什么是质量流量计 都应用于什么场景

1、前言：流量测量技术是发展的比较早、且至今仍在迅速发展的科学 , 流量测量在工业、商业、交通等各个部门均有极广泛的应用。在工业生产过程各种参数(如压力、温度、液位等)的测量中, 以流量测量***为复杂, 也是较难测得准确的参数。因而引起众多学者对流量测量进行研究 、开发,研制出数十种原理各异的流量测量仪表, 提供给用户,满足了大量流量测量任务的需要 。但是这些流量仪表主要是测量容积流量的仪表 。
  随着工业的飞速发展 ,流量测量所面临的任务越来越繁重, 要求也越来越高,通常采用的容积流量计已满足不了要求。
  首先 ,随着化学工业的发展,要求对生产过程进行稳定或***佳控制 。不仅流量测量的数量增多 ,被测对象更复杂,且不再限于对单体的测量, 进而要求对多相、混合状态的流量的计量(如原油中就含有油 、水、气、砂等)。由于影响生产过程的是这些原料或中间产物的质量(或重量), 并非容积大小 ,所以控制生产过程, 应该是质量流量。
  再有,工业的发展对环境造成的污染可能日益严重 , 为减少污染, 必须对排放的污水、污泥等进行计量和控制 。这些排放物多含有颗粒 、杂质 、油珠、气泡, 呈多项混合状态,容积流量已没有意义 。故而导致对质量计量的需求。
  另外 ,在经济发展过程中 ,贸易与运输往来的计量 ,***终都是以质量单位(公斤、吨)进行结算,而不是容积流量。
  通常采用的容积流量 , 通过密度测量虽然可以换算成质量流量, 但因受温度、压力等参数的影响 , 即使可以修正, 也很难准确, 精度有限,且又不直接 。人们希望更准确 ,更直接的计量 ,导致了直接式质量流量计的出现 。

2、质量流量计的产生及发展：
  如上所述, 由于对直接式质量流量计的需求, 开辟了流量计量的新领域 。人们企图用已有的各种科学知识来实现质量检测的目的,因而出现了不同形式 、测量不同介质的质量流量计 。

2.1、固体质量流量的计量：
  ***早出现的质量流量的计量是 1904 年美国 Bousser 制作的测量固体的 、以动量为原理的装置。1929 年 Merchen 研制了下落固体颗粒的质量流量计, 是将理论与实践相结合产生的初级产品。1957 年日本井伊谷提出应用动量原理测量固体颗粒的方法 ,1963 年日本三协电业公司据此原理制成用垂直力检测固体的流量装置, 并于 1968 年改进成用水平分力检测的装置 , 发展成现今的冲量式流量计 。
  现有多种原理相似的测量固体质量流量的冲量式流量计的产品在国内外产出 ,如日本生产的 ILE -37 和国产的 LFD 系列 ,均属冲量式质量流量计 。

2.2、气体质量流量计：
  1911 年美国 C.C.Thomas 提出用热丝法测量气体的质量流量计 ,1914 年 L.V.King 完成了把气体冷却率的变化换算成电阻变化的测量 。现今 Brooks 的热流式质量流量计就是采用此种方法 。
  1964 年美国 Dijeck 利用马格努斯效应制成了差压质量流量计, 测量气体质量流量 。现在应用的气体质量流量计主要是热流式居多,如美国 Brooks 的 58 -系列 ,及国产86 -系列 。如表 1

表 1　流量测量范围

2.3、液体质量流量计：
  测量液体的质量流量计种类应该是***多的。早期的动量式质量流量计、前述的热流式质量流量计 、差压质量流量计,均可测量液体。
  1962 年做成的双涡轮式液/ 气质量流量计、1973 年美国 Jack Hammend 制成了校正非线性的涡轮质量流量计测量液体。
  具有代表性的目前应用***多的是 70 年代由美国 Rosemount 公司子公司———MM(微动)公司 James E .Smity 先生率先提出的科里奥利质量流量计, 根据此种原理各国生产了多种科里奥利流量计系列产品 ,如美国“MM”公司的 D 型及 DL 系列产品。国产的DM F -1 -1 系列产品 。 如表 2 。

