用于仪表中的流量测量研究

　　流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易以及人民生活各个领域,目前,已投入使用的流量计已超过100种,按测量原理分,主要有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。按照目前最流行、最广泛的分类法,又可分为: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、涡街流量计、质量流量计和插入式流量计等。随着科学技术的发展和新技术普遍应用,超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等一些新技术被引入流量计量领域,使得流量传感器趋向电子化和数字化,为流量计量开拓了新的领域。无接触、无活动部件、间接测量的新型流量计在过去的几年里相继问世。流量数学模型简明、量程比宽、线性化、数字化、价格低廉,且维修方便。本文对近年来发展起来的流量测量新方法和成果作简要的介绍。

　　1 新型流量仪表的研究和开发

　　1.1 超声波流量计

　　超声波流量计是通过检测流体流动对超声波(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的方式,大致可分为传播速度法(时差法、相差法、频差法)、多普勒法、相关法、波速偏移法等,传播速度法最为普遍。

　　超声波测量技术具有无压损、量程范围较宽、双向测量有相同准确度、可以测量脉动流等其他流量计所不及的优点,特别适用于大管径大流量的测量,测量管径可从厘米级到米级,适合于测量强腐蚀和易燃易爆介质。但是,由于受数据处理能力的限制,这种技术在早期的流量测量中很少使用。随着微处理器技术的应用,使超声波流量计采用各种先进的信号处理技术有了可能,将大量的实际研究数据与现代的高智能计算机有机结合,诞生了一代准确度高、适应性较强的新型流量计。这对提高仪表的技术性能和实现仪表的智能化有很大的促进作用。在过去的十几年里,流量测量技术上最大的亮点之一是超声波流量计的迅速崛起和迅猛增长势头。尤其是近几年,超声波流量计工艺技术的改进使得其测量结果更精确,同时,也扩大了它们的应用范围。

　　1.2 电磁流量计

　　电磁流量计的工作原理是法拉第电磁感应定律。导电流体在磁场中流动时会产生感应电动势,采用一对电极测量感应电动势,可以得到流体流过一定面积的流量。进入20世纪80年代,流量测量仪表的工艺技术发展更为迅速,出现了双频激磁、脉冲交流激磁、多频激磁、频率可调整矩形波激磁等方式,提高了测量的信噪比。可测量比传统电磁流量计电导率阈值低2～3个数量级的液体,如,甘油、乙二醇等。此外,电磁流量计在衬里材料、电极表面脏物清除等方面进行了多方面的研究和攻关,取得了重大进展。20世纪90年代开始电磁流量计设计中采用CAD技术,转换器采用专用电路,提高了仪表的可靠性,并进一步智能化,励磁方式及励磁线圈有了重大改进,电磁流量计成为应用简便、成本低廉的通用流量仪表。2000年以后,低功耗和二线制电磁流量计有较快发展,二线制不需另外外接激磁回路,仅用4mA DC电流提供仪表所需功率,通常仅需数十毫瓦,低功耗电磁流量计可采用干电池或太阳能电池供电,使用更加方便。