天津斯秘特精密仪表股份有限公司
2012/5/28 16:27:56测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元*0年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。流量计又分为有转子流量计、节流式流量计、细缝、容积、电磁、超声波和堰等。按介质分类：液体和气体。
概述 英文名称是flowmeter，全国科学技术名词审定委员会把它定义为：指示被测流量和（或）在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表，工程上常用单位m3/h，它可分为瞬时流量（Flow Rate）和累计流量（Total Flow），瞬时流量即单位时间内过封闭管道或明渠有效截面的量，流过的物质可以是气体、液体、固体；累计流量即为在某一段时间间隔内（一天、一周、一月、一年）流体流过封闭管道或明渠有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时和累计之间也是可以相互转化的。
发展历史 美国早在1886年即发布过*个TUF，1914年的认为TUF的流量与频率有关。美国的*台TUF是在1938年开发的，它用于飞机上燃油的流量测量，只是直至二战后因喷气发动机和液体喷气燃料急需一种高精度、快速响应的才使它获得真正的工业应用。如今，它已在石油、化工、科研、国防、计量各部门中获得广泛应用。
流量测量zui早是由瑞士人开始的，在1738年，瑞士的物理学家丹尼尔?伯努利以伯努利方程为基础，利用了差压法测量了水流量。
后来，意大利物理学家文丘里又用文丘里管测量了流量，并发表了研究成果。
1886年，美国人赫谢尔应用文丘里管制成了测量说流量的的实用测量装置。
20世纪初期到中期，原有的测量原理逐渐走向成熟，人们不再将思路局限在原有的测量方法上，而是开始了新的探索。1910年时，美国人开始了槽式的研究工作，这种是用来测量明沟中水流量的。1922年，帕歇尔将水槽测量改革为帕歇尔水槽。
槽式发展的同时，美籍匈牙利人卡门正在研究涡街理论，1911年到1912年，他提出了卡门涡街新理论。
到了30年代，又出现了探讨用声波测量液体和气体的流速的方法声波测量流量的方法，但到第二次世界大战为止未获得很大进展，直到1955才有了应用声循环法的马克森的问世，用于测量航空燃料的流量。
1945年，科林用交变磁场成功的测量了血液流动的情况。
20世纪的60年代以后，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。例如，为了提高了差压仪表的度，出现了力平衡差压变送器和电容式差压变送器；为了使电磁的传感小型化和改善信噪比，出现了用非均匀磁场和低频励磁方式的电磁，此外，具有宽测量范围和无活动检测部件的实用卡门涡街也在70年代问世。
随着集成电路技术的迅速发展，具有锁相环路技术的超声（波）也得到了普遍应用，微型计算机的广泛应用，进一步提高了流量测量的能力，如激光多普勒流速计应用微型计算机后，可处理较为复杂的信号。
应用领域 流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。
流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的，它们是能源管理和经济核算*的工具。
烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的zui大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制，在烟气排放、污水、废气处理量方面有着不可替代的位置。
中国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是*污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。
有五种方式：铁路公路、航空、水运和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的*工具。
21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等；医药行业对各种医药配方，液体制剂成分的控制流量仪表也是不和或缺的。仪表开发的难度极大，品种繁多。
科学实验需要的不但数量多，且品种极其繁杂。据统计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制的。
这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用前提有很大差别。
流量测量方法和仪表的种类繁多，分类方法也很多。至今为止，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。
这60多种流量仪表，每种产品都有它特定的适用性，也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类；按测量目的又可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称作总量表和。
此外，按测量原理可分为如下几个大类：
1、力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。
2、电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。
3、声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式（冲击波式）等。
4、热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。
5、光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。
6、原子物理原理：核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表．
7、其它原理：有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。
本文按照目前zui流行、zui广泛的分类法分别来阐述各种的原理、特点、应用概况及国内外的发挥在那情况：
