1、前言：流量測(cè)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(xué) , 流量測(cè)量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個(gè)部門均有極廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各種參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)的測(cè)量中, 以流量測(cè)量***為復(fù)雜, 也是較難測(cè)得準(zhǔn)確的參數(shù)。因而引起眾多學(xué)者對(duì)流量測(cè)量進(jìn)行研究 、開發(fā),研制出數(shù)十種原理各異的流量測(cè)量?jī)x表, 提供給用戶,滿足了大量流量測(cè)量任務(wù)的需要 。但是這些流量?jī)x表主要是測(cè)量容積流量的儀表 。
  隨著工業(yè)的飛速發(fā)展 ,流量測(cè)量所面臨的任務(wù)越來(lái)越繁重, 要求也越來(lái)越高,通常采用的容積流量計(jì)已滿足不了要求。
  首先 ,隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,要求對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行穩(wěn)定或***佳控制 。不僅流量測(cè)量的數(shù)量增多 ,被測(cè)對(duì)象更復(fù)雜,且不再限于對(duì)單體的測(cè)量, 進(jìn)而要求對(duì)多相、混合狀態(tài)的流量的計(jì)量(如原油中就含有油 、水、氣、砂等)。由于影響生產(chǎn)過(guò)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(guò)程, 應(yīng)該是質(zhì)量流量。
  再有,工業(yè)的發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的污染可能日益嚴(yán)重 , 為減少污染, 必須對(duì)排放的污水、污泥等進(jìn)行計(jì)量和控制 。這些排放物多含有顆粒 、雜質(zhì) 、油珠、氣泡, 呈多項(xiàng)混合狀態(tài),容積流量已沒有意義 。故而導(dǎo)致對(duì)質(zhì)量計(jì)量的需求。
  另外 ,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中 ,貿(mào)易與運(yùn)輸往來(lái)的計(jì)量 ,***終都是以質(zhì)量單位(公斤、噸)進(jìn)行結(jié)算,而不是容積流量。
  通常采用的容積流量 , 通過(guò)密度測(cè)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(zhǔn)確, 精度有限,且又不直接 。人們希望更準(zhǔn)確 ,更直接的計(jì)量 ,導(dǎo)致了直接式質(zhì)量流量計(jì)的出現(xiàn) 。

2、質(zhì)量流量計(jì)的產(chǎn)生及發(fā)展：
  如上所述, 由于對(duì)直接式質(zhì)量流量計(jì)的需求, 開辟了流量計(jì)量的新領(lǐng)域 。人們企圖用已有的各種科學(xué)知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢測(cè)的目的,因而出現(xiàn)了不同形式 、測(cè)量不同介質(zhì)的質(zhì)量流量計(jì) 。

2.1、固體質(zhì)量流量的計(jì)量：
  ***早出現(xiàn)的質(zhì)量流量的計(jì)量是 1904 年美國(guó) Bousser 制作的測(cè)量固體的 、以動(dòng)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(jì), 是將理論與實(shí)踐相結(jié)合產(chǎn)生的初級(jí)產(chǎn)品。1957 年日本井伊谷提出應(yīng)用動(dòng)量原理測(cè)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(cè)固體的流量裝置, 并于 1968 年改進(jìn)成用水平分力檢測(cè)的裝置 , 發(fā)展成現(xiàn)今的沖量式流量計(jì) 。
  現(xiàn)有多種原理相似的測(cè)量固體質(zhì)量流量的沖量式流量計(jì)的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外產(chǎn)出 ,如日本生產(chǎn)的 ILE -37 和國(guó)產(chǎn)的 LFD 系列 ,均屬?zèng)_量式質(zhì)量流量計(jì) 。

2.2、氣體質(zhì)量流量計(jì)：
  1911 年美國(guó) C.C.Thomas 提出用熱絲法測(cè)量氣體的質(zhì)量流量計(jì) ,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(cè)量 。現(xiàn)今 Brooks 的熱流式質(zhì)量流量計(jì)就是采用此種方法 。
  1964 年美國(guó) Dijeck 利用馬格努斯效應(yīng)制成了差壓質(zhì)量流量計(jì), 測(cè)量氣體質(zhì)量流量 ?，F(xiàn)在應(yīng)用的氣體質(zhì)量流量計(jì)主要是熱流式居多,如美國(guó) Brooks 的 58 -系列 ,及國(guó)產(chǎn)86 -系列 。如表 1

