1、前言：流量測量技術(shù)是發(fā)展的比較早、且至今仍在迅速發(fā)展的科學 , 流量測量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個部門均有極廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程各種參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)的測量中, 以流量測量***為復雜, 也是較難測得準確的參數(shù)。因而引起眾多學者對流量測量進行研究 、開發(fā),研制出數(shù)十種原理各異的流量測量儀表, 提供給用戶,滿足了大量流量測量任務(wù)的需要 。但是這些流量儀表主要是測量容積流量的儀表 。
  隨著工業(yè)的飛速發(fā)展 ,流量測量所面臨的任務(wù)越來越繁重, 要求也越來越高,通常采用的容積流量計已滿足不了要求。
  首先 ,隨著化學工業(yè)的發(fā)展,要求對生產(chǎn)過程進行穩(wěn)定或***佳控制 。不僅流量測量的數(shù)量增多 ,被測對象更復雜,且不再限于對單體的測量, 進而要求對多相、混合狀態(tài)的流量的計量(如原油中就含有油 、水、氣、砂等)。由于影響生產(chǎn)過程的是這些原料或中間產(chǎn)物的質(zhì)量(或重量), 并非容積大小 ,所以控制生產(chǎn)過程, 應(yīng)該是質(zhì)量流量。
  再有,工業(yè)的發(fā)展對環(huán)境造成的污染可能日益嚴重 , 為減少污染, 必須對排放的污水、污泥等進行計量和控制 。這些排放物多含有顆粒 、雜質(zhì) 、油珠、氣泡, 呈多項混合狀態(tài),容積流量已沒有意義 。故而導致對質(zhì)量計量的需求。
  另外 ,在經(jīng)濟發(fā)展過程中 ,貿(mào)易與運輸往來的計量 ,***終都是以質(zhì)量單位(公斤、噸)進行結(jié)算,而不是容積流量。
  通常采用的容積流量 , 通過密度測量雖然可以換算成質(zhì)量流量, 但因受溫度、壓力等參數(shù)的影響 , 即使可以修正, 也很難準確, 精度有限,且又不直接 。人們希望更準確 ,更直接的計量 ,導致了直接式質(zhì)量流量計的出現(xiàn) 。

2、質(zhì)量流量計的產(chǎn)生及發(fā)展：
  如上所述, 由于對直接式質(zhì)量流量計的需求, 開辟了流量計量的新領(lǐng)域 。人們企圖用已有的各種科學知識來實現(xiàn)質(zhì)量檢測的目的,因而出現(xiàn)了不同形式 、測量不同介質(zhì)的質(zhì)量流量計 。

2.1、固體質(zhì)量流量的計量：
  ***早出現(xiàn)的質(zhì)量流量的計量是 1904 年美國 Bousser 制作的測量固體的 、以動量為原理的裝置。1929 年 Merchen 研制了下落固體顆粒的質(zhì)量流量計, 是將理論與實踐相結(jié)合產(chǎn)生的初級產(chǎn)品。1957 年日本井伊谷提出應(yīng)用動量原理測量固體顆粒的方法 ,1963 年日本三協(xié)電業(yè)公司據(jù)此原理制成用垂直力檢測固體的流量裝置, 并于 1968 年改進成用水平分力檢測的裝置 , 發(fā)展成現(xiàn)今的沖量式流量計 。
  現(xiàn)有多種原理相似的測量固體質(zhì)量流量的沖量式流量計的產(chǎn)品在國內(nèi)外產(chǎn)出 ,如日本生產(chǎn)的 ILE -37 和國產(chǎn)的 LFD 系列 ,均屬沖量式質(zhì)量流量計 。

2.2、氣體質(zhì)量流量計：
  1911 年美國 C.C.Thomas 提出用熱絲法測量氣體的質(zhì)量流量計 ,1914 年 L.V.King 完成了把氣體冷卻率的變化換算成電阻變化的測量 ?，F(xiàn)今 Brooks 的熱流式質(zhì)量流量計就是采用此種方法 。
  1964 年美國 Dijeck 利用馬格努斯效應(yīng)制成了差壓質(zhì)量流量計, 測量氣體質(zhì)量流量 ?，F(xiàn)在應(yīng)用的氣體質(zhì)量流量計主要是熱流式居多,如美國 Brooks 的 58 -系列 ,及國產(chǎn)86 -系列 。如表 1

表 1　流量測量范圍

2.3、液體質(zhì)量流量計：
  測量液體的質(zhì)量流量計種類應(yīng)該是***多的。早期的動量式質(zhì)量流量計、前述的熱流式質(zhì)量流量計 、差壓質(zhì)量流量計,均可測量液體。
  1962 年做成的雙渦輪式液/ 氣質(zhì)量流量計、1973 年美國 Jack Hammend 制成了校正非線性的渦輪質(zhì)量流量計測量液體。
  具有代表性的目前應(yīng)用***多的是 70 年代由美國 Rosemount 公司子公司———MM(微動)公司 James E .Smity 先生率先提出的科里奧利質(zhì)量流量計, 根據(jù)此種原理各國生產(chǎn)了多種科里奧利流量計系列產(chǎn)品 ,如美國“MM”公司的 D 型及 DL 系列產(chǎn)品。國產(chǎn)的DM F -1 -1 系列產(chǎn)品 。 如表 2 。

