流量测量范文

导语：如何才能写好一篇流量测量，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

论文摘要：对目前重要的不同的流量计（容积式计量表，质量流量计，电磁流量计）的原理、测量方法、应用条件、注意事项等进行了总结，进而对流量测量有进一步的了解。

1研究背景：

计量是工业生产的眼睛。流量计量是计量科学技术的组成部分之一,它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。做好这一工作对于保证产品质量、提高生产效率、促进科学技术的发展都具有重要的作用。特别是在能源危机、工业生产自动化程度愈来愈高的当今时代,流量计在国民经济中的地位与作用更加明显。

节约能源和环境保护是大多数先进企业非常关心的问题。而要确保压缩空气系统高效地运转，流量测量是至关重要的。对一个典型压缩空气系统的全部成本进行分析后，我们发现最大的成本是由电力消耗，而不是系统的投资或维护产生的。

一台新式的压缩机将百分之九十的电力转换成热量，而仅将百分之十转换成压缩空气，这就使得压缩空气比电要贵十倍。测量耗电量随处可见，但是测量压缩空气消耗量的企业并不多。不进行测量就意味着不知道系统的效率。统计数据显示百分之三十的压缩空气会由于泄漏而损失掉，这本来是可以被检测出来并修理好的。

还有另外一个重要问题：二氧化碳总排放量的百分之四十来自于工业。这些二氧化碳是在燃烧矿物燃料（媒、石油、煤气等）来发电的过程中产生的。我们都知道，过多的二氧化碳会造成全球变暖。在能源变得短缺并且环保和我们每一个人息息相关的时候，流量测量将帮助您依据消耗量和泄漏检测来分析您的系统，从而减少能耗和成本。

2调研目的：

由于流量是一个动态量,流量测量是一项复杂的技术。从被测流体来说,包括气体、液体和混合流体这三种具有不同物理特性的流体;从测量流体流量时的条件来说,又是多种多样的,如测量时的温度可以从高温到低温;测量时的压力可以从高压到低压;被测流量的大小可以从微小流量到大流量;被测流体的流动状态可以是层流、湍流等等。此外就液体而言,还存在粘度大小不同等情况。

调研的目的就是对目前重要的不同的流量计的原理、测量方法、应用条件、注意事项等进行了总结，进而对流量测量有进一步的了解，对以后的研究工作起一定的指导意义。

3调研内容

3.1概述

3.1.1流量的概念

流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前者称体积流量（m3/s)，后者称质量流量(kg/s)。

如果在截面上速度分布是均匀的，则：

如果介质的密度为，那么质量流量

流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为，整个截面的流量为；测量某一段时间内流过的流体量，即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量。，用来测量流量的仪表统称为流量计。测量总量的仪表称为流体计量表或总量计。

3.1.2流体的几个概念

(1)粘性

在流体的内部相互接触的部分在其切线方向的速度有差别时会产生减小其速度差的作用。这是因为流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，流体的这种性质，称为粘性。衡量流体粘性大小的物理量称为粘度

设有两块面积很大距离很近的平板，两平板中间是流体。令底下的平板保持不动，而以一恒定力推动上面平板，使其以速度v沿x方向活动。由于流体粘性的作用，附在上板底面的一薄层液体以速度v随上板运动。而下板不动故附在其上的流体不动，所以两板间的液体就分成无数薄层而运动，如图所示。作用力F与受力面平行，称为剪力，剪力与板的速度v、板的面积S成正比，而与两板间的距离y成反此，即

（图）平板间流体速度变化

h称为粘度，或动力粘度(dynamicviscosity)，单位是：泊（P）(Pa.s)

(2)层流和紊流

流体在细管中的流动形式可分为层流和紊流两种。所谓层流(laminarflow)就是流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。所谓紊流(turbulentflow)就是流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。利用雷诺数可以判断流动的形式。如果雷诺数小于某一值时，可判断为层流，而大于此值时则判断为紊流。

由此，我们发现管内流体流动时存在着两种状态：一为层流状面一为紊流状态．在不同的流动状态下，流体有不同的流动特性。在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比，而且在层流与紊流两种不同的流动状态时，其管内的速度分布也大不相同。这些对于许多采用测量流速来得到流量的测量方法是很重要的。

(3)雷诺数

雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。利用细管直径d，可求出雷诺数：

为细管中的平均流速；为流体的运动粘度,d为管径。Rd＜2320时为层流，Rd＞2320时为紊流；所谓平均流速，一般是指流过管路的体积流量除以管路截面积所得到的数值。

(4)流体流动的连续性方程

流体在管道内作稳定流动的情况:，若流体是不可压缩的，即则

（图）某一段流体管道

即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速。

（4）流体伯努力方程

3.2流量计

3.2.1容积式计量表

这类仪表用仪表内的一个固定容量的容积连续地测量被测介质，最后根据定量容积称量的次数来决定流过的总量。习惯上人们把计量表也称为流量计。根据它的结构不同，这类仪表主要有椭圆齿轮流量计、腰轮流量汁、活塞式流量计等。

(1)椭圆齿轮流量计

（图）椭圆齿轮流量计原理图

腰轮流量计（罗茨流量计）

（图）腰轮流量计原理图

腰轮流量计除可测液体外，还可测量气体，精度可达±0.1％，并可做标准表使用；最大流量可达1000m3/h。

(2)容积式流量计的误差

仪表输出由指针指示，指示值I:

其中：

流量较小时，误差为负值，在流量增大时、误差为正值、且基本保持不变(曲线1)。这种现象主要是由于在运动件的间隙中泄漏所引起的。这个泄漏量与间隙、粘度、前后压差有关，另外也和流过体积V所需的时间有关。

容积式流量计的测量误差值E，可由指示值与真值之差与指示值之比表示。设：V为通过流量计的流体体积真值；I为流量计指示值，则误差值E可表示为

，为流量仪表的流量，，

，

（图）容积式流量计的误差曲线

（3）适用范围

1）可用于各种液体流量的测量，尤其是用于油流量的准确测量

2）高压力、大流量的气体流量测量

3）适用于性较好、粘度较高的重质油品，如原油、重质成品油等的计量

4）计量范围受到转子重量的影响，其精度只适用于一定流量的计量，计量更大流量时，要几台并联使用

由于椭圆齿轮容积流量计直接依靠测量轮啮合，因此对介质的清洁要求较高，不允许有固体颗粒杂质流过流量计．

3.2.2浮子流量计（转子流量计）

(1)原理

浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成．如图下

（图）浮子流量计测量原理图

当被测流体自锥管下端流入流量计时，由于流体的作用，浮子上下端面产生一差压，该差压即为浮子的上升力。当差压值大于浸在流体中浮子的重量时，浮子开始上升。随着浮子的上升．浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大，流体的流速则相应下降，作用在浮子上的上升力逐渐减小，直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时，浮子便稳定在某一高度上。这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系。

（2）所受力的分析

作用在浮子上的力有：

流体自下而上运动时，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流体对浮子所产生的垂直向上的浮力B。当浮子处于平衡状态时，可列出平衡方程式

式中，cd为浮子的阻力系数；ro为流体密度；v为环形流通面积的平均流速：Af为浮子的最大迎流面积。

为浮子材料的重度；为浮子的体积

浮子在流体中所受的浮力为：为流体的重度

该环形流通面积为A0，则体积流量为

设，称为流量系数，则

（3）注意事项

只要保持流量系数a为常数，则流量与浮子高度h之间就存在一一对应的近似线性关系．我们可以将这种对应关系直接刻度在流量计的锥管上．显然，对于不同的流体，由于密度发生变化，所以qv与h之间的对应关系也将发生变化，原来的流量刻度将不再适用．所以原则上，转子流量计应该用实际介质进行标定．