表 2　DMF-1 -1 系列产品
　综上所述 ,固 、气 、液三种流量均可直接测量其质量流量 ,但固体流量计从产生至今,均只能是测量质量流量。而早期的气、液流量计 ,主要是测量容积流量,再通过换算变成质量流量, 直接测量质量流量还是近几十年的事 。因此,通常所说的直接质量流量计是指测量气 、液流量的质量流量计。
  直接质量流量计现在发展较快 ,以液体质量流量计为例, 自 70 年代美国推出后, 80年代各国相继开发, 近期年销量在几十万台以上。世界流量仪表目前在以每年 6 %的速度增长 ,而科里奥利流量计在以每年 16 %左右的速度增长。其中美国微动公司占 65 %,E +H 公司和 Donf oss 公司合计占 25 %, 其他各国的十几家公司占 10 %左右 。现在国外已有 30 多个系列。尽管如此 ,新型质量流量计仍不断地在市场出现, 主要表现在如下几个方面。
  (1)仪表测量管结构形式的变化。自美国首先推出 U 型管的科里奥利质量流量计(以下简称科氏力流量计)之后, 各国各厂家接踵而至。但为躲避相关专利保护, 先后推出了 Ψ形管、β 形 、S 形直管形等原理相同结构形式不同的产品。为了提高仪表的灵敏度、精度和稳定性 ,扩大仪表的量程, 结构也在不断的改进 。如德国 E +H 公司, 过去生产的是直管段式科氏力流量计 ,近两年推出了微弯曲双驱动器式新产品代替原直管式产品,不仅可提高灵敏度 、精度 ,有望发展大口径产品(原该厂产品***大口径是 80mm)。
  (2)新系列(大管径)质量流量计的开发。为了扩大仪表的应用领域, 各家均在原中小口径产品的基础上, 开发大口径,甚至超大口径产品,以适应不同用户的需要。
Rosemount 生产的科氏力流量计***大口径已达 150mm , 现在正在开发 200mm 或更大口径的新产品 。气体质量流量计大口径产品发展更为迅速, Brooks 和 EPI 公司推出了几米口径的气体质量流量计产品 , 加拿大S IER RA 公司近年推出 T RK 640 系列超大口径气体质量流量计产品, 不仅口径不受限制且允许测量低流速(较低可测 0.025 米/秒的流速)。这些都为大口径天然气管道和煤气管道计量提供了有效手段 。
  (3)各种行业专用、不同材质质量流量计的发展。质量流量计测量管的材质对其应用的推广有极大影响, 尤其是科氏力流量计的测量管材料 , 既是结构材料, 又是功能材料。不同的使用环境对其有不同的要求 。现在该测量管材料已不仅仅采用 S US316L , 进而采用哈氏合金、钴 、钛等稀有金属的产品也相继问世 ,适用于各种腐蚀严重、卫生条件要求严的场所 。该表已通过 3A 卫生等级的认可，不仅可适用于各种工业部门, 也可用于食品 、医药 、卫生等部门的测量使用 。
  (4)开发一表多用的途径 。科氏力流量计主要用做测量液体质量流量 。但根据其原理,也可测量液体的密度 。但由于该表的价格很高 ,人们正在开发其深层功能 。现在一台科氏力流量计 ,亦可测量两种混合液体的质量流量。在高压力下流动的气体 ,因其密度增高 ,也可用此表测量气体质量流量。因此,有的厂家在仪表出厂时,规定较低的被测介质密度。如厂家规定的较低测量密度为50 公斤/ 米3, 则必须在 3.9M Pa 的压力下,才可测量流动的空气质量流量 。据称 Hein-richs 公司的 T M 系列仪表 , 可测 2kg/ m3密度的气体 。
  (5)力求降低仪表的价格 。科氏力流量计是一种的流量计量仪表 ,但价格昂贵 。国外一台价格在 5000 ～ 12000 美元之间 ,150m m 口径则高达 3 万美元 。 现在有 20 多家生产 ,为了提高竞争能力, 从长远看 ,必须力求降低价格。据 Exac 公司称 ,其新开发的SX 系列 , 价格只有通常的一半 。我们期盼如此。

