聲速與被測(cè)氣體聲速或與混合氣體按成分計(jì)算所得聲速（即從流量計(jì)外獲得的參比量）進(jìn)行比較，驗(yàn)證超聲流量計(jì)。
 用超聲流量計(jì)作天然氣交接計(jì)量日益增多。EmeⅫ公司的Daniel多聲道超聲流量計(jì)的用戶超聲接口CUl（customer ultrasonic interface）軟件對(duì)儀表作內(nèi)部診斷。保證運(yùn)行良好。然而天然氣聲速隨著成分而變，這些檢查診斷還沒(méi)有與外界任何參比量比較，還不能判斷測(cè)量是否準(zhǔn)確。需要一個(gè)外界參比量。這一參比聲速是以氣相色譜儀所測(cè)天然氣成分和實(shí)時(shí)壓力／溫度經(jīng)計(jì)算機(jī)計(jì)算獲得，連續(xù)地比較。
巴西IPT技術(shù)研究所分析串接兩臺(tái)相同型號(hào)DN600五聲道超聲流量計(jì)發(fā)送石油的流量和聲速統(tǒng)計(jì)__數(shù)據(jù)，以檢查驗(yàn)證交接計(jì)量的運(yùn)行狀況Ⅲ。
2流量檢測(cè)系統(tǒng)的多參數(shù)測(cè)量
流量傳感器的檢測(cè)元件或檢測(cè)系統(tǒng)除感受主要變量獲得與流量有關(guān)信號(hào)外，同時(shí)按其他物理現(xiàn)象感受其他變量，獲得第二、第三參量的信號(hào)，以增加功能，擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域。這類(lèi)技術(shù)思路肇始于上世紀(jì)八九十年代，近年又有新發(fā)展。例如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量管原可測(cè)流量、密度兩個(gè)參量，現(xiàn)在又增添了測(cè)黏度；非滿管電磁流量計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)除測(cè)量流速外，還作管內(nèi)液位測(cè)量，現(xiàn)在又提出滿管時(shí)可測(cè)液體黏度的方法。
2．1科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
本儀表普遍可測(cè)量流量和密度兩個(gè)參量，現(xiàn)在有些型號(hào)可測(cè)流體黏度。在科里奧利力作用下，儀表測(cè)量管兩半部分振動(dòng)頻率產(chǎn)生相位差，利用相位差與流量間正比關(guān)系求取質(zhì)量流量口。；利用測(cè)量管諧振頻率與介質(zhì)密度間函教關(guān)系求取密度p；利用測(cè)量管振動(dòng)幅度受制于液體黏度，黏度越大維系振動(dòng)所需激勵(lì)電流越大，通過(guò)測(cè)量所需激勵(lì)電流，推算黏度u
從質(zhì)量流量和密度又可獲得衍生的體積流量（口。=q。巾）；測(cè)量?jī)煞N互溶性液體（如乙醇與水）時(shí)，可從濃度／密度關(guān)系曲線獲悉溶質(zhì)在溶劑中的濃度，兩種非互溶性液體（如油／水乳化液）時(shí)，可直接計(jì)算求取濃度；測(cè)量液固雙相流體時(shí)，可獲悉固相含量。
科里奧利質(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量質(zhì)量流量的同時(shí)，可以通過(guò)所測(cè)第二、第三參量監(jiān)測(cè)或控制流體濃度、黏度等品質(zhì)指標(biāo)。例如監(jiān)測(cè)氨水稀釋流程濃度，達(dá)到目標(biāo)指標(biāo)時(shí)指令下游控制閥門(mén)開(kāi)啟，發(fā)送并計(jì)量；在計(jì)量發(fā)送產(chǎn)品液的同時(shí)。判斷流過(guò)液體是產(chǎn)品液還是清洗液，以切換下位閥門(mén)至各自管系。文獻(xiàn)[8]列舉了除監(jiān)測(cè)黏度外11個(gè)各類(lèi)應(yīng)用案例。
2．2電磁流量計(jì)
管道中液體在磁場(chǎng)切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與流速成正比的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從管壁兩端電極測(cè)得。在滿管流時(shí)從測(cè)得平均流速乘上流通面積，即得體積流量。用電磁流量計(jì)測(cè)非滿管流量時(shí)，除測(cè)流速外，還要測(cè)管中液位高度以獲得液流流通面積，因它們亦隨流量大小而變。第二參量液位高度亦從電磁系統(tǒng)中獲得，是通過(guò)切換兩勵(lì)磁線圈連接端，得兩種磁場(chǎng)分布和強(qiáng)度以及由此產(chǎn)生兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值，其比值與液位高度存在一定函數(shù)關(guān)系，由此比值求得液位高度。從第一參量平均流速和第二參量液位高度即流通面積相乘得非滿管的流量。電磁流量計(jì)是當(dāng)前測(cè)量滿管或非滿管流量的主要儀表之一。
