智能電磁流量計(jì)十種發(fā)展趨勢(shì)

1. 結(jié)構(gòu)日趨簡潔、輕便

　　早期流量儀表為純機(jī)械就地顯示，如容積式流量計(jì)。不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重，重量/口徑比很大；且其中的轉(zhuǎn)動(dòng)件因磨損需經(jīng)常維修。隨著工業(yè)管道口徑日益增大，插入式儀表以其結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、拆裝簡便，日益受到用戶青睞，而近十年發(fā)展最快的電磁、超聲流量儀表，管道中更是沒有任何轉(zhuǎn)動(dòng)件、阻力件，結(jié)構(gòu)更為簡潔，且壓損小，準(zhǔn)確度高，是最有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表。

2. 功能力求完善、多樣

　　早期流量儀表為就地顯示（如容積、轉(zhuǎn)子），隨著工業(yè)水平的不斷提高，已不能適應(yīng)工藝要求數(shù)十臺(tái)儀表集中顯示、調(diào)節(jié)、控制。有必要將傳感器（也稱一次表，如孔板、噴嘴、內(nèi)錐）與變送器（也稱二次表）分離開。并將流量參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，遠(yuǎn)傳至中央控制室。隨著工業(yè)規(guī)模再擴(kuò)大，模擬信號(hào)已無法適應(yīng)，輸出信號(hào)需轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)的要求。

　　為增加儀表的可靠性，不少儀表已增加多達(dá)10余種自診斷功能。如KROHNE公司推出的Optiflux電磁流量計(jì)，可自診斷如氣泡、電極腐蝕、積垢、電極短路、流體導(dǎo)電率、非滿管、襯里損壞、外部磁場(chǎng)等多方面的儀表狀況。

　　儀表功能的多樣化也是一種發(fā)展趨勢(shì)，如超聲除測(cè)流量外，還可測(cè)流體成分，聲速；科氏除測(cè)流量外，還可測(cè)流體密度。
3. 準(zhǔn)確度日益提高

　　隨著貿(mào)易全球化，經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)化，貿(mào)易雙方都要求計(jì)量儀表日益準(zhǔn)確，以減小經(jīng)濟(jì)上的損失，為此，采取了不少措施,如：
　　·ISO5167新標(biāo)準(zhǔn)的公布普遍加長了節(jié)流裝置前直管段長度，以確保儀表處于充分發(fā)展紊流中，其目的仍在于提高這類儀表的準(zhǔn)確度。
　　·超聲波流量計(jì)已成為貿(mào)易核算較理想的流量儀表，它也有前直管要求，如達(dá)不到可采取多通道以充分掃描管內(nèi)流速分布，以提高準(zhǔn)確度。
　　·插入式流量儀表，以測(cè)線速為代表的均速管、或熱式；僅測(cè)管道直徑上多點(diǎn)流速，當(dāng)直管段較短時(shí)，準(zhǔn)確度往往低于±3%，為改善這一狀況可采取了在同一截面插入兩支以上的均速管，以充分反映管內(nèi)流速分布來提高準(zhǔn)確度。
　　·渦輪流量計(jì)在主渦輪后增設(shè)輔助渦輪，它可校正主渦輪的出口角的變化進(jìn)行修正，以提高準(zhǔn)確度。
　　·科氏流量計(jì)。據(jù)美國高準(zhǔn)公司宣稱，該公司推出的科氏流量計(jì)，流量準(zhǔn)確度可高達(dá)±0.05%；密度準(zhǔn)確度達(dá)±2×104g/cc。

4. 安裝力求簡便

　　在管道口徑隨工程日益增大情況下，流量儀表的安裝、維護(hù)應(yīng)力求簡便，且不影響工藝流程的正常運(yùn)行，如：
　　·插入式
　　這類儀表有插入式渦街、渦輪；電磁；均速管；熱式等，僅需在管道上焊一個(gè)不大的接頭，且可不斷流進(jìn)行裝卸，十分方便。但這類儀表準(zhǔn)確度僅±2%~5%，一般不適用于貿(mào)易核算。
　　·外夾式
　　無需在管道上進(jìn)行加工，只需將換能器夾裝在管道外壁，較插入式安裝更為簡便，目前已有商品出售的有GE公司（美）推出的CTF878氣體超聲波流量計(jì)及CONTROLOTRON公司（美）推出的1010DV氣體超聲波流量計(jì)。準(zhǔn)確度目前可達(dá)到±2%。