3.2.3电磁流量计

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。属于测速式流量计

（1）原理

（图）电磁流量计原理图

如图所示，设在均匀磁场中，垂直于磁场方向有一个直径为D的管道。管道由不导磁材料制成，当导电的液体在导管中流动时，导电液体切割磁力线，因而在磁场及流动方向垂直的方向上产生感应电动势，如安装一对电极，则电极间产生和流速成比例的电位差。

式中，c为感应电动势：B为磁感应强度，D为管道内径；v为液体在管道内平均流速。

（2）使用条件

优点：

1）可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液以及带有悬浮颗粒的浆液

2）此流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量脉冲流量，而且线性较好，可以直接进行等分刻度局限性：

1）只能测量导电液体，因此对于气体、蒸气以及含大量气泡的液体，或者电导率很低的液体不能测量

2）由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的电磁流量计还不能用于测量高温介质[（3）分类

直流励磁、交流励磁、低频方波励磁

3.2.4质量流量计

在工业生产中，由于物料平衡，热平衡以及储存、经济核算等所需要的都是质量，并非体积，所以在测量工作中，常需将测出的体积流量，乘以密度换算成质量流量。但由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。在温度、压力变化比较频繁的情况下，难以达到测量的目的。这样便希望用质量流量计来测量质量流量，而无需再人工进行上述换算。

（1）分类

1）直接式：即直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反映出质量流量。

2）推导式：即用体积流量计和密度计组合的仪表来测量质量流量，同时检测出体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。

3）补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。

补偿式质量流量则量方法，是目前工业上普遍应用的一种测量方法。

（2）热式质量流量计

热式质量流量计是由外热源对被测流体加热，测量因流体流动而造成的温度变化来反映质量流量，或利用加热流体时流体温度上升所需能量与流体质量之间关系测量流体质量流量的仪表。比较典型的一种是托马斯流量计。

（图）托马斯气体流量计原理图

加热气体所需要的能量和加热器上下游温差之间的关系可表示为：

由上式可得气体的质量流量可表示为

从上式知，若采用恒定功率法，即保持功率E为常数，则温差与质量流量成反比，测量温差即得流量；若采用恒定温差法，即保持温差为常数，则加热器输入功率E与质量流量成反比，测得加热器功率E即可得值。实用上，无论从特性关系或实现测量的手段看，恒定温差法都比恒定功率法简单，因而应用较多。

（3）推导式质量流量计

它是由体积流量计和密度计组合而成的，其形式可分为

1）检测的流量计和密度计的组合方式；

2）检测的流量计和密度计的组合方式；其中为流体密度，为体积流量

3）检测的流量计和检测的流量计的组合方式；

（图）检测器与密度计的组合质量流量计原理图

（图）检测器和密度计组合的质量流量计原理图

（图）检测器和检测器组合的质量流量计原理图

4调研总结

首先，由于流量是一个动态量,流量测量是一项复杂的技术。对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量计量。流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。

经过几天的调研，对目前重要的不同的流量计的原理、测量方法、应用条件、注意事项等进行了总结，进而对流量测量有了进一步的了解。达到了调研目的。

其次，流量仪表伴随着现代工业的发展有必要逐步完善其性能,而技术的进步也让流量仪表的完善成为可能。尽管有些仪表（如电磁）的性能相对较为优越，但也并非尽善到可取代所有的流量仪表，况且，它当前的价格还较昂贵，使用的经验还不足，有待积累。工业领域十分广阔，还没有一种仪表可以满足一切要求。所以尽管发展趋势有增有减，而取代的过程将是缓慢的。

最后，调研内容有一定的根据性，对现实中流量的测量、应用，都有一定的帮助

参考文献

[1]刘彦军等，圆柱齿轮流量计计量特性研究，计测技术，2008，28（增刊）：92-95.

[2]陈霈，对容积式流量计的误差特性分析及使用维护，计量与测试技术，2007，34（11）.

[3]陈晓梅，周岩，电磁流量计在硫酸装置中的应用，当代化工，2009，38（1）.

[4]崔海亮，电磁流量计的正确选择与安装，机械与电子，2008(23).

[5]史秀丽等，流量计量在工业上的应用及其重要性，计量工作者论坛，2006.

[6]毛新业，秦自耕，流量仪表发展概述，综述，2007.

[7]袁加维，董连鹏，电磁流量计的分类和选型，农业与技术，2009，29（1）：52-54.

[8]陈渤海，质量流量计计量系统在原油生产中的应用，科技资讯，2009

[9]黄雪莲，质量流量计相对误差测量结果的不确定度评定，2008.

篇2

[关键词]电磁流量计 搅拌器叶片 脉动

中图分类号：O441.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0005-01

一、 电磁流量计原理

电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，管道内的励磁线圈产生磁场，被测介质流过管道做切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势，其大小正比于流体的运动速度。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。其电压信号转转换器处理后，再经微处理器处理后，输出与流量成线性关系的信号，供后位仪表供记录、调节和控制使用，也可与上位机通讯（RS485）

二、电磁流量计测量精度

不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高，一般为1%。

三、电磁流量计的特点

没有可动部件和凸出于流体中的零件，具有很高的可靠性，用来测各种酸、碱、盐溶液，矿浆、糖浆、污水、啤酒、麦汁、等导电流体的流量等各种悬浮物、气化汽和粘性物质的流量。另外由于其密封性能好，还可用于自来水和地下水道系统。

四、电磁流量计的优点

测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。传感器部分只有内衬和电极与被测液体接触，只要合理选择电极和内衬材料，即可耐腐蚀和耐磨损。

五、搅拌叶片对流量测量的影响

电磁流量计示值以固定的频率上、下跳动，我厂一段工艺流程如下图所示：

母液经电磁流量计从前一设备送向母液罐，仪表投运后，流量示值以固定频率上、下跳动。DCS显示屏上显示的瞬时流量历史曲线成一根很宽的带子，现场检查前后直管段长度及接地等安装条件均符合要求，尚未查出原因。

一次偶然的机会，母液罐内的搅拌器停止运转，发现流量示值自己恢复稳定，向操作者调查工艺操作上有何变化，才知母液罐内的搅拌器停止转动，进一步调查发现，此搅拌器是侧壁安装，而且其位置距安装流量计的进料管口仅一米左右，很明显搅拌器桨叶以固定周期翻起波浪，使得进料口处的阻力周期变化管内流速脉动。电磁流量计出口端到容器壁的距离L太近，大约1.5米，使流量计出口流速不稳，流量计示值产生有规则的摇摆。然后将电磁流量计从A位置改到B位置，远离原安装位置10米，流量计示值稳定。

六、示值脉动的危害

如上述流量脉动对仪表积算总量影响不大，因为搅拌器桨叶引起脉动频率较低，其数值远远低于所选电磁流量计的激励频率，所以尽管流量示值大幅度周期摆动，但其准确度并无明显变化，其影响仅仅是示值难以读数和DCS中趋势取现无法制作。

七、脉动幅度过大时如何处理

脉动刘德平均值如果离标尺上线不远，则脉动峰值很容易超过上限而进入饱和区，导致仪表示值偏低，这时就须启用电磁流量计的脉动流测量功能。具有脉动流测量能力的电磁流量计，当它选用较高的激励频率时，能对脉动流做出快速响应，因此能对脉动流量进行测量，常用来测量往复泵。隔膜泵等的出口流量。

