设计若干趋势传感器和流量检测技术

无流量调整板的仪表需要45DD为仪表内径）直管，板（一块或多块）就不再要求用户在仪表前装流动调整器。若流量计上游有控制阀扰动。而有流动调整板的仪表只要≥3D

流量检测技术和流量传感器结构设计方面若干趋势。流量检测技术增强在运行时自身检查诊断动能，摘要：论述前一时期封闭管道主流流量仪表更新换代新型号仪表。流量检测件的多参数

丈量．复合式流量计。结构设计方面将原有使用方集成的相关功船件集合在流量传感器内。关蕾词：流量检测技术 自诊断 复合式流量计 发展趋势 电磁流量计 0引

言进入20世纪五六十年代。公用事业和流程工业大量使用流量仪表的推动下。涡轮

七八十年代旋涡式、超声式、热式、科里奥利质量式亦相继进入市场，式、电磁式成为工业实用仪表。90年代蓬勃发展的科里奥利质量流量计有人称之为20世纪

后的新颖流量计。这些新颖流量计与差压式、容积式、浮子式等激进仪表组成当代封闭管道用*类主流流量仪表。近年虽有一些新丈量原理已

如丈量单相液体和液固双相流体的声纳流量计?丈量达工业实用阶段的流量仪表进入市场。

开发新型号流量仪表。新—代流量仪表从提高性能、增加功能、方便使用、拓展应用气固双相流体的微波流量计”j但尚处于积累经验推广应用的初始阶段。流量仪表业界的主要力量还是对成熟的主流仪表进行换代。

有以下一些趋势：①在流量检测技术方面，领域等方面进行改进。流量仪表在运行时增强自身检查诊断功能；流量检测元件在检测主参量以外其他参量的功能方面有拓展，

如科里奥利质量流量计和电磁流量计已经或试图实现丈量黏度；两种流量丈量方法各取其长。组合在一起。②在流量传感器结构设计方面形成一个理

就是将使用方的集成工作集合到流量仪表内，念。例如间接式气体质量流量计将所需温

将异径管等功能件纳人流量传感器。l增强流量仪表运行中检查诊断功能我国流量仪表检定规程规定的检定周期较短，度／压力传感器集合进流量仪表。为1-4年，贸易用仪表则短至半年。实践中常有逾越检定周期较长时间，而仪表仍

能坚持良好性能；也有使用条件状况严酷（如磨损、腐蚀、结垢）未届检定周期就

因此使用者需能够在运行时在线自行测试、检验、诊断仪表性能，出现不易发觉的性能劣化。验证所测流量是否仍在规定准确度范围内等性能要求。过

检查检测元件的特去仪表主要是针对电子元器件和软件进行自身检查诊断。近年许多新型号流量仪表却常利用流量检测元件（或检测系统）其他物理效应引起的一些现象。

判断仪表性能的完好性。例如科里奥利质量流量计检查测鼍管刚性，性是否仍保持在原有允许范围内。电磁流量计检查磁场强度，据此评判仪表性能是否良好。这种在线间接检查验证的方法，使能够在检定周期内发现隐性故障，减少计

减少离线校准次数和装配停运肘阃，量损失；或延长仪表使用周期。提高流程生产效率，节省费用。1．1科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计丈量管刚性变化

壁厚减薄，会影响流量丈量和密度测量的仪表校准系数。丈量管受流体冲刷磨损或腐蚀。或内壁结垢，均要影响丈量管刚性而引起丈量误差。管壁均匀磨损壁

质量流量发生约0．8％偏差，厚1．0％。相对于准确度0．2％一O．5％的仪表，影响是相当可观的密度发生约0．033gcm3偏差。美国MicavM0

通过仪表处置器和FCF数据处置软件发出特定信号给流量传感器，60n公司科里奥利质量流景计丈量管刚性在线检查。传感器回馈信号与内存记忆数据比对．据此判断丈量管刚性是否变化。1．2电磁流量计电磁流量计是测试检查磁场强度

