流量仪表的发展趋势及热点
近来，我国政府提出了以科学发展观建设“资源节约型、环境友好型”社会的国民经济指导方针后，由于流量测量涉及物流的计量，在生产中它是重要的信息源头；在管理上它是效益考核、节能、环保科学评价的依据。无可置疑，在以上方面它都起着举足轻重的地位，倍受关注。
流量是一个推导量，影响它的因素较多，如：流体的物性、流体流动的特性、现场环境、工艺的要求、安装、维护、经济性……等。企图用一种仪表满足上述一切要求是不可能的。所以相应的仪表原理达十多种，类型近200多，每一种仪表都有其优缺点，只可能在某个特定领域中发挥作用，仪表各尽所能，用户各取所需，尚没有一种仪表可以独占鳌头，取代其他一切仪表。
本人就流量仪表的发展趋势、热点发表一些看法。浮光掠影，供大家参考。
一发展趋势
据专业网评估报告显示，流量仪表的销售额从2002年的31亿美元增长到2007年的35亿美元，年增长率仍达2.6。其中传统仪表(节流、容积、涡轮、转子等)为负增长-2.2，2002年16.43亿，占总流量仪表的53；2007年15.05亿，占43，而新型仪表(电磁、超声、科氏等)年增长率约6.2，2002年14.57亿，占47；2007年增为20.19亿，占57。其中：
年增长率2002年2007年 电磁1.925.9亿6.49亿 超声10.43.73亿6.12亿 科氏6.93.72亿5.19亿 上述评估认为传统仪表总的发展呈下降趋势，但也并非“一声令下，烟消云散”。以孔板为例，它具有可干标及承受恶劣工况等优势，数十年来其他仪表无法取代，已装机容量十分庞大。也有专业人士认为，市场趋势虽向新型流量计转变，但传统仪表的安装基数很大，取代将是一个很长的过程。
据某市场评估集团调查显示，流量仪表2003年世界市场排序为：电磁、质量、节流、涡轮、孔板、科氏、容积、涡街、超声、均速管、皮托管、文丘利、喷嘴、热式、环孔、堰、弯管、激光等，但这个分类不合理，许多仪表（划下横线）均应算为节流，这样来看，节流从数量上应占市场第一位。由于节流装置一般较为笨重，技术含量不高，国外厂商基本未涉足中国市场，我国工程中所用节流装置仍主要选用国内产品，据中国仪器仪表协会估计，传统节流装置年销售量为20万台以上，约6亿元人民币。
涡轮流量计在国外多用于测气体及粘度较小的液体，评估显示，从2002~2007年CAGR为-3.2，由2002年销售额的4.1亿美元降至2007年的3.48亿，专家认为：超声的增长势头虽然咄咄逼人，而涡轮也较准确，与超声相比，价格便宜得多，而量程比为10:1，大于差压式3倍多，在商业计量、贸易结算上仍有独特优势。我国年销售量估计约2万台。容积式流量计非速度型仪表，无直管段要求是其特点，准确度可达 /-0.5以上，但较笨重，口径一般在200毫米以下，近五年CAGR为-2.7，由2002年销售量的5.2亿美元降至2007年的4.52亿美元。我国油品计量多采用这种仪表，如各加油站用的加油机，国内年销售量估计为5万台。
二热点
1.电磁流量计
根据法拉弟电磁感应定律，即当导体在磁场中切割磁力线时，将在两端产生感应电动势，其大小与流速成正比，据此可测流量值。电磁流量计最大的优点是管道中无任何阻力件，可测液固两相流、纸浆、矿浆、煤浆等，几乎没有压损，对直管段要求较小(上10D，下3D)，精确度可达 /-0.5。测量范围可达50:1，口径可大至3米。市场销售 台数虽未必超过差压式，但其销售额居流量仪表市场魁首已是公认的事实。
世界各国著名自动化仪表公司，如ABB、西门子、Krohne、横河等，我国的几家大仪表厂，如开封、威尔泰、光华、川仪都将它做为主导产品，可惜均引进国外ABB技术，基本上没有自己创新的品牌。电磁流量计虽有许多优点，但在国外市场已近饱和，CAGR已低至1.92。而据ARC公司评估，由于中国近年来加大在水处理、矿业、造纸、制药等行业的投资力度，电磁流量计国内的CAGR将达到10.7，预计2008年为0.77亿美元。
2.超声流量计
根据超声波在管道中传播时，顺流向声波速度增大、逆向减小原理，测得时差大小即可知流体流速推算流量。由于气体的声阻大于液体，气体超声波流量计难度大于液体，据美国GE公司介绍接受反射回来的信息能量仅为发射的万分之一，而时差仅10-9~10-12s。近年来由于在能源结构中，天然气的比重日益加大、超声气体流量计准确度可达 /-0.5以上，量程比为几十比一，口径可大至2m以上，是天然气商务计量、贸易结算很理想的流量计，我国西气东输工程较重要的贸易结算采用了几十台。
