近來，我國政府提出了以科學(xué)發(fā)展觀建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會的國民經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)方針后，由于流量測量涉及物流的計(jì)量，在生產(chǎn)中它是重要的信息源頭；在管理上它是效益考核、節(jié)能、環(huán)保科學(xué)評價(jià)的依據(jù)。無可置疑，在以上方面它都起著舉足輕重的地位，倍受關(guān)注。

流量是一個(gè)推導(dǎo)量，影響它的因素較多，如：流體的物性、流體流動(dòng)的特性、現(xiàn)場環(huán)境、工藝的要求、安裝、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性……等。企圖用一種儀表滿足上述一切要求是不可能的。所以相應(yīng)的儀表原理達(dá)十多種，類型近200多，每一種儀表都有其優(yōu)缺點(diǎn)，只可能在某個(gè)特定領(lǐng)域中發(fā)揮作用，儀表各盡所能，用戶各取所需，尚沒有一種儀表可以*，取代其他一切儀表。

本人就流量儀表的發(fā)展趨勢、熱點(diǎn)發(fā)表一些看法。浮光掠影，供大家參考。

一、發(fā)展趨勢

據(jù)專業(yè)網(wǎng)評估報(bào)告顯示，流量儀表的銷售額從2002年的31億美元增長到2007年的35億美元，年增長率仍達(dá)2.6%。其中傳統(tǒng)儀表（節(jié)流、容積、渦輪、轉(zhuǎn)子等）為負(fù)增長-2.2%，2002年16.43億，占總流量儀表的53%；2007年15.05億，占43%，而新型儀表（電磁、超聲、科氏等）年增長率約6.2%，2002年14.57億，占47%；2007年增為20.19億，占57%。其中：

年增長率 2002年 2007年

電磁 1.92% 5.9億 6.49億

超聲 10.4% 3.73億 6.12億

科氏 6.9% 3.72億 5.19億

上述評估認(rèn)為傳統(tǒng)儀表總的發(fā)展呈下降趨勢，但也并非“一聲令下，煙消云散”。以孔板為例，它具有可干標(biāo)及承受惡劣工況等優(yōu)勢，數(shù)十年來其他儀表無法取代，已裝機(jī)容量十分龐大。也有專業(yè)人士認(rèn)為，市場趨勢雖向新型流量計(jì)轉(zhuǎn)變，但傳統(tǒng)儀表的安裝基數(shù)很大，取代將是一個(gè)很長的過程。

據(jù)某市場評估集團(tuán)調(diào)查顯示，流量儀表2003年世界市場排序?yàn)椋弘姶拧?u>質(zhì)量、節(jié)流、渦輪、孔板、科氏、容積、渦街、超聲、均速管、皮托管、文丘利、噴嘴、熱式、環(huán)孔、堰、彎管、激光等，但這個(gè)分類不合理，許多儀表（劃下橫線）均應(yīng)算為節(jié)流，這樣來看，節(jié)流從數(shù)量上應(yīng)占市場*位。由于節(jié)流裝置一般較為笨重，技術(shù)含量不高，國外廠商基本未涉足中國市場，我國工程中所用節(jié)流裝置仍主要選用國內(nèi)產(chǎn)品，據(jù)中國儀器儀表協(xié)會估計(jì)，傳統(tǒng)節(jié)流裝置年銷售量為20萬臺以上，約6億元人民幣。

渦輪流量計(jì)在國外多用于測氣體及粘度較小的液體，評估顯示，從2002~2007年CAGR為-3.2%，由2002年銷售額的4.1億美元降至2007年的3.48億，專家認(rèn)為：超聲的增長勢頭雖然咄咄逼人，而渦輪也較準(zhǔn)確，與超聲相比，價(jià)格便宜得多，而量程比為10:1，大于差壓式3倍多，在商業(yè)計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算上仍有*優(yōu)勢。我國年銷售量估計(jì)約2萬臺。容積式流量計(jì)非速度型儀表，無直管段要求是其特點(diǎn)，準(zhǔn)確度可達(dá)+/-0.5%以上，但較笨重，口徑一般在200毫米以下，近五年CAGR為-2.7%，由2002年銷售量的5.2億美元降至2007年的4.52億美元。我國油品計(jì)量多采用這種儀表，如各加油站用的加油機(jī)，國內(nèi)年銷售量估計(jì)為5萬臺。

二、熱點(diǎn)

1. 電磁流量計(jì)

根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律，即當(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時(shí)，將在兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，其大小與流速成正比，據(jù)此可測流量值。電磁流量計(jì)zui大的優(yōu)點(diǎn)是管道中無任何阻力件，可測液固兩相流、紙漿、礦漿、煤漿等，幾乎沒有壓損，對直管段要求較小（上10D，下3D），度可達(dá)+/-0.5%。測量范圍可達(dá)50:1，口徑可大至3米。市場銷售臺數(shù)雖未必超過差壓式，但其銷售額居流量儀表市場魁首已是*的事實(shí)。

