流量?jī)x表在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域、市政工程，還是改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平，評(píng)估節(jié)能降耗與污染排放的科學(xué)手段。由于影響因素較多，流量?jī)x表的原理多達(dá)10余種，類型不少于200多，但仍不能*各領(lǐng)域提出的新課題，近二三十年來(lái)創(chuàng)新活躍，不斷推出新的產(chǎn)品。
一市場(chǎng)趨勢(shì)
1. 國(guó)外
據(jù)"flowresearch"網(wǎng)絡(luò)評(píng)估，近5年經(jīng)濟(jì)雖不太景氣，流量?jī)x表市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率(CAGR)仍達(dá)到2.6%，銷售額從2002年的31億美元增長(zhǎng)到2007年的35億美元，其中傳統(tǒng)儀表(節(jié)流、容積、渦輪、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等)為負(fù)增長(zhǎng)，CAGR為-2.2%，從2002年的16.43億美元(占總量53%)降至2007年的15.05億美元(占43%)；而新型儀表(電磁、超聲、科氏流量計(jì)等)年增長(zhǎng)率平均達(dá)6.2%，自2002年的14.57億美元增至2007年的20.19億美元，其中，電磁、超聲、科氏流量計(jì)的年增長(zhǎng)率及銷售額見(jiàn)表1。電磁流量計(jì)的CAGR不到2%，因其基數(shù)已較大，而且技術(shù)也較成熟。
該網(wǎng)還認(rèn)為，渦輪流量計(jì)在上許多國(guó)家常用于測(cè)氣體或黏度較小的液體，因有轉(zhuǎn)動(dòng)件，維修量大，近5年的CAGR為-3.2%，銷售額從2002年的4.1億美元下滑至2007年的3.48億美元。專家認(rèn)為，超聲近年來(lái)增長(zhǎng)勢(shì)頭雖咄咄逼人，但渦輪較超聲便宜得多，有價(jià)格優(yōu)勢(shì)；且較準(zhǔn)確，在貿(mào)易結(jié)算上，仍為中小客戶樂(lè)于選用。容積式流量?jī)x表為非速度型儀表，安裝無(wú)直管段要求，準(zhǔn)確度一般可達(dá)到±0.5%，但較笨重。口徑一般小于0.2m。近5年銷售額自2002年的5.2億美元降至2007年的4.52億美元，CAGR為-2.7%。專家認(rèn)為新型儀表在不少領(lǐng)域中取代傳統(tǒng)儀表，是一個(gè)總的發(fā)展趨勢(shì)，但過(guò)程將是漫長(zhǎng)的。
2. 國(guó)內(nèi)
據(jù)中國(guó)工控網(wǎng)評(píng)估，2005年在國(guó)內(nèi)自動(dòng)化儀表市場(chǎng)中，年銷售流量?jī)x表達(dá)23億元人民幣；壓力變送器約18億元(其中約5億元左右的差壓變送器是與差壓流量計(jì)配套的)；溫度儀表12億元；物位、液位儀表10億元。從流量?jī)x表的類型來(lái)看，由于節(jié)流裝置較為笨重，技術(shù)含量相對(duì)較低，國(guó)外廠商基本未涉足這類產(chǎn)品的中國(guó)市場(chǎng)，我國(guó)工程中選用這類儀表也主要立足于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，年銷售量不少于20萬(wàn)臺(tái)，約8億元人民幣以上。
我國(guó)研制、開(kāi)發(fā)流量?jī)x表的力度與國(guó)外有較大差距，多滿足于仿制，這個(gè)問(wèn)題可以從儀器儀表展會(huì)MICONEX2006，略見(jiàn)端倪。參加這次展會(huì)中外廠商涉及自動(dòng)化儀表及裝置的有400余家，而展出流量?jī)x表的廠家有135家(占34%)，共展出10余種原理的流量?jī)x表共297臺(tái)次，按展出的頻率數(shù)列于表2。從表2可知，在所分類的16項(xiàng)中，展出前6項(xiàng)展品的廠家共204家占總數(shù)69%，說(shuō)明它們是當(dāng)前中外儀表廠家所關(guān)注的熱點(diǎn)，而其中科氏流量計(jì)，國(guó)外參展有17家占總數(shù)68%，國(guó)內(nèi)僅8家，是否說(shuō)明對(duì)這種準(zhǔn)確計(jì)量質(zhì)量流量的儀表，國(guó)內(nèi)重視不足；而內(nèi)錐流量計(jì)，國(guó)內(nèi)參展達(dá)30家占總數(shù)91%；國(guó)外僅3家，說(shuō)明這種流量計(jì)近幾年在媒體過(guò)分宣傳之下，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)是否又有些過(guò)熱？
(1)電磁流量計(jì)仍是流量?jī)x表中的熱點(diǎn)，居于*。據(jù)美國(guó)ARC咨詢公司評(píng)估，中國(guó)近年由于特別重視環(huán)境保護(hù)，依靠上水/下水，冶金、礦山、紙漿、制藥業(yè)的高速發(fā)展，今后5年，電磁流量計(jì)在我國(guó)CAGR將達(dá)到10.7%，預(yù)計(jì)從2003年的3.8億元增至2008年的6.4億元人民幣。 (2)超聲的優(yōu)點(diǎn)較多，既準(zhǔn)確、壓損又小，特別適宜貴重流體的貿(mào)易計(jì)量，國(guó)內(nèi)外都較重視，只是國(guó)內(nèi)展品多為測(cè)液體的，測(cè)氣體的雖也有幾家，據(jù)了解應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，特別是用于貿(mào)易結(jié)算尚存在一些問(wèn)題。
(3)熱電式的展品也較多，由于它可以直接測(cè)質(zhì)量流量，且靈敏度較高，受到業(yè)內(nèi)的重視，但它的插入式形式只能測(cè)干燥、純潔的氣體，且氣體成分對(duì)它影響較大，準(zhǔn)確度也不是廠家所宣傳的那么高，距實(shí)用尚待時(shí)日。