德國(guó)Karlsruhe大學(xué)研制一種用于在線實(shí)時(shí)測(cè)量液體黏度的專(zhuān)用電磁流量計(jì)，其原理是通過(guò)變換磁場(chǎng)分布和強(qiáng)度，取得兩個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值，其比值與流速分布廓形以及液體黏度有函數(shù)關(guān)系，從而求得液體的黏度”?。若通用電磁流量計(jì)上結(jié)合本測(cè)量黏度的方法，開(kāi)發(fā)新型號(hào)電磁流量計(jì)，即有測(cè)量黏度功能的通用電磁流量計(jì)。
3復(fù)合式流量?jī)x表
這是一類(lèi)由兩種測(cè)量原理（或方法）組合的復(fù)合式流量?jī)x表（hybrid flowmeter），取長(zhǎng)補(bǔ)短以提高性能。例如在市場(chǎng)上已有十余年由傳播時(shí)間法和多普勒法組成的復(fù)合式超聲流量計(jì)，前者測(cè)量準(zhǔn)確度高而不能測(cè)量含有氣泡或顆粒較多的液體，后者可測(cè)第二相含量較高但準(zhǔn)確度較低，第二相含量達(dá)到一定值時(shí)會(huì)白行切換。
近年在市場(chǎng)上見(jiàn)到由渦街流量測(cè)量和熱學(xué)流量測(cè)量組合的復(fù)合式流量計(jì)?1。在儀表矩形測(cè)量通道內(nèi)并列插入渦街檢測(cè)件和熱式檢測(cè)件．分別測(cè)得體積流量和質(zhì)量流量，體積流量由所裝入壓力和溫度傳感器作壓力／溫度換算成質(zhì)量流量。大流量時(shí)用渦街法測(cè)量得流量吼，小流量時(shí)用熱學(xué)法測(cè)量得q。，以盡可能大的流量范圍用準(zhǔn)確度較高的渦街法測(cè)量，流量變化所測(cè)吼>q．，切換封熱學(xué)法測(cè)量。日本Oval公司稱作HMD型儀表口徑有25—100mm六種，測(cè)量準(zhǔn)確度為4-5％R，范圍度為500：1，但從性能圖上讀到若要維持±2％R準(zhǔn)確度時(shí)范圍度約為80：1。
該類(lèi)儀表不僅適用于空氣、氮?dú)獾裙芟档氖褂昧抗芾�，因其�?yōu)越的微小流量測(cè)量性能，還可作管系泄漏監(jiān)測(cè)，用作節(jié)能管理流量計(jì)。
4流量?jī)x表集合相關(guān)功能件
儀表制造供應(yīng)商參照流量?jī)x表現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，近十余年來(lái)紛紛將原由應(yīng)用方安裝調(diào)試的相關(guān)功能件（或配套儀表）集合于流量?jī)x表。應(yīng)用方減少了安裝調(diào)試工作，降低用戶總費(fèi)用TOC（total owne：r cost）；供應(yīng)方增加了儀表功能價(jià)值和收益。
例如國(guó)外盛行十余年國(guó)內(nèi)近年型號(hào)日益增多的一體化差壓式流量計(jì)，將孔板等差壓發(fā)生器和差壓變送器集合在一起，取消了現(xiàn)場(chǎng)安裝引壓管，減少建造工程量和日常維護(hù)工作，消滅潛在故障點(diǎn)。又如間接式氣體質(zhì)量流量計(jì)應(yīng)用初期，也是由用戶分別安裝渦輪式等體積流量計(jì)、溫度／壓力變送器和流量演算器，自行組合調(diào)試，現(xiàn)在均被智能式氣體渦輪流量計(jì)和旋進(jìn)旋渦流量計(jì)等代替，它們將功能器件集合在流量?jī)x表內(nèi)，方便應(yīng)用，簡(jiǎn)潔了使用現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)在又出現(xiàn)一些集合相關(guān)功能件的新型號(hào)儀表。
4．1渦街流量計(jì)+變徑管
渦街流量計(jì)的額定流量偏高．在應(yīng)用中往往選擇流量計(jì)口徑比管徑小一檔規(guī)格，再裝一組漸縮漸擴(kuò)異徑管以相適應(yīng)。儀表制造廠就按此需要推出帶漸變異徑段的新型號(hào)渦街流量計(jì)。
4．2電磁流量計(jì)+變徑管
電磁流量計(jì)可用于較高流速，也常遇選用口徑比管徑小一檔規(guī)格的儀表。有些新型號(hào)儀表的流量傳感器進(jìn)出端也設(shè)計(jì)有漸變異徑段，若變徑圓錐角不過(guò)大．不僅提高流速，還可改善流速分布，從而可適當(dāng)縮短前置直管長(zhǎng)度。
4．3熱式流量計(jì)+流動(dòng)調(diào)整器
接入管段型金氏定律（熱消散效應(yīng)）熱式流量計(jì)需要較長(zhǎng)前置直管，若長(zhǎng)度不足，則需在流量計(jì)前裝流動(dòng)調(diào)整器，用戶感到十分不便。儀表制造廠設(shè)計(jì)將流動(dòng)調(diào)整器集合在儀表進(jìn)口段，例如裝名為Vortabs片狀調(diào)整器或多孔流動(dòng)調(diào)整板（一塊或多塊），就不再要求用戶在儀表前裝流動(dòng)調(diào)整器。若流量計(jì)上游有控制閥擾動(dòng)，無(wú)流量調(diào)整板的儀表需要45D（D為儀表內(nèi)徑）的直管，而有流動(dòng)調(diào)整板的儀表只要≥3D