能用于脉动流测量的电磁流量计，通常在下列3个方面须作特殊设计，并在投运时作适当的调试，即激励频率可调，流量计的模拟信号处理部分应防止脉动峰值到来时进入饱和状态，为了读出流量平均值，应对现实部分做平滑处理。

1、 激励频率的决定

以IFM型电磁流量计为例，该仪表的技术资料提出，当脉动频率低于1.33时，可以采用稳定流时的激励频率；当脉动频率为1.33------3.33时激励频率应取25Hz，显然，激励频率要求虽然不很严格，但是必须与脉动频率相适应，太高和太低都是不利的。

2、 流量信号输入通道饱和问题

脉动流的脉动幅值有时高的出奇，如果峰值出现时仪表的流量信号输入通道进入饱和状态，就如同峰值被消除，必将导致仪表示值偏低。

IFM型电磁流量计流量信号输入通道的设计分两档，其中测量稳定流时，A/D转换器只允许输入满量程信号的150%，而测量脉动流流量时，允许输入满量程信号的1000%。因此，在测量脉动流流量时，编写菜单应指定流动类型为“PULSATING（脉动流）而不是”STEADY”（定常流）。

3、 时间常数的选择

由于电磁流量计的测量部分能快速响应脉动流流量的变化，忠实地反映实际流量，但是显示部分如果也如实地显示流量值，势必导致显示值上、下大幅度跳动，难以读数，所以显示应取一段时间内的平均值，其实现方法通常是串入一阶惯性环节，选定合适的时间常数后，仪表就能稳定显示。但若时间常数选的太大，则在平均流量变化时，显示部分应迟钝，为观察者带来错觉。

IFM仪表资料提出了计算时间常数t（s）的经验公式：t（s）=1000/N

N-----每分钟脉动次数

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关键词：注汽锅炉 两相流 干度 流量

蒸汽吞吐是热力开采稠油油藏的主要方式, 湿蒸汽的流量及干度计量也就成为生产效果的有力保障，同时为了防止注汽锅炉的炉管内结垢，要求锅炉出口的蒸汽为干度为70-80%为宜。由于湿蒸汽的计量为流量、干度双参数计量，十分复杂。从国内的研究状况来看，还没有非常成熟的应用技术，有限的几种方法，具有一定的局限性。国际上具代表性的测量装置有γ射线密度计-涡轮流量计-文丘利管组合装置和γ射线密度计-网状靶组合装置等测量装置，但是投资昂贵，运行费用高。

本技术是在单相流标准孔板、文丘利管[1]的基础上加以发展，根据汽、水两相流通过标准孔板、文丘利管的压降规律，建立数学模型，开发了联合式湿蒸汽流量、干度测量装置，经过现场实际运行，解决这一测量难题，满足工程实际的生产需要。

1、测试原理研究

该测量系统由经过标定的标准孔板、经典文丘利管作为一次测量元件，高精度压力传感器、智能型差压变送器[2]转换并传输标准信号，标准4～20mA DC信号经I/V转换成1～5V电压信号，进入高速数据采集卡，首先在工控机中根据压力信号P调用IAPWS-IF97标准汽、水性质模块计算出饱和水、饱和蒸汽的密度及比焓；

对于标准孔板及经典文丘利管两节流件有以下两流量方程

Qm1= （ΔP1，X1）

（1）

Qm2= （ΔP2，X2）

（2）

根据质量守恒定律，流经两流量计的质量流量相同；管道经良好保温处理，忽略沿程热量损失及压力损失，湿蒸汽无相变，流经两流量计的湿蒸汽干度也相同。

则有条件

Qm1= Qm2

（3）

X1 = X2

（4）

注：下标1代表标准孔板处的参数，下标2代表文丘利管处的参数 Qm为质量流量，ΔP为压差，X1为干度

联立方程1、2、3、4即可根据差压信号、汽水密度算出湿蒸汽的干度、质量流量、载热量，同时对质量流量、载热量进行累积运算。重要参数适时存储于数据库，作为历史数据以备后期调用。系统通过D/A通道或标准通讯接口输出干度、累积流量，供上位机使用。原理图如下：

图1 联合式湿蒸汽流量测量工程原理图

汽、水性质模块执行最新的IAPWS-IF97公式，与IF-67相比计算精度提高10倍以上，且重复计算精度高。而运算速度提高4～12倍。

2、两相流测量数学模型[3]

对于直流锅炉，在稳定工况下，根据流体连续性原理可知，其湿蒸汽的质量流量近似等于给水质量流量。则湿蒸汽的质量流量、干度和孔板差压之间的关系可以抽象地用下式描述：

（5）

式中：G为湿蒸汽的质量流量，P为孔板差压，X为蒸汽干度， 为蒸汽和水的热物性参数向量。

对于饱和蒸汽与水的热物性参数向量有：

（6）

式中：P为局部工作压力。

求解非线性方程（5），（6）就可以计算出锅炉出口的蒸汽干度。考虑到汽水两相流为单组份流，并且工作压力较高，其流动特性近似于单相流动，因此可选用均相流孔板测量模型来处理试验数据。所用的均相流模型为：

（7）

式中：G为两相流总质量流量， 为孔板在饱和蒸汽中的流量系数， 为饱和蒸汽的流束膨胀系数，F为孔板流通截面积， 为两相流等效平均密度，P为孔板的差压，K为系数，取决于计算常数及单位。

两相流的等效平均密度 由下面的经验公式进行计算：

（8）

式中： 为饱和水的密度， 为饱和汽的密度，X 为蒸汽干度，C 为两相流经验修正因子。

影响修正因子C的主要因素为两相流速之比，即滑移比。在一定条件下可以近似的认为滑移比主要表现为两相密度比的函数。对于汽水两相流，两相密度比取决于工作压力与水的临界压力之比。因此，可认为两相流修正因子C是工作压力与临界压力之比的函数：

（9）

式中： 为工作压力，P0为临界压力

用数学回归的方法整理不同的压力下的实验数据，给出了修正因子的经验公式：

用于锅炉出口 （10）

用于井口 （11）

实验证明，对于孔板比在0.5～0.7，汽水两相流干度在0.2～0.9范围内，用此模型测量流量其均方误差小于3%。

因锅炉出口的蒸汽流量等于锅炉给水的流量，而给水流量是已知的，即：

（12）

式中：G0为锅炉给水流量，Gmax为给水流量计量程，P0为给水流量的差压，Pmax为给水差压变送器的量程。

求解非线性方程（7）、（8）、（9）、（12）就可以计算出锅炉出口的蒸汽干度。即：

（13）

式中：

K---等熵值数

支路蒸汽的参数测量：

在计量支路分井的流量与干度时，假定蒸汽干度的分配是均匀的，即两个支路的流体平均焓是相等的。在能量守恒关系中，可采用热能守恒的关系，这对于工业测量系统使用热能守恒来说，具有足够的精确度。

锅炉出口蒸汽的平均焓为：

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关键词：超声波流量计；案例运用；流量测量

中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0117-02

1 超声波流量计测量原理概述

1.1 超声波流量计基本原理

在流动流体中流体的运行速度与超声波的传播速度之间存在着一定的关系，与固定坐标系相比，超声波的顺流中的传播速度远远大于在逆流中的传播速度。为了更好地对流量速度进行测量，首先需要准备一个能够发射超声波的超声波探头（即换能器），一般可以采用石英等制作成某种元件器件作为流量计中的超声波探头，由此可以在进行超声波发射的时候充分使用负压电高频电脉冲的作用力使得压电晶体实现稳定的高频振动，从而最终实现有一定脉冲变化的超声波发射效应。超声波可以从一定的角度发射进入到流体中进行传播，然后在超声波换能器的作用之下实现超声波信号的接收效能，与此同时，超声波换能器再一次经过一定的环节将高频电脉冲信号成功转换。从上述分析可以知道对同一个超声波换能器进行轮流性的使用可以成功发射不同类型的脉冲压力波，同时可以实现接受功能。

