仪表自动化中的流量测量

高彦军

开封空分集团设计研究院，河南开封 475000

1 流量测量仪表的类型和特点

流量测量仪表是用来测量管道或者明沟内部液体、气体、蒸汽等流体流量的工业化自动仪表，又称之为流量计。流量测量是一项极其复杂的工作，在进行流体流量测量的时候，我们通常需要考虑流体的温度范围、流体的压力范围、流体范围、粘度范围和流态范围流量测量的方法根据具体情况可以分为三种：速度式流量测量方法、容积式流量测量方法和直接或间接测量的方法。速度式流量测量方法能够直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据；容积式流量测量方法通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现；直接或间接的方法通过测量单位时间内流过管道截面的流体质量数来测量流量。工业上常用的流量计，按其测量原理分为以下四类：

1）差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置、巴式流量计、平衡流量计等；

2）速度式流量计：主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等；

3）容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计；4）其它类型流量计：如基于电磁感应原理的电磁流量计、涡街流量计等。

2 流量测量仪表检定方式的比较

流量测量仪表的检定方式，根据具体的条件可以分为实流检定和干式检定两种方式。一般来说，对于用来计量液体流量的仪表大都采用实流检定的方式，，例如，测量水和原油流量的仪表；而对于用来计量气体流量的仪表大都采用的是干式检定的方式，例如，测量天然气流量的差压式流量仪表，还有极少数的流量测量仪表采用的是在线实流检定或者离线检定。几种检定方式之间是存在差异的，首先，在检定的结论上存在不同，实流检定一般情况下是最符合准确性、溯源性、实验性和一致性的，还能够对流量测量仪表进行真正意义上的校准和复制，确保了量值传递或者溯源性的连续和封闭。而采用组合测量方法对流量仪表进行干式检定，往往会存在一些不确定性，这与其有关参数的测量结果的确定性是有关的，而且这些流量测量计不能够给出具体的误差值，只能够通过做多次试验的经验和标准化的技术要求来保证流量计量的一致性和试验性。流量仪表的离线检定更是需要根据具体的检定环境来决定其流量检定的结果，同样存在许多的不确定性，采用这种方式检定流量仪表的时候，检定人员本身对于测量结果的准确性要求就不是很高，允许一些小误差的存在。所以，在检定的结论上，各种检定方式之间存在差异。其次，几种检定方式对物性参数影响的修正程度也不尽相同。我们知道，几乎所有通过流量仪表得到的测量结果都会受到被测介质有关物性参数的影响，只是影响的程度不一样而已。对于大多数的流量测量仪表来说，物性参数对其计量性能的影响是很难用数学公式准确表达出来的，所以这就对如何消除物性参数影响造成了一定的困难。还有一点就是，几种流量检定方式对操作条件影响的修正程度也存在区别，流量仪表的操作环境会直接影响其计量性能，因为操作环境的变化会使流量仪表的计量腔体发生变化，同时，操作环境还会影响被测介质的黏度和密度等物理性质，降低了测量时候的准确性。计量腔体的变化，对于容积式流量计来说，会使其测量的基准容积发生改变，产生误差，影响测量的结果；对于速度式流量计来说，会使其流通面积发生变化，影响测量的结果。

3 流量仪表选型的基本原则

流量仪表根据其自身的特性和相关作用，在测量流量的时候，每种流量仪表之间都存在适应性，目前还没有研发出能够适应各种环境的万能流量计。所以，在选择流量仪表的时候，一定要搞清楚被测介质的具体性质，测量时候的环境等因素，不能盲目的去选择流量仪表，这样的话，非但不能得到准确的测量结果，可能还会造成流量仪表的损坏。首先，要熟悉被测介质和测量环境，例如，了解被测介质的物理性质以及相关特性，明白测量时候的温度、压力、流体的流态、黏度等因素；其次，要合理的选用流量仪表，这个时候就要求技术人员对各种流量仪表的工作原理、性能、结构有充分地了解，还要判断其在安装的时候是否需要特殊的安装环境。这样的话，才能够确保流量计能够正常的工作，发挥其作用，满足工艺生产的需要。在选择流量测量仪表的时候，既要考虑流量测量仪表的适用性，还要根据对测量结果的要求程度考虑流量测量仪表的准确度，流量仪表的误差应该控制在一定的范围之内，超出了这个范围就要重新选择了，流量仪表测量的准确度越高，测量的结果就越可靠，测得的数据才会对技术人员做出正确判断有帮助，提高整体的工作效益和经济效益。

4 自动化流量测量的发展趋势

自动化流量测量仪表的发展趋势，大致可以归纳为以下几点：

1）逐渐提高流量测量的可靠性和准确性。这需要研发人员在进行流量仪表设计的时候，在参照以往经验的同时，能够大胆创新，按照可靠性原理，使用高可靠性的传感器和电子元器件，尽量减少或者运动部件；

2）要大幅提高流量测量仪表对被测介质和所测环境的适应性；

3）运用国内外一些先进的技术，例如，新的信号处理技术（DSP）、新的信号传输技术（HART、FIELD BUS），这样就能使得流量测量仪表更加的先进；

4）流量仪表已经慢慢趋向智能化的方向，操作更加简单，性能更加强大。

5 结论

本文对流量测量仪表的类型和特点进行了分析，比较了几种流量仪表检定方式，论述了流量仪表选型的基本原则，并就自动化流量仪表的发展趋势进行了描述。总之，虽然流量测量技术发展到今天已经趋于成熟，市面上也有各种各样的流量计，流量计的功能和适用范围也在大幅的提高，但是，对于一些高腐蚀性、高粘性、多相流体等流体的流量测量，还是存在一定的缺陷的，技术和测量工具都有待提高。

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