流量计的发展史

流量计的发展流量测量的发展可以追溯到古代的水利工程和城市供水系统。 古罗马凯撒时代，用小孔测量居民饮用水的水量。 公元前1000年左右古埃及用堰法测量了尼罗河的流量。 我国都江堰水利工程应用宝瓶口水位观测水量大小等。 17世纪的特里切利为差压式流量计奠定了理论基础。 这是流量测量的里程碑。 从此，18、19世纪开始形成流量测量的多种仪器雏形，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮机、靶式流量计等。 20世纪由于对工艺工业、能源计量、城市公共事业流量测量的需求激增，促进了仪表的快速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展大大推动了仪表的更换，新型流量计如雨后竹笋般出现。 迄今为止，已有数百种流量计投入市场，现场使用有望解决很多困难的课题。 我国开展近代流量测量技术工作缓慢，早期需要的流量计是从国外进口的。 由于流量测量是研究物质量的科学，质量相互变化规律是事物发展的基本规律，因此其测量对象不仅限于传统意义上的管道液体，在必须把握量的地方还存在流量测量的问题。 流量、压力、温度分为三个检测参数。 对于一定的流体，如果知道这3个参数就可以计算出其具有的能量，在能量变换的测量中必须检测出这3个参数。 由于能量转换是所有生产过程和科学实验的基础，因此与流量、压力、温度计一样，zui得到广泛应用。 2、流量计的应用领域流量测量技术和仪表的应用包括以下几个领域。 一、工业生产过程流量计是过程自动化仪表和装置中的一大类仪表，广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护和人民日常生活等国民经济各个领域，发展工业农业生产，节约能源，改善产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具是国民经济的 过程自动化仪表和装置有两个作用:作为过程自动化控制系统的测量仪表和测量材料量的总量表。 二、能量计量能源分为一次能源(煤、原油、煤层气、油气和天然气)、二次能源(电力、焦炭、人工气体、成品油、液化油气、蒸汽)和载体工程(压缩空气、氧、氮、氢、水)等。 能源计量是科学管理能源、实现节能消耗、提高经济效益的重要手段。 流量计是能源计量仪器的重要组成部分，水、人工气、天然气、蒸汽和油品等常用能源使用非常庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算中不可或缺的工具。 三、环境保护工程烟气、废液、污水等排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。 国家以可持续发展为国策，环境保护是21世纪的zui大课题。 控制空气和水污染，必须加强管理。 管理的基础是对污染量的定量控制。 我国是以煤炭为主要能源的国家，全国有数百万烟囱不断向大气排放烟雾。 控烟是根治污染的重要项目，必须为每个烟囱设置烟雾分析仪和流量计，构成连楠排放监测系统。 烟流量多的原因很难，其难易度为烟囱尺寸大、形状不规则、气体成分变化不定、流速范围广、污染、灰尘、腐蚀、高温、无直管段等。 四、交通运输有铁路、航空、水上运输、管道运输五种方式。 其中管道运输已经存在，但应用并不普遍。 随着环境问题的突出，管道运输的特点引起了人们的重视。 管道运输必须配备流量计，它是控制、分配和调度的目的，也是安全监测和经济计算的必备工具。 五、生物技术在21世纪迎来了生命科学的世纪，以生物技术为特色的产业迅速发展。 在生物技术中，血液、尿液等需要测量的物质很多。 仪器开发的难易度极高，品种也很多。 六、科学实验科学实验所需的流量计不仅数量多，品种也非常繁琐。 100种统计流量计中大部分是科学研究所必需的，尚未批量生产，已经在市场上销售，许多科研机构和大型企业设立专门小组开发专用流量计。 七、海洋气象、河湖等区域为开放流道，一般测量流速，推算流量。 流速计和流量计所依据的物理原理和流体力学的基础是共通的，但仪表的原理、结构和使用条件有很大差异。 3、流量计的种类是测量管路中流体流量(单位时间内通过的流体体积)的仪表。 有转子流量计、节流式流量计、狭缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计、堰等。 流量测量方法和仪表的种类很多，分类方法也很多。 迄今，工业用流量计的种类已达60多种。 品种之所以这么多，是因为迄今为止还没有找到适用于任何流体、任何微波炉、任何流动状态、任何使用条件的流量计。 这60多种流量计，对任何产品都有其特定的适用性，也有其局限性。 按测量对象分为封闭配管和明渠两种测量目的可分为总量测量和流量测量，其仪表分别称为总量计和流量计[2]。 总量表是对一定期间内在配管中流动的流量进行测量，将暂时流动的总量除以该时间而得到的商，实际上在流量表中也具备累计流量装置，作为总量表使用，在总量表中也具备流量发送装置。 因此，严格意义上将流量计和总量表分开是没有现实意义的。 测量原理有力学原理、热学原理、声学原理、电气原理、光学原理、原子物理学原理等。 根据目前zui的流行、zui的广泛分类法，分为容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振动流量计的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，阐述各自流量计的原理、特点、应用概况和国内外的发展情况。 