对超声波流量计可以从如下几个角度进行分类：一是按照基本原理可以将超声波流量计分为时差法、声环法、相位差法、相关法、沃街法以及多普勒法等；二是按照超声波探头的安装方式可以将超声波流量计分为外缚式以及插入式、插入式又可以按照是否带有测量管段来进行区分；三是根据声道数量可以将超声波流量计分为多声道和单声道两种类型；四是按照超声波的性能特点可以将超声波流量计分为便携式、固定式、标准型以及低温防水型等。

1.2 超声波流量计测量原理

从上述分析中，可以知道超声波流量计有多种类型，这里主要对时差法和多普勒测量法两种方法的测量原理进行详细概述。

时差法测量原理如图1所示，时差法测量一般情况之下是运用所测量流体传播声波来进行测量，并通过不同传播速度流体特征来测量他们在不同流动方向的传播速度之间的差值，从而最终测量出流体的流动流量以及相应的速度。

多普勒法超声波在进行流体流量测量实践中的基本原理如图2所示，这是在超声波在进行流体流量测量实践中所产生的多普勒效应对相应的频率差进行相关测量，由于主要是使用某一个固定的声源作为相应的发生器，随着流体与某一运动声源之前的相对运动，促使该物体进入到超声波中并最终出现超声波接收器的反射接收。进入超声波和发射超声波二者之间的频率差就是运动物件所产生的多普勒频移，并且所测量的多普勒频率差与流体流速之间呈现出一定的正比例关系，因此可以如果可以求出多普勒频率差，就可以相应得到流体的流速以及流体相应的流量。

2 超声波流量计基本特点分析

超声波流量计在长期的发展中逐步将传统的涡轮流量计、差压流量计以及电磁流量计等测量方法取代，从各个角度来进行分析，可以知道超声波流量计在实践运用中主要具备如下几个方面的优势特征：

第一，超声波流量计在实践中进行安装维修更为方便快捷，超声波流量计与其他的流量计方法相比而言，安装维修更为方便快捷，对于大口径的流量计量体统来说，超声波流量计在这一方面的优势是非常明显的，可以节约大量的人力和物流成本。近年来，随着超声波流量计在各个研究领域的实践运用，超声波流量计在安装维修时可以不用考虑是否在官道上切断流量或者进行打孔等繁琐步骤。

第二，超声波流量计的测量管径相对较大，超声波流量计在进行测量时其管径测量最大可以达到10 m，这也是超声波流量计的突出优势，超声波流量计的适用管径范围相对来说较大，可以在一定范围之类进行较为自由的流量测量，当所测量的管径超出一定范围时，流量计可能会受到外界各个方面的因素限制而难以满足具体的测量要求，这个时候可以考虑使用超声波流量计来有针对性地解决这些问题，同时可以测量任意管径。除此之外，管径大小范围并不会影响到超声波流量计的价格，而其他流量计价格往往会随着管径大小范围的变化而变化。

第三，超声波流量计的测量可靠性较高，不论是湿式安装或者是外夹式安装的超声波流量计均不会对测量流量的流畅性产生影响，没有任何的压力损失；与此同时，以微机为中心的传感器可以使用锁相环路等计时的方法解决电力故障以及信号衰弱等方面的问题，从而使得超声波流量计的测量可靠性更高。

第四，超声波流量计的测量不会受到流体相关参数的影响，比如说流体的物理性能以及导电率、粗糙度等相关参数不会对超声波流量计的测量产生影响。除此之外，超声波流量计的测量结果可以通过计算机自动控制系统进行自动显示和打印，并实现联网运行。

但是，超声波流量计在实践运用中也存在一些缺点，一是超声波流量计的传感器安装情况对测量结果准确度有一定的影响，因此传感器安装有着严格的要求；二是超声波流量计的准确度与电磁流量计准确度相比还存在一定的差距。

3 超声波流量计在电厂流量测量上的应用

由于超声波流量计有着突出的技术应用优势，因此超声波流量计在电厂流量测量等各个领域得到了广泛的关注的应用，可以从如下几个应用案例中得到体现。

越南IAGIAI Ⅲ水电站中需要对循环水流量进行测量，由于所需要测量的管径属于超大型号，分别为DN6000型号和DN3000型号，在对所要测量的流量以及各种类型流量计进行全方位分析论证之后，最终认为最为经济适用可行的超声波流量计可以用来解决该方案，因此最终选取了超声波流量计对循环水流量进行了准确的测量，解决了相应的问题。

华能白杨河电厂在2003年以前一般都是采用差压式流量计实现单一方向的流量测量，在使用超声波流量计进行流量测量之后，发现了负流量现象，并因此为电厂节约了大量的购水成本，该电厂最初在凝结水管道上将涡衔流量计安装上，但是由于在实践中受到流量计工艺有所变动等方面的影响，从而对流量测量计的准确度和精确度提出了更高的要求，而涡衔流量计在这种情况之下无法满足这一需求，因此在保障电厂正常运行的情况之下可以选取超声波流量计做出更为精确的测量。

鲁能运河发电厂在2008年时在实践运用中需要对相关油量进行相应的测量，由于之前使用价格高达10万元的质量流量计进行测量，价格昂贵且运行使用周期较长，质量流量计的安装也极为不方便，后来鲁能运河发电厂选用了价格仅仅两万元的外夹式超声波流量计，不仅解决了存在的问题，而且在较低的成本之下达到了有效的测量结果。

华电漯河发电厂最开始选取了电磁流量计对流量进行测量，安装前后均做了较好的防腐内衬，其加工难度大且使用成本较高，但是选用超声波流量计时这些问题都迎刃而解了，没有使用更多的设备和安装成本。

综上所述，当前超声波流量计已经被作为主要的流量测量工具运用到愈来愈多的电厂，安装维护方便快捷且较长的生命周期优势使得超声波流量计备受欢迎，尽管超声波流量计还存在一定的缺陷，但是相信随着科学技术的高速发展，超声波流量计将以其综合性优势得到更为广阔的发展空间。

参考文献：

[1] 解兵，梅强，王成亮.超声波流量计在发电机定子内冷水流量测量中的应用[J].江苏电机工程，2007，（7）：53-54.

[2] 吕永焕.浅析超声波流量计在AP1000主给水测量中的应用[J].科技风，2013，（5）：158-159.