目前国外公司Instromet(荷)、GE、Emerson、Controlotron(美)、Krohne(德)、昌民(韩)均有产品；我国在1985年即开始研制曾有样机进行了试验，目前上海宝音、维思、唐山美伦、天津亿环、北京昌民(合资)，均称已有产品，但据了解在现场应用中仍有不足之处，有待改进。
外夹式流量计因便于装卸、维护，颇受用户青睐，GE资深流量专家表示，过去因超声波穿过管壁能量损失及折射角等问题，使其难以问世，现美国Controlotron采用了宽束技术(WideBeamTM)，使难题得以解决并已可提供1010GC、1010GCS系列外夹式产品，但管道内气体压力不得小于60Psig(约4.22kg/cm2)。而GE公司采用了关联标记法(CorrelationMethod)突破了这一限制推出的CTF878外夹式气体超声波流量计（图1），可以测大气、压缩气体等。它可无需在管道开孔就可应用于有腐蚀性、有毒、高纯、无菌等气体的流量测量。
3.科氏流量计
原理是当质量m以速度v在一个旋转体系中运动时，在质量m上将作用有向心力及切向的哥氏力，其大小取决质量m及流速v，如测得科氏力即可知质量流量。为测科氏力，需激励管道产生振动，体积十分庞大。口径仅0.2米，高度即达2米，因而口径难以超过0.25米，而精确度可高达 /-0.5以上，且可以直接测量质量流量及密度，使用户不仅可获知流体的容积而且可了解其组成，特别适用于化学流程工业。其次，维护成本极低，使用多年可无需重新校验，无直管段长度要求。这些优点令其成为颇具发展潜力的流量仪表。国外厂家有美国的MicroMotion(Emerson)、德国Krohne，我国有山西太行、浙江乐清-----等（图2）。
由于技术的发展，科氏流量计的应用领域已从测油品、液体矿浆扩展到气体。美国燃气协会(AGA)认为科氏很适合测天然气，特别是压缩天然气加气站的商务计量，由于天然气在能源中的比重加大，为科氏在发展提供了很大的发展空间。据ARC公司评估，近几年国际市场科氏会大幅增长，2007年销售额将达6.27亿美元，CAGR达7.6，仅次于超声。
在计量上，科氏与超声在口径上有较大的互补性，科氏常用口径为2寸左右，占90，通常最大口径到6寸(150mm)；而超声不适用于较小的管径。由于科氏价格较贵(在相同口径下为电磁的10倍)。我国多用容积式或涡轮代替，但维修、定期校验量较大，只要价格适当，在我国的市场潜力还是较大的。
4.两相流量计
为提高效率，降低成本，采取管道输送口在现代工业运输中得到广泛应用，两相流的流量测量日益迫切有待解决。
（1）液固两相
电磁流量计已成功解决含有纤维、固体的液体流量，如矿浆、煤浆、货浆、泥浆、污水等等，无须絮述。
（2）气固两相
由于气流中固体的冲刷、磨削，只能采取非接触式，我国兰州同位素研究所曾用同位素解决这一课题，但涉及环保等问题已很少采用。目前德国SWR公司推出了一系列微波气固两相流量计，较成功用于各种现场，可惜价格较贵。
其原理(图3)当安装在管道上的传感器发射的微波束，穿过管道中的气固两相流，固体物流将吸收部分微波能量，通过测反射回来所削弱的微波能量可知固体流量。据SWR公司称可测固体颗粒自1ns至1cm，流量可大至每小时数百吨，精确度 /-2~5，安装简便，仅在管道上钻约20mm圆孔，焊上接头即可。
（3）气液两相
我国早于20多年前已从事此课题研究，天大、浙大、西安交大均有试验室研制，但至今仍未有产品推向市场，由于天然气开采特别是海上平台，难以采用笨重、庞大的分离器，迫切期待提供气液两相流量计，目前普遍采用的是用2台不同型号的差压流量计，串联测量，从2个读数来解流体中气液的容积比。我国克拉气田购买了一台14"英国Solartron公司提供的MK1型湿气两相流量计，报价14.4万英磅，约230万元人民币，国内厂商估计生产成本不过数万元。
5.热式流量计