世界各國自動(dòng)化儀表公司，如ABB、西門子、Krohne、橫河等，我國的幾家大儀表廠，如開封、威爾泰、光華、川儀都將它做為主導(dǎo)產(chǎn)品，可惜均引進(jìn)國外ABB技術(shù)，基本上沒有自己創(chuàng)新的品牌。而名聲不大的浙江大河開發(fā)了自主產(chǎn)權(quán)的PMF-CF型電容式電磁流量計(jì)，其特點(diǎn)可測電導(dǎo)率低至0.01us/cm的液體（通用儀表需大于5us/cm）。

電磁流量計(jì)雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但在國外市場已近飽和，CAGR已低至1.92%。而據(jù)ARC公司評估，由于中國近年來加大在水處理、礦業(yè)、造紙、制藥等行業(yè)的投資力度，電磁流量計(jì)國內(nèi)的CAGR將達(dá)到10.7%，預(yù)計(jì)2008年為0.77億美元。

2. 超聲流量計(jì)

根據(jù)超聲波在管道中傳播時(shí)，順流向聲波速度增大、逆向減小原理，測得時(shí)差大小即可知流體流速推算流量。由于氣體的聲阻大于液體，氣體超聲波流量計(jì)難度大于液體，據(jù)美國GE公司介紹接受反射回來的信息能量僅為發(fā)射的萬分之一，而時(shí)差僅10^-9~10^-12s。近年來由于在能源結(jié)構(gòu)中，天然氣的比重日益加大、超聲氣體流量計(jì)準(zhǔn)確度可達(dá)+/-0.5%以上，量程比為幾十比一，口徑可大至2m以上，是天然氣商務(wù)計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算很理想的流量計(jì)，我國西氣東輸工程較重要的貿(mào)易結(jié)算采用了幾十臺。

目前國外公司Instromet（荷）、GE、Emerson、Controlotron（美）、Krohne（德）、昌民（韓）均有產(chǎn)品；我國在1985年即開始研制曾有樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)，目前上海寶音、維思、唐山美倫、天津億環(huán)、北京昌民（合資），均稱已有產(chǎn)品，但據(jù)了解在現(xiàn)場應(yīng)用中仍有不足之處，有待改進(jìn)。

外夾式流量計(jì)因便于裝卸、維護(hù)，頗受用戶青睞，GE流量專家表示，過去因超聲波穿過管壁能量損失及折射角等問題，使其難以問世，現(xiàn)美國Controlotron采用了寬束技術(shù)（Wide Beam ^TM），使難題得以解決并已可提供1010GC、1010GCS系列外夾式產(chǎn)品，但管道內(nèi)氣體壓力不得小于60Psig（約4.22kg/cm²）。而GE公司采用了關(guān)聯(lián)標(biāo)記法（Correlation Method）突破了這一限制推出的CTF878外夾式氣體超聲波流量計(jì)（圖1），可以測大氣、壓縮氣體等。它可無需在管道開孔就可應(yīng)用于有腐蝕性、有毒、高純、無菌等氣體的流量測量。

3. 科氏流量計(jì)

原理是當(dāng)質(zhì)量m以速度v在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體系中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在質(zhì)量m上將作用有向心力及切向的哥氏力，其大小取決質(zhì)量m及流速v，如測得科氏力即可知質(zhì)量流量。為測科氏力，需激勵(lì)管道產(chǎn)生振動(dòng)，體積十分龐大。口徑僅0.2米，高度即達(dá)2米，因而口徑難以超過0.25米，而度可高達(dá)+/-0.5%以上，且可以直接測量質(zhì)量流量及密度，使用戶不僅可獲知流體的容積而且可了解其組成，特別適用于化學(xué)流程工業(yè)。其次，維護(hù)成本極低，使用多年可無需重新校驗(yàn)，無直管段長度要求。這些優(yōu)點(diǎn)令其成為頗具發(fā)展?jié)摿Φ牧髁績x表。國外廠家有美國的MicroMotion（Emerson）、德國Krohne，我國有山西太行、浙江樂清-----等。

由于技術(shù)的發(fā)展，科氏流量計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域已從測油品、液體礦漿擴(kuò)展到氣體。美國燃?xì)鈪f(xié)會（AGA）認(rèn)為科氏很適合測天然氣，特別是壓縮天然氣加氣站的商務(wù)計(jì)量，由于天然氣在能源中的比重加大，為科氏在發(fā)展提供了很大的發(fā)展空間。據(jù)ARC公司評估，近幾年市場科氏會大幅增長，2007年銷售額將達(dá)6.27億美元，CAGR達(dá)7.6%，僅次于超聲。

