摘要:隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流量儀表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。淺談我國流量儀表的種類和應(yīng)用原理，并針對其應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。通過對流量儀表技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向的探討，以期促進(jìn)我國流量儀表應(yīng)用效率的不斷提高。
0引言
隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，流量計(jì)理論已經(jīng)得到初步完善。基于工業(yè)生產(chǎn)對能量計(jì)算的需求越來越普遍，各種流量儀表如雨后春筍般快速出現(xiàn)在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品制造中。當(dāng)前，以流量儀表為基礎(chǔ)的流量測量技術(shù)更新?lián)Q代速度不斷加快，這間接地促進(jìn)著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
1流量儀表的作用
流量儀表的作用主要分為兩個(gè)方面:首先，作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)不可或缺的自動(dòng)化流量檢測系統(tǒng)，流量儀表可以對工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行有效檢測，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量。其次，流量儀表在商貿(mào)領(lǐng)域中可以充當(dāng)計(jì)量儀表，對生產(chǎn)的成本費(fèi)用進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
2傳統(tǒng)流量儀表的分類和應(yīng)用原理
2.1節(jié)流式差壓流量計(jì)
節(jié)流式差壓流量計(jì)不僅是傳統(tǒng)流量儀表中最為基礎(chǔ)的一項(xiàng)流量計(jì)，也是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用最為普遍的一項(xiàng)流量計(jì)。一般來說，節(jié)流式差壓流量計(jì)主要適用于測量液體、蒸汽以及氣體等流體。
節(jié)流式差壓流量計(jì)主要是指在液體、氣體以及蒸汽等流體流經(jīng)如孔板、文丘里管以及噴嘴這樣的節(jié)流裝置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的壓力，壓力再轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的過程中，差壓信號逐漸形成。憑借差壓信號與流體流量之間的某種關(guān)系，可以確定流量的大小。
孔板流量計(jì)是所有節(jié)流裝置中最為經(jīng)濟(jì)可靠的節(jié)流裝置，因其具備維護(hù)方便和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，廣泛被工業(yè)企業(yè)所運(yùn)用。但由于孔板在應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的噪音比較明顯，因此，人們通常采用V錐流量計(jì)來獲得更為準(zhǔn)確的信號讀數(shù)。
2.2靶式流量計(jì)
靶式流量計(jì)可以有效解決流量計(jì)被污物堵塞的問題，這對于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品測量具有重要意義。靶式流量計(jì)的出現(xiàn)使得測量重油、原油等高黏度、低雷諾數(shù)流體變得更加簡單。
靶式流量計(jì)主要是指通過流體對放置于測量管中心的圓形靶的沖擊，使靶體在外力的作用下產(chǎn)生微小位移，從而反映流量的大小。用力傳感器是傳統(tǒng)靶式流量計(jì)重點(diǎn)應(yīng)用的部件之一，最具代表性的就是應(yīng)變片式靶式流量計(jì)。由于該種流量計(jì)在流體溫度變化的情況下極易產(chǎn)生溫漂等問題，因此，其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用比較少。
2.3渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)作為一種現(xiàn)代通用的流量計(jì)，其在近年來得到了飛速發(fā)展。渦街流量計(jì)運(yùn)用的原理主要是流體振動(dòng)原理。圖1對渦街流量計(jì)的應(yīng)用原理進(jìn)行了直觀展示。
渦街流量計(jì)在測量的過程中，流體流動(dòng)的狀態(tài)、外界的振動(dòng)干擾往往會(huì)對其功能的發(fā)揮造成不良影響，從而導(dǎo)致流體流量大小測量的準(zhǔn)確度不高。當(dāng)前，許多國內(nèi)外研究學(xué)者通過大量實(shí)驗(yàn)和探究，終于找到可以解決這一問題的辦法，那就是數(shù)字信號處理技術(shù)。通過該技術(shù)與流量測量技術(shù)的有效結(jié)合，小波分析法和功率譜分析法快速出現(xiàn)并應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。
2.4容積式流量計(jì)
目前使用最為廣泛的三大流量計(jì)分別是差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)以及容積式流量計(jì)。由于容積式流量計(jì)具備測量精度高的優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛應(yīng)用于一些昂貴流體介質(zhì)的測量中，比如原油、液化石油氣、天然氣以及柴油等。
容積式流量計(jì)的應(yīng)用原理主要是指在計(jì)量室中多次充滿和排放流體，最終得出流體總量大小。當(dāng)前，容積式流量計(jì)主要用于國內(nèi)外的貿(mào)易結(jié)算中。為避免基本誤差的干擾，可以采用基本誤差法和流量計(jì)系數(shù)法對基本誤差進(jìn)行處理。
2.5浮子流量計(jì)
