流量測(cè)量方和儀表漫談（二）.doc

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1、流量測(cè)量方法和儀表漫談（二）重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所孫淮清5.生物技術(shù)20世紀(jì)生物技術(shù)將要大發(fā)展，醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程一大批產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，對(duì)流量計(jì)提出許多新的要求。在生物產(chǎn)業(yè)中需監(jiān)測(cè)的物質(zhì)很多，如血液、尿液、藥液、營(yíng)養(yǎng)液等；其測(cè)量的對(duì)象很多，如混相流、脈動(dòng)流、非牛頓流體，是流量測(cè)量困難的對(duì)象。6.科研實(shí)驗(yàn)科研實(shí)驗(yàn)需要的流量計(jì)不但數(shù)量多，且品種極為繁雜，據(jù)統(tǒng)計(jì)流量計(jì)有100多種，其中很大一部分是應(yīng)科研實(shí)驗(yàn)研發(fā)的，它們并不批量生產(chǎn)也不在市面出售，許多科研單位和大型企業(yè)皆設(shè)有專門研發(fā)流量計(jì)的小組，特別是國(guó)防部門，其需要的品種大多需自

2、行研發(fā)生產(chǎn)。下面舉些實(shí)例：化工中間試驗(yàn)工廠：一般化工產(chǎn)品需經(jīng)中間試驗(yàn)工廠小批生產(chǎn)，它是聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室研制和大批量生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié)。在化工中間試驗(yàn)工廠，流量計(jì)大都為小流量或微流量，必須自行研發(fā)供應(yīng)?；ぶ虚g試驗(yàn)工廠可稱為試驗(yàn)數(shù)據(jù)生產(chǎn)廠，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠是第一位，因此對(duì)儀表特性有嚴(yán)格要求。發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)：發(fā)動(dòng)機(jī)種類繁多，有泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、動(dòng)力機(jī)械等，發(fā)動(dòng)機(jī)效率試驗(yàn)必須檢測(cè)三個(gè)參數(shù)：溫度、壓力和流量，一般認(rèn)為流量測(cè)量問題比較多，原因是應(yīng)用條件流體特性（混相，臟污腐蝕）及流動(dòng)特性（阻流件復(fù)雜，無足夠直管段長(zhǎng)度）的要求難以滿足。7.海洋氣象，江河湖泊這些領(lǐng)

3、域?yàn)槌ㄩ_流道，一般需測(cè)量流速，然后推算流量，流速計(jì)和流量計(jì)依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)理論是共通的，但儀表原理及結(jié)構(gòu)、使用條件等仍有較大差別，國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議常設(shè)為單獨(dú)主題，如明渠流量測(cè)量或河川流量等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）設(shè)有專門的技術(shù)委員會(huì)（TC），負(fù)責(zé)制訂國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。以上我們列舉七類應(yīng)用領(lǐng)域，它遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO，國(guó)際電工委員會(huì)IEC及國(guó)際法制計(jì)量組織OIML等設(shè)立眾多技術(shù)委員會(huì)，負(fù)責(zé)制訂涉及流量和流速測(cè)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO有9個(gè)技術(shù)委員會(huì)涉及流量和流速測(cè)量：它們是TC30（封閉管道流量測(cè)量）、TC11

4、3（明渠）、TC28（石油產(chǎn)品）、TC115（泵）、TC117（工業(yè)風(fēng)機(jī)）、TC118（壓縮機(jī)）、TC131（液壓）、TC112（真空技術(shù)）、TC116（采暖）；國(guó)際電工委員會(huì)IEC有3個(gè)技術(shù)委員會(huì)TC4（水輪機(jī)），TC5（汽輪機(jī)），TC65（流程測(cè)控）；國(guó)際法制計(jì)量組織OIML有十余個(gè)國(guó)際建議或國(guó)際文件涉及流量測(cè)量。二、流量測(cè)量的困難問題流量測(cè)量的困難是由以下特點(diǎn)造成的：被測(cè)介質(zhì)處于流動(dòng)狀態(tài)，通常為非定常流；被測(cè)介質(zhì)種類繁多，物理化學(xué)性質(zhì)極其復(fù)雜，其數(shù)據(jù)不足或置信度差；被測(cè)介質(zhì)工作狀態(tài)（壓力溫度）變化范圍寬廣；被測(cè)介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)對(duì)儀表