篇5

关键词：河流流量；测验；误差

中图分类号： P343 文献标识码： A 文章编号：

随着我国水资源开发利用程度的提高，水资源短缺现象日益突出，社会国民经济可持续性发展对水资源的可持续利用提出了更高的要求。因此，河流流量测验精度，是衡量一个灌区供水单位管理水平的重要尺度。水文测验工作不仅要做好大洪水监测，为防汛服务;而且也要加强对河流的控制监测，提高河流流量测验精度，为水资源的统一管理和调度服务。

1 河流流量测验仪器方面的影响因素

1.1 流速仪误差

流速的误差在用流速仪进行流量测验时,流速测定的正确性在流量测验中占有相当重要的地位,它是主要决定测流准确度的因素。流速仪是流量测验的主要工具，分旋浆式流速仪和旋杯式流速仪。按国家标准，旋浆式流速仪和旋杯式流速仪在正常使用保养下，其使用期限为10a。而仪器检定公式稳定期为1a或累积工作300h，并取时间间隔短的。由于各种原因，仪器不能及时校核，即使按时校核，也因使用和保养不善或者运输不当而产生较大的误差。因此，按国家标准《河流流量测验规范》，常用流速仪施测达到50～80h时，应与备用的同类型流速仪进行比测。若比测结果偏差不超过±3%，系统偏差不超过±1%时，常用流速仪可继续使用，否则应及时送专业技术部门进行检定。若没有条件比测的站，仪器使用1～2a后必须重新检定。超过检定日期2～3a以上的流速仪，虽未使用，也应送专业部门检定，以便消除仪器本身的误差。

1.2 测速计数器误差

测速计数器是流量测验中测记流速仪器转子讯号，或是显示转子所测流速的工具。对测速计数器要求计时、计数准确，不漏记多记，抗干扰性较强，性能稳定可靠。因此，计数装置在使用前进行检查和定期测试检查，发现误差应及时订正或更换，否则将直接影响到流量测验。

1.3 停表误差

停表是流量测验工作中的计时工具，在正常情况下，应每年汛前检查一次。当停表受过雨淋、碰撞、剧烈震动或发现走时异常等情况，应及时进行检查，否则计算流速时产生较大误差。检查时，按国家标准《河流流量测验规范》，应以每日误差小于0.5min带秒针的钟表为标准计时，与停表同时走动10min，当读数不超过±3s，可认为停表合格，否则应及时更换停表。

1.4 旋转部件误差

在流量测验前，要检查流速仪旋转部件是否正常。通常在检查旋浆(旋杯)的转动时，用右手拿住旋浆(旋杯)轴，用嘴轻轻吹动浆叶，如果和清洁良好，并且安装正确，不论轴的位置是否水平、垂直、倾斜旋浆都应灵敏的转动。转动若干周后缓慢停止，如勉强转动或突然停止，则说明仪器部件有毛病，应进行拆洗检查来消除仪器旋转部件带来的误差。

1.5 接触机构误差

在流量测验前，接好转动旋浆进行流速仪接触机构的检查，倾听测速计数器发出的声音是否正常。一般音响持续时间应为旋浆的3回转左右。如果发现时间过长或过短，则说明流速仪接触机构有误差，应立即拆卸仪器检查接触丝的松紧度，直到调整适宜为止，重新试验直至工作正常为止，这样可消除流速仪接触机构本身的误差。

2 流量测验过程中的影响因素

2.1 水位观测误差

水位观测可能引起的误差主要表现在两方面:①在测验流量过程中，测深、测速前和结束后，应立即观测水位，以避免在测流过程中，水量发生了变化，引起测量结果与实际流量的偏差，从而影响到水位流量对应关系的误差。因此，按照《河流流量测验规范》，应及时观测水位的变化，做好垂线水深修正；②表现在水位人工定时观测或校核定位时的误差，应尽可能消除水面光线折射、波浪、障碍物、短历时波动等方面的影响，进而准确推求出断面水量。

2.2 水深测量误差

在河流水深测量采用手持测杆施测方法时，由于测杆是刚性带刻度和底盘的，在水深测量时，一般是通过测杆读数直接读取水深值。但往往受到水面波浪和测杆是否保持垂直状态而影响水深测量的精度，使测算的断面面积与实际不符，或因垂线测点位置不准而导致流速测量误差。解决办法是施测者保持垂直下放测杆，正确读取测杆的数值；当波浪较大时每条垂线水深应连测3次以上并取其平均值，这样可减少由于水深测量带来的误差。

2.3 测深、测速垂线布设误差

在河流测验工作中，测深、测速是同时进行的，全断面垂线布设应以控制断面原型为准，由于所有断面并非一致，垂线布设的不合理，将直接影响所测断面面积的精度，使流量产生较大误差。

2.4 测速垂线上测点的分布误差

流量测验工作中，测速垂线上测点的分布不合理，直接影响垂线平均流速实测结果，导致流量产生较大误差。按国家标准《河流流量测验规范》，一般垂线可用一点法、两点法、三点法或五点法等施测，具体采用主要以测得的测点流速计算垂线平均流速与实际垂线平均流速接近为原则。在垂线分布不规则的情况下，水深足够时尽量用五点法或六点法施测。在精测法中，流速测点分布是严格按测得水深来分布的。

2.5 流速测点定位误差

在流量施测过程中，流速仪是否安放在准确的位置，测杆是否稳定呈垂直状态，流速仪在水下是否呈水平状态，而平行于水流线，施测者采用悬测或是底测方法都将影响流速测点定位误差，所以流速测点定位不准直接影响所测的垂线平均流速与实际垂线平均流速有偏差，使流量产生较大误差。因此，为减小这种误差，对于流速较快的断面施测者应多采用底测的测验方法，且测杆要紧靠测桥，保证测杆的垂直与稳定性。

2.6 测速历时计时误差

当流速仪在测点定位后，应先测试流速仪讯号是否正常，后进行施测流速。在实际工作中，往往出现流速仪刚入水就开始测速计时，并未做流速仪的讯号测试。另外，还有在施测过程中历时停表计时不规范。这样就出现测速历时的偏差而使流量产生较大误差，因此，在实际流量测验工作中，流速仪入水经过2～3个讯号测试正常后，方才开始施测。历时计时以流速仪某讯号为起始讯号，立即开动停表计时，计时开始后出现的讯号为第1个讯号，当累计到某个讯号时已符合测速历时的规范要求时，应及时关闭停表，计时终了。

2.7 测速讯号计数误差

在流量测验过程中，测速历时计时与讯号计数是同时进行的，也是相互对应的。在实际工作中，往往出现开动停表计时的起始讯号也在计算之内。这样，无形中就多计算1个讯号数，使计算流量比实际流量偏大而产生误差。另外，由于有些渠道断面流速较大，使得流速仪转速较快，在施测过程中，讯号计数有时可在2s内达到3个讯号的情况，讯号计数之快，往往较容易多计或少计而引起流量误差。因此，在流量测验过程中测速讯号计数要认真仔细，讯号计数和历时计时要严格按规范执行，将测速讯号计数带来的误差降到最小。

2.8 流速脉动误差

在河流流量测验工作中，流速的脉动影响与垂线流速有着直接的关系，按国家标准《河流流量测验规范》规定，为减少流速脉动带来的误差，一般每个流速测点总历时达到100s以上；在抢测短历时大流量时，可采用总历时为60s或30s。在作测点流速脉动误差检查时，作者总结多年测流工作经验，整理出测点流速脉动公式为:ΣR=2R时，2S－10%S≤ΣS≤2S+10%S(其中ΣR为总信号；R为分组信号；ΣS为总历时；S为分组历时)，以此来检验流速脉动误差，ΣS应在变化范围内，否则应重测，以减少短时紊流对测验精度的影响。

3 其它方面的因素

3.1 流量测验方法误差

流速仪施测流量方法一般分为精测法、常测法和简测法，在实际工作中，不同的时期或不同的情况下采用不同的方法，通常工作中常用精测法和常测法。由于金沟河灌区河流水量不但年内分配不均，而且在汛期内日变幅较大，加之上游无控制性水利枢纽工程，在水量分配时不得不随水势的涨落而作时时调整。为了及时准确抢测到峰值，实时掌握渠道引水量，一般适用简测法才能达到工作要求。如若采用精测法或常测法，往往流量未测完，洪峰流量就已回落了，这样则不能准确地反映出渠道实时来水量。因此，要根据河道的时时来水量及时准确地做出流量测验的方法。