5. 量程日益增大

　　長期以來，占流量儀表60%~70%的差壓式儀表量程比只能達(dá)到3：1；渦輪、渦街、轉(zhuǎn)子、容積這類儀表量程比可達(dá)10：1，仍難以滿足用戶的需求。過去常采用并聯(lián)多臺(tái)儀表來解決，實(shí)屬無奈之舉。隨著近年來微電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，采取智能式差壓變送器，即可解決差壓式流量儀表量程比小的問題。而電磁、超聲、科氏由于原理的優(yōu)越，量程比達(dá)幾十比一，則輕而易舉。

6. 多相流迫切有待解決

　　國內(nèi)外對(duì)多相流流量儀表的研發(fā)已進(jìn)行不少于二、三十年，已處于工業(yè)試用階段，十分成熟的產(chǎn)品還不多，歸納起來，多采用以下三種方法：
　　·將兩臺(tái)單相流量儀表，串聯(lián)組合，各自輸出為S1、S2，而S1=f1（qmx）; S2=f2（qmx）（qm為流量，x為分相率）。解兩個(gè)方程式，即可知qm、x。
　　·采用現(xiàn)代新技術(shù)，如γ射線、微波、核磁共振、全息技術(shù)、示蹤法、過程層析成象技術(shù)等。
　　·軟測(cè)量方法。基于成熟的傳感器硬件，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為平臺(tái)，通過軟測(cè)量模型運(yùn)算處理來完成。
　　目前進(jìn)入實(shí)用階段的有德國SWR公司的微波氣固兩相流量計(jì)；英國SOLARTRON公司推出的DUALSTREAM MK1氣液兩相流量計(jì)；美國MALFI-FIAID公司開發(fā)的LP多相流量計(jì)等。我國也積極開展研發(fā)，多在高校進(jìn)行，處于樣機(jī)階段。

7. 直管段長度力求減小

　10余種原理的流量儀表除容積式、科氏、轉(zhuǎn)子流量計(jì)外，都是速度型，要求通過儀表的管內(nèi)流速分布應(yīng)為充分發(fā)展紊流。為此，儀表前應(yīng)具有較長的直管段，一般為十幾至幾十倍管徑長度。如占流量儀表市場(chǎng)一半以上的節(jié)流裝置，根據(jù)ISO5167標(biāo)準(zhǔn)，為保證必要的準(zhǔn)確度，直管將達(dá)40D。在管徑日益增大的情況下，這個(gè)要求很不現(xiàn)實(shí)難以實(shí)現(xiàn)。因此，近年來一種以環(huán)形通道為特點(diǎn)的節(jié)流裝置（環(huán)孔、內(nèi)錐、槽道、梭式流量計(jì)）應(yīng)運(yùn)而生，這類儀表不僅仍具有節(jié)流裝置可承受惡劣工況的特點(diǎn)，而因其環(huán)形通道具有整流作用，其所需直管段僅幾倍管徑，倍受用戶歡迎。

8. 顯示逐步數(shù)字化

　　流量儀表的輸出顯示，從表盤指針顯示至通過變送器將流量值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬電信號(hào)（0~10V或4~20mA），可進(jìn)行遠(yuǎn)距傳送至中央測(cè)控室顯示或打印。而為了適應(yīng)當(dāng)今大型工程，傳送距離要求達(dá)到數(shù)公里以上，模擬量的傳送已不能適應(yīng)要求，則需要通過HART協(xié)議，將標(biāo)準(zhǔn)電模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線與遠(yuǎn)距離通訊的需求。通過RS232/RS485通訊轉(zhuǎn)換器，連接HART協(xié)議轉(zhuǎn)換器與PC機(jī)通訊口相連接，可使通訊距離達(dá)數(shù)公里，其中RS232通訊距離約2公里，而RS485加一個(gè)中繼器，可使通訊距離達(dá)到10公里。

9. 校驗(yàn)力爭干標(biāo)