电极信号系统绝缘性和电极与液体间接触电阻等以评判仪表的完好性。横河电机ADMA GAXF型仪表具有电极沾污自诊断功能。当电极被缓慢附着绝缘层

提示运行人员及时清理维护。德国Krohn公司1FC300型仪表有更多的监测诊断系统，从所检测信号源阻抗．发出4个等级污染水平的预警信号。不只诊断仪表自身

液体中气泡或颗粒含量变化．来流流速分布畸变等）诊断是通过仪表内部一些设定（输入）还可判断外界流程丈量条件的变化（如液体电导率变化。

丈量某些内在参数变化以作比较与判断.电极电阻监测系统可监测电极外表覆盖附着层，条件改变前后。电极泄漏，液体品种变换（如食品工业管系更换介质前热水清

并不予计量）丈量电极噪声判断电极腐蚀现象（电极和地之间存在电化学电势）液体中含有气泡或固体颗粒。励磁系统在切换两线洗的探知。

发生两种磁场强度和磁场分布下的两流量信号，圈连接方向。按其比值的变化，判断衬里变形和来流流速分布廓形变化。1．3超声流量计贸易储运交接计量的超声流

利用传达速度差与流体流速之问的关系，量计是以超声波在流体内顺逆流动方向传播。求取流体流量。丈量气体时人们利用实测声速与被测气体声速或与混

验证超声流量计。用超声流量计作天然气交接计量日益增多。EmeⅫ公司的Daniel多声道超声流量计的用户超声接口CUlcustomultrasoninterfac软件对仪表作内部诊断。合气体按成分计算所得声速（即从流量计外获得的参比量）进行比拟。

这些检查诊断还没有与外界任何参比量比较，保证运行良好。然而天然气声速随着成分而变。还不能判断丈量是否准确。需要一个外界参比量。这一参比声速是以气相色谱仪所测天然气成分和实时压力／温度经计算机计算获得，连续地比较。

以检查验证交接计量的运行状况Ⅲ。2流量检巴西IPT技术研究所分析串接两台相同型号DN600五声道超声流量计发送石油的流量和声速统计__数据。

测系统的多参数丈量流量传感器的检测元件或检测系统除感受主要变量获得与流量有

同时按其他物理现象感受其他变量，关信号外。获得第二、第三参量的信号，以增加功能，扩展应用领域。这类技术思路肇始于上世纪八九十年代，近年又有新发展。例如科里奥利质量流量计丈量管原可测流量、密度两个参量，现在又

还作管内液位测量，增添了测黏度；非满管电磁流量计检测系统除丈量流速外。现在又提出满管时可测液体黏度的方法。2．1科里奥利质量流量计本仪表普遍可

现在有些型号可测流体黏度。科里奥利力作用下，丈量流量和密度两个参量。仪表丈量管两半部分振动频率发生相位差，利用相位差与流量间正比关系

黏度越大维系振动所需激励电流越大，求取质量流量口。利用丈量管谐振频率与介质密度间函教关系求取密度p利用丈量管振动幅度受制于液体黏度。通过丈量所

推算黏度u从质量流量和密度又可获得衍生的体积流量（口。=q巾）丈量两种互溶性液体（如乙醇与水）时，需激励电流。可从浓度／密度关系曲线

两种非互溶性液体（如油／水乳化液）时，获悉溶质在溶剂中的浓度。可直接计算求取浓度；丈量液固双相流体时，可获悉固相含量。科里奥利质量流量计在丈量

可以通过所测第二、第三参量监测或控制流体浓度、黏度等品质指标。例如监测氨水稀释流程浓度，质量流量的同时。达到目标指标时指令下游控制阀门开启，发送

以切换下位阀门至各自管系。文献[8]列举了除监测黏度外11个各类应用案例。2．2电磁流量并计量；计量发送产品液的同时。判断流过液体是产品液还是清洗液。

发生与流速成正比的感应电动势，计管道中液体在磁场切割磁力线运动时。从管壁两端电极测得。满管流时从测得平均流速乘上流通面积，即得体积流量

除测流速外，用电磁流量计测非满管流量时。还要测管中液位高度以获得液流流通面积，因它亦随流量大小而变。第二参量液位高度亦从电磁系统中获得，通过切换两励磁线圈连接端，得两种磁场分布和强度以及由此发生两个感应