3.2 测桥起点距定位误差

起点距一般是固化在测桥迎水面的，记录每一条施测垂线与测桥起点的相应距离。由于渠道断面发生变化或起点距刻画时标志点不在边坡与渠底的交叉点上，产生起点距间距测量误差，使计算的过水面积与实际面积不符而产生流量测验误差。因此，要求每隔一段时间，检查一次断面是否发生变化，若变化较大时应及时调整测水位置，从而将由测桥起点距变化而引起的误差降到最小。

3.3 边坡流速系数取值误差

河流边坡流速系数取值是按渠道边坡的建筑材料来选择的。不同材料的边坡流速系数取值是完全不同的。若取值不科学、不合理，则直接影响流量测验的成果。通常，边坡流速系数可按经验系数来取值:混凝土预制块陡岸取0.92，混凝土预制块斜坡取0.90，混凝土板浆砌石卵石混合斜坡取0.85，浆砌卵石斜坡取0.82，干砌卵石斜坡及不平整陡岸取0.80，土质或自然戈壁石斜坡取0.70。

4 结束语

总之，对于河流流量测验误差的认识和处理，是正确地评价和合理地使用流量测验技术和获得既经济又精确的测验成果的基础。数据稳定可靠、精度高，大大缩短测流时间，提高工作效率，减轻劳动强度，增加了安全性，为防洪、报汛提供了更快、更准确的流量资料。

参考文献

篇6

【关键词】流速仪；流量测验；误差；研究

流速仪是最早最常用的测流仪器，也是流量测量最精确的仪器之一，广泛的被应用于水文行业，用流速仪进行流量测验是水文行业使用普遍、最精确的方法。用流速仪进行流量测验产生的误差繁多，有的方面在日常工作中往往被忽视。然而流量资料在流域水利规划，各种水利工程设计、施工、运行管理，防汛抗旱，水质监测和水资源保护等方面有着相对重要的作用，所以对流速仪流量测验误差是非常必要的。

1.单次流量误差组成

流量测验是水文测验的基础工作，流量测验误差的分析与评定是流量测验工作的重要组成部分。流量测验误差存在于流量测验过程的每一个环节。恰当的分析流量测验误差的来源和组成，并对测量成果误差进行评定，有助于测验人员自觉的提高测验质量，也有利于资料使用部门准确把握水文资料质量对其成果的影响。

当采用流速仪―面积法测流并用“垂线平均部分法”计算流量时，流量误差由5个方面组成。即：①测深误差和测宽误差，②流速仪检定误差，③测点有限测速历时不足导致的误差，④测速垂线测点数目不足导致的垂线平均流速计算误差，⑤测速垂线数目不足导致的误差。这5部分误差的综合，在单次流量测验与计算中统称为总误差χQ，其计算公式为：

（1）

式中χ″Q――系统误差；χ′Q――偶然误差。

2.单次流量误差分析

现行流量测验规范将流量测验误差分为伪误差、随机误差和系统误差。测量成果含有伪误差的必须剔除。测验结束后，进行“四随”分析计算的目的就是消灭伪误差；含有已定系统误差的，应进行修正；含有随机误差的，按正态分布，采用置信水平为95%的随机不确定度描述。因此在流量误差分析中分析的是系统误差和随机误差。

2.1 系统误差分析

系统误差是由测量条件中某些特定因素的系统性影响而产生的误差。其特点是在同等测量条件下的一系列观测中，系统误差的大小和符号常固定不变，或仅呈系统性的变化。对于一定的测量条件和作业程序，系统误差在数值上服从一定的函数规律。总系统误差的计算公式为：

（2）

式中χ″b――宽度系统误差，宽度系统误差水文站不超过±0.2%～±0.5%，小河站不超过±1.0%，从水文站历年实际断面起点距测量结果看，完全达到精度要求；χ″d――水深系统误差，根据最近几年对水文站基本测验设施鉴定统计结果，水文站高水不超过±0.5%，水文站低水及水文站不超过±1.0%；χ″c――流速仪系统误差，我国检定的流速仪，高速不超过±0.5%，低速不超过±1.0%。

以上对流量测验系统误差产生影响的三个因素提出的指标，与水文站实际测验数据相差不大。将“垂线平均部分法”作为我国计算流量的主要方法，而这种近似计算方法对多个测站测验资料进行多次分析计算，其计算方法系统误差χ″f可以达到水文站±1.0%，小河站±1.5%。因此在上述系统误差计算公式中增加了χ″f这一影响因素，计算公式（2）变为：

（3）

根据公式（3）及以上数据，可分别计算水文站不同水情的百分比系统误差如下：

高水：

低水：

高水：

低水：

从上面计算可以看出，总系统误差χ″Q在单次流量误差中所占的比重较小，完全符合系统误差范围在±1%～±2.5%的规定。但是只要测验设备、测验方法、操作规程没有根本改变，系统误差χ″Q就不能消除。

2.2 偶然误差分析

偶然误差是由测量条件中各种随机因素的偶然性影响而产生的。偶然误差的出现，就单个而言，无论数值和符号，都无规律性，而对于误差的总体，却存在一定的统计规律。在流量测验中，单次流量误差的主要部分是偶然误差，因此偶然误差是流量测验误差研究的重点。提出偶然误差由下列误差组成：垂线数目偶然误差χ′m，宽度偶然误差χ′b，水深偶然误差χ′d，测速历时偶然误差χ′t，测点数目偶然误差χ′n，流速仪偶然误差χ′c。对多站多次流量资料进行分析计算，建议增列计算整理方法偶然误差χ′f。

以上各项偶然误差中，垂线数目偶然误差χ′m直接影响断面流量精度，其他各单项偶然误差则只影响各部分流量，其对流量的影响还需要通过流量加权得出，由此得到单次流量的总偶然误差公式为（5）式及（6）式。

（4）

（5）

我国用“垂线平均部分法”计算流量Q的通用公式为：

（6）

式中：m――测速垂线数；bi、di、vi――第i条垂线的宽度、垂线水深和垂线平均流速。

当各部分流量接近相等，而且用χ′b、χ′d、χ′t、χ′n、χ′c、χ′f分别代表各垂线的平均值，则可将（5）式简化如下：

（7）

由（7）式可以看出，χ′m对单次流量偶然误差影响显著，是关键性的影响因素；χ′t、χ′n虽然数字较大，也只起一定的作用；至于其他因素则影响较小。由此看来，过去分析流量误差时，将χ′m与其他影响因素等价分析是不够妥当的。

在此将各单项因素的误差取值扼要介绍，并与规定的标准比较如下：宽度偶然误差χ′b，从多年的测验资料分析，大小河站均不超过±1.0%；测速垂线偶然误差χ′m，水文站按河宽十分之一布置测速垂线，以0.6相对水深一点法100s测速历时，计算其高低水测速垂线偶然误差的平均值。

从中可以看出，20、15、10、5根测速垂线的实验数据都小于规定的标准，说明水文站测速垂线布置数量以满足测验精度要求。

水深偶然误差χ′d，对多个测站基本测流设施鉴定结果统计，水深偶然误差为±1.0%，和水深偶然误差为±2.0%，与规定的标准一致。

测速历时偶然误差χ′t，对0.6h相对水深一点法3min长历时与30s、60s及100s测速历时测量成果进行分析计算，其结果较规定的标准偏小许多，说明测速历时的长短对流量的测验误差影响甚小。

