流量儀表
儀表，我們在日常生活、工作中都經(jīng)常用到，但不知道大家對“流量儀表”是否知道呢？本文收集整理了一些資料，希望本文能對各位讀者有比較大的參考價值。
簡介
流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、質(zhì)量、渦輪 及靶式流量計等。20世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。
我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進口。
流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。對于一定的流體，只要知道這三個參數(shù)就可計算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測量中必須檢測此三個參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過程和科學(xué)實驗的基礎(chǔ)，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應(yīng)用。
電磁流量
發(fā)展及應(yīng)用
電磁流量計是60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表．它根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來測量導(dǎo)電流體的體積流量。由于其獨特的優(yōu)點，已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上各種導(dǎo)電液體的測量。例如，測量各種酸、堿、鹽等腐蝕液體；各種易燃，易爆介質(zhì)；各種工業(yè)污水，紙漿，泥漿等。
測量原理
測量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。即當(dāng)導(dǎo)電液體流過電磁流量計時，導(dǎo)體液體中會產(chǎn)生與平均流速V （體積流量）成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號通過兩個與液體接觸的電極檢測，通過電纜傳至放大器，然后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的輸出信號。 基于電磁流量計的測量原理，要求流動的液體具有最低限度的電導(dǎo)率。
優(yōu)點
①電磁流量計的變送器結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件，所以當(dāng)流體通過時不會引起任何附加的壓力損失，同時它不會引起諸如磨損，堵塞等問題，特別適用于測量帶有固體顆粒的礦漿，污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等．同樣，由于它結(jié)構(gòu)上無運動部件，故可通過附上耐腐蝕絕緣襯里和選擇耐腐材料制成電極，起到很好的耐腐蝕性能，使之可用于各種腐蝕性介質(zhì)的測量．
②電磁流量計是一種體積流量測量儀表，在測量過程中，它不受被測介質(zhì)的溫度．粘度、密度以及電導(dǎo)率(在一定范圍內(nèi))的影響．因此，電磁流量計只需經(jīng)水標(biāo)定以后，就可以用來測量其它導(dǎo)電性液體的流量，而不需要附加其它修正．
③電磁流量計的量程范圍極寬，同一臺電磁流量計的量程比可達1：100．此外，電磁流量計只與被測介質(zhì)的平均流速成正比，而與軸對稱分布下的流動狀態(tài)（層流或紊流）無關(guān)．
④電磁流量計無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好．因此，可將測置信號直接用轉(zhuǎn)換器線性地轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，可就地指示，也可遠距離傳送．
缺點
電磁流量計雖具有上述優(yōu)良特性，但它還有一些不足之處，以致在使用上受到一定限制．主要有如下幾點：
①電磁流量計不能用于測量氣體、蒸氣以及含有大量氣體的液體．
②電磁流量計還不能用來測量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，被測液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10－5（S/cm），相當(dāng)于蒸餾水的電導(dǎo)率．對石油制品或者有機溶劑等還無能為力。
③由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制，工業(yè)電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。
④電磁流量計受流速分布影響，在軸對稱分布的條件下，流量信號與平均流速成正比．所以，電磁流量計前后也必須有一定長度的前后直管段．
⑤電磁流量計易受外界電磁干擾的影響
應(yīng)用
