热工仪表的发展趋势和实际应用

　　一、发展趋势

　　1、流量传感器（TRANCDUCCER）的多参数测量

　　流量检测元件或流量传感元件（SENSOR）除感受流量外，还可能感受其他变量，并由此衍生其他功能，可简化流程的检测系统，减少仪表数量和连接管线，降低费用。流程管道开孔的减少降低潜在泄漏故障。

　　A、里奥利质量流量计

　　B、电磁流量计

　　非满管电磁流量计在测量平均流速的同时还必须测量管内液体高度。利用两励磁绕组分别正向和反向串接，产生两种不同磁场强度和磁场分布下测得的流速信号电势，两电势之间的比值与液位高度有一定的函数关系。

　　C、涡街流量计

　　涡街流量计旋涡发生体分离的旋涡频率F正比于流速V（F＝K1V，K1为系数），同时感受与V2成正比的升力F（F＝K2V2，为流体密度，K2为系数）。以F除以F，在乘流通面积A，编可求得质量流量QM，即

　　QM＝（F／F）A＝（K2V2／K1V）A＝KVA

　　式中K仪表系数K＝K2／K2。

　　D、超声流量计

　　超声质量流量计试图在传播时间法超声体积流量计的基础上，在利用超声测得第二参量液体声阻抗和密度，演算后得质量流量。

　　2、配用第二参量检测元件（或独立的第二参量传感器）组合测量质量流量或其他参量

　　A、科里奥利质量流量计配用差压变送器测量粘度

　　B、涡街流量计配用差压变送器测量质量流量

　　C、气体体积流量计内装压力／温度传感元件测量质量流量

　　D、电磁流量计内装温度检测元件修正体积温度影响

　　日本山武公司最近推向市场的电磁流量计，就有电极内装PT电阻温度检测件，以解决这类问题。

　　3、压式仪表的差压发生体和差压变压变送器一体化

　　将差压变送器直接与喷嘴等节流装置或均速管装在一起，省略了在现场布引压管线工程，改善动态特性，减少维护工作和故障率，降低初置费用和运行费用。据日本对1996～1997年间新建四家工厂的调查，所用近400台差压式流量仪表中，一体化直接安装型仪表已占三分之一。

　　4、开发普及型仪表

　　适度降低测量精确度等性能，取消原为通用功能改为选择功能以简化仪表组成，设计成较窄应用范围的仪表，从而降低价格扩大用户面。

　　A、科里奥利质量流量计设计普及型

　　科里奥利质量流量降低精确度（量程误差从0.2％左右降低到0.5％），功能减少，实际普及型仪表。

　　B、电磁流量计从流程工业转向居住民用领域

　　降低电磁流量计测量精确度等性能，如基本误差定位在2％，设计成具有水表特点的电磁水表。在日本这类电磁式水表已纳入日本水表标准。

　　C、超声家用燃气表

　　国外民用计量天然气价格低廉的超声流量计以形成规模生产。平均价格约为流程工业用超声流量计平均价格的1／30。

　　二、应用进展

　　成熟仪表应用上受到限制的某一领域，在技术上有所突破后，开发出相适应的改进型仪表，使得在该领域有较快发展，下文讨论几种流量仪表应用领域的进展。

　　1、超声流量计

　　近年超声流量计应用于气体（包括蒸汽）、储存交接（CUSTODYTRANSFER，常简称CT）和财贸核算、民用住宅天然气消费计量三个领域有较大进展。

　　A、气体应用

　　当前国外能源开发，天然气比石油发展快，促进了过去发展缓慢的气体超声流量计发展。有人估计工业用超声流量计，当前已有近15％用于气体。

　　近年还见到国外至少有3家制造厂向市场推出应用于蒸汽的超声流量计，用一棒传送声速信号到远离蒸汽的超生换能器，可测高达480℃的过热蒸汽。

　　B、进入储存交接和财贸核算应用领域

　　超声流量计采用多声道测量（4～8声道）技术和短管流量传感器结构设计，并实流校准，测量精确度大幅的提高，液体用仪表精度等级有高达0.15级，气体用仪表普遍为0.5级。今后必然将逐步替代有活动部件的仪表。

　　1999年北京已在进京高压天然气输送管线上装用超声流量计，与原装有的孔板差压流量计对比，显现出其优越的使用性能，得到各方面的认可。

　　C、进入住宅天然气消耗计量应用领域

　　90年中期国外超声家用燃气表已达到取代应用150余年的膜式煤气表的规模。有人估计世界范围近年销售量已接近40万台／年。

　　2、电磁流量计

　　A、非满管电磁流量计

　　传统电磁流量计只能测量满管液体流量，非满管电磁流量计应用于具有自由表面自然流的下水排放领域，并提高该领域的测量精确度。将传统非满管流或明渠流流量误差从（3～5）％FS降低到（1～2）％FS。

　　B、测量更低点导率的液体

　　现在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，如以前不能测量的甘油、乙二醇等。除此之外，本类仪表几乎不存在浆液噪生和流动噪声，也不会产生电极表面效应形成的噪声。

　　衬里内表面覆盖油脂等非导电层或结薄绝缘垢层也不会影响测量。

　　C、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4MADC电流提供仪表所需功率，通常仅数十毫瓦。低功耗电磁流量计使有可能采用干电池或太阳电池，更方便地将电磁流量计装用于无市电供电的场所。

　　D、二维（方向）电磁流速计和多测量点插入式电磁流量计

　　置于船体外部的船舶电磁航速仪是插入式电磁流量计的雏形。后来插入式电磁流量计在大中型管道中却有较大发展，也有用于明渠，称作电磁流速计（ELECTROMAGNETICCURRENTMETER）。但在河道流或水利试验模型不仅要测量流速还要知道流速方向。二维电磁流速记又称向量流速计，使电磁流量仪表族可以进入水文试验应用领域。

　　此外插入式电磁流量计还参照匀速管的设计思路，在插入杆上置多套电磁流速测量单元，提高测量精度，使插入式电磁流是计在大管经应用处于有利地位。

　　3、热式质量流量计

　　热式质量流量计过去主要是热分布式，应用于气体小流量测量，较多应用于半导体工业，热处理炉、分析仪器等氢、氧、氨等流量测量和控制以及阀门制造过程中测定泄漏量等。国外近年热消散效应的侵入式和插入式热式流量计应用与环境保护和流程工业大中型管道发展迅速。径向分段排列多组检测元件组成的检测杆，较多以插入方式应用于HVAC（暖气通风空调）工程大中型管道；还应用于锅炉大管道进风量和烟道排气量监测SO2和NOX排放总量。

　　微小液体质量热式流量计虽然已有20余年历史，但在工业上应用直到近几年才较快发展，现在已有几家制造厂生产多种型号热分布式热式流量计投入市场。当前主要应用于化学、石化、食品等流程工业实验性装置。例如：药液配比系统中定流量配比控制，液化气注入过程中液流测量和控制。