熱工儀表的發(fā)展趨勢和實際應(yīng)用

　　一、發(fā)展趨勢

　　1、流量傳感器（TRANCDUCCER）的多參數(shù)測量

　　流量檢測元件或流量傳感元件（SENSOR）除感受流量外，還可能感受其他變量，并由此衍生其他功能，可簡化流程的檢測系統(tǒng)，減少儀表數(shù)量和連接管線，降低費(fèi)用。流程管道開孔的減少降低潛在泄漏故障。

　　A、里奧利質(zhì)量流量計

　　B、電磁流量計

　　非滿管電磁流量計在測量平均流速的同時還必須測量管內(nèi)液體高度。利用兩勵磁繞組分別正向和反向串接，產(chǎn)生兩種不同磁場強(qiáng)度和磁場分布下測得的流速信號電勢，兩電勢之間的比值與液位高度有一定的函數(shù)關(guān)系。

　　C、渦街流量計

　　渦街流量計旋渦發(fā)生體分離的旋渦頻率F正比于流速V（F＝K1V，K1為系數(shù)），同時感受與V2成正比的升力F（F＝K2V2，為流體密度，K2為系數(shù)）。以F除以F，在乘流通面積A，編可求得質(zhì)量流量QM，即

　　QM＝（F／F）A＝（K2V2／K1V）A＝KVA

　　式中K儀表系數(shù)K＝K2／K2。

　　D、超聲流量計

　　超聲質(zhì)量流量計試圖在傳播時間法超聲體積流量計的基礎(chǔ)上，在利用超聲測得第二參量液體聲阻抗和密度，演算后得質(zhì)量流量。

　　2、配用第二參量檢測元件（或獨(dú)立的第二參量傳感器）組合測量質(zhì)量流量或其他參量

　　A、科里奧利質(zhì)量流量計配用差壓變送器測量粘度

　　B、渦街流量計配用差壓變送器測量質(zhì)量流量

　　C、氣體體積流量計內(nèi)裝壓力／溫度傳感元件測量質(zhì)量流量

　　D、電磁流量計內(nèi)裝溫度檢測元件修正體積溫度影響

　　日本山武公司最近推向市場的電磁流量計，就有電極內(nèi)裝PT電阻溫度檢測件，以解決這類問題。

　　3、壓式儀表的差壓發(fā)生體和差壓變壓變送器一體化

　　將差壓變送器直接與噴嘴等節(jié)流裝置或均速管裝在一起，省略了在現(xiàn)場布引壓管線工程，改善動態(tài)特性，減少維護(hù)工作和故障率，降低初置費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。據(jù)日本對1996～1997年間新建四家工廠的調(diào)查，所用近400臺差壓式流量儀表中，一體化直接安裝型儀表已占三分之一。

　　4、開發(fā)普及型儀表

　　適度降低測量精確度等性能，取消原為通用功能改為選擇功能以簡化儀表組成，設(shè)計成較窄應(yīng)用范圍的儀表，從而降低價格擴(kuò)大用戶面。

　　A、科里奧利質(zhì)量流量計設(shè)計普及型

　　科里奧利質(zhì)量流量降低精確度（量程誤差從0.2％左右降低到0.5％），功能減少，實際普及型儀表。

　　B、電磁流量計從流程工業(yè)轉(zhuǎn)向居住民用領(lǐng)域

　　降低電磁流量計測量精確度等性能，如基本誤差定位在2％，設(shè)計成具有水表特點(diǎn)的電磁水表。在日本這類電磁式水表已納入日本水表標(biāo)準(zhǔn)。

　　C、超聲家用燃?xì)獗?/span>

　　國外民用計量天然氣價格低廉的超聲流量計以形成規(guī)模生產(chǎn)。平均價格約為流程工業(yè)用超聲流量計平均價格的1／30。

　　二、應(yīng)用進(jìn)展

　　成熟儀表應(yīng)用上受到限制的某一領(lǐng)域，在技術(shù)上有所突破后，開發(fā)出相適應(yīng)的改進(jìn)型儀表，使得在該領(lǐng)域有較快發(fā)展，下文討論幾種流量儀表應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)展。

　　1、超聲流量計

　　近年超聲流量計應(yīng)用于氣體（包括蒸汽）、儲存交接（CUSTODYTRANSFER，常簡稱CT）和財貿(mào)核算、民用住宅天然氣消費(fèi)計量三個領(lǐng)域有較大進(jìn)展。

　　A、氣體應(yīng)用

　　當(dāng)前國外能源開發(fā)，天然氣比石油發(fā)展快，促進(jìn)了過去發(fā)展緩慢的氣體超聲流量計發(fā)展。有人估計工業(yè)用超聲流量計，當(dāng)前已有近15％用于氣體。