是一種廣泛用于溫度測量的簡單元件。它由兩種異質(zhì)金屬的連接結(jié)組成。這些金屬在一端相連，形成測量結(jié)，也稱為熱結(jié)。熱電偶的另一端連接到與測量電子裝置相連的金屬線。這種連接形成了第二個結(jié)——基準(zhǔn)結(jié)，也稱為冷結(jié)。為了得出測量結(jié)的溫度(TMJ)，用戶必須知道熱電偶所產(chǎn)生的差分電壓。用戶還必須知道基準(zhǔn)結(jié)溫(TRJ)所產(chǎn)生的誤差電壓。補償基準(zhǔn)結(jié)溫誤差電壓稱為冷結(jié)補償。為使輸出電壓精確地代表熱結(jié)測量結(jié)果，電子裝置必須補償基準(zhǔn)(冷)結(jié)溫的任何變化。
流量儀表采用單個5V電源供電。AD8495的輸出電壓針對5mV/°C校準(zhǔn)。采用5V單電源時，輸出在大約75mV和4.75V之間保持線性，對應(yīng)于15°C至950°C的溫度范圍。AD8495的輸出驅(qū)動AD8476單位增益差分放大器的同相輸入端，該放大器則將單端輸入轉(zhuǎn)換為差分輸出，用于驅(qū)動AD779016位Σ-Δ型ADC。
流量儀表之前的低通差分和共模濾波器可消除RF信號，如果任由其到達AD8495，它可能會被整流，表現(xiàn)為溫度波動。兩個100Ω電阻和一個1μF電容構(gòu)成一個截止頻率為800Hz的差分濾波器。兩個0.01nF電容構(gòu)成一個截止頻率為160kHz的共模濾波器。AD8476差分放大器的輸出端在信號施加于AD7790ADC之前使用了一個類似的濾波器。
流量儀表不受最高超出對側(cè)供電軌25V的輸入電壓偏移的影響。例如，在該電路中，正供電軌為5V而負供電軌接地時，器件可以安全地承受-20V至+25V的輸入電壓。基準(zhǔn)引腳和檢測引腳處的電壓不得超出供電軌0.3V以上。此特性對存在電源時序控制問題的應(yīng)用特別重要，這類問題可導(dǎo)致信號源在施加放大器電源之前活動。
流量儀表
通用技能
流量儀表已然構(gòu)成對丈量設(shè)備及檢測體系的噪聲煩擾需求“三要素”，因而消除和削弱噪聲煩擾的辦法亦應(yīng)對準(zhǔn)三項要素選用辦法，即：1.阻截?zé)_傳遞辦法；2.消除或克制噪聲源；3.削弱承受電路對噪聲煩擾的活絡(luò)性。
以上三方面辦法均歸于硬件辦法。跟著微型計算機運用于工業(yè)出產(chǎn)，智能傳感器和智能儀器儀表的廣泛運用，在軟件方面，像數(shù)字濾波、數(shù)字處置等更多的克制煩擾的辦法和辦法得以運用，儀器儀表測控體系安全水平大大提高。以上幾種辦法一般選用阻隔、屏蔽、克制、接地維護、軟件技能完畢，下面臨這幾種技能——分析。
來自傳輸?shù)臒_首要有兩種辦法：一是經(jīng)過傳感器供電電源或共用信號儀器儀表的供電電源即配電器串入的電網(wǎng)煩擾；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的煩擾，嚴(yán)重時會招致元件損壞，邏輯犯錯和大的體系缺點。
來自接地體系的煩擾首要是接地體系失調(diào)：測控體系的屏蔽接地線及機殼接地線、信號接地線、功率地線、交流電源地線等招致的噪聲耦合煩擾。屏蔽和克制是用金屬導(dǎo)體把被屏蔽的元件、組合件、電路及信號線包圍起來，首要用于克制電流性噪聲藕合，起到必定的磁屏蔽效果。另外用雙絞線替代兩根平行線是克制磁場煩擾的一種卓有成效的辦法。
流量儀表及操控體系的牢靠性直接影響到現(xiàn)代化工業(yè)出產(chǎn)設(shè)備安全、安穩(wěn)作業(yè)，體系的抗煩擾才調(diào)是關(guān)系到整個體系牢靠作業(yè)的要害。在丈量過程中，這些煩擾若不能很好地處置，那它將誤解丈量效果，嚴(yán)肅時乃至使儀器儀表或計算機徹底不能作業(yè)。
二、 原理和結(jié)構(gòu)
1、 工作原理 靶式流量計的原理簡圖如圖1所示。 在測量管（儀表表體）中心同軸放置一塊園形靶板，當(dāng)流體沖擊靶板時，靶板上受到一個力F，它與流速V，介質(zhì)密度ρ和靶板受力面積A之間關(guān)系式如式（1）所示。（1）式中 F ——靶板上受的力，N；CD ——阻力系數(shù)；ρ——流體密度，kg/m3；V——流體流速，m/s；A——靶板受力面積，m2。經(jīng)推導(dǎo)與換算，得流量計算式如下： 式中 qm，qv——分別為質(zhì)量流量和體積流量，kg/h，m3/h；α——流量系數(shù)；D ——測量管內(nèi)徑，mm；β ——直徑比，β=d/D；d——靶板直徑，mm。其余符號同上。靶板受力經(jīng)力轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)前置放大，AD轉(zhuǎn)換及計算機處理后，可得到相應(yīng)的流量和總量。如圖1所示。 圖2 靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖
2、 結(jié)構(gòu)形式 靶式流量計結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示它由檢測裝置，力轉(zhuǎn)換器，信號處理和顯示儀幾部分組成。檢測裝置包括測量管和靶板，力轉(zhuǎn)換器為應(yīng)變計式傳感器，信號處理和顯示儀可以就地直讀顯示或遠距標(biāo)準(zhǔn)信號傳輸?shù)取０惺搅髁坑嫷慕Y(jié)構(gòu)形式可分為管道式，夾裝式和插入式等，各類結(jié)構(gòu)形式還可分為一體式和分離式二種。一體式為現(xiàn)場直讀顯示，而分離式則把數(shù)碼顯示儀與檢測裝置分離（一般不超過100m）。