其比值与液位高度存在一定函数关系，电动势值。由此比值求得液位高度。从*参量平均流速和第二参量液位高度即流通面积相乘得非满管的流量。电磁流量计是当前丈量满管或非满管流量的主要仪表之一。德国Karlsruh大学研

其原理是通过变换磁场分布和强制一种用于在线实时丈量液体黏度的电磁流量计。

取得两个感应电动势值，度。其比值与流速分布廓形以及液体黏度有函数关系，从而求得液体的黏度”?若通用电磁流量计上结合本测量黏度的方法，开发新型号电磁流量计，即有丈量黏度功能的通用电磁流量计。3复合式流

前者丈量准确度高而不能丈量含有气泡或颗粒较多的液体，量仪表这是一类由两种测量原理（或方法）组合的复合式流量仪表（hybridflowmet取长补短以提高性能。例如在市场上已有十余年由传达时间法和多普勒法组成的复合式超声流量计。后者

第二相含量达到一定值时会白行切换。近年在市场上见到由涡街流量丈量和热学流量丈量组合的复合式流量计?1仪表矩可测第二相含量较高但准确度较低。

体积流量由所装入压力和温度传感器作压力／温度换算成质量形丈量通道内并列插入涡街检测件和热式检测件．分别测得体积流量和质量流量。

小流量时用热学法测量得q以尽可能大的流量范围用准确度较高的涡街法测量，流量。大流量时用涡街法丈量得流量吼。流量变化所测吼>q．，切换封热学法测

丈量准确度为4-5％R范围度为5001但从性能图上读到若要维持±2％R准确度时范围度约为801该类仪表不只适用于空气、氮气等管系的使用量管理，量。日本Oval公司称作HMD型仪表口径有25100mm六种。因其*的微小流量丈量性

还可作管系泄漏监测，能。用作节能管理流量计。4流量仪表集合相关功能件仪表制造供应商参照流量仪表现场应用经验，近十余年来纷纷将原由应用方安装调试的相关功能件（或配套仪表）集合于流量仪表。应用方减少了装置调试工作，

将孔板等差压发生器和差压变送器集合在一起，降低用户总费用TOCtotalownrcost供应方增加了仪表功能价值和收益。例如国外盛行十余年国内近年型号日益增多的一体化差压式流量计。取消了现场装置引压管，减少建

消灭潜在故障点。又如间接式气体质量流量计应用初期，造工程量和日常维护工作。也是由用户分别装置涡轮式等体积流量计、温度／压力变送器和流量演算器，自行组合调试

将功能器件集合在流量仪表内，现在均被智能式气体涡轮流量计和旋进旋涡流量计等代替。方便应用，简洁了使用现场，现在又出现一些集合相关功能件的新型号仪表。4．1涡街流量计+变径管涡街流量计的额定流量偏高

再装一组渐缩渐扩异径管以相适应。仪表制造厂就按此需要推出带渐变异径段的新型号涡街流量计。4．2电磁．在应用中往往选择流量计口径比管径小一档规格。

也常遇选用口径比管径小一档规格的仪表。有些新型号仪表的流量传感器进出端也设计有渐变异径段，流量计+变径管电磁流量计可用于较高流速。若变径圆锥角不过大

还可改善流速分布，．不只提高流速。从而可适当缩短前置直管长度。4．3热式流量计+流动调整器接入管段型金氏定律（热消散效应）热式流量计需要较长前置直管，若长度不足，则需在流量计前装流动调整器，用户感到十分方便。仪表制造

例如装名为Vortab片状调整器或多孔流动调整厂设计将流动调整器集合在仪表进口段。