在計(jì)量上，科氏與超聲在口徑上有較大的互補(bǔ)性，科氏常用口徑為2寸左右，占90%，通常zui大口徑到6寸（150mm）；而超聲不適用于較小的管徑。由于科氏價(jià)格較貴（在相同口徑下為電磁的10倍）。我國多用容積式或渦輪代替，但維修、定期校驗(yàn)量較大，只要價(jià)格適當(dāng)，在我國的市場潛力還是較大的。

4. 兩相流量計(jì)

為提率，降低成本，采取管道輸送口在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用，兩相流的流量測量日益迫切有待解決。

（1）液固兩相

電磁流量計(jì)已成功解決含有纖維、固體的液體流量，如礦漿、煤漿、貨漿、泥漿、污水等等，無須絮述。

（2）氣固兩相

由于氣流中固體的沖刷、磨削，只能采取非接觸式，我國蘭州同位素研究所曾用同位素解決這一課題，但涉及環(huán)保等問題已很少采用。目前德國SWR公司推出了一系列微波氣固兩相流量計(jì)，較成功用于各種現(xiàn)場，可惜價(jià)格較貴。

其原理（圖3）當(dāng)安裝在管道上的傳感器發(fā)射的微波束，穿過管道中的氣固兩相流，固體物流將吸收部分微波能量，通過測反射回來所削弱的微波能量可知固體流量。據(jù)SWR公司稱可測固體顆粒自1ns至1cm，流量可大至每小時(shí)數(shù)百噸，度+/-2~5%，安裝簡便，僅在管道上鉆約20mm圓孔，焊上接頭即可。

（3）氣液兩相

我國早于20多年前已從事此課題研究，天大、浙大、西安交大均有試驗(yàn)室研制，但至今仍未有產(chǎn)品推向市場，由于天然氣開采特別是海上平臺，難以采用笨重、龐大的分離器，迫切期待提供氣液兩相流量計(jì)，目前普遍采用的是用2臺不同型號的差壓流量計(jì)，串聯(lián)測量，從2個(gè)讀數(shù)來解流體中氣液的容積比。我國克拉氣田購買了一臺14"英國Solartron公司提供的MK1型濕氣兩相流量計(jì)，報(bào)價(jià)14.4萬英磅，約230萬元人民幣，國內(nèi)廠商估計(jì)生產(chǎn)成本不過數(shù)萬元。

5. 熱式流量計(jì)

基于傳熱正比于流速的原理，通過測熱源溫度變化測量流量的儀表主要有2種型式：（1）熱分布式，熱源處于管道外壁，管徑較小，外徑4~25毫米，zui小流量可測0.3升/小時(shí)、多用于測微小流量；（2）浸入式（插入式）。熱源處于管道內(nèi)，與流體直接接觸，多用大管道氣體流量測量，近幾年倍受關(guān)注。從多國儀器儀表展覽會參展來看，2001年僅3家，2005年已達(dá)19家。這種儀表的優(yōu)點(diǎn)是直接可測質(zhì)量流量，靈敏度高，測氣體流速可低至1m/s，彌補(bǔ)了差壓式無法測低速的不足，且不易堵塞。它的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，如取暖、環(huán)保、流程工業(yè)中低速、常溫氣體流量測量。不足是準(zhǔn)確度受流體組分影響，流體溫度不宜超過200℃；熱源會影響周圍溫度場，響應(yīng)速度達(dá)1s，不適用于工控系統(tǒng)。而zui近了解到美國矽翔科技公司（Siago .Ltd）推出的一種以MEMS芯片做熱敏元件的插入式熱式流量計(jì)，改善了它的性能，這種MEMS芯片僅4×2mm，上刻有微熱源、上下游溫度檢測件。通過測氣體流過芯片的溫度場變化來了解流速大小以推算流量，由于熱源極小不致影響管道中的溫度場，也將響應(yīng)時(shí)間提高到了0.1s，改善了調(diào)節(jié)品質(zhì)也可用于工控系統(tǒng)。

6. 新型節(jié)流裝置

經(jīng)典節(jié)流裝置工作可靠，可承受惡劣的工況，孔板可干標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，長期以來取得用戶的信任、占流量儀表*60~70%。但不適用于兩相流，而且要求直管段過長，現(xiàn)場難以保證，出現(xiàn)了一系列環(huán)形通道節(jié)流裝置（詳見本刊2006年一期）。