3.1差压式流量计是根据安装在配管上的流量检测器产生的差压，根据已知的流体条件、检测器和配管的几何尺寸计算流量的仪表。 差压式流量计由一次装置(检测器)和二次装置(差压转换和流量指示器)构成。 通常，将节流流量计、文丘里流量计、均速管流量计等差压式流量计分类为检测器。 二次装置为各种机械、电子、机电式差压表，差压变送器和流量指示器。 发展为三化(系列化、通用化、标准化)程度高、种类大的仪表，既可测量流量参数，也可测量其他参数(压力、物置、密度等)。 差压式流量计的检测器根据其作用原理分为节流装置、水力阻力式、离心式、动压子式、动压子增益式、喷流式等几类。 根据标准化的程度，检测元件可以分为标准和非标准两种。 所谓标准的检查品，只要按照标准的文件进行设计、制造、设置、使用，就可以在实际流程中确定流量值，估计测量误差。 非标准检验品是成熟度差、不属于国际标准的检验品。 差压式流量计是一种应用zui的广泛流量计，在各种流量计中使用量占首位。 近年来，由于出现了各种新型流量计，其使用量百分比逐渐下降，但仍然是zui的重要流量计。 优点: (1)zui多孔板式流量计结构牢固，性能稳定，寿命长；(2)应用范围广，迄今没有任何类型的流量计可比；(3)检测器和变送器、显示器分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。 缺点: (1)测量精度普遍低；(2)范围狭窄，一般只有3:1~4:1；(3)现场设置条件高；(4)压损大(指节流孔、喷嘴等)。 注:新产品:引进美国航天局开发的平衡流量计，该流量计的测量精度是传统节流装置的5-10倍，*压力损失的1/3。 压力恢复快2倍，zui的小直管段小到1.5D，安装和使用方便，可大幅度减少流体运行的能力消耗。 应用概况:差压式流量计的应用范围特别广，在封闭配管的流量测量中应用了各种对象，如流体面:单相、混相、清洁、污垢、粘性流等工作状态面:常压、高压、真空、常温、高温、低温等管径:从数mm到数m的流动条件有亚音速、音速、脉动流等。 在各工业部门的使用量约占流量计总使用量的1/4~1/3。 3.2浮子流量计也称为转子流量计，是可变面积式流量计[5]的一种，在从下向上扩大的垂直锥形管中，由于圆形横截面的浮子的重力由液体动力承受，浮子能够在锥形管内自由上升和下降。 浮子流量计仅次于差压式流量计的应用范围zui，在小、微流量方面具有重要作用。 80年代中期，日本、西欧、美国的销售额占流量计的15%~20%。 中国产量1990年估计为12万~14万台，其中95%以上是玻璃锥形流量计。 特点: (1)玻璃锥管浮子流量计结构简单，使用方便，应力弱，有玻璃管易损坏的大风险；(2)适用于小管径和低流速；(3)压力损失低。 3.3容积式流量计容积式流量计，又称定量流量计，又称PD流量计，是流量计中精度zui较高的流量计。 这是利用机械测量元件将流体连续分割成单一已知的体积部分，根据该体积部分的流体被测量室陆续充满、排出的次数来测量流体体积的总量。 容积式流量计按其测量元件分为椭圆齿轮流量计、刮板流量计、双转子流量计、旋转活塞流量计、往复活塞流量计、盘流量计、液封滚筒流量计、湿式气体量计、膜式气体量计等。 优点: (1)安装计量精度高的(2)配管的条件不影响计量精度；(3)可用于高粘度液体的测量；(4)范围宽的；(5)直读式仪表不需要外部能量即可累计，总量清楚，操作简单。 缺点: (1)结果复杂，体积庞大；(2)被测介质的种类、口径、介质的动作状态极限大；(3)在高低温时不适用；(4)大部分仪器只适用于洁净单相流体；(5)产生噪音和振动。 应用概况:容积式流量计与差压式流量计、浮子流量计并列的3种使用量zui大的流量计，常用于高价介质(油品、天然气等)的总量测量。 工业发达国家近年来PD流量计(家用燃气表和家用水表除外)的销售金额占流量计的13%~23%，我国约占20%，1990年年产量(家用燃气表除外)估计为34万台，其中椭圆齿轮式和腰轮式分别约占70%和20%。 3.4涡轮流量计是速度式流量计的主要种类，是使用多叶片的转子(涡轮)感知流体的平均流速，导出流量和总量的计量器。 一般也可以由传感器和显示器这两个部分构成，成为一体型。 涡轮流量计和容积式流量计、科里奥利质量流量计在流量计中被称为三种重现性、精度zui佳的产品，作为十种流量计之一，其产品发展到多品种、多系列的批量生产规模。 优点: (1)高精度，在所有流量计中属于zui流量计的(2)重现性好的(3)零点漂移，抗干扰性好的(4)范围宽的(5)紧凑的结构。 缺点: (1)不能长期维持校准特性；(2)流体物性对流量特性有很大影响。 应用概况:涡轮流量计是石油、有机液体、无机液体、液化气、天然气和低温流体在欧洲和美国统一的，涡轮流量计仅次于节流孔流量计，荷兰天然气管线采用2600多台不同尺寸，压力为0.8~6.5MPa的燃气轮机流量计，是优秀的天然气计量计 3.5电磁流量计电磁流量计是根据法拉德电磁感应法则制造的测量导电液体的仪器。 电磁流量计具有一系列优越的特性，可解决其他流量计难以应用的问题，如污流、腐蚀流的测量。 70、80年代的电磁流量在技术上有很大的突破，成为广泛应用的流量计，在流量计中使用量的百分比在上升。 优点: (1)测量通道为光滑的直管，适于测量不堵塞的含有固体粒子的液固二相流体，如纸浆、泥、污水等