表 2　DMF-1 -1 系列產(chǎn)品
　綜上所述 ,固 、氣 、液三種流量均可直接測量其質(zhì)量流量 ,但固體流量計從產(chǎn)生至今,均只能是測量質(zhì)量流量。而早期的氣、液流量計 ,主要是測量容積流量,再通過換算變成質(zhì)量流量, 直接測量質(zhì)量流量還是近幾十年的事 。因此,通常所說的直接質(zhì)量流量計是指測量氣 、液流量的質(zhì)量流量計。
  直接質(zhì)量流量計現(xiàn)在發(fā)展較快 ,以液體質(zhì)量流量計為例, 自 70 年代美國推出后, 80年代各國相繼開發(fā), 近期年銷量在幾十萬臺以上。世界流量儀表目前在以每年 6 %的速度增長 ,而科里奧利流量計在以每年 16 %左右的速度增長。其中美國微動公司占 65 %,E +H 公司和 Donf oss 公司合計占 25 %, 其他各國的十幾家公司占 10 %左右 。現(xiàn)在國外已有 30 多個系列。盡管如此 ,新型質(zhì)量流量計仍不斷地在市場出現(xiàn), 主要表現(xiàn)在如下幾個方面。
  (1)儀表測量管結(jié)構(gòu)形式的變化。自美國首先推出 U 型管的科里奧利質(zhì)量流量計(以下簡稱科氏力流量計)之后, 各國各廠家接踵而至。但為躲避相關(guān)專利保護, 先后推出了 Ψ形管、β 形 、S 形直管形等原理相同結(jié)構(gòu)形式不同的產(chǎn)品。為了提高儀表的靈敏度、精度和穩(wěn)定性 ,擴大儀表的量程, 結(jié)構(gòu)也在不斷的改進 。如德國 E +H 公司, 過去生產(chǎn)的是直管段式科氏力流量計 ,近兩年推出了微彎曲雙驅(qū)動器式新產(chǎn)品代替原直管式產(chǎn)品,不僅可提高靈敏度 、精度 ,有望發(fā)展大口徑產(chǎn)品(原該廠產(chǎn)品***大口徑是 80mm)。
  (2)新系列(大管徑)質(zhì)量流量計的開發(fā)。為了擴大儀表的應(yīng)用領(lǐng)域, 各家均在原中小口徑產(chǎn)品的基礎(chǔ)上, 開發(fā)大口徑,甚至超大口徑產(chǎn)品,以適應(yīng)不同用戶的需要。
Rosemount 生產(chǎn)的科氏力流量計***大口徑已達 150mm , 現(xiàn)在正在開發(fā) 200mm 或更大口徑的新產(chǎn)品 。氣體質(zhì)量流量計大口徑產(chǎn)品發(fā)展更為迅速, Brooks 和 EPI 公司推出了幾米口徑的氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)品 , 加拿大S IER RA 公司近年推出 T RK 640 系列超大口徑氣體質(zhì)量流量計產(chǎn)品, 不僅口徑不受限制且允許測量低流速(較低可測 0.025 米/秒的流速)。這些都為大口徑天然氣管道和煤氣管道計量提供了有效手段 。
  (3)各種行業(yè)專用、不同材質(zhì)質(zhì)量流量計的發(fā)展。質(zhì)量流量計測量管的材質(zhì)對其應(yīng)用的推廣有極大影響, 尤其是科氏力流量計的測量管材料 , 既是結(jié)構(gòu)材料, 又是功能材料。不同的使用環(huán)境對其有不同的要求 。現(xiàn)在該測量管材料已不僅僅采用 S US316L , 進而采用哈氏合金、鈷 、鈦等稀有金屬的產(chǎn)品也相繼問世 ,適用于各種腐蝕嚴重、衛(wèi)生條件要求嚴的場所 。該表已通過 3A 衛(wèi)生等級的認可，不僅可適用于各種工業(yè)部門, 也可用于食品 、醫(yī)藥 、衛(wèi)生等部門的測量使用 。
  (4)開發(fā)一表多用的途徑 ?？剖狭α髁坑嬛饕米鰷y量液體質(zhì)量流量 。但根據(jù)其原理,也可測量液體的密度 。但由于該表的價格很高 ,人們正在開發(fā)其深層功能 ?，F(xiàn)在一臺科氏力流量計 ,亦可測量兩種混合液體的質(zhì)量流量。在高壓力下流動的氣體 ,因其密度增高 ,也可用此表測量氣體質(zhì)量流量。因此,有的廠家在儀表出廠時,規(guī)定較低的被測介質(zhì)密度。如廠家規(guī)定的較低測量密度為50 公斤/ 米3, 則必須在 3.9M Pa 的壓力下,才可測量流動的空氣質(zhì)量流量 。據(jù)稱 Hein-richs 公司的 T M 系列儀表 , 可測 2kg/ m3密度的氣體 。
  (5)力求降低儀表的價格 ?？剖狭α髁坑嬍且环N的流量計量儀表 ,但價格昂貴 。國外一臺價格在 5000 ～ 12000 美元之間 ,150m m 口徑則高達 3 萬美元 。 現(xiàn)在有 20 多家生產(chǎn) ,為了提高競爭能力, 從長遠看 ,必須力求降低價格。據(jù) Exac 公司稱 ,其新開發(fā)的SX 系列 , 價格只有通常的一半 。我們期盼如此。

