量一 流量測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域
（一）為什么在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中如此廣泛采用流量測(cè)量和儀表？
流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物發(fā)展的基本規(guī)律，量是事物所固有的一種規(guī)定性，它是事物的規(guī)模、程度、速度以及它的構(gòu)成成份在空間上的排列組合等等可以用數(shù)量表示的規(guī)定性，因此其測(cè)量對(duì)象不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡需掌握量變的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題，例如城市交通的調(diào)度，需掌握汽車的車流量的變化，它是現(xiàn)代化城市交通管理需檢測(cè)的一個(gè)參數(shù)。 流量和壓力、溫度并列為三大檢測(cè)參數(shù)，對(duì)于一定的流體，只要知道這三個(gè)參數(shù)就可計(jì)算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測(cè)量中必須檢測(cè)此三個(gè)參數(shù)，而能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力溫度儀表得到zui廣泛的應(yīng)用。
（二）流量測(cè)量技術(shù)和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域
1. 工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程
流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛應(yīng)用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，它是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、節(jié)約能源、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。 在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中，流量?jī)x表有兩大功用：作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，流量?jī)x表的產(chǎn)值約占全部過(guò)程自動(dòng)化檢測(cè)儀表與裝置產(chǎn)值的五分之一。
2. 能源計(jì)量
能源分為一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣）、二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及含能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。1998年1月1日公布中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法，說(shuō)明我國(guó)的能源政策開(kāi)發(fā)與節(jié)約并重，把節(jié)約放在優(yōu)先的地位。由于我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)設(shè)備和工藝落后，管理不善，能源的利用率只有32%，比*水平平均低10%，每消耗一噸標(biāo)準(zhǔn)煤創(chuàng)造的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，只有發(fā)達(dá)國(guó)家的二分之一到四分之一，我國(guó)每生產(chǎn)一噸鋼綜合煤耗為976公斤，而*水平為650公斤。風(fēng)機(jī)、水泵、鍋爐等應(yīng)采用節(jié)能的*設(shè)備。能耗是考核企業(yè)管理水平的一個(gè)重要指標(biāo)，要節(jié)能除采用*設(shè)備與工藝外，主要是加強(qiáng)管理的問(wèn)題，而管理必須配備計(jì)量系統(tǒng)才能進(jìn)行定量的管理。每個(gè)企業(yè)，對(duì)進(jìn)廠、出廠、自產(chǎn)自用的能源進(jìn)行計(jì)量，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的分配、加工、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)運(yùn)和消耗，生活和輔助部門的能耗進(jìn)行計(jì)量。目前我國(guó)流量計(jì)量系統(tǒng)正常工作的百分率比較低，除儀表質(zhì)量外，尚有許多復(fù)雜原因影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這些原因如介質(zhì)條件惡劣、維修困難、校驗(yàn)問(wèn)題大等。現(xiàn)分別對(duì)幾種主要能源的流量計(jì)量情況簡(jiǎn)介如下。
水