测点数目偶然误差χ′n，对高水位时的95次五点法测验资料进行分析计算如下，其三点、两点和一点法成果较规定的标准都偏小，说明这三个站的常用一点法测流成果精度已满足规范要求。

表1 水文测站测点数目偶然误差χ′n分析统计表

流速仪偶然误差χ′c，根据我国流速仪检定成果，一般为±0.4%～±1.0%，平均为±1.0%，与规定的标准接近。计算整理偶然误差χ′f，主要由尾数收舍所造成，规定流速、面积、流量等项均取三位有效数字，则计算最大误差为χ′f=±0.5%。

常测法流量的测速垂线及垂线测点，水文站为10～15线和为5～8线，均为一点法，测速历时100s，将以上各项数据代入公式（7），得到常测法单次流量的百分比偶然误差。

高水：χ′Q=±2.9

低水：χ′Q=±6.2

高水：χ′Q=±5.9

低水：χ′Q=±9.0

现行精测法的标准，一般为20～25线，一般为10～12线，均为五点法或三点法，测速历时100s，根据（7）式及各项试验数据，可得精测法流量的百分比偶然误差。

水文站：χ′Q=±0.9

水文站：χ′Q=±3.7

如果打破规定，参照规定的标准，结果实际情况以多线法15线和8线，0.6h一点法，测速历时30s，作为经常测流方法，百分比偶然误差为：

水文站：χ′Q=±3.6

水文站：χ′Q=±6.8

由上可知，多线一点短历时测法，其偶然误差接近于规定的“精测法”的偶然误差，而较常测法的偶然误差减少很多，还提高了功效，这是流量测验中很值得注意的问题。

根据9个站历年多线多点100s测速的精测法资料进行精简分析，简化为常测法垂线5～10线，一点法测速，测速历时50s，其误差一般可达常测法的标准。因测验断面较差，其误差界限超过的规定，稍差一些。如果不进行垂线精简，测速历时50s也符合要求，由此可见测速历时100s是没有必要的。

3.结语

综上所述，流速仪流量测验误差的来源虽繁多，但主要可分为五类：流速误差、测深误差、测深垂线与测速垂线在断面上分布的代表性、相应水位误差、河床冲淤变化的影响。流量资料作为水文资料的重要组成部分，对其误差的研究是非常必要的。本文就流速仪流量测验误差进行了研究，以期能为流量测量的有关方面提供参考。

参考文献：

篇7

孔板流量计测量的是流量管道中管道断面上的平均速度。

孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器，或差压变送器、温度变送器及压力变送器，配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。节流装置又称为差压式流量计，是由一次检测件（节流件）和二次装置（差压变送器和流量显示仪）组成广泛应用于气体。蒸汽和液体的流量测量。具有结构简单，维修方便，性能稳定。

（来源：文章屋网 ）

篇8

【关键词】通风机；流量；测量不确定度；试验

0 引言

测量不确定度是对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数，表明赋予被测量之值的分散性，是通过对测量过程的分析和评定得出的一个区间。它是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小。

通风机产品检测检验机构和生产企业在使用GB/T1236《工业通风机用标准化风道进行性能试验》对通风机进行性能试验时，C型试验装置（进气试验）锥形进口集流器法是最为常用的一种流量测量方式，本文根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》和GB/T 1236-2000标准中规定的试验方法和计算公式，建立了通风机流量测量不确定度评定数学模型，并结合实测数据进行了通风机流量测量不确定度的评定，为通风机性能试验准确性提供科学依据，为正确评定通风机流量测量不确定度提供了参考。

1 测量不确定度评定的步骤

首先，确定被测量和测量方法：包括测量原理、环境条件、所用仪器设备、测量程序和数据处理等。然后建立数学模型，确定被测量与各输入量之间的函数关系；求被测量的最佳估计值；按A类和B类评定进行确定各输入量的标准不确定度；利用不确定度传播率，对输出量的标准不确定度分量进行合成；根据被测量的概率分布和所需的置信度，确定包含因子，由合成标准不确定度计算扩展不确定度；最后确定测量结果的不确定度。

2 数学模型

2.1 测量装置及参数：C型试验装置锥形进口测量流量的示意图见GB/T 1236-2000图74 的a）“用进口ISO文丘里喷嘴、90°弧进口喷嘴、锥形进口测量流量”。测量参数有d5（风管内径）、？驻p（静压差）、pa（大气压力）、ta（靠近管道进口的环境温度）、hu（相对湿度）。

4 测量结果表述

通风机质量流量为（236.0±3.1） kg/min，或通风机质量流量为（236.0）kg/min，不确定度1.31%。

【参考文献】

篇9

关键词：多相流；计量；软测量

中图分类号： TB937 文献标识码：A

一、 多相流

（一）多相流简介

多相流中的“相”，在物理学中是指一个宏观物理系统所具有的一组状态，在化学中是根据系统中物质存在的形态和分布不同，将系统分为相。相是指在没有外力作用下，物理、化学性质完全相同、成分相同的均匀物质的聚集态。而多相流常见于各种形态的两相流。（1）气-固两相流，如气流输送（喷吹）粉料，含尘埃的大气流动等；（2）气-液两相流，如：泄水建筑中的掺气水流等；（3）液-固两相流，如天然河道中的含沙水流等。由于多相流中的各相间有相对速度，流动的同时各相之间是随时变化的，导致了多相流的流动特性、特征参数及计量要比单相流复杂。

（二） 多相流存在的特点

多相流的流型复杂多变，相与相之间相互作用强，相界面之间存在界面扰动。由此造成多相流存在参数多、流型复杂多样、各相间存在相对流动、影响流动因素多、各相间存在传热和传质及化学反应等特点。因此，我们可以把多相流认为是存在变动分界面的多种独立物质系统组成的物体的流动。

（三）难于计量多相流的原因

多相流计量难度很大主要有以下几个原因：（1）多相流中含有多种不相溶混的相且个向组分之间是不均匀混合的，他们各自具有一组流动变量。即使两相流，也可划分为气液、气固、液液、液固四种，描述多相流的参数要比单相流的参数多。（2）多相流中各相的体积百分数以及分散相的颗粒大小变化范围宽，各组分之间存在相互作用，引起流动性质及流动结构变化大。（3）多相流中有多种流动形式，流型的不同及各相间相对速度不同也会引起流动状况的很大改变。例如气固流化床中气流速度对流动结构影响很大。（4）多相流中各相的物理性质及相与相之间界面的表面现象都是影响多相流的重要因素及各相的性质、含量及流动参数决定了流动形态，不同的流型可用不同的方法来处理。

二、通过现代技术手段和信号处理技术相结合的方法实现多相流计量

（一）通过软测量技术实现多相流计量

软测量是一种利用较容易在线测量的的过程变量（称为辅助变量）和离线分析信息去估计不可测或难以直接测量的待测变量（称为主导变量）的方法。软测量一般情况下是在成熟的硬件传感器基础上，以计算机技术为支撑平台，通过应用数学模型运算处理而完成的。因此，也可把实现软测量功能的实体看成是一种软仪表，它可利用多种易测变量传感器信息和先验分析信息，通过软测量模型计算处理得到所需检测的难测或不可测参数的信息。通过软测量技术实现多相流的计量主要包括以下四个步骤：（1）选取辅助变量：正确选取辅助变量是能够准确、简洁计算各相流量的基本；（2）处理辅助变量的相关数据：数据的处理直接决定了流量计算的准确性；（3）建立软测量模型：基于多种模型的存在，正确选择软测量模型才能保证简单、快捷、准确的计量；（4）软测量模型的在线校正。