三、 流量計主要特點
1、 感測件為無可動部件，結(jié)構(gòu)簡單牢固；
2、 應(yīng)用范圍和適應(yīng)性很廣泛，一般工業(yè)過程中的流體介質(zhì)，包括液、氣和蒸汽，口徑范圍（DN15以上），各種工作狀態(tài)（高、低溫，常壓、高壓）皆可應(yīng)用，可以說其應(yīng)用范圍可與孔板流量計相比美。
3、 準(zhǔn)確度高，總量測量可達0.2%R；
4、 范圍度寬，4：1～15：1至30：1；
5、 可解決困難的流量測量問題，如測量含有雜質(zhì)（微粒）之類的臟污流體；原油、污水、高溫渣油、漿液、燒堿液，瀝青等；
6、 靈敏度高，能測量微小流量，流速可低至0.08m/s；
7、 用于小口徑(DN15～DN50)，低雷諾數(shù)(Red=103～5×103)的流體，它可以彌補標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置難以應(yīng)用的場合，如小口徑蒸汽流量測量等；
8、 可適應(yīng)高參數(shù)流體的測量，壓力高達數(shù)十MPa，溫度達450℃；
9、 可用于雙向流動流體的測量；
10、 壓力損失較低，約為標(biāo)準(zhǔn)孔板的一半；
11、 抗上游阻流件干擾能力強，上游側(cè)直管段長度一般5～10D即可；12、 可采取干式（掛重法）校驗，給用戶周期校驗帶來方便；
13、 直讀式儀表無需外能源，清晰明了，操作簡便，亦可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號（脈沖頻率或電流信號）；
14、 儀表性能價格比高，為經(jīng)濟實惠的流量計；
15、 安裝簡單方便，易維護。
渦街流量計
原理
渦街流量計是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質(zhì)適應(yīng)能力，無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量，配備溫度、壓力傳感器可測量標(biāo)況體積流量和質(zhì)量流量，是節(jié)流式流量計的理想替代產(chǎn)品。渦街流量計是在流體中安放一根（或多根）非流線型阻流體（bluff body），流體在阻流體兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的旋渦，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，通過采用各種形式的檢測元件測出旋渦頻率，從而計算出體積流量。渦街流量計適用與測量液體、氣體或蒸汽。
優(yōu)缺點
它沒有移動部件，也沒有污垢問題。渦街流量計會產(chǎn)生噪音，而且要求流體具有較高的流速，以產(chǎn)生旋渦。渦街流量計由于傳感器采用的檢測探頭與旋渦發(fā)生體分開安裝，而且耐高溫的壓電晶片不與介質(zhì)接觸，渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點。
應(yīng)用范圍
渦街流量計,主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件，因此可靠性高,維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作溫度范圍內(nèi)工作。有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號,也有數(shù)字脈沖信號輸出。
浮子流量計
金屬管浮子流量計實際是一種可變面積式流量計。它通常具有一段直立的錐管和一只可以在其中自由地隨流量大小上下移動的浮子。當(dāng)流體自下而上流經(jīng)錐管時，流體的動能在浮子上產(chǎn)生的推力 S 和流體的浮力 A 使浮子上升。隨著錐管內(nèi)壁與浮子之間的環(huán)形流通面積增大，流體動能在浮子上產(chǎn)生的推力 S 隨之下降。當(dāng)推力 S 與浮力之和等于浮子自身重力 G 時，浮子處于平衡狀態(tài)，并穩(wěn)定在某一高度上，該高度位置對應(yīng)的刻度指示流過流量計的流量。傳感器將流量的大小轉(zhuǎn)換成浮子的位移量，通過磁耦合系統(tǒng)，將浮子位移量傳給轉(zhuǎn)換器指示出流量的大小。
浮子流量計是工業(yè)自動化過程控制中常用的一種改變面積流量測量儀表。具有體積小、檢測范圍大、使用方便等特點。它可以用來測量液體、氣體、以及蒸汽的流量，特別適宜低流速小流量的介質(zhì)流量測量。
質(zhì)量流量計
概述
科氏力質(zhì)量流量計是運用流體質(zhì)量流量對振動管振蕩的調(diào)制作用即科里奧利力現(xiàn)象為原理，以質(zhì)量流量測量為目的的質(zhì)量流量計，一般由傳感器和變送器組成。