二技術(shù)熱點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)單、輕便
早期流量?jī)x表為純機(jī)械就地顯示，如容積式流量計(jì)。不僅笨重，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量/口徑比大；其中的轉(zhuǎn)動(dòng)件因磨損需經(jīng)常維修。節(jié)流裝置因可承受惡劣工況，且無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)件，曾占有流量?jī)x表60%～70%的市場(chǎng)；但要求前直管段過(guò)長(zhǎng)，一般都較為笨重，壓損也較大，年運(yùn)行費(fèi)過(guò)高，都影響了它們的選用，近年來(lái)市場(chǎng)已呈下降趨勢(shì)。
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(jiǎn)單、輕巧、拆裝簡(jiǎn)便，日益受到用戶青睞。而近10年發(fā)展zui快的電磁、超聲流量?jī)x表，管道中更是沒(méi)有任何轉(zhuǎn)動(dòng)件、阻力件，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，且壓損小，準(zhǔn)確度高，是zui有發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績(jī)x表。
(2)功能力求完善
隨著工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)流量?jī)x表的功能也提出更高的要求。早期單臺(tái)儀表就地顯示(如容積、轉(zhuǎn)子)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)、控制的要求，有必要將傳感器與變送器分離開(kāi)，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)又需轉(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)提高準(zhǔn)確度與重復(fù)性
隨著貿(mào)易化、經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)化，貿(mào)易雙方都要求計(jì)量?jī)x表日益準(zhǔn)確，以減小經(jīng)濟(jì)上的損失，這里要強(qiáng)調(diào)：
(a)準(zhǔn)確度與重復(fù)性是兩個(gè)概念，準(zhǔn)確度涉及流量的量值傳遞，它不僅取決于儀表的重復(fù)性，還取決于校驗(yàn)裝置的不確定度。因此，儀表的準(zhǔn)確度不可能優(yōu)于裝置的不確定度。而儀表的重復(fù)性僅取決于儀表的原理及制造質(zhì)量，是本身的特性，不能混為一談。
(b)儀表說(shuō)明書標(biāo)明的準(zhǔn)確度是在實(shí)驗(yàn)室理想條件下得到的，現(xiàn)場(chǎng)一般難以滿足，儀表在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的準(zhǔn)確度將可能下降。
為提高流量?jī)x表的準(zhǔn)確度，許多儀表都采取了不少措施，如節(jié)流裝置加長(zhǎng)前直管段；超聲采用多通道掃描；渦輪加前導(dǎo)流器；插入式增加測(cè)點(diǎn)等等。
(4)安裝維護(hù)力求簡(jiǎn)便
在管道口徑隨工程日益增大情況下，流量?jī)x表的拆裝、維護(hù)應(yīng)力求簡(jiǎn)便，且不影響工藝流程的正常運(yùn)行，如：
(a) 插入式
(b) 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，即可安裝，且可不斷流進(jìn)行裝卸，十分方便。但這類采用取樣原理的流量?jī)x表其準(zhǔn)確度一般僅±3%～5%，不適用于貿(mào)易核算。
(b)外夾式
無(wú)需在管道上進(jìn)行加工，只將換能器夾裝在管道外壁，較插入式安裝更為簡(jiǎn)便，主要為測(cè)液體的超聲流量計(jì)，近幾年才可測(cè)氣體。目前已有商品出售的為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氣體超聲流量計(jì)。GE公司認(rèn)為由于影響因素太多(如管壁材質(zhì)、壁厚外夾位置)準(zhǔn)確度目前只能達(dá)到±2%，而不太可能達(dá)到某些公司宣傳的±0.5%。
(5)量程比日益擴(kuò)大
長(zhǎng)期以來(lái)，占流量?jī)x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，難以滿足用戶的需求，過(guò)去常采用并聯(lián)多臺(tái)儀表來(lái)解決，實(shí)屬無(wú)奈之舉。隨著近年來(lái)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?jī)x表量程比小的問(wèn)題。而電磁、超聲、科氏由于原理的*，量程比達(dá)幾十比一，則輕而易舉。
(6)多相流測(cè)量有待解決
20世紀(jì)末期，隨著核電、航天、石化、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，多相流的流量測(cè)量問(wèn)題已提到日程，迫切需要解決。如氣液兩相流，常見(jiàn)于鍋爐，石油、天然氣開(kāi)采，低沸點(diǎn)液體的輸送，傳熱設(shè)備的分離反應(yīng)過(guò)程等。又如氣固兩相流，多見(jiàn)于干燥塔等汽化過(guò)程，煤粉、水泥、谷物、粉料等的氣力輸送。液固兩相流多見(jiàn)于礦漿、紙漿、泥漿的流動(dòng)，礦石、殘?jiān)乃斔停鬯幚怼⑴欧诺取＿€有氣液固多相流常見(jiàn)于油田井口原油系統(tǒng)等。在現(xiàn)代工業(yè)中，多相流的實(shí)例處處可見(jiàn)。
