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流量仪表的十种发展趋势

流量仪表是衡量物质量变的工具，不仅广泛应用于各工业领域、市政工程，还是改进产品质量、提高经济效益和管理水平的重要手段；也是评估节能降耗、污染排放的科学依据。由于影响因素较多，仪表的原理多达10余种，类型不少于200多。在工业自动化系统中，它是信号源头，数量虽只占系统自动化仪表的1/5，但价格约占1/3；在科学评估节能降耗、污染排放中占监控仪表一半以上。因此，它在国民经济中有着重要的地位。

　　一、市场评估

　　1. 国外市场

　　据Flowresearch的网络调查，近5年国际经济普遍不太景气的形势下，流量仪表世界市场年均增长率(CAGR)仍达到了2.6%，销售额从2002年的31亿美元增长到2007年的35亿美元，其中传统仪表(节流、容积、涡轮、转子流量计等)为负增长，CAGR为-2.2%，从2002年的16.43亿美元(占总量53%)降至2007年的15.05亿美元(占43%)；而新型仪表(电磁、超声、科氏流量计等)年增长率平均达6.2%，自2002年的14.57亿美元增至2007年的20.19亿美元，其中，电磁、超声、科氏流量计的年增长率及销售额见表1。电磁流量计的CAGR不到2%，因其基数已较大，而且技术也较成熟。

　　该调查认为，涡轮流量计在国际上许多国家常用于测气体或粘度较小的液体，由于仪表中有转动件，维护工作量大，近5年的CAGR为-3.2%，销售额从2002年的4.1亿美元下滑至2007年的3.48亿美元。专家认为，超声近年来增长势头虽咄咄逼人，但涡轮较超声便宜得多，有价格优势；与节流装置相比，量程比可达10：1，且较准确，在贸易结算上，仍为中小客户乐于选用。容积式流量仪表为非速度型仪表，安装无直管段要求，准确度一般可达到±0.5%，但较笨重。口径一般小于0.2m。近5年销售额自2002年的5.2亿美元降至2007年的4.52亿美元，CAGR为-2.7%。专家认为新型仪表在不少领域中取代传统仪表，是一个总的发展趋势，但过程将是漫长的。

　　2. 国内市场

　　据统计，2005年在国内自动化仪表市场中，年销售流量仪表达23亿元人民币；压力变送器约18亿元(其中约5亿元左右的差压变送器是与差压流量计配套的)；温度仪表12亿元；物位、液位仪表10亿元。从流量仪表的类型来看，由于节流装置较为笨重，技术含量相对较低，国外厂商基本未涉足这类产品的中国市场，我国工程中选用这类仪表也主要立足于国内产品，年销售量不少于20万台，约6亿元人民币以上。

　　我国研制、开发流量仪表的力度与国外有较大差距，多满足于仿制，这个问题可以从仪器仪表知名展会MICONEX2006，略见端倪。参加这次展会中外厂商共展出10余种原理的流量仪表共297台次，按展出的频率数列于表2。从表2可知，在所分类的16项中，展出前6项展品的厂家共204家占总数69%，说明它们是当前中外仪表厂家所关注的热点，而其中科氏流量计，国外参展有17家占总数68%，国内仅8家，是否说明对这种准确计量质量流量的仪表，国内是否重视不足；而内锥流量计，国内参展达30家占总数91%；国外仅3家，国内市场又是否过热?

　　表2还反映了以下一些情况：

　　·电磁流量计仍是流量仪表中的热点，居于首位。我国各大仪表厂(上海光华、威尔泰、开封仪表，重庆川仪)都将其列为主要产品。据美国ARC咨询公司评估，中国近年由于特别重视环境保护，依靠上水/下水，冶金、矿山、纸浆、制药业的高速发展，今后5年，电磁流量计在我国CAGR将达到10.7%，预计从2003年的3.8亿增至2008年的6.4亿人民币。

　　·超声的优点较多，既准确、压损又小，特别适宜贵重流体的贸易计量，国内外都较重视，只是国内展品多为测液体的，测气体的虽也有几家，应用于现场、特别是用于贸易结算尚存在一些问题。

　　·热电式的展品也较多，由于它可以测质量流量，且灵敏度较高，受到业内的重视，但它的插入式形式只能测干燥，纯洁的气体，准确度也不是厂家所宣传的那么高，距实用尚待时日。