我國(guó)水資源人均只有世界的四分之一，且分布不均衡，北方嚴(yán)重缺水，全國(guó)有100多大中城市缺水，日缺水達(dá)1000萬(wàn)立方米以上，21世紀(jì)可能發(fā)生水危機(jī)，如大連從120公里碧流河引水，天津從230公里灤河引水，青島從240公里黃河引水。近年來(lái)黃河下游斷流時(shí)間不斷延長(zhǎng)，斷流處向上游延伸。北京日高峰時(shí)日缺水達(dá)30萬(wàn)噸。 城市龐大的水管網(wǎng)進(jìn)行輸配，從水廠到用戶水表種類繁多，大口徑水表的計(jì)量精度一直存在問(wèn)題，水表種類大致有孔板、電磁、超聲、插入式流量計(jì)等，除孔板外，其它類型大口徑水表的校驗(yàn)不斷困擾著用戶。家用水表是個(gè)非常龐大的數(shù)目，我國(guó)家用水表年產(chǎn)量估計(jì)在1000萬(wàn)只以上，家用水表為葉輪式，不但精度低，計(jì)量抄表需大量人工亦是個(gè)問(wèn)題。福利型的水價(jià)導(dǎo)致水的嚴(yán)重浪費(fèi)已引起國(guó)家的重視，亟需制訂合理的水價(jià)以促進(jìn)節(jié)約，但水價(jià)的提高如計(jì)量精度不相應(yīng)提高亦會(huì)產(chǎn)生新的矛盾。故家用水表型式性能的改進(jìn)已提到議事日程。
煤氣、天然氣
城市氣化率是現(xiàn)代化城市的標(biāo)志之一，1985年全國(guó)城市煤氣工作會(huì)議確定直轄市、省會(huì)、重點(diǎn)旅游城市、沿海開(kāi)放城市及環(huán)保重點(diǎn)城市1990年氣化率為40%，2000年氣化率為70%，煤氣的流量計(jì)量由于介質(zhì)臟、含濕高、大口徑、低流速、寬范圍度等為困難的測(cè)量問(wèn)題，幾十年來(lái)一直未能很好的解決，去年制訂的煤氣主管道流量測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可望為解決此問(wèn)題提供一些可能性。由于環(huán)保的原因國(guó)家不鼓勵(lì)更多地發(fā)展煤氣而盡量用天然氣。
天然氣是、清潔的燃料，的化工原料，并有望成為城市汽車的清潔燃料。發(fā)展天然氣是我國(guó)今后能源發(fā)展的重點(diǎn)。我國(guó)天然氣蘊(yùn)藏量豐富，但目前產(chǎn)量很低，每年僅約200億立方米，不及西歐小國(guó)荷蘭的產(chǎn)量，美俄兩國(guó)天然氣年產(chǎn)量皆在5000億立方米左右。急劇增加產(chǎn)量以適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要已經(jīng)勢(shì)在必行。國(guó)家制訂計(jì)劃到廿一世紀(jì)初天然氣產(chǎn)量要比90年代初翻兩番。目前我國(guó)陸上已探明儲(chǔ)量約1.3萬(wàn)億立方米，主要分布在重慶、四川、陜甘寧、新疆等地。1998年5月28日我國(guó)發(fā)表《中國(guó)海洋事業(yè)的發(fā)展》白皮書(shū)，其中關(guān)于石油資源內(nèi)容如下：我國(guó)海域有30多個(gè)沉積盆地，面積近70萬(wàn)平方公里，石油資源量約250億噸，天然氣蘊(yùn)藏量約為8.4萬(wàn)億立方米。天然氣從氣井開(kāi)采經(jīng)處理（脫硫、脫水）集輸?shù)匠鞘幸?jīng)過(guò)許多復(fù)雜的工藝過(guò)程，從計(jì)量角度對(duì)被測(cè)介質(zhì)可分為三種類型：*種類型：氣井到集氣站、脫硫廠及脫水廠稱為原料氣，具有多相、高壓、腐蝕、中小口徑等特點(diǎn)；第二種類型：處理廠出來(lái)后稱為凈化氣，經(jīng)長(zhǎng)輸管線送到城市，具有單相、中壓、大口徑、要求高精度計(jì)量的特點(diǎn)；第三種類型：城市廣大用戶使用的天然氣，具有單相、低壓或常壓、中小口徑、計(jì)量精度適中等。
一般氣田縱橫數(shù)百公里，幾百口井，幾十個(gè)集氣站及處理廠用管網(wǎng)連在一起，輸送到城市更是龐大的管網(wǎng)覆蓋廣大地區(qū)，這些管網(wǎng)中的氣量分配，調(diào)度、經(jīng)濟(jì)核算皆需設(shè)置天然氣計(jì)量站，裝備大量的流量測(cè)量系統(tǒng)。目前*種類型尚無(wú)合適流量計(jì)可用，第二種類型采用孔板、渦輪、超聲等，第三種類型除上述儀表外還有渦街、腰輪、膜式氣量計(jì)（家用煤氣表）等。我國(guó)城市家用煤氣表年產(chǎn)量在百萬(wàn)只以上。
蒸汽
蒸汽分過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽。前者為單相介質(zhì)，在火力發(fā)電廠中過(guò)熱蒸汽做為推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽流量測(cè)量對(duì)于電廠的生產(chǎn)質(zhì)量及安全極為重要，現(xiàn)代火力發(fā)電廠機(jī)組為高壓高溫狀態(tài)，過(guò)熱蒸汽流量采用噴嘴測(cè)量，有標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)做為依據(jù)。飽和蒸汽是由工業(yè)鍋爐生產(chǎn)的一般為低壓中溫狀態(tài)，它是汽水混合物，鍋爐出口處為飽和蒸汽，但輸送到用戶處，由于管道熱散耗含水量大的汽水混合物，它的流動(dòng)為兩相流，對(duì)于測(cè)量混相流是個(gè)困難的測(cè)量問(wèn)題，至今尚無(wú)成熟的儀表可用．據(jù)估計(jì)我國(guó)煤產(chǎn)量１／３～１／４用于工業(yè)鍋爐燃料，全國(guó)有幾十萬(wàn)臺(tái)工業(yè)鍋爐，需配備數(shù)量巨大的蒸汽流量計(jì)，目前常用的儀表為孔板、渦街、均速管及分流旋翼式流量計(jì)，這些流量計(jì)在低干度下使用都不能令人滿意，是急待解決的問(wèn)題。
油品