3、直接质量流量计在我国的发展及应用：
  由于质量流量计的显著优点 ,所以在我国也有广泛的应用, 但目前进口仪表占相当大的比例 。
  小口径气体质量流量计在我国的安装数量较多 , 主要用于化工、石化的中小试验装置、在线分析检测装置及半导体工业的生产中, 食品、医药、卫生部门也有一定应用量 。而大口径的气体质量流量计主要用于天然气及煤气的计量中,数量虽不多 ,但前景看好。
  近几年我国中小口径的气体质量流量计发展较快, 以 1996 年为例 , 我国总计安装有1785 台 , 其中国产有 1150(主要厂家有化工部北京化工研究院 ,建中仪表厂,圣业公司),进口的仪表主要是 Brooks UNisesie 、 Hi -T ekO V aie EP I 等公司的产品 。 大口径气体质量流量计由于受标校装置的限制,目前我国尚无厂家生产,主要依靠进口。现在正在开发中。
  液体质量流量计 ,由于技术难度大 ,效益周期长 ,进展较缓慢 。尽管有许多科研单位及高等院校开展了该项产品的研制, 但生产厂家极有限,且产量不大(主要有化工部北京化工研究院、山西太行仪表厂等)。主要依靠进口, 但需用量在逐年增加。 据美国微动(MM)公司资料 :该公司至 1992 年, 在我国的总销量为 600 台, 而 1992 年一年的销量为1000 台 , 近三四年的销量累计达 5000 台 , 这些仪表广泛地应用于石化 、化工、建材玻璃厂及工业窑炉的测量及控制中。
  液体质量流量计在我国有极广泛的应用前景。仅以工业窑炉锅炉而言 ,有几十万台以重油为燃料 ,需大量的液体质量流量计进行检测与控制, 因此 ,迅速发展我国自己的液体质量流量计生产工业, 是当务之急。
　尽管液体质量流量计的生产难度很大,但现在我们已取得了一定的技术突破。据1994 年计量部门对 M M 公司 、E +H 公司和化工部北京化工研究院三家生产的产品进行的抽检比较 ,结果表明三家产品的技术指标和性能基本相当 。但做为批量产品的综合性能 ,与国外尚有一定的差距。主要原因在于 :
  (1)原材料性能不一致 。目前我国生产的科氏力流量计品种有限 ,主要原材料(测量管用)是 316L 不锈钢 。生产厂不同时间进厂的, 甚至同一时间进厂的不同炉次炼出的不锈钢的性能(如杨氏模量、剪切模量)不同,对要求严格的科氏力流量计而言 ,很难达到产品性能的一致性。
  (2)目前, 国内的生产自动化水平不高,测量管基本上是手工作业或半机械化加工(国外大多采用机器人进行测量管形的加工), 因而很难保证产品的一致性。
  (3)大口径(150mm 以上)测量管的加工技术未完全解决,尚无产品提供。现在液体质量流量计的生产已受到有关方面的重视 , 随着生产的发展和自动化水平的提高,我国液体质量流量计的生产一定会同步前进 。

4、结束语：
  质量流量计的应用的确带来了显著的效益。尤其是科里奥利液体质量流量计的出现,可以称之为流量仪表的一次革命。但它毕竟是一种昂贵的仪表, 选用时一定要有的放矢 ,绝不要一哄而起 ,造成不必要的浪费 。在具体应用时 ,一定要根据技术条件进行选型,尤其是必须严格按照安装要求进行安装 ,否则会造成不应有的损失 。