　　二、发展趋势

　　1. 结构日趋简洁、轻便

　　早期流量仪表为纯机械就地显示，如容积式流量计。不仅结构复杂笨重，重量/口径比很大；且其中的转动件因磨损需经常维修。随着工业管道口径日益增大，插入式仪表以其结构简单、轻巧、拆装简便，日益受到用户青睐，而近十年发展*快的电磁、超声流量仪表，管道中更是没有任何转动件、阻力件，结构更为简洁，且压损小，准确度高，是*有发展潜力的流量仪表。

　　2. 功能力求完善、多样

　　早期流量仪表为就地显示(如容积、转子)，随着工业水平的不断提高，已不能适应工艺要求数十台仪表集中显示、调节、控制。有必要将传感器(也称一次表，如孔板、喷嘴、内锥)与变送器(也称二次表)分离开。并将流量参数转换为电参数，远传至中央控制室。随着工业规模再扩大，模拟信号已无法适应，输出信号需转换为数字信号，以适应现场总线系统、SCADA系统的要求。

　　为增加仪表的可靠性，不少仪表已增加多达10余种自诊断功能。如KROHNE公司推出的Optiflux电磁流量计，可自诊断如气泡、电极腐蚀、积垢、电极短路、流体导电率、非满管、衬里损坏、外部磁场等多方面的仪表状况。

　　仪表功能的多样化也是一种发展趋势，如超声除测流量外，还可测流体成分，声速；科氏除测流量外，还可测流体密度。

　　3. 准确度日益提高

　　随着贸易全球化，经济市场化，贸易双方都要求计量仪表日益准确，以减小经济上的损失，为此，采取了不少措施,如：

　　·ISO5167新标准的公布普遍加长了节流装置前直管段长度，以确保仪表处于充分发展紊流中，其目的仍在于提高这类仪表的准确度。

　　·超声波流量计已成为贸易核算较理想的流量仪表，它也有前直管要求，如达不到可采取多通道以充分扫描管内流速分布，以提高准确度。

　　·插入式流量仪表，以测线速为代表的均速管、或热式；仅测管道直径上多点流速，当直管段较短时，准确度往往低于±3%，为改善这一状况可采取了在同一截面插入两支以上的均速管，以充分反映管内流速分布来提高准确度。

　　·涡轮流量计在主涡轮后增设辅助涡轮，它可校正主涡轮的出口角的变化进行修正，以提高准确度。

　　·科氏流量计。据美国高准公司宣称，该公司推出的科氏流量计，流量准确度可高达±0.05%；密度准确度达±2×104g/cc。

　　4. 安装力求简便

　　在管道口径随工程日益增大情况下，流量仪表的安装、维护应力求简便，且不影响工艺流程的正常运行，如：

　　·插入式

　　这类仪表有插入式涡街、涡轮；电磁；均速管；热式等，仅需在管道上焊一个不大的接头，且可不断流进行装卸，十分方便。但这类仪表准确度仅±2%~5%，一般不适用于贸易核算。

　　·外夹式

　　无需在管道上进行加工，只需将换能器夹装在管道外壁，较插入式安装更为简便，目前已有商品出售的有GE公司(美)推出的CTF878气体超声波流量计及CONTROLOTRON公司(美)推出的1010DV气体超声波流量计。准确度目前可达到±2%。

　　5. 量程日益增大

　　长期以来，占流量仪表60%~70%的差压式仪表量程比只能达到3：1；涡轮、涡街、转子、容积这类仪表量程比可达10：1，仍难以满足用户的需求。过去常采用并联多台仪表来解决，实属无奈之举。随着近年来微电子计算机技术的发展，采取智能式差压变送器，即可解决差压式流量仪表量程比小的问题。而电磁、超声、科氏由于原理的优越，量程比达几十比一，则轻而易举。

　　6. 多相流迫切有待解决

　　国内外对多相流流量仪表的研发已进行不少于二、三十年，已处于工业试用阶段，十分成熟的产品还不多，归纳起来，多采用以下三种方法：

　　·将两台单相流量仪表，串联组合，各自输出为S1、S2，而S1=f1(qmx)；S2=f2(qmx)(qm为流量，x为分相率)。解两个方程式，即可知qm、x。

　　·采用现代新技术，如γ射线、微波、核磁共振、全息技术、示踪法、过程层析成象技术等。

　　·软测量方法。基于成熟的传感器硬件，以计算机技术为平台，通过软测量模型运算处理来完成。

　　目前进入实用阶段的有德国SWR公司的微波气固两相流量计；英国SOLARTRON公司推出的DUALSTREAMMK1气液两相流量计；美国MALFI-FIAID公司开发的LP多相流量计等。我国也积极开展研发，多在高校进行，处于样机阶段。