羅斯蒙特質(zhì)量流量計廣泛應(yīng)用于石化等領(lǐng)域，是當(dāng)今世界上最先進的流量測量儀表之一，在我廠主要產(chǎn)品如乙烯、丙烯和主要原料輕烴等的測量中使用可靠，精度高達1.7‰，為我廠的能源、物料的流量測量提高了準(zhǔn)確度，避免了不必要的損失，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。
原理
一臺質(zhì)量流量計的計量系統(tǒng)包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。Rosemount質(zhì)量流量計依據(jù)牛頓第二定律：力=質(zhì)量×加速度（F=ma），當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點以速度V在對P軸作角速度ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時，質(zhì)點受兩個分量的加速度及其力：
（1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P軸；
（2）切向角速度αt，即科里奧利加速度，其值等于2ωV，方向與αr垂直。由于復(fù)合運動，在質(zhì)點的αt方向上作用著科里奧利力Fc=2ωVm，管道對質(zhì)點作用著一個反向力-Fc=-2ωVm。
當(dāng)密度為ρ的流體在旋轉(zhuǎn)管道中以恒定速度V流動時，任何一段長度Δx的管道將受到一個切向科里奧利力ΔFc： ΔFc=2ωVρAΔx （1）
式中，A—管道的流通截面積。
由于存在關(guān)系式：mq=ρVA
所以：ΔFc =2ωqmΔx （2）
因此，直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流 動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。
作用
傳感器內(nèi)是U型流量管，在沒有流體流經(jīng)流量管時，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動線圈驅(qū)動，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時被強制接受流量管的上下垂直運動。在流量管向上振動的半個周期內(nèi)，流體反抗管子向上運動而對流量管施加一個向下的力；反之，流出流量管的流體對流量管施加一個向上的力以反抗管子向下運動而使其垂直動量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動的另外半個周期，流量管向下振動，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象，即科氏力。
根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小完全與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號檢測器用于檢測流量管的振動。當(dāng)沒有流體流過流量管時，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號檢測器的檢測信號是同相位的；當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個檢測信號產(chǎn)生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。
由于這種質(zhì)量流量計主要依靠流量管的振動來進行流量測量，流量管的振動，以及流過管道的流體的沖力產(chǎn)生了科氏力，致使每個流管產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)量與振動周期內(nèi)流過流管的質(zhì)量流速成正比。由于一個流管的扭曲滯后于另一流管的扭曲，質(zhì)量管上的傳感器輸出信號可通過電路比較，來確定扭曲量。
電路中由時間差檢測器測量左右檢測信號之間的滯后時間。這個“時間差”ΔT經(jīng)過數(shù)字量測量、處理、濾波以減少噪聲，提高測量分辨率。時間差乘上流量標(biāo)定系數(shù)來表示質(zhì)量流量。由于溫度影響流管鋼性，科氏力產(chǎn)生的扭曲量也將受溫度影響。被測量的流量不斷由變送器調(diào)整，后者隨時檢測粘在流管外表上的鉑電阻溫度計輸出。變送器用一個三相的電阻溫度計電橋放大電路來測量傳感器溫度，放大器的輸出電壓轉(zhuǎn)化成頻率，并由計數(shù)器數(shù)字化后讀入微處理器。
密度測量