燃料油從煉油廠生產(chǎn)后經(jīng)油庫(kù)到發(fā)油站供給汽車、船舶、飛機(jī)等交通工具使用油品計(jì)量涉及巨大經(jīng)濟(jì)利益，全國(guó)有數(shù)十萬(wàn)個(gè)計(jì)量站在工作著，油流量計(jì)更是一個(gè)極為龐大的數(shù)目。目前大量使用的類型為容積式和渦輪流量計(jì)，容積式流量計(jì)類型很多，如橢圓齒輪、腰輪、刮板、旋轉(zhuǎn)活塞、螺桿雙轉(zhuǎn)子，圓盤等等。
3．環(huán)保工程
人口劇增，工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展使得環(huán)境嚴(yán)重惡化，已經(jīng)達(dá)到危險(xiǎn)的程度，國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策，它將是二十一世紀(jì)的的zui大課題。空氣污染、水污染要得到控制必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。我國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家，全國(guó)有上百萬(wàn)的煙囪日夜不停地向大氣排放濃煙，煙氣排放控制成為*污染的重要項(xiàng)目。美國(guó)已經(jīng)立法規(guī)定煙廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)煙囪必須安裝煙氣分析儀和流量計(jì)，組成連續(xù)排放監(jiān)視系統(tǒng)（CEMS）。煙廢氣流量測(cè)量屬于困難的測(cè)量問(wèn)題，它的難度有：
口徑大，如煙囪不規(guī)則形狀，幾米周長(zhǎng)；
氣體組分變化不定；
流速范圍大，從極低速到高速；
臟污、灰塵、腐蝕；
流道為非圓截面，無(wú)相似性，通道內(nèi)流速分布復(fù)雜；
無(wú)直管段，阻流件形狀復(fù)雜，速度畸變與旋轉(zhuǎn)流；
無(wú)法個(gè)別標(biāo)定確定流量計(jì)儀表系數(shù)；
靜壓，要求儀表低壓損；
高溫（200℃以上）；
廢液、污水排放已嚴(yán)重污染江河湖泊，使本來(lái)已經(jīng)嚴(yán)重缺乏的水資源遭到破壞，已很緊張的水資源更是雪上加霜。廢液、污水排放的管理控制已是刻不容緩的任務(wù)。但是廢液污水流量計(jì)由于被測(cè)介質(zhì)臟污、口徑大、形狀特殊、壓頭低、流速范圍寬、不滿管流等亦是流量測(cè)量的困難問(wèn)題。工廠企業(yè)及人民生活需要的流量計(jì)數(shù)量極為龐大，種類需多樣化才能適應(yīng)廣泛需求。
環(huán)保工程所需的流量計(jì)隨著工程的深入發(fā)展將不斷提出新的要求，如大規(guī)模的廢水再生設(shè)備、城市垃圾處理設(shè)備、工礦企業(yè)的水循環(huán)利用系統(tǒng)等都需種類繁多的流量計(jì)。
4．交通運(yùn)輸
交通運(yùn)輸有五種方式：鐵路、公路、航空、水運(yùn)和管道輸送。在五種方式中管道輸送雖早已有之，但應(yīng)用尚不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出，管道輸送的特點(diǎn)引起人們的重視。例如煤炭一直由鐵路水運(yùn)輸送，裝卸及敞開(kāi)運(yùn)輸污染環(huán)境不容忽視，采用管道水力輸送，不但迅速，密閉衛(wèi)生是很大優(yōu)點(diǎn)。管道輸送的物料有：原油、天然氣、水、壓縮空氣、煤炭、谷物、水泥、礦物……。世界管道運(yùn)輸主干線已達(dá)230萬(wàn)公里，我國(guó)1996年底僅為1.9萬(wàn)公里，處于落后狀態(tài)。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配調(diào)度的眼睛，亦是安全性（監(jiān)視物流堵塞）的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。管道運(yùn)輸流量計(jì)除傳統(tǒng)的流量計(jì)如孔板、電磁、容積式外，近年出現(xiàn)的相關(guān)流量計(jì)是潛力的的新型流量計(jì)，國(guó)內(nèi)已有用于混相流測(cè)量的實(shí)例。
5．生物技術(shù)
據(jù)說(shuō)二十一世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)，以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展，生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)的物質(zhì)很多，如血液、尿液、藥液、營(yíng)養(yǎng)液等等，其被監(jiān)測(cè)對(duì)象很多為混相流、脈動(dòng)流、非牛頓流體，亦是流量測(cè)量的難點(diǎn)。 6．科研實(shí)驗(yàn)
科研實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，品種極為繁雜，據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)有100多種，其中很大一部分是應(yīng)科研實(shí)驗(yàn)之需，它們并不批量生產(chǎn)在市面出售。我國(guó)有很多科研單位或大型企業(yè)有專門小組研制自己需要的流量計(jì)，特別是*門更是常事。
■ 化工中間試驗(yàn)工廠
