技術(shù)文章
流量計(jì)英文名稱是flowmeter,全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)把它定義為:指示被測(cè)流量和(或)在選定的時(shí)間間隔內(nèi)流體總量的儀表。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用于測(cè)量管道或明渠中流體流量的一種儀表,工程上常用單位m3/h,它可分為瞬時(shí)流量(Flow Rate)和累計(jì)流量(Total Flow),瞬時(shí)流量即單位時(shí)間內(nèi)過(guò)封閉管道或明渠有效截面的量,流過(guò)的物質(zhì)可以是氣體、液體、固體;累計(jì)流量即為在某一段時(shí)間間隔內(nèi)(一天、一周、一月、一年)流體流過(guò)封閉管道或明渠有效截面的累計(jì)量。通過(guò)瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間積分亦可求得累計(jì)流量,所以瞬時(shí)流量計(jì)和累計(jì)流量計(jì)之間也是可以相互轉(zhuǎn)化的。
流量計(jì)的發(fā)展歷史:
測(cè)量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時(shí)代已采用孔板測(cè)量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測(cè)量尼羅河的流量。我國(guó)著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測(cè)水量大小等等。流量計(jì)又分為有轉(zhuǎn)子流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、細(xì)縫流量計(jì)、容積流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和堰等。按介質(zhì)分類:液體流量計(jì)和氣體流量計(jì)。
美國(guó)早在1886年即發(fā)布過(guò)第一個(gè)TUF專利,1914年的專利認(rèn)為T(mén)UF的流量與頻率有關(guān)。美國(guó)的第一臺(tái)TUF是在1938年開(kāi)發(fā)的,它用于飛機(jī)上燃油的流量測(cè)量,只是直至二戰(zhàn)后因噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和液體噴氣燃料急需一種高精度、快速響應(yīng)的流量計(jì)才使它獲得真正的工業(yè)應(yīng)用。如今,它已在石油、化工、科研、國(guó)防、計(jì)量各部門(mén)中獲得廣泛應(yīng)用。
流量測(cè)量最早是由瑞士人開(kāi)始的,1738年,瑞士著名的物理學(xué)家丹尼爾·伯努利以伯努利方程為基礎(chǔ),利用了差壓法測(cè)量了水流量。
后來(lái),意大利物理學(xué)家文丘里又用文丘里管測(cè)量了流量,并發(fā)表了研究成果。
1886年,美國(guó)人赫謝爾應(yīng)用文丘里管制成了測(cè)量水流量的的實(shí)用測(cè)量裝置。
20世紀(jì)初期到中期,原有的測(cè)量原理逐漸走向成熟,人們不再將思路局限在原有的測(cè)量方法上,而是開(kāi)始了新的探索。1910年時(shí),美國(guó)人開(kāi)始了槽式流量計(jì)的研究工作,這種流量計(jì)是用來(lái)測(cè)量明溝中水流量的。1922年,帕歇爾將水槽測(cè)量改革為帕歇爾水槽。
槽式流量計(jì)發(fā)展的同時(shí),美籍匈牙利人卡門(mén)正在研究渦街理論,1911年到1912年,他提出了卡門(mén)渦街新理論。
到了30年代,又出現(xiàn)了探討用聲波測(cè)量液體和氣體的流速的方法聲波測(cè)量流量的方法,但到第二次世界大戰(zhàn)為止未獲得很大進(jìn)展,直到1955才有了應(yīng)用聲循環(huán)法的馬克森流量計(jì)的問(wèn)世,用于測(cè)量航空燃料的流量。
1945年,科林用交變磁場(chǎng)成功的測(cè)量了血液流動(dòng)的情況。
20世紀(jì)的60年代以后,測(cè)量?jī)x表開(kāi)始向精密化、小型化等方向發(fā)展。例如,為了提高了差壓儀表的精確度,出現(xiàn)了力平衡差壓變送器和電容式差壓變送器;為了使電磁流量計(jì)的傳感小型化和改善信噪比,出現(xiàn)了用非均勻磁場(chǎng)和低頻勵(lì)磁方式的電磁流量計(jì),此外,具有寬測(cè)量范圍和無(wú)活動(dòng)檢測(cè)部件的實(shí)用卡門(mén)渦街流量計(jì)也在70年代問(wèn)世。
隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展,具有鎖相環(huán)路技術(shù)的超聲(波)流量計(jì)也得到了普遍應(yīng)用,微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,進(jìn)一步提高了流量測(cè)量的能力,如激光多普勒流速計(jì)應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)后,可處理較為復(fù)雜的信號(hào)。
流量測(cè)量技術(shù)與儀表的應(yīng)用領(lǐng)域:
1、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程
流量?jī)x表是過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中的大類儀表之一,它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域,是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),節(jié)約能源,改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置中,流量?jī)x表有兩大功用:作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。
2、能源計(jì)量
能源分為一次能源(煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣)、二次能源(電力、焦炭、人工燃?xì)狻⒊善酚?、液化石油氣、蒸汽)及載能工質(zhì)(壓縮空氣、氧、氮、氫、水)等。能源計(jì)量是科學(xué)管理能源,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量?jī)x表是能源計(jì)量?jī)x表的重要組成部分,水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計(jì),它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。
3、環(huán)境保護(hù)工程
煙氣,廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源,嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策,環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題。空氣和水的污染要得到控制,必須加強(qiáng)管理,而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制,流量計(jì)在煙氣排放、污水、廢氣處理流量計(jì)量方面有著不可替代的位置。 中國(guó)是以煤為主要能源的國(guó)家,全國(guó)有上百萬(wàn)個(gè)煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項(xiàng)目,每個(gè)煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計(jì),組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難,它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則,氣體組分變化不定,流速范圍大,臟污,灰塵,腐蝕,高溫,無(wú)直管段等。
4、交通運(yùn)輸
有五種方式:鐵路公路、航空、水運(yùn)和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之,但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問(wèn)題的突出,管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì),它是控制、分配和調(diào)度的眼睛,亦是安全監(jiān)沒(méi)和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。
5、生物制藥
21世紀(jì)將迎來(lái)生命科學(xué)的世紀(jì),以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測(cè)計(jì)量的物質(zhì)很多,如血液,尿液等;醫(yī)藥行業(yè)對(duì)各種醫(yī)藥配方,液體制劑成分的控制流量?jī)x表也是不和或缺的。儀表開(kāi)發(fā)的難度極大,品種繁多。
6、科學(xué)實(shí)驗(yàn)
科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多,且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的,它們并不批量生產(chǎn),在市面出售,許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門(mén)小組研制專用的流量計(jì)。
7、海洋、江河湖泊
這些領(lǐng)域?yàn)槌ㄩ_(kāi)流道,一般需檢測(cè)流速,然后推算流量。流速計(jì)和流量計(jì)所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用前提有很大差別。