流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng)，一旦被施以一運動，這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動，這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計的流量管是通過驅(qū)動線圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動，振動管的諧振頻率與振動管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動管的質(zhì)量由兩部分組成：振動管本身的質(zhì)量和振動管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺傳感器生產(chǎn)好后振動管本身的質(zhì)量就確定了，振動管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動管體積的乘積，而振動管的體積對每種口徑的傳感器來說是固定的，因此振動頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系，那么，對于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器，介質(zhì)的密度可以通過測量流量管的諧振頻率獲得。
利用流量測量的一對信號檢測器可獲得代表諧振頻率的信號，一個溫度傳感器的信號用于補償溫度變化而引起的流量管鋼性的變化，振動周期的測量是通過測量流量管的振動周期和溫度獲得，介質(zhì)密度的測量利用了密度與流量管振動周期的線性關(guān)系及標(biāo)準(zhǔn)的校定常數(shù)。
科氏質(zhì)量流量傳感器振動管測量密度時，管道鋼性、幾何結(jié)構(gòu)和流過流體質(zhì)量共同決定了管道裝置的固有頻率，因而由測量的管道頻率可推出流體密度。變送器用一個高頻時鐘來測量振動周期的時間，測量值經(jīng)數(shù)字濾波，對于由操作溫度導(dǎo)致管道鋼性變化，進而引起固有頻率的變化進行補償后，用傳感器密度標(biāo)定系數(shù)來計算過程流體密度。
信號特性
羅斯蒙特公司的變送器為模塊化并帶有微處理器功能，配合ASICS數(shù)字技術(shù)，可選擇數(shù)字通信協(xié)議。它與傳感器連接使用可獲得高精確度的質(zhì)量流量、密度、溫度和體積流量信號，并將獲得的信號轉(zhuǎn)換為模擬量、頻率等輸出信號，還可使用275型HART協(xié)議通信手操器或AMS、Prolink軟件對其組態(tài)、檢查及通信。
SP特性
DSP數(shù)字信號處理器是一個實時處理信號的微處理器，在科里奧利流量計里，我們使測量管在一個已知的頻率下振動，因此任何在此振動頻率范圍之外的頻率都是“噪聲”，需要除掉它們以準(zhǔn)確地確定質(zhì)量流量。例如，一個50Hz或60Hz的信號很可能來源于與附近動力線的耦合。如何在實際上“過濾”這些多余的信號則需要一些更多的在那時刻所得到的背景信息，圖8表明了噪聲如何出現(xiàn)在原轉(zhuǎn)換器信號上，以及被過濾后的最終信號。
與使用時間常量去阻抑和穩(wěn)定信號相比，使用數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的主要好處之一，是能夠以一個被提高了的采樣率去過濾實時信號，減少了流量計對流量的階躍變化的響應(yīng)時間。使用多參數(shù)數(shù)字（MVD）變送器的響應(yīng)時間比使用模擬信號處理的傳統(tǒng)變送器快2~4倍，更快的響應(yīng)時間會提高短批量控制的效率和精確度。
DSP技術(shù)另一個頗有價值且更富有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用實例是氣體測量，因為高速氣體通過流量計會引起較嚴(yán)重的噪聲。通過高準(zhǔn)Elite系列傳感器，與流量信號混雜的噪聲被減至最小，DSP技術(shù)能更好地濾波，并進一步減小了質(zhì)量流量計對噪聲的敏感度。采用MVD變送器測量氣體的結(jié)果在重復(fù)性和精確度上都有了顯著提高。
DSP技術(shù)提供了一個“通往處理的窗戶”，當(dāng)瀏覽這個窗戶時，首先集中在測量管振動頻率附近的信號上。實際上，有意地拋棄了其余的信息，很可能正是隱藏在這些“無用的”數(shù)據(jù)里的信息會鋪平通往新的診斷技術(shù)的道路。例如，頻譜分析可能會引導(dǎo)我們?nèi)〉迷趭A雜空氣或團狀流動流體測量上的進展，流體在測量管內(nèi)壁的附著也是另一個有希望被DSP技術(shù)檢測到的故障，頻譜的變化也很可能被用于預(yù)測傳感器的故障。
科氏力質(zhì)量流量計的適用特點
a.測量管形式不一，常見的有以下幾種。Ⅰ.直管式。加工簡單，易制造，不易啟振，故管壁需薄一點，使用壽命較短。Ⅱ.彎管式。容易啟振，管壁可厚一點，機械加工復(fù)雜些，振動頻率要選大一點。Ⅲ.單管式。不用分流，零點穩(wěn)定，機械加工簡單，但易受外來振動影響。Ⅳ.雙管式。不受外來振動干擾，分流不均勻會造成零點變化，機械加工也復(fù)雜些。
b.直接質(zhì)量流量測量與被測介質(zhì)溫度、壓力、密度、黏度變化無關(guān)。
c.對各種流體適應(yīng)性強。
d.對外界振動較敏感，但對流體分布不敏感。
e.壓力損失較大。
f.信號處理技術(shù)難度大，零點易漂移，不適合低壓、低密度氣體測量。
g.測量管與工藝管道相對位置可以是平行的（大多數(shù)產(chǎn)品采用的方式），也可以是垂直的。但是只要流量傳感器不在工藝管道軸向振動平面內(nèi)，流量計的抗振動干擾能力可增強。對于質(zhì)量流量計的測量精度，很多產(chǎn)品上標(biāo)注的是基本誤差+零點不穩(wěn)定性。儀表制造廠商將流量計精度定得很高，一般是（±0.15%~±0.5%）R。但是量程比也定得很大（100:1），儀表流量上限取得很高。因此流量計的實際測量精度不可能這樣高，特別是流量計在小量程段測量流量時，很難保證儀表有高精度。
