质量流量计及其应用综述

2022-09-11

目前, 流量测量技术不仅发展相对较早, 而且保持着较快的发展速度。在工业、交通、商业等多个领域内, 流量测量都有着非常广泛的应用。尤其是在工业生产中, 流量测量相对复杂, 并且不容易获得精确参数。近年来, 各种类型的流量测量仪表不断提供给用户。随着工业技术的不断发展, 尤其是化学工业对稳定控制的需求, 流量测量的对象更加复杂, 因此控制生产过程和质量流量成为重点研究方向。同时, 为了减少工业发展对环境造成的污染, 需要计量和控制排放的污水和污泥。所以, 这也增加了质量计量的需要。此外, 在经济发展中, 贸易与运输在结算过程中一般借助于质量单位。在此基础上, 直接式质量流量计也开始应运而生。

1 质量流量计的产生及发展

由于工业发展对质量流量测量的需要, 尤其是对直接式质量流量计的紧迫需求, 促进了流量剂量的不断开拓发展。工业领域希望通过已知的各种科学知识达到检测质量的目标, 在此形势下, 形式各异、测量介质不同的质量流量计开始不断出现。

1.1 固体质量流量的计量

1904年, 美国Bousser制作出最早的固体质量流量的计量, 该装置的原理以动量为主。1929年, 下落固体颗粒的质量流量计研制出来, 并成为理论与实践相互结合的初级产品。1957年, 通过动量原理进行固体颗粒测量的方法被提出来。1963年, 日本三协电业公司借助于垂直力进行固体的流量装置的检测, 并在1968年将该装置改进为应用水平分力来检测, 进而发展成为冲量式流量计。目前, 国内外出现了不少测量固体质量流量的冲量式流量计, 这些产品的原理近乎一致, 比如国产的LFD系列等。

1.2 气体质量流量计

1911年, 美国学者提出了采用热丝法来对气体质量进行测量的流量计。1914年, L.V.King通过电阻变化来替换气体冷却率, 进而实现了测量。如今, 不少热流式质量流量计就应用到该种方法。1964年, 美国Dijeck借助于马格努斯效应, 从而完成了差压质量流量计的研制, 并进行了气体质量流量的测量。目前, 在气体质量流量计的应用上, 热流式相对最多, 比如国产86—系列, 美国58—系列等。

1.3 液体质量流量计

在质量流量计中, 测量液体的装置种类相对最多。无论是动量式质量流量计, 还是差压质量流量计和热流式质量流量计, 都能够对液体进行测量。1962年, 双涡轮式液体、气体质量流量计出现。1973年, 美国研制出了能够对非线性涡轮质量流量计进行校正液体测量装置。目前, 美国Rosemount公司在70年代制造出的科里奥利质量流量计应用相对较多。在此基础上, 各国也生产出了类似于科里奥利流量计的产品。比如, 美国“MM”公司生产的DL系列液体质量流量计, 国内也生产出了DMF系列的产品。

2 直接质量流量计在我国的发展及应用

因为质量流量计具有比较明显的优势, 所以在我国工业领域中得到大量的应用。目前, 在我国进口仪表中, 直接质量流量计占有着不小的比重。具体来说, 小口径气体质量流量计的安装数量相对较多, 一般是在石化、化工的试验装置中应用, 同时在医药、食品等生产部门中也有着不小的应用量。与此相对应, 口径较大的气体质量流量计主要在天然气以及煤气的剂量过程中得到应用, 虽然数量不多, 但是具有良好的前景。

近年来, 中小口径的气体质量流量计在我国保持着较快的发展速度。以2000年为例, 我国就总共安装了大约3000台, 其中, 超过2000台气体质量流量计是国内生产的, 而进口的产品主要集中在Brooks、EPI等公司的产品。因为存在标校装置上的束缚, 我国生产大口径气体质量流量计的厂家相对较少, 造成该类产品的进口比重较大, 不过近几年呈现出下降的趋势。对于液体质量流量计, 因为技术复杂, 效益周期较长, 而且进展比较缓慢。虽然不少科研部分进行了该产品的研制的工作, 但是生产厂家还没有规模化, 并且产量有限。但是, 随着该项产品需用量的不断增加, 国内厂家的生产能力也有所提高, 国产数量也明显提升。目前, 我国在石化、建材等领域的测量以及控制中广泛应用着液体质量流量计。

对于液体质量流量计, 由于应用前景比较广阔, 所以必须加强国产液体质量流量计的开发研制工作。虽然该项生产技术存在比较大的难度, 但是近年来, 我国在液体质量流量计的生产上取得了非常大技术突破, 国产产品在性能和技术指标上已经追赶上国外先进产品。同时, 在批量产品的综合性能上, 国内相对于国外的差距主要体现在以下几点:首先就是原材料性能缺乏一致性, 比如在科式力流量计上, 国内原材料在性能要求上存在差异;其次就是国内在生产自动化水平上相对较低;最后, 对于150mm以上口径的测量工, 在加工技术上相对落后, 不能提供优质的产品。