　　近年還見到國外至少有3家制造廠向市場推出應(yīng)用于蒸汽的超聲流量計，用一棒傳送聲速信號到遠(yuǎn)離蒸汽的超生換能器，可測高達(dá)480℃的過熱蒸汽。

　　B、進(jìn)入儲存交接和財貿(mào)核算應(yīng)用領(lǐng)域

　　超聲流量計采用多聲道測量（4～8聲道）技術(shù)和短管流量傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計，并實流校準(zhǔn)，測量精確度大幅的提高，液體用儀表精度等級有高達(dá)0.15級，氣體用儀表普遍為0.5級。今后必然將逐步替代有活動部件的儀表。

　　1999年北京已在進(jìn)京高壓天然氣輸送管線上裝用超聲流量計，與原裝有的孔板差壓流量計對比，顯現(xiàn)出其優(yōu)越的使用性能，得到各方面的認(rèn)可。

　　C、進(jìn)入住宅天然氣消耗計量應(yīng)用領(lǐng)域

　　90年中期國外超聲家用燃?xì)獗硪堰_(dá)到取代應(yīng)用150余年的膜式煤氣表的規(guī)模。有人估計世界范圍近年銷售量已接近40萬臺／年。

　　2、電磁流量計

　　A、非滿管電磁流量計

　　傳統(tǒng)電磁流量計只能測量滿管液體流量，非滿管電磁流量計應(yīng)用于具有自由表面自然流的下水排放領(lǐng)域，并提高該領(lǐng)域的測量精確度。將傳統(tǒng)非滿管流或明渠流流量誤差從（3～5）％FS降低到（1～2）％FS。

　　B、測量更低點(diǎn)導(dǎo)率的液體

　　現(xiàn)在可測量比傳統(tǒng)電磁流量計電導(dǎo)率閾值低2～3個數(shù)量級的液體，如以前不能測量的甘油、乙二醇等。除此之外，本類儀表幾乎不存在漿液噪生和流動噪聲，也不會產(chǎn)生電極表面效應(yīng)形成的噪聲。

　　襯里內(nèi)表面覆蓋油脂等非導(dǎo)電層或結(jié)薄絕緣垢層也不會影響測量。

　　C、低功耗和二線制電磁流量計有較快發(fā)展

　　二線制不需另外外接激磁回路，僅用4MADC電流提供儀表所需功率，通常僅數(shù)十毫瓦。低功耗電磁流量計使有可能采用干電池或太陽電池，更方便地將電磁流量計裝用于無市電供電的場所。

　　D、二維（方向）電磁流速計和多測量點(diǎn)插入式電磁流量計

　　置于船體外部的船舶電磁航速儀是插入式電磁流量計的雛形。后來插入式電磁流量計在大中型管道中卻有較大發(fā)展，也有用于明渠，稱作電磁流速計（ELECTROMAGNETICCURRENTMETER）。但在河道流或水利試驗?zāi)Ｐ筒粌H要測量流速還要知道流速方向。二維電磁流速記又稱向量流速計，使電磁流量儀表族可以進(jìn)入水文試驗應(yīng)用領(lǐng)域。

　　此外插入式電磁流量計還參照勻速管的設(shè)計思路，在插入桿上置多套電磁流速測量單元，提高測量精度，使插入式電磁流是計在大管經(jīng)應(yīng)用處于有利地位。

　　3、熱式質(zhì)量流量計

　　熱式質(zhì)量流量計過去主要是熱分布式，應(yīng)用于氣體小流量測量，較多應(yīng)用于半導(dǎo)體工業(yè)，熱處理爐、分析儀器等氫、氧、氨等流量測量和控制以及閥門制造過程中測定泄漏量等。國外近年熱消散效應(yīng)的侵入式和插入式熱式流量計應(yīng)用與環(huán)境保護(hù)和流程工業(yè)大中型管道發(fā)展迅速。徑向分段排列多組檢測元件組成的檢測桿，較多以插入方式應(yīng)用于HVAC（暖氣通風(fēng)空調(diào)）工程大中型管道；還應(yīng)用于鍋爐大管道進(jìn)風(fēng)量和煙道排氣量監(jiān)測SO2和NOX排放總量。

　　微小液體質(zhì)量熱式流量計雖然已有20余年歷史，但在工業(yè)上應(yīng)用直到近幾年才較快發(fā)展，現(xiàn)在已有幾家制造廠生產(chǎn)多種型號熱分布式熱式流量計投入市場。當(dāng)前主要應(yīng)用于化學(xué)、石化、食品等流程工業(yè)實驗性裝置。例如：藥液配比系統(tǒng)中定流量配比控制，液化氣注入過程中液流測量和控制。