差压式是根据安装于管道中流量检测件与流体相互作用产生的差压，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。
差压式由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换器和流量显示仪表）组成。通常以检测件形式对差压式分类，如孔板、文丘里、均速管、皮托管原理式-毕托巴等。
二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化（系列化、通用化及标准化）程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表，它既可测量流量参数，也可测量其它参数（如压力、物位、密度等）。
差压式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。
检测件又可按其标准化程度分为二大类：标准的和非标准的。
所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。
非标准检测件是成熟程度较差的，尚未列入标准中的检测件。
差压式是一类应用zui广泛的，在各类流量仪表中其使用量占居*。近年来，由于各种新型的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是zui重要的一类。
差压式流体体积流量公式为：
v=aA √2/j（p-q）
v--体积
j--液体密度
a--流量系数，与流道尺寸 取压方式和流速公布有关
A--孔板开孔面积
p-q--压力差
优点：
（1）应用zui多的孔板式结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；
（2）应用范围广泛，至今尚无任何一类可与之相比拟；
（3）检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。
缺点：
（1）测量精度普遍偏低；
（2）范围度比，一般仅3:1~4:1；
（3）现场安装条件要求高；
（4）压损大（指孔板、喷嘴等）。
注：一种新型产品：引进美国航天*而开发的平衡，这种的测量精度是传统节流装置的5-10倍，*压力损失1/3。压力恢复快2倍，zui小直管段可以小至1.5D，安装和使用方便，大大减少流体运行的能力消耗。
应用概况：
差压式应用范围特别广泛。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。它在各工业部门的用量约占全部用量的1/4~1/3。
1、常用标准节流装置（孔板）、（喷嘴）、（文丘利管）。
2、常用非标准节流装置有（双重孔板）、（圆缺孔板）、（1/4圆喷嘴）和（文丘利喷嘴）。
3、孔板常用取压方法有（角接取压）、（法兰取压），其它方法有（理论取压）、（径距取压）和（管接取压）。
4、标准孔板兰取压法，上下游取压孔中心距孔板前后端面的间距均为（25.4±0.8）mm，也叫1英寸法兰取压。
5、1151变送器的工作电源范围（12）vdc到（45）vdc，负载从（0）欧姆到（1650）欧姆。
6、1151dp4e变送器的测量范围是（0～6.2）到（0～37.4）kpa。
7、1151差压变送器的zui大正迁移量为（500%），zui大负迁移量为（600%）。
8、管道内的流体速度，一般情况下，在（管道中心线）处的流速zui大，在（管壁）处的流速等于零。
9、若（雷诺数）相同，流体的运动就是相似的。
10、当充满管道的流体流经节流装置时，流束将在（缩口）处发生（局部收缩），从而使（流速）增加，而（静压力）降低。
11、1151差压变送器采用可变电容作为敏感元件，当差压增加时，测量膜片发生位移，于是低压侧的电容量（增加），高压侧的电容量（减少）
12、1151差压变送器的zui小调校量程使用时，则zui大负荷迁移为量程的（600%），zui大正迁移为（500%），如果在1151的zui大调校量程使用时，则zui大负迁移为（100%），正迁移为（0%）。
13、1151差压变送器的精度为（±0.2%）和（±0.25%）。 注：大差压变送器为±0.25%
14、常用的流量单位、体积流量为（m3/h）、（t/h），质量流量为（kg/h）、（t/h），标准状态下气体体积流量为（nm3/h）。
15、用孔板测量蒸汽流量，设计时，蒸汽的密度为4.0kg/m3，而实际工作时的密度为3kg/m3，则实际指示流量是设计流量的（0.866）倍。
16、用孔板测量气氨流量，设计压力为0.2mpa（表压），温度为20℃，而实际压力为0.15mpa（表压），温度为30℃，则实际指示流量是设计流量的（0.897）倍。
17、节流孔板前的直管段一般要求（10）d，孔板后的直管段一般要求（5）d，为了正确测量，孔板前的直管段为（30～50）d，特别是孔板前有泵或调节阀时更是如此。
18、为了使孔板的流量系数α趋向定值，流体的雷诺数应大于（界限雷诺数）。
19、在孔板加工的技术要求中，上游平面应和孔板中心线（垂直），不应有（可见伤痕），上游面和下游面应（平行），上游入口边缘应（锐利无毛刺和伤痕）。
浮子，又称转子，是变面积式的一种。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。
浮子是仅次于差压式应用范围zui宽广的一类，特别在小、微流量方面有举足轻重的作用。
80年代中期，日本、西欧、美国的销售金额占流量仪表的15%~20%。中国产量1990年估计在12~14万台，其中95%以上为玻璃锥管浮子。
特点：
（1）玻璃锥管浮子结构简单，使用方便，缺点是耐压力低，有玻璃管易碎的较大风险；
（2）适用于小管径和低流速；
（3）压力损失较低。
容积式，又称定排量，简称PD，在流量仪表中是精度zui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。
容积式按其测量元件分类，可分为椭圆齿轮、刮板、双转子、旋转活塞、往复活塞、圆盘、液封转筒式、湿式气量计及膜式气量计等。
优点：
（1）计量精度高；
（2）安装管道条件对计量精度没有影响；
3）可用于高粘度液体的测量；
（4）范围度宽；
（5）直读式仪表无需外部能源可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。
缺点：
（1）结果复杂，体积庞大；
（2）被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大：