（1）環(huán)形孔板美國上世紀(jì)60年代推出，它不僅適用于兩相流，而且對直管段長度要求較短，但壓損較大。

（2）內(nèi)錐式流量計(jì)（V-cone）美國上世紀(jì)八十年代中期推出（圖4）

，可以解決上述2個(gè)問題，但內(nèi)錐并非無缺，仍存在以下問題：

（a）力學(xué)結(jié)構(gòu)為懸臂，易產(chǎn)生振動(dòng)。

（b）取壓點(diǎn)不合理，P₁未必可反映整個(gè)截面的壓力，P₂處于錐體后漩渦區(qū)，壓力有波動(dòng)，且傳壓管易堵塞。

（c）直管段要求0~3D未必可行，7~10D較合理。

（d）尾錐后為漩渦，能量轉(zhuǎn)換是不可逆的，動(dòng)能不可能無損恢復(fù)為位能，不是節(jié)能儀表。

（3）梭式針對以上問題改進(jìn)的產(chǎn)品

（a）采用三支桿固定流件——梭體。

（b）充分考慮直管段不足時(shí)流速分布不均勻性，在環(huán)形通道中，采取測多點(diǎn)（9~12）總壓。

（c）尾錐不會產(chǎn)生漩渦，動(dòng)能可平穩(wěn)轉(zhuǎn)換為位能，壓損小，可節(jié)能。

7. 二次表智能化

（1）影響流量測量的因素很多，計(jì)算繁瑣，由于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，這一切就變得簡單，可適應(yīng)用戶的各種要求。

例如，占流量儀表一半市場以上的差壓式流量計(jì)量程比只能為3：1，采用智能式差壓變送器后，就可將量程比擴(kuò)大到幾十比1。

（2）根據(jù)用戶的要求，二次表可通過智能化具有許多功能，如同時(shí)顯示瞬時(shí)、累計(jì)流量；快速進(jìn)行運(yùn)算；工況實(shí)時(shí)補(bǔ)償；系數(shù)實(shí)時(shí)修正；下限計(jì)費(fèi)功能；分時(shí)計(jì)費(fèi)；停電記錄；定時(shí)抄表；自診斷；模擬數(shù)字兼容通信。

（3）近期德國Krohne公司推出的Optiflux電磁流量計(jì)，就具有十多種自診斷智能功能，使其工作更為可靠，性能提高，據(jù)稱度可達(dá)+/-0.2%。

可以預(yù)計(jì)，二次表的智能化、多功能化是流量儀表研發(fā)中一個(gè)具有很大發(fā)展?jié)摿Φ恼n題！

8. 大管道氣體流量的檢測與校驗(yàn)

筆者將另撰文詳細(xì)說明。

三、建議

1. 發(fā)展趨勢

（1）結(jié)構(gòu)日趨簡潔，從當(dāng)前發(fā)展zui快的3種流量儀表（電磁、超聲、科氏）來看，機(jī)械結(jié)構(gòu)都十分簡潔，管道內(nèi)既無轉(zhuǎn)動(dòng)件，又無節(jié)流件。

（2）功能力求完善，隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，流量儀表的功能日益完善、多樣，不少機(jī)械部分難以解決的問題，依靠電子軟件則迎刃而解，如Krohne的智能電磁流量計(jì)，不少超聲流量計(jì)不僅可測流量，還可測流體密度、組分、熱能等等。

（3）安裝日益簡便，工業(yè)自動(dòng)化程度越高，用戶越歡迎采用安裝維護(hù)簡便的產(chǎn)品，這也是插入式，外夾式儀表日益的原因。

2. 國產(chǎn)化刻不容緩

據(jù)了解，我國近年來進(jìn)口儀器儀表約130億美元，出口約30億美元（多為低附加值的電工儀表、家用水表、氣表），國內(nèi)大型工程選用國外儀表占2/3，而其價(jià)格為國產(chǎn)5~10倍，我國大型流量儀表企業(yè)主要依靠*，缺乏擁有自主知識產(chǎn)權(quán)意識，創(chuàng)新乏力；自動(dòng)化儀表國產(chǎn)化刻不容緩！

3. 品種多，選用要實(shí)事求是

流量儀表品種、類型較多，正確選用并非易事，建議：

（1）不要輕信廠商宣傳，廠商為利所圖，往往對儀表的技術(shù)指標(biāo)夸大其詞，選用時(shí)要理性分析這些參數(shù)的依據(jù)，有無檢驗(yàn)證明。

（2）按需選取，勿追求高指標(biāo)，如不是用于商務(wù)計(jì)量，貿(mào)易核算，準(zhǔn)確度要求可以降低，如工控系統(tǒng)的某些場合，檢測、監(jiān)控儀表的重復(fù)性、可靠性好就可以了。

（3）全面考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，儀表的經(jīng)濟(jì)性并非限于一次購買費(fèi)用，還要考慮安裝維修（停產(chǎn)損失），是否節(jié)能（長期運(yùn)行費(fèi)）等因素。

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江蘇三普儀表對將來流量儀表的發(fā)展趨勢及熱點(diǎn)探討

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