流量测量技术综述

  流量测量是工业过程测量中的一个重要参数。在工业生产里承担着两类重要任务：其一为流体物资贸易核算储运管理和污水废气排放控制的总量计量；其二为流程工业提高产品质量和生产效率，减少相关成本以及水利工程和环境保护等作必要的流量检测和控制。

  流量测量涉及广泛的应用领域。过程测量、能源计量、环境保护、交通运输等高耗能领域对流量测量的需求急速增长，为流量测量技术提出了新的要求。不仅要求流量测量仪表耐高温度高压力，而且能自动补偿参数变化对测量精度的影响，从节约能源、成本核算、贸易往来及医药卫生等方面的特别的条件考虑，要求流量测量精度高、压损小、可靠性高。新技术、新器件、新材料和新工艺及新软件的开发应用，使得流量计的测量准确度慢慢的升高，流量的测量范围越来越广。同时流量计对测量介质的要求在降低，适合使用的范围也慢慢变得宽，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。

  介质在单位时间内通过给定的通道或管道横截面的量叫做通过该截面的流量。流量的读数可以是质量单位或容积单位。流量也是总量除以时间的商。反之，总量可以看作流量与时间的积。流量与总量都是物理量，彼此通过时间相联系。

  流量测量方法大概能归纳为以下四种：利用伯努利方程原理，经过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法，用这种方法制作而成的仪表如转子流量计、靶式流量计、弯管流量计等；通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法，用这种方法制作而成的仪表如涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等；利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量，用这种方法制作而成的仪表如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等；以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法，用这种方法制作而成的仪表如热式质量流量计、科氏质量流量计、冲量式质量流量计等。

  2007年清华大学高晋元教授发表《参数估计法测量两相流流速》一文，提出运用模型参数估计可直接辨识随机流动噪声的渡越时间，能起到在时域对传感器信号进行预滤波的作用，推动了我国在相关流量测量技术上的进步。

  巴西的Pereira所设计的改进的音速喷嘴是一种新型的音速文丘里喷嘴。它的喉部和扩散管是分别加工的，因此便于制造，而且测量各部件的几何形状和尺寸也更方便；俄罗斯Kopp等人的基于流体动力学效应实现转子悬浮的速度式流量传感器，十分引人注目；日本Yamada等人将铠装温度计插在孔板的差压检验测试部位，并测试其对差压测量值的影响，结果发现对差压测量放基本上没有影响。这就使带温压自动补偿功能的差压变送器的开发成为可能。

  节流式流量计是一种典型的差压流量计。是目前工业生产里用来测量气体、液体和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成。如图1所示。

  由上式可知，在节流元件确定条件下，体积流量与差压成正比，通过差压检测装置检测差压后，经计算就可得到体积流量的值。

  电磁流量计大范围的应用于各种导电液体的体积流量测量，被测介质在测量管内，由于没阻滞部件，所以没有压力损失。而且此流量计无机械惯性，反应灵敏，可测范围大，而且线性较好，测量精度高，可直接进行等分刻度，适用管径范围宽。

  电磁流量计测量原理：设在均匀磁场中垂直于磁场方向放置一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制造成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生与流速成正比的电位差。经过测量此电位差可求得流体流量。

  由式可知，当测量管一定时，体积流量qv与比值E/B成正比，而与流体的状态和物理参数无关，测量比值E/B即可得到体积流量qv。当磁感应强度B为恒定值时体积流量qv与感应电动势E成正比。经过测量感应电动势就可间接计算出流体体积流量。