流量測量技術從古代到現代社會一直在不斷發展和完善。流量測量主要作用于流體貿易計量核算、流程工業檢測和控制。

流量測量主要方法有：利用伯努利方程原理來測量流量，以輸出流體差壓信號來反應流量；利用測量流速來得到流量稱為速度式流量測量；利用一個一個標準小容積連續地測量流量稱為容積式流量測量；以測量流體質量為目的的流量測量。 流量儀表是基于不同測量原理基礎上發展出來用于流量的儀表。

一、流量儀表技術現狀應用

流量儀表測量原理多樣、儀表種類繁多、影響因素復雜，因而流量儀表測量的方法和原理多樣且復雜。目前市場上主要流量儀表有：差壓式流量計、容積式流量計、浮子流量計、葉輪式流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計、超聲流量計、質量流量計。每一種流量計的測量方法都不能覆蓋所有的介質，只能適用某一種、幾種或某一類流體在某特定條件下的測量，每種儀表都有其優缺點和應用范圍。

1.1 差壓式流量計

差壓式流量計是一種具有悠久歷史,實踐經驗豐富成熟，標準規范完善，是品種規格齊全的一類流量測量儀表。差壓式流量計是利用伯努利方程原理來測量，當充滿管中的流體經管道內的差壓裝置時，流束將在差壓裝置處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在差壓裝置前后或喉部便產生了壓差，介質流動的流量越大，產生的壓差就越大，所以可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。差壓式流量計分為標準差壓式差壓流量計和非標準差壓式差壓流量計兩大類，標準差壓式流量計得到國際標準化組織和國際法制計量組織的認可，在國際間作為通用流量計互為認可, 20世紀50年代以前是唯一的天然氣流量計,目前還占據比較重要的地位。

差壓式流量計的優點有：

·結構簡單、牢固，性能穩定可靠，使用期限長，價格低廉。

·檢測件與差壓顯示儀表可分開不同生產廠生產，便于專業化形成規模經濟生產，它們的結合非常靈活方便。

·標準型的檢測件，是全世界通用的，并得到國際標準組織的認可。

·標準型差壓裝置無需實流校準即可投用，只要按標準設計加工不需要進行實際標定，也能在已知的不確定度范圍內進行流量測量且能滿足工程測量的需要。

差壓式流量計的缺點有：

·測量準確度普遍偏低。

·范圍度窄,一般僅3:1～4:1。

·現場安裝條件要求高。

·壓損大。

針對上述不足，近年國內生產廠推出一系列改進辦法，如一體式差壓流量計、定值節流件、可換孔板節流裝置、采用標準噴嘴等等。根據差壓式流量計的特點，要想在工作中獲得準確測量結果，就必須全面掌握流量測量的方式、測量介質、測量裝置、流體工況、檢驗標準等情況。可廣泛應用于電力、化工、石化、石油、天然氣、冶金輕工等，對于高溫、高壓介質的流量測量尤其具有優勢。

1.2 容積式流量計

容積式流量計又稱定排量流量計在流量儀表中是精度較高的一類，它利用機械測量元件把流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，并進行重復不斷地充滿和排放該體積部分流體而累加測量出流體體積總量的流量儀表。

容積式流量計的優點:

·測量準確度高。

·安裝管道條件對流量計計量精度沒有影響，流量計前不需要直管段。

·可用于高黏度液體的測量。

·測量范圍度寬。

·直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計總量,清晰明了,操作簡便。

容積式流量計的缺點:

·機械結構復雜,體積龐大。

·被測介質種類、口徑、介質工作狀態局限性較大。

·不適用于高、低溫場合。

·大部分儀表只適用于潔凈單相流體。

·產生噪聲及振動。

在流量儀表中，容積式流量計使用歷史悠久、有完備的標準規范，是精度很高的一類儀表，適于中小流量范圍因而被廣泛應用于原油、柴油、液化石油氣、天然氣以及煤氣等昂貴介質的總量測量。

1.3 浮子流量計

浮子流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計,特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。浮子流量計工作原理為：流量的變化和浮子在不同高度位置上對應的流通面積直接相關。被測流體從下向上經過變徑管和浮子形成的流通面積時，浮子上下端產生的差壓形成浮子上升的力，當浮子所受上升力大于浸在流通中浮子的重量時，浮子便上升，環通面積隨之增大，環通面積處流速下降，浮子上下兩端壓差降低，作用于浮子的上升力也隨之減小，直到上升力等于浸在流體中浮子的重量時，浮子便穩定在某一高度，通過讀取