表 1　流量測(cè)量范圍

2.3、液體質(zhì)量流量計(jì)：
  測(cè)量液體的質(zhì)量流量計(jì)種類應(yīng)該是***多的。早期的動(dòng)量式質(zhì)量流量計(jì)、前述的熱流式質(zhì)量流量計(jì) 、差壓質(zhì)量流量計(jì),均可測(cè)量液體。
  1962 年做成的雙渦輪式液/ 氣質(zhì)量流量計(jì)、1973 年美國(guó) Jack Hammend 制成了校正非線性的渦輪質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量液體。
  具有代表性的目前應(yīng)用***多的是 70 年代由美國(guó) Rosemount 公司子公司———MM(微動(dòng))公司 James E .Smity 先生率先提出的科里奧利質(zhì)量流量計(jì), 根據(jù)此種原理各國(guó)生產(chǎn)了多種科里奧利流量計(jì)系列產(chǎn)品 ,如美國(guó)“MM”公司的 D 型及 DL 系列產(chǎn)品。國(guó)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(cè)量其質(zhì)量流量 ,但固體流量計(jì)從產(chǎn)生至今,均只能是測(cè)量質(zhì)量流量。而早期的氣、液流量計(jì) ,主要是測(cè)量容積流量,再通過(guò)換算變成質(zhì)量流量, 直接測(cè)量質(zhì)量流量還是近幾十年的事 。因此,通常所說(shuō)的直接質(zhì)量流量計(jì)是指測(cè)量氣 、液流量的質(zhì)量流量計(jì)。
  直接質(zhì)量流量計(jì)現(xiàn)在發(fā)展較快 ,以液體質(zhì)量流量計(jì)為例, 自 70 年代美國(guó)推出后, 80年代各國(guó)相繼開發(fā), 近期年銷量在幾十萬(wàn)臺(tái)以上。世界流量?jī)x表目前在以每年 6 %的速度增長(zhǎng) ,而科里奧利流量計(jì)在以每年 16 %左右的速度增長(zhǎng)。其中美國(guó)微動(dòng)公司占 65 %,E +H 公司和 Donf oss 公司合計(jì)占 25 %, 其他各國(guó)的十幾家公司占 10 %左右 ?，F(xiàn)在國(guó)外已有 30 多個(gè)系列。盡管如此 ,新型質(zhì)量流量計(jì)仍不斷地在市場(chǎng)出現(xiàn), 主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
  (1)儀表測(cè)量管結(jié)構(gòu)形式的變化。自美國(guó)首先推出 U 型管的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(以下簡(jiǎn)稱科氏力流量計(jì))之后, 各國(guó)各廠家接踵而至。但為躲避相關(guān)專利保護(hù), 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(kuò)大儀表的量程, 結(jié)構(gòu)也在不斷的改進(jìn) 。如德國(guó) E +H 公司, 過(guò)去生產(chǎn)的是直管段式科氏力流量計(jì) ,近兩年推出了微彎曲雙驅(qū)動(dòng)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(jì)的開發(fā)。為了擴(kuò)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(jì)***大口徑已達(dá) 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(jì)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(jì)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(jì)產(chǎn)品, 不僅口徑不受限制且允許測(cè)量低流速(較低可測(cè) 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(jì)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(jì)的發(fā)展。質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量管的材質(zhì)對(duì)其應(yīng)用的推廣有極大影響, 尤其是科氏力流量計(jì)的測(cè)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(duì)其有不同的要求 。現(xiàn)在該測(cè)量管材料已不僅僅采用 S US316L , 進(jìn)而采用哈氏合金、鈷 、鈦等稀有金屬的產(chǎn)品也相繼問(wèn)世 ,適用于各種腐蝕嚴(yán)重、衛(wèi)生條件要求嚴(yán)的場(chǎng)所 。該表已通過(guò) 3A 衛(wèi)生等級(jí)的認(rèn)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(cè)量使用 。
  (4)開發(fā)一表多用的途徑 ?？剖狭α髁坑?jì)主要用做測(cè)量液體質(zhì)量流量 。但根據(jù)其原理,也可測(cè)量液體的密度 。但由于該表的價(jià)格很高 ,人們正在開發(fā)其深層功能 ?，F(xiàn)在一臺(tái)科氏力流量計(jì) ,亦可測(cè)量?jī)煞N混合液體的質(zhì)量流量。在高壓力下流動(dòng)的氣體 ,因其密度增高 ,也可用此表測(cè)量氣體質(zhì)量流量。因此,有的廠家在儀表出廠時(shí),規(guī)定較低的被測(cè)介質(zhì)密度。如廠家規(guī)定的較低測(cè)量密度為50 公斤/ 米3, 則必須在 3.9M Pa 的壓力下,才可測(cè)量流動(dòng)的空氣質(zhì)量流量 。據(jù)稱 Hein-richs 公司的 T M 系列儀表 , 可測(cè) 2kg/ m3密度的氣體 。
  (5)力求降低儀表的價(jià)格 。科氏力流量計(jì)是一種的流量計(jì)量?jī)x表 ,但價(jià)格昂貴 。國(guó)外一臺(tái)價(jià)格在 5000 ～ 12000 美元之間 ,150m m 口徑則高達(dá) 3 萬(wàn)美元 。 現(xiàn)在有 20 多家生產(chǎn) ,為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力, 從長(zhǎng)遠(yuǎn)看 ,必須力求降低價(jià)格。據(jù) Exac 公司稱 ,其新開發(fā)的SX 系列 , 價(jià)格只有通常的一半 。我們期盼如此。