浮子流量計(jì)作為目前應(yīng)用較為廣泛的一類流量儀表，其主要被應(yīng)用于污水處理、電力、冶金以及石化等領(lǐng)域，尤其對于一些低流速、微流量的流體，浮子流量計(jì)在其中發(fā)揮的作用不容忽視。
該流量計(jì)主要是指在流體流量位置不斷變化的過程中，放置于錐形管中的浮子會(huì)隨著流體流量位置變化而變化，據(jù)此對浮子和流體之間的流通面積進(jìn)行改變，從而達(dá)到測量流體大小的目的。
3新型流量儀表的分類和應(yīng)用原理
3.1電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)主要應(yīng)用了電磁感應(yīng)定律，當(dāng)前，其已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于對一些化學(xué)物品進(jìn)行測量，比如易燃易爆液體、酸、堿、鹽等帶有腐蝕功能的液體等。電磁流量計(jì)測量的突出特點(diǎn)在于其可以對流體進(jìn)行正反雙向測量，這樣大大提高了測量的效率。
電磁流量計(jì)在應(yīng)用電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合流體的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對流體流量的準(zhǔn)確測量，其主要是運(yùn)用流體在流動(dòng)過程中因切割磁場線所形成的電動(dòng)勢來估測流體體積的大小。當(dāng)前，電磁流量計(jì)主要運(yùn)用于導(dǎo)電率不少于20μs/cm的液體導(dǎo)電介質(zhì)測量中。
3.2超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)的英文簡稱是USF。USF是一種20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的接觸式流量儀表。與電磁流量計(jì)相比，其測量的流體范圍更廣，不僅包含氣體、液體介質(zhì)，還包含雙向介質(zhì)。與傳統(tǒng)浮子流量計(jì)相反，其在測量大口徑、大流量等流體中發(fā)揮的作用更加明顯。
超聲波流量計(jì)主要是指由于超聲波自身具有攜帶信息的功能，在超聲波穿過流體介質(zhì)的過程中，其自身會(huì)攜帶一些關(guān)于流體流量的信息，通過對這些信息的檢測，從而得到有關(guān)流體流量的內(nèi)容。當(dāng)前，由于流體介質(zhì)溫度容易受到換能器和耦合材料溫度的限制，導(dǎo)致超聲波流量計(jì)在實(shí)際中難以得到充分應(yīng)用。因此，仍然需要學(xué)者們的不斷探究和努力。
3.3科里奧利質(zhì)量流量計(jì)
該種流量計(jì)的英文簡稱是CMF。CMF主要是指流體在測量管中流動(dòng)的過程中，隨著測量管的振動(dòng)，一種與流體流量成正比的科里奧利會(huì)逐漸形成，通過對該物質(zhì)的測量從而得出液體流量的大小。與其他流量計(jì)不同，CMF可以在不受溫度、流體特點(diǎn)以及壓力等參數(shù)的影響下，直接對流體流量進(jìn)行測量，這在很大程度上便捷了測量的過程，對于現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用。
3.4激光流量計(jì)
激光流量計(jì)是一種新型的流量計(jì)，其應(yīng)用原理主要是多普勒效應(yīng)。該流量計(jì)是由瑞士Digmesa公司研發(fā)的，其使用內(nèi)徑4mm的玻璃制測量管道，在測量時(shí)，不會(huì)對介質(zhì)進(jìn)行接觸，主要適應(yīng)于對由酒精、水組成的液體介質(zhì)的測量。
4流量儀表的未來發(fā)展方向
4.1高精度和可靠性
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人類發(fā)展對石油、天然氣以及煤炭等不可再生資源的需求越來越多。當(dāng)前，氣候問題和能源短缺問題已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)面臨的嚴(yán)峻問題。為了應(yīng)對環(huán)境問題，提高流量儀表的精度和可靠性是一項(xiàng)重要的措施。未來，流量儀表的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)致力于提高流量儀表的精度和可靠性，從而為全球環(huán)境戰(zhàn)略的實(shí)施提供強(qiáng)有力的支持。因此，當(dāng)代學(xué)者應(yīng)以改善環(huán)境為切入點(diǎn)，積極研發(fā)流量儀表，從而推動(dòng)流量測量技術(shù)向又好又快的方向發(fā)展。
4.2智能化和自動(dòng)化
智能化和自動(dòng)化是未來流量儀表發(fā)展的一大方向。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著一場深刻的變革。隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，傳感器技術(shù)已經(jīng)成為推動(dòng)科技不斷向前發(fā)展的重要?jiǎng)恿ΑＷ鳛閭鞲衅鞯闹匾M成部分，流量儀表在測量流體的過程中其自動(dòng)化程度和智能化程度都在快速提高。比如通過對流量儀表的改造，在其中植入系統(tǒng)軟件以及硬件，從而使流量儀表測量的準(zhǔn)確程度越來越高、測量的速度越來越快。另外，以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在未來幾年，流量儀表的智能識別、定位、遠(yuǎn)程控制以及跟蹤功能都將得到快速實(shí)現(xiàn)，這可以動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)對液體流量的測量。
5結(jié)語
基于流量儀表的流量測量技術(shù)對于現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。雖然現(xiàn)存的流量儀表種類繁多，其測量功能也較傳統(tǒng)測量儀器有了很大突破，但其仍然存在很多缺點(diǎn)。因此，工農(nóng)業(yè)制造企業(yè)在選擇流量儀表時(shí)應(yīng)選用最貼近需要的流量儀表。
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