　　7. 直管段长度力求减小

　　10余种原理的流量仪表除容积式、科氏、转子流量计外，都是速度型，要求通过仪表的管内流速分布应为充分发展紊流。为此，仪表前应具有较长的直管段，一般为十几至几十倍管径长度。如占流量仪表市场一半以上的节流装置，根据ISO5167标准，为保证必要的准确度，直管将达40D。在管径日益增大的情况下，这个要求很不现实难以实现。因此，近年来一种以环形通道为特点的节流装置(环孔、内锥、槽道、梭式流量计)应运而生，这类仪表不仅仍具有节流装置可承受恶劣工况的特点，而因其环形通道具有整流作用，其所需直管段仅几倍管径，倍受用户欢迎。

　　8. 显示逐步数字化

　　流量仪表的输出显示，从表盘指针显示至通过变送器将流量值转换为标准的模拟电信号(0~10V或4~20mA)，可进行远距传送至中央测控室显示或打印。而为了适应当今大型工程，传送距离要求达到数公里以上，模拟量的传送已不能适应要求，则需要通过HART协议，将标准电模拟信号转换为数字信号以适应现场总线与远距离通讯的需求。通过RS232/RS485通讯转换器，连接HART协议转换器与PC机通讯口相连接，可使通讯距离达数公里，其中RS232通讯距离约2公里，而RS485加一个中继器，可使通讯距离达到10公里。

　　9. 校验力争干标

　　流量是一个推导量，由一些基本参数(长度、质量、时间)组成；同时它又是一个动态量，只有流体运动时才产生流量，因此，它又与流动的状态密切相关。影响流量大小的因素很多，有些因素如流速，管径的影响可以通过函数确定；还有不少因素难以确定，需要用流量系数C予以涵盖来修正仪表所测的流量值，流量系数C对当前绝大多数流量仪表来说，必须通过校验装置。几十年来，流量仪表都难避开这一繁琐的校验程序，必须建立庞大昂贵的校验装置。

　　但是，现在有些仪表(如孔板、超声波流量计)已可避开实校而通过干标得到流量系数，准确度也可控制在应用可接受的程度。所谓干标，即严格控制制造的几何尺寸。通过一定的标准，可以得到流量系数，但欲达到这个目的，还是要通过大量的校验，积累数以万计的数据；归纳整理才有可能。不少仪表如涡街，均速管等为省略校验程序，也积极向干标目标努力。要使某一种仪表达到干标的目的，应该由行业协会组织进行，才可能得到业内的认同。

　　10. 压损力求减小

　　当流体流过流量仪表时，由于仪表中存在运动件、阻力件，会产生一些不可恢复压力损失；即使仪表中空无一物，如科氏流量计，因要强制流体流向改变，也会有较大的压力损失；电磁、超声流量计由于流体与管壁的摩阻，也会有些压损，不过相对较小，可忽略不计。流量仪表所产生的压力损失，造成了流动的滞缓，为维持正常的工艺流程必须加大动力，以弥补这个损失。加大动力所需的年运行费，对有些仪表特别是管径较大时，是一个不菲的数字，可能为初始购置费几十倍。节能降耗在世界各国，特别是发达国家都十分重视，因此，流量仪表的压力损失已被列入订货者的选型条件。压损过大的流量仪表特别是当口径较大时，基本上已被用户排除在外；同时，研发压损小的流量仪也列入了生产厂家的课题。

　　流量仪表伴随着现代工业的发展有必要逐步完善其性能；而技术的进步也让流量仪表的完善成为可能，这二者是相辅相成，相互促进的。

　　流量仪表的准确度反映了它接近真值的能力。它不仅取决于仪表的原理及制造，还必需由校验装置在理想状态下来确定，而实际使用时，往往因达不到那样理想的条件，准确度会下降不少，样本中的准确度只是一个可能达到的*高值。

　　近十几年以来，我国GDP增长率都在两位数以上，大型工程如雨后春笋，但令人遗憾的是，由于国产自动化仪表在性能、质量、可靠性等方面与国外相比仍存在不小差距。国产仪表并未在火热的建设中应运而生，壮大起来。而国外不少知名企业如：ABB、E+H、Emerson、Krohne、横河为降低成本，增强竞争力，纷纷在我国建立了生产基地或销售服务中心，但核心技术仍由他们严格控制中。

　　在仪器仪表行业中，大力倡导**意识，建立独立知识产权的品牌，振兴民族仪表工业，仍是迫不及待、任重道远，不可等闲视之。

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