熱式流量計
原理
熱式氣體質(zhì)量流量計采用熱擴散原理，熱擴散技術(shù)是一種在苛刻條件下性能優(yōu)良、可靠性高的技術(shù)，其典型傳感元件包括兩個熱電阻（鉑RTD），一個是速度傳感器，一個是自動補償氣體溫度變化的溫度傳感器。當(dāng)這兩個RTD被置于介質(zhì)中時，其中速度傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的一個恒定的溫差，另一個溫度傳感器用于感應(yīng)介質(zhì)溫度。流經(jīng)速度傳感器的氣體質(zhì)量流量是通過傳感元件的熱傳遞量來計算的。氣體速率增加，傳感器傳遞給介質(zhì)的熱量增多，因此需要供給更多的功率，而電子單元加熱RTD 的功率與質(zhì)量流量成一定的對應(yīng)關(guān)系。
熱式氣體質(zhì)量流量計是氣體流量計量中新型儀表，區(qū)別于其它氣體流量計不需要進行壓力和溫度修正，直接測量氣體的質(zhì)量流量，一支傳感器可以做到量程從極低到高量程。它適合單一氣體和固定比例多組份氣體的測量。它依據(jù)的原理是流體吸收熱的速度直接與質(zhì)量流量相關(guān)。移動的氣體分子撞擊熱電阻時吸收帶走熱量，流率越大，接觸熱電阻的分子越多，吸收的熱量越多，熱吸收與某種氣體的分子數(shù)，熱學(xué)特性和流動特性有關(guān)。
特點
產(chǎn)品特點直接測量氣體質(zhì)量流量，無需溫度、壓力補償?shù)土魉贉y量；一個流量計能同時兼顧小流量和大流量測量，特別適合大口徑測量。
典型應(yīng)用
工業(yè)管道中氣體流量測量
燃氣過程中空氣流量測量
煙囪排出的煙氣流量測量
水處理中瀑氣流量測量
水泥，卷煙，玻璃廠生產(chǎn)過程中氣體流量測量壓縮空氣流量測量
天然氣，煤氣，液化氣，火炬氣，氫氣等氣體流量測量
鋼鐵廠加氣流量測量
流量儀表
超聲波流量計
概述
超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種
優(yōu)點
非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。
眾所周知，工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優(yōu)越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。
另外，超聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優(yōu)點因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。
缺點
超聲波流量計所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。
基本原理和應(yīng)用情況
超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。
超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。
超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
超聲波流量計的電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。
根據(jù)對信號檢測的原理，超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)最簡單，便于測量和攜帶，價格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。由于直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機普及應(yīng)用后，這個缺點可以克服。噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動時產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價格便宜，但準(zhǔn)確度低。廣泛應(yīng)用在在石油化工行業(yè)、核電行業(yè)、導(dǎo)熱油領(lǐng)域。
以上幾種方法各有特點，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點以及對測量準(zhǔn)確度的要求等因素進行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才采用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當(dāng)流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，采用V法或X法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計應(yīng)