　　流量是一個(gè)推導(dǎo)量，由一些基本參數(shù)（長度、質(zhì)量、時(shí)間）組成；同時(shí)它又是一個(gè)動(dòng)態(tài)量，只有流體運(yùn)動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生流量，因此，它又與流動(dòng)的狀態(tài)密切相關(guān)。影響流量大小的因素很多，有些因素如流速，管徑的影響可以通過函數(shù)確定；還有不少因素難以確定，需要用流量系數(shù)C予以涵蓋來修正儀表所測(cè)的流量值，流量系數(shù)C對(duì)當(dāng)前絕大多數(shù)流量儀表來說，必須通過校驗(yàn)裝置。幾十年來，流量儀表都難避開這一繁瑣的校驗(yàn)程序，必須建立龐大昂貴的校驗(yàn)裝置。

　　但是，現(xiàn)在有些儀表（如孔板、超聲波流量計(jì)）已可避開實(shí)校而通過干標(biāo)得到流量系數(shù)，準(zhǔn)確度也可控制在應(yīng)用可接受的程度。所謂干標(biāo)，即嚴(yán)格控制制造的幾何尺寸。通過一定的標(biāo)準(zhǔn)，可以得到流量系數(shù)，但欲達(dá)到這個(gè)目的，還是要通過大量的校驗(yàn)，積累數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)；歸納整理才有可能。不少儀表如渦街，均速管等為省略校驗(yàn)程序，也積極向干標(biāo)目標(biāo)努力。要使某一種儀表達(dá)到干標(biāo)的目的，應(yīng)該由行業(yè)協(xié)會(huì)組織進(jìn)行，才可能得到業(yè)內(nèi)的認(rèn)同。

10. 壓損力求減小

　　當(dāng)流體流過流量儀表時(shí)，由于儀表中存在運(yùn)動(dòng)件、阻力件，會(huì)產(chǎn)生一些不可恢復(fù)壓力損失；即使儀表中空無一物，如科氏流量計(jì)，因要強(qiáng)制流體流向改變，也會(huì)有較大的壓力損失；電磁、超聲流量計(jì)由于流體與管壁的摩阻，也會(huì)有些壓損，不過相對(duì)較小，可忽略不計(jì)。流量儀表所產(chǎn)生的壓力損失，造成了流動(dòng)的滯緩，為維持正常的工藝流程必須加大動(dòng)力，以彌補(bǔ)這個(gè)損失。加大動(dòng)力所需的年運(yùn)行費(fèi)，對(duì)有些儀表特別是管徑較大時(shí)，是一個(gè)不菲的數(shù)字，可能為初始購置費(fèi)幾十倍。節(jié)能降耗在世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家都十分重視，因此，流量儀表的壓力損失已被列入訂貨者的選型條件。壓損過大的流量儀表特別是當(dāng)口徑較大時(shí)，基本上已被用戶排除在外；同時(shí)，研發(fā)壓損小的流量儀也列入了生產(chǎn)廠家的課題。

　　流量儀表伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展有必要逐步完善其性能；而技術(shù)的進(jìn)步也讓流量儀表的完善成為可能，這二者是相輔相成，相互促進(jìn)的。

　　流量儀表的準(zhǔn)確度反映了它接近真值的能力。它不僅取決于儀表的原理及制造，還必需由校驗(yàn)裝置在理想狀態(tài)下來確定，而實(shí)際使用時(shí)，往往因達(dá)不到那樣理想的條件，準(zhǔn)確度會(huì)下降不少，樣本中的準(zhǔn)確度只是一個(gè)可能達(dá)到的最高值。

　　近十幾年以來，我國GDP增長率都在兩位數(shù)以上，大型工程如雨后春筍，但令人遺憾的是，由于國產(chǎn)自動(dòng)化儀表在性能、質(zhì)量、可靠性等方面與國外相比仍存在不小差距。國產(chǎn)儀表并未在火熱的建設(shè)中應(yīng)運(yùn)而生，壯大起來。而國外不少知名企業(yè)如：ABB、E+H、Emerson、Krohne、橫河為降低成本，增強(qiáng)競爭力，紛紛在我國建立了生產(chǎn)基地或銷售服務(wù)中心，但核心技術(shù)仍由他們嚴(yán)格控制中。

　　在儀器儀表行業(yè)中，大力倡導(dǎo)創(chuàng)新意識(shí)，建立獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的品牌，振興民族儀表工業(yè)，仍是迫不及待、任重道遠(yuǎn)，不可等閑視之。
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