或檢測浮子穩定的高度值即可獲取流量數值。

浮子流量計的優點有：

·可以測量液體、氣體、蒸汽等幾乎所有流體的流量。

·結構簡單，適合于流量的現場指示。

·作為現場指示型流量計，由于不需要電源，所以即使是易燃易爆環境其本質也是安全的。

·壓力損失較小。

·對上游直管段要求低。

·不受液體中所含的各種雜音（電氣的、化學的及流體的等）的影響。

·低價格，容易安裝。

浮子流量計的缺點有：

·有可動部件，存在一些壓力損失等。

·精度受流體物理參數變化的影響。

浮子流量計作為直觀流動指示或測量精度要求不高的現場指示儀表，大量應用于石油、化工、冶金、電力、食品、制藥、造紙等行業的液體、氣體、蒸汽介質的測量與過程控制。

1.4 葉輪式流量計

葉輪式流量計是一種速度式流量儀表，標準規范亦十分完備，已經發展為多品種、全系列，多規格，批量生產規模的流量儀表。被測流體沖擊葉片，使葉輪旋轉，葉輪的轉速隨流量的變化而變化，即流量大，葉輪的轉速也大。

葉輪式流量計的優點：

·準確度等級高。

·測量范圍寬、重復性好。

·壓力損失小。

·安裝維修方便。

葉輪式流量計的缺點：

·由于有可動部件，不能長期保持校準特性，需要定期校驗。

·流體物性（密度、黏度）對流量特性有較大的影響。

·對被測介質清潔度要求較高。

采用一種高效整流作用的整流器與葉輪流量傳感器結合構成一體化的氣體葉輪流量計，在上游側阻流件為彎頭或有半開截止閥條件下，只需要2D直管段長度，對于安裝空間窄小是很突出的特點。在歐洲和美國葉輪流量計是繼孔板流量計之后的第二個法定天然氣流量計，已經發展為多品種、全系列，多規格，批量生產規模的天然氣流量計，標準規范亦十分完備。葉輪式流量計在石油、化工、科研、國防和計量等各部門中也有廣泛應用。

1.5 電磁流量計

電磁流量計根據法拉第電磁感應定律，當導體在磁場中切割磁力線時，將在兩端產生感應電動勢，其大小與流速成正比，據此可測出流量值。

電磁流量計最大的優點是：

·準確度等級高。

·結構簡單管道中無任何阻力件，幾乎沒有壓損。

·可測量液固兩項流、紙漿、礦建、煤漿等。

·口徑范圍廣。

電磁流量計最大的缺點：

·不能用來測量氣體、蒸汽以及不導電的液體。

·不能用于高溫介質測量。

·容易受到外界電磁干擾。

電磁流量計作為目前的新型儀表以其優異的測量性能獲得了市場廣泛認可，增量為目前最大的流量儀表之一。大量地應用于化工、環保、冶金、醫藥、造紙、給排水等工業技術和管理部門。

1.6 流體振動流量計

流體振動是流體特有的物理現象之一。在特定條件下根據流體振動的頻率與流速之間存在的對應關系，采用測量流體振動頻率的方法實現流量測量的儀表統稱流體振動流量計。

流體振動流量計的優點：

·準確度等級高。

·無可動部件，可靠性高，壽命長。

·結構簡單、安裝方便、維護量少。

·適用范圍廣，可用于液體、氣體、蒸汽的流量測量。

流體振動流量計的缺點：

·高溫高壓測量存在困難。

·外界振動對流量計正常工作有干擾。

流體振動流量計以渦流流量計、旋進旋渦流量計、射流流量計3種流量計為代表應用范圍較廣，已經成為通用流量計。

1.7 超聲流量計

超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束的作用以測量流量的儀表。超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點,近年來它是發展迅速的一類流量計之一。

超聲流量計的優點:

·可做非接觸式測量。

·為無流動阻撓測量,無壓力損失。

·可測量非導電性液體。

·口徑范圍大。

缺點:

·測量高溫介質還存在一定的局限性。

·對于流場溫度性要求高。

·直管段長度有要求。

超聲波測量流量的方法在發達國家已得到了廣泛的應用，技術也已經成熟。目前液體超聲波和氣體超聲波流量計市場增長迅速，在供熱、電力、冶金、市政應用方面不斷地擴大。

多聲道氣體超聲流量計開始在天然氣工業中應用，它以其優異的特性引起國際上很大重視，成為繼孔板之后的一類重要的天然氣流量儀表。

1.8 質量流量計

直接能測量質量值的流量計目前最為廣泛的是科里奧利力質量流量計。科里奧利效應是指當質點在一個轉動參考系內沿徑向做相對運動時，會產生一種不同于通常離心力的慣性力作用在此質點上，稱科里奧利力。由于科里奧利力的作用，在振管的橫向將產生與振動頻率相一致的強迫振動即擺動。利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種質量流量儀表稱為科里奧利力質量流量計。基于科里奧利力原理的質量流量計的開發始于20 世紀50 年代，但直到20 世紀70 年代才有所突破。直接測量在旋轉管道中流動的介質質量流量計是當今世界上最先進的流量儀表之一。

質量流量計的特點：

·直接測量質量流量，測量準確度高質量流量的測量，過去一般多采用間接式測量方法，即采用速度式流量計或體積式流量計測量介質體積流量，再引入多個中間參數的測量，然后進行運算和修正得到介質的質量流量的方法。由于這些測量方法引入的中間參數較多，因此引入的誤差因素也較多，在一些對測量準確度要求不高的場合還可適合，但在一些測量準確度要求較高的場合就顯得力不從心了。質量流量計的精度一般在10:1的量程比范圍內都優于0.2%（R），

最高可達到0.05%（R）。顯然與其他間接式測量質量流量的儀表相比，其準確度優勢是非常明顯的。正因為如此，現在對測量準確度要求較高的計量場合（如產品包裝、裝卸車計量等）質量流量計得到用戶的青睞，凡有條件幾乎都采用質量流量計用于計量。

·對測量介質的適應性強，可滿足大部分介質的測量

質量流量計對測量介質的適應性強，幾乎適應各種介質流量的測量，包括高黏度的介質、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、高低溫介質、中高壓氣體等。高黏度介質的測量，質量流量計具有明顯的優勢。

這是由其結構特點（管路式流量計）及測量原理決定的。另外高黏度介質的管路很多需要進行管道保溫處理，質量流量計的結構比較容易實現保溫處理。質量流量計對測量介質的溫度適應性也比較強。普通型的質量流量計適應介質溫度一般為-50℃至+200℃，特殊高溫型可達到+350℃、低溫型可達到-240℃，可滿足大部分流體介質流量的測量。

·同時測量介質密度及溫度質量流量計不僅能高精度測量介質質量流量，還能測量介質的密度，同時還能輔助測量介質的溫度。由此可以實現二組分混合介質的組分濃度測量及各自組分質量流量的測量，這是其他流量測量儀表難以實現的。

·結構簡單、可靠性高、維護簡便

質量流量計的測量傳感器相當于介質管路沒有可動部件及密封件，從而結構相對簡單、可靠性高、維護簡便。

·安裝簡單方便

不同于一般的速度式流量計，流場分布對質量流量計的正常測量沒有影響。因此質量流量計的安裝對上下游沒有直管段長度要求，這就方便了質量流量計的安裝和使用。

·可用于雙向流的測量

質量流量計可用于雙流向的測量，可以指示介質流動的方向，并可分別進行計量。這對有些場合（例如進出物料罐流量的測量）是非常有用的。

質量流量計的生產工藝相對較為復雜嚴格、所用材料相對要求較高價格較為昂貴，因此其價格較高。品質好、價格貴決定了其主要使用方向。以下為其若干典型應用。

·裝卸車液體原料的計量

這里裝卸車液體原料的計量指碼頭裝卸船、火車罐車的裝卸車、化工廠進出廠液體產品原料的裝卸車計量等。這些場合過去一般或采用體積式流量計進行計量、或采用衡器進行計量。體積式流量計是機械式流量計，其量程比一般為3:1。其結構特點決定了使用中的機械磨損是不可避免的，介質中存有雜質有可能使流量計不能正常工作，而且使用中的壓力損失是比較大的。這些計量場合一般為質量計量，使用體積式流量計時還需要進行體積、密度、質量的換算。衡器計量也存在去毛皮計算等多環節計量過程，帶來一些不便。質量流量計在這些應用場合顯示出突出的優點（直接測量質量流量、測量精度高、實時性強、計量方便等等），得到廣泛的應用。