（3）不适用于高、低温场合；
（4）大部分仪表只适用于洁净单相流体；
（5）产生噪声及振动。
应用概况：
容积式与差压式、浮子并列为三类使用量zui大的，常应用于昂贵介质（油品、天然气等）的总量测量。
工业发达国家近年PD（不包括家用煤气表和家用水表）的销售金额占流量仪表的13%~23%；中国约占20%，1990年产量（不包括家用煤气表）估计为34万台，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。
涡轮，是速度式中的主要种类，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。
涡轮和容积式、科里奥利质量称为中三类重复性、精度*的产品，作为类型之一，其产品已发展为多品种、多系列批量生产的规模。
优点：
（1）高精度，在所有中，属于zui的；
（2）重复性好；
（3）元零点漂移，抗*力好；
（4）范围度宽；
（5）结构紧凑。
缺点：
（1）不能长期保持校准特性；
（2）流体物性对流量特性有较大影响。
应用概况：
涡轮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，涡轮在用量上是仅次于孔板的天然计量仪表，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，它们已成为优良的天然气计量仪表。
电磁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。
电磁有一系列优良特性，可以解决其它不易应用的问题，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，在流量仪表中其使用量百分数不断上升。
优点：
（1）测量通道是段光滑直管，不会阻塞，适用于测量含固体颗粒的液固二相流体，如纸浆、泥浆、污水等：
（2）不产生流量检测所造成的压力损失，节能效果好：
（3）所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响：
（4）流量范围大，口径范围宽：
（5）可应用腐蚀性流体。 缺点：
（1）不能测量电导率很低的液体，如石油制品；
（2）不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体；
（3）不能用于较高温度。
应用概况：
电磁应用领域广泛，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。
技术参数：
仪表精度：管道式0.5级、1.0级；插入式2.5级
测量介质：电导率大于5μS/cm的各种液体和液固两相流体。
流速范围：0.2～8m/s
工作压力：1.6MPa
环境温度：-40℃～+50℃
介质温度：聚四氟乙烯衬里≤180℃
橡胶材质衬里≤65℃
防爆标志：ExmibdⅡBT4
防爆证号：GYB01349
外磁干扰：≤400A/m
外壳防护：一体化型：IP65；
分 离 型：传感器IP68（水下5米，于橡胶衬里）
转换器IP65
输出信号：4～20mA.DC，负载电阻0～750Ω
通讯输出：RS485或CAN总线
电气连接：M20×1.5内螺纹，φ10电缆孔
电源电压：90～220V. AC、24±10%V.DC
zui大功耗：≤10VA
涡街是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。
涡街按频率检出方式可分为：应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。
涡街是属于zui年轻的一类，但其发展迅速，目前已成为通用的一类。
涡街安装点的上游较近处若装有阀门，不断地开关阀门，对的使用寿命影响极大，非常容易对造成*性损坏。尽量避免在架空的非常长的管道上安装，这样时间一长后，由于的下垂非常容易造成于法兰的密封泄露，若不得已安装时，必须在的上下游2D处分别设置管道紧固装置。安装方面的问题。主要是传感器前面的直管段长度不够，影响测量精度。比如：传感器前面直管段明显不足，由于FIC203不用于计量，仅仅用于控制，目前使用相当于精度降级的使用。
优点：
（1）结构简单牢固；
（2）适用流体种类多；
（3）精度较高；
（4）范围度宽；
（5）压损小。
缺点：
（1）不适用于低雷诺数测量；
（2）需较长直管段；
（3）仪表系数较低（与涡轮相比）；
（4）仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。
应用和发展动向
科里奥利质量（以下简称CMF）是利用流体在振动管中流动时，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。
中国CMF的应用起步较晚，近年已有几家制造厂自行开发供应市场；还有几家制造厂组建合资企业或引用*生产系列仪表。
国外CMF已发展30余系列，各系列开发在技术上着眼点在于：流量检测测量管结构上设计创新：提高仪表零点稳定性和度等性能；增加测量管挠度，提高灵敏度：改善测量管应力分布，降低疲劳损坏，加强抗振动*力等。
近年来某些厂家研发出了可以测量气液两相的科里奥利仪表，可以应用在卸船，含气泡介质等原先传统仪表无法工作的场合。同时有一种MVD变送器可以实现仪表在线自校验，即无需将拆下，利用对流量管刚性的检查，来判断现场仪表的性能。
EMF从50年代初进入工业应用以来，使用领域日益扩展，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占16%~20%。
中国近年发展迅速，1994年销售估计为6500~7500台。国内已生产zui大口径为2~6m的EMF，并有实流校验口径3m的设备能力。2008年销售额已经达到7700万美元，估计销售量在35万台以上。
USF在60年代后期进入工业应用，80年代后期起在各国流量仪表销售金额中已占4%～6%。1992年世界范围估计销售量为3548万台，同期国内产品估计在8000～9000台。
结论 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，每种都有其适用范围，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。当然，随着科技的发展和实际应用的需要，更多的新型将不断的涌现，的类型将更为齐全，选择时就应当更为谨慎。