5、性能有很大影響；流體流動(dòng)特性對(duì)儀表性能影響很大；儀表校驗(yàn)設(shè)備龐大復(fù)雜，建設(shè)及使用費(fèi)用昂貴。流量測(cè)量困難問題可分為流體特性和測(cè)量特性兩方面來分析。（一）流體特性方面流體特性分為流體物性和流動(dòng)特性兩部分。1.流體物性流體物性有流體物性（物理性質(zhì)）和流體性狀兩種。①流體物性流體物性對(duì)流量計(jì)的影響程度因工作原理不同而異。目前，對(duì)常用流量計(jì)有影響的物性參數(shù)為密度、粘度，等熵指數(shù)、聲速、導(dǎo)電率、導(dǎo)熱系數(shù)等。其中密度和粘度的影響是普遍的，各種物性參數(shù)中密度最為重要，其次是粘度。無論何種體積流量計(jì)（容積式、渦輪、渦街、電磁超聲等）或間接式質(zhì)量流量計(jì)（差壓式）

6、，密度是流量方程中的主要參數(shù)之一，因此對(duì)此參數(shù)的準(zhǔn)確性要求很高。粘度是雷諾數(shù)計(jì)算式中的一個(gè)參數(shù)，在封閉管道中流量計(jì)流出系數(shù)（或儀表系數(shù)）為雷諾數(shù)的函數(shù)，它的影響是間接的，因此對(duì)其準(zhǔn)確度要求可放寬些，但是粘度是判別流體為牛頓流體或非牛頓流體的一個(gè)參數(shù)，而目前所有流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)都只限于牛頓流體的。流體物性是單相或混相特性，對(duì)測(cè)量的影響亦是本質(zhì)判別的。掌握流體物性參數(shù)主要有以下三方面用途：a.選型的依據(jù)流量計(jì)的選型需了解儀表性能和測(cè)量對(duì)象兩方面情況，流體物性是測(cè)量對(duì)象的特性重要組成部分。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，不乏因?qū)α黧w物性參數(shù)掌握不足或不準(zhǔn)確而使測(cè)量達(dá)不到

7、要求的實(shí)例。b.流量計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算在流量計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算中，物性參數(shù)是主要參數(shù)之一，要使設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)確可靠，基本數(shù)據(jù)是不可缺少的。c.現(xiàn)場(chǎng)使用與維護(hù)流體物性變化是現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)產(chǎn)生流量測(cè)量附加誤差的主要原因之一，要降低測(cè)量附加誤差，應(yīng)深入探討物性參數(shù)對(duì)流量計(jì)特性的影響。目前物性參數(shù)數(shù)據(jù)主要存在以下問題：a.物性參數(shù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低，置信度差及數(shù)據(jù)不一致流量測(cè)量的物性參數(shù)數(shù)據(jù)一般取自各種物理、化學(xué)及工程手冊(cè)，數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，數(shù)據(jù)存在不一致現(xiàn)象。各種手冊(cè)使用目的不同，難以完全滿足流量測(cè)量高準(zhǔn)確度及需要明確準(zhǔn)確度數(shù)值的要求。許多流體物性數(shù)據(jù)不足，甚至完全沒有，特別是高

8、參數(shù)（高壓、高溫、低溫、高真空等）流體及多元混合流體的物性參數(shù)，不但置信度差，甚至完全缺少。b.在線物性測(cè)量?jī)x表缺乏、質(zhì)量差應(yīng)用范圍窄，價(jià)格昂貴為了提高流量測(cè)量的準(zhǔn)