基于传热正比于流速的原理，通过测热源温度变化测量流量的仪表主要有2种型式：(1)热分布式，热源处于管道外壁，管径较小，外径4~25毫米，最小流量可测0.3升/小时、多用于测微小流量；(2)浸入式(插入式)。热源处于管道内，与流体直接接触，多用大管道气体流量测量，近几年倍受关注。从多国仪器仪表展览会参展来看，2001年仅3家，2005年已达19家。这种仪表的优点是直接可测质量流量，灵敏度高，测气体流速可低至1m/s，弥补了差压式无法测低速的不足，且不易堵塞。它的应用领域广阔，如取暖、环保、流程工业中低速、常温气体流量测量。不足是准确度受流体组分影响，流体温度不宜超过200℃；热源会影响周围温度场，响应速度达1s，不适用于工控系统。而最近了解到美国矽翔科技公司(Siago.Ltd)推出的一种以MEMS芯片做热敏元件的插入式热式流量计，改善了它的性能，这种MEMS芯片仅4×2mm，上刻有微热源、上下游温度检测件。通过测气体流过芯片的温度场变化来了解流速大小以推算流量，由于热源极小不致影响管道中的温度场，也将响应时间提高到了0.1s，改善了调节品质也可用于工控系统。
6.新型节流装置
经典节流装置工作可靠，可承受恶劣的工况，孔板可干标等优点，长期以来取得用户的信任、占流量仪表市场份额60~70。但不适用于两相流，而且要求直管段过长，现场难以保证，出现了一系列环形通道节流装置（详见本刊2006年一期）。
(1)环形孔板美国上世纪60年代推出，它不仅适用于两相流，而且对直管段长度要求较短，但压损较大。
(2)内锥式流量计(V-cone)美国上世纪八十年代中期推出（图4）
，可以解决上述2个问题，但内锥并非完美无缺，仍存在以下问题：
(a)力学结构为悬臂，易产生振动。
(b)取压点不合理，P1未必可反映整个截面的压力，P2处于锥体后漩涡区，压力有波动，且传压管易堵塞。
(c)直管段要求0~3D未必可行，7~10D较合理。
(d)尾锥后为漩涡，能量转换是不可逆的，动能不可能无损恢复为位能，不是节能仪表。
(3)梭式针对以上问题改进的专利产品
(a)采用三支杆固定流件——梭体。
(b)充分考虑直管段不足时流速分布不均匀性，在环形通道中，采取测多点(9~12)总压。
(c)尾锥不会产生漩涡，动能可平稳转换为位能，压损小，可节能。
7.二次表智能化
(1)影响流量测量的因素很多，计算繁琐，由于微电子、计算机技术的飞速发展，这一切就变得简单，可适应用户的各种要求。
例如，占流量仪表一半市场以上的差压式流量计量程比只能为3：1，采用智能式差压变送器后，就可将量程比扩大到几十比1。
(2)根据用户的要求，二次表可通过智能化具有许多功能，如同时显示瞬时、累计流量；快速进行运算；工况实时补偿；系数实时修正；下限计费功能；分时计费；停电记录；定时抄表；自诊断；模拟数字兼容通信。
(3)近期德国Krohne公司推出的Optiflux电磁流量计，就具有十多种自诊断智能功能，使其工作更为可靠，性能提高，据称精确度可达 /-0.2。
可以预计，二次表的智能化、多功能化是流量仪表研发中一个具有很大发展潜力的课题！
8.大管道气体流量的检测与校验
（笔者将另撰文详细说明。）
三建议
1.发展趋势
(1)结构日趋简洁，从当前发展最快的3种流量仪表(电磁、超声、科氏)来看，机械结构都十分简洁，管道内既无转动件，又无节流件。
(2)功能力求完善，随着微电子、计算机、通信技术的飞速发展，流量仪表的功能日益完善、多样，不少机械部分难以解决的问题，依靠电子软件则迎刃而解，如Krohne的智能电磁流量计，不少超声流量计不仅可测流量，还可测流体密度、组分、热能等等。
(3)安装日益简便，工业自动化程度越高，用户越欢迎采用安装维护简便的产品，这也是插入式，外夹式仪表日益畅销的原因。
2.国产化刻不容缓
据了解，我国近年来进口仪器仪表约130亿美元，出口约30亿美元(多为低附加值的电工仪表、家用水表、气表)，国内大型工程选用国外仪表占2/3，而其价格为国产5~10倍，我国大型流量仪表企业主要依靠国外技术，缺乏拥有自主知识产权意识，创新乏力；自动化仪表国产化刻不容缓！
3.品种多，选用要实事求是
流量仪表品种、类型较多，正确选用并非易事，建议：
(1)不要轻信厂商宣传，厂商为利所图，往往对仪表的技术指标夸大其词，选用时要理性分析这些参数的依据，有无检验证明。
(2)按需选取，勿追求高指标，如不是用于商务计量，贸易核算，准确度要求可以降低，如工控系统的某些场合，检测、监控仪表的重复性、可靠性好就可以了。
(3)全面考虑经济指标，仪表的经济性并非限于一次购买费用，还要考虑安装维修(停产损失)，是否节能(长期运行费)等因素。作者：来源：
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