新型流量测量仪表的应用和发展

　　0　引　言

　　流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域,目前,已投入使用的流量计已超过100种,按测量原理分,主要有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等^[1]。按照目前最流行、最广泛的分类法,又可分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、质量流量计和插入式流量计等。随着科学技术的发展和新技术普遍应用,超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等一些新技术被引入流量计量领域,使得流量传感器趋向电子化和数字化,为流量计量开拓了新的领域。无接触、无活动部件、间接测量的新型流量计在过去的几年里相继问世。流量数学模型简明、量程比宽、线性化、数字化、价格低廉,且维修方便。本文对近年来发展起来的流量测量新方法和成果作简要的介绍。

　　1　国内外流量测量技术发展动向^[2]

　　1.1　产品设计理念

　　普遍采用电子自动化等设计方法,计算机辅助制造、计算机辅助测试、数字信号处理、专用集成电路及表面贴装等技术被广泛地应用于流量传感器的设计中。注重高新技术和量大、面广的产品开发与生产。系统集成,不仅着眼于单机,更注重系统、产品软件化。随着CPU应用于各类仪器中,流量测量也发生了一系列质的变化,数字化、智能化已成为产品设计的重要理念。

　　1.2　产品开发准则发生了变化

　　从技术驱动转为市场驱动,从一味追求高精尖转为“恰到好处”。开发成功一项产品的准则是:用户有明确的需求;功能与性能要恰到好处。产品开发准则的另一变化是收缩方向,集中优势。注重专业化生产而不再是大而全。国外流量仪表测量技术发展动向为开发新产品提供了思路和方向:产品向智能化、系统化方向发展,不断将电子技术、微机技术渗透到仪器的测试系统中去,实现测试系统的智能化。同时,由于流量测量技术的复杂化,以及科学技术的迅速发展给流量计量提出更新更高的要求,流量计量的现状远不能满足生产的需要,还有大量的流量计量技术问题有待进一步研究解决。流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能完全满足生产要求。特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、微小流量等的检测,有待进一步发展更有效的测量手段。

　　2　新型流量仪表的研究和开发

　　2.1　超声波流量计^[3~9]

　　超声波流量计是通过检测流体流动对超声波(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的方式,大致可分为传播速度法(时差法、相差法、频差法)、多普勒法、相关法、波速偏移法等,传播速度法最为普遍。超声波测量技术具有无压损、量程范围较宽、双向测量有相同准确度、可以测量脉动流等其他流量计所不及的优点,特别适用于大管径大流量的测量,测量管径可从厘米级到米级,适合于测量强腐蚀和易燃易爆介质。但是,由于受数据处理能力的限制,这种技术在早期的流量测量中很少使用。随着微处理器技术的应用,使超声波流量计采用各种先进的信号处理技术有了可能,将大量的实际研究数据与现代的高智能计算机有机结合,诞生了一代准确度高、适应性较强的新型流量计。这对提高仪表的技术性能和实现仪表的智能化有很大的促进作用。在过去的十几年里,流量测量技术上最大的亮点之一是超声波流量计的迅速崛起和迅猛增长势头。尤其是近几年,超声波流量计工艺技术的改进使得其测量结果更精确,同时,也扩大了它们的应用范围。