（二）实现多相流计量的软测量建模方法

目前，在多相流检测领域存在多种软测量建模的方法，其常用的方法主要有以下几种：（1）基于工艺机理分析的软测量建模；（2）基于回归分析的软测量建模；（3）基于人工神经网络的软测量建模；（4）基于模式识别的软测量建模；（5）基于模糊数学的软测量建模；（6）基于支持向量机（Support Vector Machines， SvMs）的方法；（7）基于现代非线性信息处理技术的软测量建模；（8）基于多传感器数据融合技术的测量方法；（9）基于虚拟仪器技术的测量方法。

结语

软测量计量技术为解决多相流计量这一技术难题提供了一条有效途径，近年来得到了迅速发展，国内外很多机构也积极探索研究将软测量技术完全应用于工业生产技术中，从而实现多相流计量的计量准确、稳定、适应性强、成本低。但是虽然经过多年的发展形成了一定的理论体系，也达到了一定的技术水平，但距离将软测量技术应用到实际计量中，尚有很长的路。相信随着科技的发展及多相流体力学的深入研究，将软测量的理论技术应用到实际的诸多问题终将得以克服，使软测量技术完全应用于多相流的计量领域。

参考文献

[1]徐济].沸腾传热和气液两相流[M].北京：原子能出版社，2001.

[2]林宗虎.变幻流动的科学一多相流体力学[M].北京：清华大学出版社，2000.

[3]孔珑主.两相流体力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]纪纲.流量测量仪表应用技巧[M].北京：化学工业出版社，2003.

篇10

关键词：单片机 气体流量 实时采集 人机交互 自动控制

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0009-02

气体质量流量控制器（MFC）是一种能够对气体流量进行测量与控制的设备。随着真空领域和半导体行业的发展，气体流量控制器的重要性更加突显出来，它的主要作用是对气体的流量进行精确地检测和控制，以达到工艺要求。在半导体制作过程中，如分子束外延、等离子刻蚀、扩散等关键工艺，都要求对气体的流量进行严格的控制。气体流量控制器在现代新能源新材料领域中应用也非常广泛，如在单晶硅、多晶硅、非晶硅、太阳能集热管以及太阳能电池等的生产制造过程中，也需要通过气体流量控制器来对气体的流量进行精确的计量和严格的控制。

1 工作原理

总体设计方案如图1所示，被检测的气体通过一个流量传感器，传感器实时采集流量数据，并送到A/D转换器，即可得到数字化的流量信息，再与设定值进行比较，根据比较所得的差值，控制舵机的转向，通过齿轮传动进而调节阀门的开度大小，实现流量的自动控制。该装置以单片机作为核心控制芯片，采用PID控制算法，并提供基本的人机交互界面，配备有12864液晶显示屏和独立按键，通过LCD显示器输出气体的瞬时流量和累积流量。

2 设计方案及选材

2.1 电源部分

本装置总的供电系统如图2所示。

2.1.1 稳压电路

本装置采用8～10 V的蓄电池作为电源，由于单片机、舵机和A/D转换芯片（ADC0804）所需电压均为5 V，因此在蓄电池后，需加稳压电路使其电压降低才能达到各部分对电压的要求。

本装置采用线性LM2940稳压芯片，其具有纹波小、转换效率高、电路结构简单的优点。其部分参数如下：输出电压固定的低压差三端稳压器；输出电压5 V；输出电流1A；输出电流1A时，最小输入输出电压差小于0.8 V；最大输入电压26 V；工作温度 -40 ℃～+125 ℃；内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。

2.1.2 传感器供电电路

因为流量传感器的工作电压为8～18 V，故蓄电池可以直接给传感器供电，如图2所示。

2.2 控制部分

控制系统的设计方案如图3所示。

2.2.1 单片机芯片的选择

以STC89C52芯片作为微处理器，其主要特点：低功耗、高性能，具有8k字节在系统可编程Flash存储器，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，3个16位定时器/计数器，最高运作频率35 MHz等等。基于其以上功能特性，该芯片可以很好地满足系统设计的需要。

2.2.2 流量传感器的选择

选择美国矽翔微机电系统公司生产的FSG4003热式质量流量传感器进行气体流量的数据采集，该传感器的主要特点：灵敏度高，有极小的始动流量；传感器芯片采用热质量流量计量，无需温度压力补偿，保证了传感器的高精度计量；在单个芯片上实现了多个传感器集成，使传感器的量程比大大提高；零点稳定度高，低功耗，响应时间快等。这一传感器适用于各类清洁气体，独特的封装技术使之可用于各类管径，成本低、易安装，可替代容积式或压差式的传统流量传感器。其性能指标见表1。

流量传感器采集的模拟信息经A/D转换器转化为单片机可以处理的数字信息。再按照图4中的转化关系，就可计算出气体的质量流量，进而通过液晶显示器显示出来。

2.2.3 人机交互系统

人机交互系统可以分为2个独立的小模块，即键盘信号识别和LCD显示，本装置选择独立按键作为外部输入，12864液晶显示流量信息。人机交互系统的核心主要任务有3个：第一是设定系统参数。第二是控制系统状态。第三是通过显示器输出计量结果和系统状态信息。

2.2.4 自动控制阀部件

本装置通过齿轮传动把舵机和调节阀连接起来，如图5所示。

3.3 程序设计部分

其主流程图如图6所示。计算任务和控制任务是流量控制装置的一个核心任务，根据流量传感器采集的流量参数计算出流量信息，并根据PID算法完成对流量阀开度的调节。

3.3.1 PID算法

PID算法是目前一般控制领域中经常使用的自动控制算法，它依据给定的设定值，反馈值，以及比例系数，积分和微分时间，计算出一定的控制量，使被控对象能保持在设定的工作范围，并且可以自动的消除外部扰动。该装置采用PID算法作为控制流量的主要算法。下面介绍PID算法的实现以及其离散化的过程和依据。

位置式PID算法在时域的传递函数表达式：

对上式中的微分和积分进行近似

式中：为离散点的个数。

于是传递函数可以简化为：

其中：

用经验法确定了一组调节参数：，，。

3.3.2 本装置可实现两个的功能

功能1：气体以恒定的流速输出。通过按键设定流量值，控制器把瞬时流量值和设定值进行比较。若该差值大于瞬时流量稳定度，控制器就会发出命令，驱动舵机正旋或反旋来调节阀门，使瞬时流量值接近或等于设定值。

功能2：气体输出某一恒定质量的气体。通过按键设定总流量值，控制器通过积分运算计算出累积流量，并设定值进行比较，当累积流量等于设定值时，控制器发出命令，驱动舵机关闭阀门。

4 结语

基于真空领域和半导体领域对气体流量控制器的需求，市场上现有的流量控制器大都针对较大流量气体的控制，不能满足小流量气体的测量与控制的要求。本文设计了一种新型的气体流量的精密测量与自动控制装置，该装置采用FSG4003热式质量流量传感器，能够实现对气体流量信息的快速、精确测量，单片机作为微处理器，模块集成化高，处理速度快，采用PID算法，使控制更迅速。装置配备了较好的人机交互界面，使流量显示更直观，操作起来更便捷。此外，与市场上气体流量控制器相比，该装置具有价格低廉，装配容易的优势，具有较好的应用前景。

参考文献

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[4] 卢丹.基于LabVIEW的气体流量测试系统设计[D].江苏：南京理工大学，2010.