·重要原料的配比計量

化工生產中往往會涉及兩種或多種物料的配比計量，這對優化化學反應及節省物料有著重要意義。在這些應用場合使用質量流量計進行計量有著明顯的優勢。不僅連續生產過程中物料的配比計量質量流量計得到越來越多的應用，在一些間歇性加料的生產過程中質量流量計也在逐步代替衡器等的計量得到越來越多的應用。

·瀝青等高黏度物料的計量

高黏度物料的計量質量流量計具有較突出的優勢，這是由其工作原理及結構特點決定的（管道式儀表、儀表內沒有阻力件、便于實現保溫等）。

·采油原油的計量

油田采油計量是比較復雜的工藝過程。傳統的計量設備需要進行靜態氣液分離、油水分離等，設備占用面積較大、計量效率低。質量流量計配以管式氣液分離器等專用設備，不僅可節省裝置空間（這對海上鉆井平臺等意義較大），而且可以提高計量效率，實現在線連續計量。

·天然氣計量

比較典型的天然氣計量儀表就是加氣機。天然氣加氣機中每個加氣槍就配有一臺質量流量計。這是因為只有質量流量計才能具有0.5%精度的氣體計量功能。

·低溫介質流量的測量

低溫及超低溫介質（如液化氣）流量的測量是質量流量計又一個突出的優勢。國內外有多家質量流量計的生產廠家側重開發適用的超低溫質量流量計產品供應市場。

·微小流量的測量

微小流量一般指小時流量小于100kg的流量。質量流量計在微小流量的測量也達到了0.5%的準確度。

總之，質量流量計顯示了其他流量計不可比擬的多項使用優勢，其應用范圍越來越廣。由于現在質量流量計價格較高，其應用受到了一些限制，大部分應用主要還是集中在較高價格物料的計量及特殊應用場合。

二、流量儀表主要特性

2.1 準確度

流量儀表的準確度由測量誤差表示，測量誤差包括基本誤差和附加誤差，它是兩者合成的結果。儀表生產廠產品說明書所載的準確度一般是指基本誤差，因此流量計在現場應用時尚需考慮附加誤差的大小，有時附加誤差遠大于基本誤差這是流量儀表的一個特點。

2.2 重復性

在相同測量條件下，對同一被測量進行連續多次測量所得結果之間的一致性。流量儀表的重復性與工作原理及制造和裝配質量等有關，例如渦輪流量計的重復性比孔板流量計高，而同類型渦輪流量計，制造及裝配質量好的重復性高，儀表生產廠在產品出廠前進行實流校驗除確定儀表系數外，從流量計的重復性可以監測儀表的制造和裝配質量。

2.3 范圍度

過去曾稱為量程比，最大流量與最小流量的比值，一般表達為某個數與1之比，例如，最大流量5 000m3/h，則范圍度為 20:1。范圍度是流量計的一個重要特性，在流量計選型中，它常起著重要的作用，但是人們現在更重視不但范圍度寬，且要求其下限流量要低，而不是提高其流量上限。

2.4 線性度

校準曲線與規定直線的一致程度，線性度分為獨立線性度、端基線性度和零基線性度，一般指獨立線性度。對于寬流量范圍脈沖輸出的總量計量儀表，線性度是一個重要指標，使有可能在流量范圍內用單一儀表常數，線性度差就會降低準確度。隨著微機技術的發展，采用信號適配技術修正儀表系統非線性，從而提高儀表準確度和擴展流量范圍。