3、直接質(zhì)量流量計在我國的發(fā)展及應(yīng)用：
  由于質(zhì)量流量計的顯著優(yōu)點 ,所以在我國也有廣泛的應(yīng)用, 但目前進口儀表占相當大的比例 。
  小口徑氣體質(zhì)量流量計在我國的安裝數(shù)量較多 , 主要用于化工、石化的中小試驗裝置、在線分析檢測裝置及半導體工業(yè)的生產(chǎn)中, 食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生部門也有一定應(yīng)用量 。而大口徑的氣體質(zhì)量流量計主要用于天然氣及煤氣的計量中,數(shù)量雖不多 ,但前景看好。
  近幾年我國中小口徑的氣體質(zhì)量流量計發(fā)展較快, 以 1996 年為例 , 我國總計安裝有1785 臺 , 其中國產(chǎn)有 1150(主要廠家有化工部北京化工研究院 ,建中儀表廠,圣業(yè)公司),進口的儀表主要是 Brooks UNisesie 、 Hi -T ekO V aie EP I 等公司的產(chǎn)品 。 大口徑氣體質(zhì)量流量計由于受標校裝置的限制,目前我國尚無廠家生產(chǎn),主要依靠進口。現(xiàn)在正在開發(fā)中。
  液體質(zhì)量流量計 ,由于技術(shù)難度大 ,效益周期長 ,進展較緩慢 。盡管有許多科研單位及高等院校開展了該項產(chǎn)品的研制, 但生產(chǎn)廠家極有限,且產(chǎn)量不大(主要有化工部北京化工研究院、山西太行儀表廠等)。主要依靠進口, 但需用量在逐年增加。 據(jù)美國微動(MM)公司資料 :該公司至 1992 年, 在我國的總銷量為 600 臺, 而 1992 年一年的銷量為1000 臺 , 近三四年的銷量累計達 5000 臺 , 這些儀表廣泛地應(yīng)用于石化 、化工、建材玻璃廠及工業(yè)窯爐的測量及控制中。
  液體質(zhì)量流量計在我國有極廣泛的應(yīng)用前景。僅以工業(yè)窯爐鍋爐而言 ,有幾十萬臺以重油為燃料 ,需大量的液體質(zhì)量流量計進行檢測與控制, 因此 ,迅速發(fā)展我國自己的液體質(zhì)量流量計生產(chǎn)工業(yè), 是當務(wù)之急。
　盡管液體質(zhì)量流量計的生產(chǎn)難度很大,但現(xiàn)在我們已取得了一定的技術(shù)突破。據(jù)1994 年計量部門對 M M 公司 、E +H 公司和化工部北京化工研究院三家生產(chǎn)的產(chǎn)品進行的抽檢比較 ,結(jié)果表明三家產(chǎn)品的技術(shù)指標和性能基本相當 。但做為批量產(chǎn)品的綜合性能 ,與國外尚有一定的差距。主要原因在于 :
  (1)原材料性能不一致 。目前我國生產(chǎn)的科氏力流量計品種有限 ,主要原材料(測量管用)是 316L 不銹鋼 。生產(chǎn)廠不同時間進廠的, 甚至同一時間進廠的不同爐次煉出的不銹鋼的性能(如楊氏模量、剪切模量)不同,對要求嚴格的科氏力流量計而言 ,很難達到產(chǎn)品性能的一致性。
  (2)目前, 國內(nèi)的生產(chǎn)自動化水平不高,測量管基本上是手工作業(yè)或半機械化加工(國外大多采用機器人進行測量管形的加工), 因而很難保證產(chǎn)品的一致性。
  (3)大口徑(150mm 以上)測量管的加工技術(shù)未完全解決,尚無產(chǎn)品提供?，F(xiàn)在液體質(zhì)量流量計的生產(chǎn)已受到有關(guān)方面的重視 , 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和自動化水平的提高,我國液體質(zhì)量流量計的生產(chǎn)一定會同步前進 。

4、結(jié)束語：
  質(zhì)量流量計的應(yīng)用的確帶來了顯著的效益。尤其是科里奧利液體質(zhì)量流量計的出現(xiàn),可以稱之為流量儀表的一次革命。但它畢竟是一種昂貴的儀表, 選用時一定要有的放矢 ,絕不要一哄而起 ,造成不必要的浪費 。在具體應(yīng)用時 ,一定要根據(jù)技術(shù)條件進行選型,尤其是必須嚴格按照安裝要求進行安裝 ,否則會造成不應(yīng)有的損失 。