3、直接質(zhì)量流量計(jì)在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用：
  由于質(zhì)量流量計(jì)的顯著優(yōu)點(diǎn) ,所以在我國(guó)也有廣泛的應(yīng)用, 但目前進(jìn)口儀表占相當(dāng)大的比例 。
  小口徑氣體質(zhì)量流量計(jì)在我國(guó)的安裝數(shù)量較多 , 主要用于化工、石化的中小試驗(yàn)裝置、在線分析檢測(cè)裝置及半導(dǎo)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(jì)主要用于天然氣及煤氣的計(jì)量中,數(shù)量雖不多 ,但前景看好。
  近幾年我國(guó)中小口徑的氣體質(zhì)量流量計(jì)發(fā)展較快, 以 1996 年為例 , 我國(guó)總計(jì)安裝有1785 臺(tái) , 其中國(guó)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(jìn)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(jì)由于受標(biāo)校裝置的限制,目前我國(guó)尚無(wú)廠家生產(chǎn),主要依靠進(jìn)口?，F(xiàn)在正在開發(fā)中。
  液體質(zhì)量流量計(jì) ,由于技術(shù)難度大 ,效益周期長(zhǎng) ,進(jìn)展較緩慢 。盡管有許多科研單位及高等院校開展了該項(xiàng)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(jìn)口, 但需用量在逐年增加。 據(jù)美國(guó)微動(dòng)(MM)公司資料 :該公司至 1992 年, 在我國(guó)的總銷量為 600 臺(tái), 而 1992 年一年的銷量為1000 臺(tái) , 近三四年的銷量累計(jì)達(dá) 5000 臺(tái) , 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(cè)量及控制中。
  液體質(zhì)量流量計(jì)在我國(guó)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(wàn)臺(tái)以重油為燃料 ,需大量的液體質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)與控制, 因此 ,迅速發(fā)展我國(guó)自己的液體質(zhì)量流量計(jì)生產(chǎn)工業(yè), 是當(dāng)務(wù)之急。
　盡管液體質(zhì)量流量計(jì)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(jì)量部門對(duì) 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(jìn)行的抽檢比較 ,結(jié)果表明三家產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)和性能基本相當(dāng) 。但做為批量產(chǎn)品的綜合性能 ,與國(guó)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(guó)生產(chǎn)的科氏力流量計(jì)品種有限 ,主要原材料(測(cè)量管用)是 316L 不銹鋼 。生產(chǎn)廠不同時(shí)間進(jìn)廠的, 甚至同一時(shí)間進(jìn)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(duì)要求嚴(yán)格的科氏力流量計(jì)而言 ,很難達(dá)到產(chǎn)品性能的一致性。
  (2)目前, 國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平不高,測(cè)量管基本上是手工作業(yè)或半機(jī)械化加工(國(guó)外大多采用機(jī)器人進(jìn)行測(cè)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(cè)量管的加工技術(shù)未完全解決,尚無(wú)產(chǎn)品提供?，F(xiàn)在液體質(zhì)量流量計(jì)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(dòng)化水平的提高,我國(guó)液體質(zhì)量流量計(jì)的生產(chǎn)一定會(huì)同步前進(jìn) 。

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