國(guó)內(nèi)外對(duì)多相流流量?jī)x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(lái)，多采用以下3種方法：
(a)將兩臺(tái)單相流量?jī)x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。
(b)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(guò)程層析成象技術(shù)等。
(c)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(guò)軟測(cè)量模型運(yùn)算處理來(lái)完成。
目前進(jìn)入實(shí)用階段的有德國(guó)SWR公司的微波氣固兩相流量計(jì)；英國(guó)Solartron公司推出的DUALSTREAM MK1氣液兩相流量計(jì)；美國(guó)Malfi-Fiaid公司開(kāi)發(fā)的LP多相流量計(jì)等。我國(guó)也積極開(kāi)展研發(fā)，多在高校進(jìn)行，處于樣機(jī)階段。
(7)直管段長(zhǎng)度力求減小
10余種原理的流量?jī)x表除容積式、科氏、轉(zhuǎn)子流量計(jì)外，都是速度型，要求通過(guò)儀表的管內(nèi)流速分布應(yīng)具有一定形式，即充分發(fā)展紊流。為此，儀表前應(yīng)具有較長(zhǎng)的直管段，一般為十幾至幾十倍管徑長(zhǎng)度。對(duì)于占流量?jī)x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，直管段長(zhǎng)度要求達(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(lái)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?jī)x表的輸出顯示，從表盤指針顯示至通過(guò)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(guò)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(guò)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(zhēng)干標(biāo)
流量是一個(gè)推導(dǎo)量，由一些基本參數(shù)(長(zhǎng)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(guò)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(lái)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?jī)x表來(lái)說(shuō)，必須通過(guò)校驗(yàn)裝置。幾十年來(lái)，流量?jī)x表都難避開(kāi)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(kāi)實(shí)校而通過(guò)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(guò)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(guò)大量的校驗(yàn)，積累數(shù)以萬(wàn)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(guò)流量?jī)x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(wú)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(guò)相對(duì)較小，可忽略不計(jì)。流量?jī)x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(gòu)置費(fèi)幾十倍。節(jié)能降耗在世界各國(guó)，特別是發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視，因此，流量?jī)x表的壓力損失已被列入訂貨者的選型條件。壓損過(guò)大的流量?jī)x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?jī)x也列入了生產(chǎn)廠家的課題。
流量?jī)x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?jī)x表的完善成為可能，這二者是相輔相成，相互促進(jìn)的。
流量?jī)x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(lái)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zui高值。
近十幾年以來(lái)，我國(guó)GDP增長(zhǎng)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(guó)產(chǎn)自動(dòng)化儀表在性能、質(zhì)量、可靠性等方面與國(guó)外相比仍存在不小差距。國(guó)產(chǎn)儀表并未在火熱的建設(shè)中應(yīng)運(yùn)而生，壯大起來(lái)。而國(guó)外不少企業(yè)如：ABB、E+H、Emerson、Krohne、橫河為降低成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，紛紛在我國(guó)建立了生產(chǎn)基地或中心，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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