它是化工生產(chǎn)的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，一種化工產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室研制到大批量生產(chǎn)必須經(jīng)中間試驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)工廠可以說(shuō)是生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的工廠，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠是*位，這里流量計(jì)是*的儀表，它是監(jiān)測(cè)物料數(shù)量的儀表，由于規(guī)模小，大都是小、微流量的測(cè)量。
■ 發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)
發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多，泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力機(jī)械等，發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)必須檢測(cè)三個(gè)參數(shù)：溫度、壓力和流量。一般認(rèn)為流量測(cè)量比較困難，原因是其使用條件特殊，測(cè)量對(duì)象阻流件復(fù)雜，無(wú)直管段安裝條件，流體組分變化，流動(dòng)為脈動(dòng)流等。
7．海洋氣象，江河湖泊
這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道，一般需檢測(cè)流速，然后推算流量。流速（流量）計(jì)一般所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)理論與密封管道雖有共通之處，但儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別，標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有專門技術(shù)委員會(huì)制訂此類流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。流量學(xué)術(shù)會(huì)議一般皆包括此部分內(nèi)容。
我們列舉了七類應(yīng)用領(lǐng)域，它遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，ISO、IEC及OIML等標(biāo)準(zhǔn)化組織設(shè)有眾多技術(shù)委員會(huì)制訂有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有9個(gè)技術(shù)委員會(huì)涉及流量或流速的測(cè)量，它們是： TC（技術(shù)委員會(huì)）30（封閉管道）、TC113（明渠）、TC28（石油產(chǎn)品）、TC115（泵）、TC117（工業(yè)風(fēng)機(jī)）、TC118（壓縮機(jī)）、TC131（液壓）、TC112（真空技術(shù)）、TC116（采暖）。電工委員會(huì)（IEC）有3個(gè)委員會(huì)：TC4（水輪機(jī)）、TC5（汽輪機(jī)）、TC65（流程測(cè)控）。法制計(jì)量組織（OIML）有十余個(gè)建議或文件涉及流量測(cè)量。
二 流量測(cè)量的困難問(wèn)題
流量測(cè)量的困難分為兩方面：流體特性和測(cè)量特性。
1． 流體特性
臟污流：流體臟污、沉積和堵塞，如煤氣、煙廢氣、污水等；
腐蝕流：管道腐蝕嚴(yán)重因而帶來(lái)臟污流，儀表耐蝕要求高；
高參數(shù)流：高溫、高壓、真空及低溫工作條件下的流量測(cè)量；
脈動(dòng)流：發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵出口流體脈動(dòng)、石油天然氣井噴流脈動(dòng)等；
大流量：管徑達(dá)數(shù)米，液體流量達(dá)108kg/h，氣體流量達(dá)106kg/h；
微流量：流量下限極低，液體為10-2kg/h，氣體為10-4kg/h；
高粘性流：流體粘度*，雷諾數(shù)很低，粘度可達(dá)數(shù)帕斯卡?秒；
混相流：如氣液、液固、氣固及氣液固多相流；
質(zhì)量流：被測(cè)介質(zhì)工作時(shí)狀態(tài)及組分變化很大，體積測(cè)量法無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量；
蠕動(dòng)流：流速極緩慢，雷諾數(shù)極低，大小口徑皆有，如瀝青、漿液等。
前面介紹各應(yīng)用領(lǐng)域皆有一些實(shí)例。
2． 測(cè)量特性
現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣，檢測(cè)件可靠性差；
流量為動(dòng)態(tài)量，難以獲得高準(zhǔn)確度；
儀表結(jié)構(gòu)大都為法蘭連接，只在停流時(shí)才允許拆卸維修，有些生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，只在大修時(shí)才能停流，中間儀表有故障無(wú)法檢修；
儀表實(shí)驗(yàn)室校驗(yàn)的工作條件與現(xiàn)場(chǎng)工作條件相差很大，準(zhǔn)確度偏離無(wú)法確定；
校驗(yàn)設(shè)備龐大昂貴，校驗(yàn)費(fèi)用亦不菲，周期校驗(yàn)是個(gè)難題。測(cè)量技術(shù)流量測(cè)量技術(shù)和儀表（一）流量測(cè)量技術(shù)和儀表（一）和儀表（一）
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