2.5 穩定性

在規定的工作條件下，流量計性能在規定時間內保持不變的能力。

2.6 壓力損失

除無阻礙流量檢測件外，大部分流量計檢測件在流通通道中設置靜止或活動的檢測元件或改變流動方向，從而產生隨流量而變的不可恢復的壓力損失。

三、儀表選型需要考慮的因素

3.1 儀表性能方面

精確度、重復性、線性度、范圍度、壓力損失、上下限流量、信號傳輸特性、響應時間等。

3.2 流體特性方面

流體壓力、溫度、密度、黏度、潤滑性、化學性質、磨蝕、臟污、氣體壓縮系數、等熵指數、比熱容、聲速、混相流、脈動流等。

3.3 安裝條件方面

管道布置方向、流動方向、上下游直管段長度、管徑、維護空間、管道振動、接地、電源、輔助設備（過濾、排污）等。

3.4 環境條件方面

環境溫度、濕度、安全性、電磁干擾、防爆等。

3.5 經濟因素方面

購置費、安裝費、維修費、校驗費、運行費（能耗）、使用期限、備品備件等。

四、選型步驟

1）依據5個方面因素初選可用儀表。

2）采用淘汰法在比較中選出2~3種類型，排出次序。

3）盡量搜集有關資料，再次按5個方面進行評價，最后淘汰至一種儀表類型。

選型能否成功很大程度取決于選型人員對儀表性能、質量和測量對象特性的確切了解，并非用戶對自己的測量對象都有準確的了解，許多選型的失敗就是因為提供的參數不準不實所致，有些對象需經過深入調查才能搞清楚。

五、流量儀表發展趨勢

隨著市場需求發展和技術的進步，流量儀表將向著低功耗、高精度、高可靠性、模塊化、智能化、網絡化方向發展。對于整個系統，流量計只是提供氣體測量數據系統的一部分，除此之外，還有能提供補充測量數據的輔助儀表系統（如壓力傳感器、溫度傳感器、氣體密度計、氣相色譜儀等），以及能按標準程序記錄、儲存和傳輸測量數據的計算數據收集和傳輸系統，甚至計算機網絡。依靠網絡技術實現遠程化通訊、控制和管理，如SCADA系統的應用。

預付費管理方式將進一步采用安全可靠的一體化CPU卡流量計、并向價格可調、遠程調價管理的方向發展。鑒于國內的供銷關系的特點，動態密碼技術、

事件記錄技術、自診斷技術、抗強磁干擾技術等多項先進技術的采用，使傳統的流量計功能不斷完善，性能得到不斷提升，安全性大幅提高，更適合于國內計量管理的需要。

節能環保已經成為當今社會的主題，流量儀表也會向著低功耗、節能方向發展。目前市場已經有兩線制的電磁流量計、科氏質量流量計，電池供電的流量

計推出。低功耗、節能的流量儀表必然成為行業發展的新方向。

隨著世界經濟的發展，對能源和資源的計量將成為發展趨勢，尤其對石油、煤、天然氣、水介質等對流量計不間斷計量需求越來越旺盛，對于高精度、高可靠性流量儀表的要求以及相關技術的不斷進步，將會推動流量計朝著更為精確、更為可靠、高安全性、多功能方向發展。

2000年以前，中國商品天然氣產量約為70億m3，天然氣長輸管道長度約1000km， 只有獨立的氣田管網和局部輸配管網，主要計量儀表為孔板、漩渦和容積式流量計，唯一的天然氣計量標準是有關孔板節流裝置的行業標準。到2008年，中國天然氣產量已達760億m3，天然氣長輸管道總里程達到30000km，初步形成的天然氣管網輸氣能力達600億m3。用于交接計量的主要儀表為超聲、渦輪、容積式流量計等， 已經形成包括天然氣計量系統技術要求、6種不同類型流量計計量天然氣的標準體系。按照目前的發展規劃，到2015年，僅中國石油每年的天然氣產量就要達到1752億m3，輸氣管道總里程達到42000km，輸氣能力達1500億m3。計量方式由體積計量向能量方式轉變。天然氣的能量計量是當今天然氣計量技術的一個發展方向，近年來，能量計量技術已在西歐和北美普遍應用，它是在體積測量的基礎上，再配備天然氣發熱量的測量裝置。在天然氣貿易計量中，以能量的方式進行結算是最公平的方法。

隨著物聯網技術的發展，物聯網將是繼互聯網之后推動世界高速發展的引擎。傳感器技術是物聯網主要的技術基礎之一，未來隨著物聯網的高速推進，傳感器技術領域也將會開啟新的篇章。流量儀表傳感器勢必成為其中重要的一員，同時也將帶動流量儀表向著智能化網絡化方向發展。

六、結束語

流量測量的發展貫穿于整個人類社會的歷史進程中，流量作為工農業生產中最重要的檢測參數之一，對于它的測量是廣泛而普遍的。目前應用于工業生產中的流量儀表種類繁多，但它們皆有其各自的優缺點，所以在選用流量儀表時，要進行周密的分析與比較，選擇適宜的流量儀表以達到預期的測量目的。