【正文】 氣體或蒸汽等流體流量的工業(yè)自動化儀表，又稱流量計(jì)。 流量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)管道有效截面的流體數(shù)量，流體數(shù)量用體積表示者稱為體積流量，單位為米 3/時、升 /時等；流體數(shù)量用質(zhì)量表示者稱為質(zhì)量流量，單位為噸 /時、千克 /時等。 早在 1738 年，瑞士人丹尼爾第一 伯努利以伯努利方程為基礎(chǔ)，利用差壓法測量水流量；后來意大利人文丘里研究用文丘里管測量流量，并于 1791 年發(fā)表了研究結(jié)果； 1886 年，美國人赫謝爾用文丘里管制成測量水流量的實(shí)用裝置。 20 世紀(jì)初期到中期，原有的測量原理逐漸成熟，人 們開始探索新的測量原理。自 1910 年起 ,美國開始研制測量明溝中水流量的槽式流量計(jì)。 1922 年，帕歇爾將原文丘里水槽改革為帕歇爾水槽。 ） 渦街流量計(jì) 2 1911～ 1912 年，美籍匈牙利人卡門提出卡門渦街的新理論； 30 年代 ,又出現(xiàn)了探討用聲波測量液體和氣體的流速的方法，但到第二次世界大戰(zhàn)為止未獲很大進(jìn)展，直到 1955 年才有應(yīng)用聲循環(huán)法的馬克森流量計(jì)，用于測量航空燃料的流量。 1945 年，科林用交變磁場成功地測量了血液流動的情況。 二十世紀(jì) 60 年代以后，測量儀表開始向精密化、小型化等方向發(fā)展。例如，為了提高差壓儀表 的精確度，出現(xiàn)了力平衡差壓變送器和電容式差壓變送器；為使電磁流量計(jì)的傳感器小型化和改善信噪比，出現(xiàn)了用非均勻磁場和低頻勵磁方式的電磁流量計(jì)。此外，具有寬測量范圍和無活動檢測部件的實(shí)用卡門渦街流量計(jì)也在 70 年代問世。 隨著集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，具有鎖相環(huán)路技術(shù)的超聲 (波 )流量計(jì)也得到了普遍應(yīng)用。微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步提高了流量測量的能力，如激光多普勒流速計(jì)應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)后，可處理較為復(fù)雜的信號 。 流量計(jì)的分類及其工作原理 流量測量方法和儀表的種類繁多 ,分類方法也很多。至今為止 ,可供工業(yè)用的流量儀表種類達(dá) 60 種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。 這 60 多種流量儀表 ,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性 ,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類 。按測量目的又可分為總量測量和流量測量 ,其儀表分別稱作總量表和流量計(jì) [2]。 總量表測量一段時間內(nèi)流過管道的流量 ,是以短暫時間內(nèi)流過的總量除以該時間的商來表示 ,實(shí)際上流量計(jì)通常亦備有累積流量裝置 ,做總量表使用 ,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此 ,以嚴(yán)格意義來分流量 計(jì)和總量表已無實(shí)際意義。 按測量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。 按照目前最流行、最廣泛的分類法 ,可 分為 :容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)、探針式流量計(jì)， 我們就通過這種分類方法， 來分別闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國內(nèi)外的發(fā)展情況。 差壓式流量計(jì) 差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓 ,已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流 量的儀表。 優(yōu)點(diǎn) : ） 渦街流量計(jì) 3 (1)應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固 ,性能穩(wěn)定可靠 ,使用壽命長 。 (2)應(yīng)用范圍廣泛 ,至今尚無任何一類流量計(jì)可與之相比擬 。 (3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn) ,便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。 缺點(diǎn) : (1)測量精度普遍偏低 。 (2)范圍度窄 ,一般僅 3:1~4:1。 (3)現(xiàn)場安裝條件要求高 。 (4)壓損大 (指孔板、噴嘴等 )。 浮子流量計(jì) 浮子流量計(jì) ,又稱轉(zhuǎn)子流量計(jì) ,是變面積式流量計(jì) [5]的一種 ,在一根由下 向上擴(kuò)大的垂直錐管中 ,圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的 ,從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。 (1)玻璃錐管浮子流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單 ,使用方便 ,缺點(diǎn)是耐壓力低 ,有玻璃管易碎的較大風(fēng)險(xiǎn) 。 (2)適用于小管徑和低流速 。 (3)壓力損失較低。 容積式流量計(jì) 容積式流量計(jì) ,又稱定排量流量計(jì) ,簡稱 PD 流量計(jì) ,在流量儀表中是精度最高的一類。它利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分 ,根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。 優(yōu) 點(diǎn) : (1)計(jì)量精度高 。 (2)安裝管道條件對計(jì)量精度沒有影響 。 (3)可用于高粘度液體的測量 。 (4)范圍度寬 。 (5)直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計(jì) ,總量 ,清晰明了 ,操作簡便。 缺點(diǎn) : (1)結(jié)果復(fù)雜 ,體積龐大 。 (2)被測介質(zhì)種類、口徑、介質(zhì)工作狀態(tài)局限性較大 。 (3)不適用于高、低溫場合 。 (4)大部分儀表只適用于潔凈單相流體 。 ） 渦街流量計(jì) 4 渦輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì) ,是速度式流量計(jì)中的主要種類 ,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子 (渦輪 )感受流體平均流速 ,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。 優(yōu)點(diǎn) : (1)高精度 ,在所有流量計(jì)中 ,屬于最精確的流量計(jì) 。 (2)重復(fù)性好 。 (3)元零點(diǎn)漂移 ,抗干擾能力好 。 (4)范圍度寬 。 缺點(diǎn) : (1)不能長期保持校準(zhǔn)特性 。 (2)流體物性對流量特性有較大影響。 電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電性液體的儀表。 優(yōu)點(diǎn) : (1)測量通道是段光滑直管 ,不會阻塞 ,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體 ,如紙漿、泥漿、污水等 (2) 流量范圍大 ， 口徑范圍寬 ； (3) 不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失 ， 節(jié)能效果好 ； (4) 所測得體積流量實(shí)際上不受流體粘度、密度、壓力、溫度和電導(dǎo)率變化的明顯影響 ； (5)可應(yīng)用腐蝕性流體。 缺點(diǎn) ： (1)不能測量電導(dǎo)率很低的液體 ， 如石油制品 ； (2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體 ； (3)不能用于較高溫度。 渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)是利用流體振蕩原理來測量流量或流速。 優(yōu)點(diǎn) ： (1) 精度較高 ； (2)適用流體種類多 ； (3)結(jié)構(gòu)簡單牢固 ； (4)壓損小 ； 缺點(diǎn) ： (1)不適用于低雷諾數(shù)測量 ； (2) 儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) ； ） 渦街流量計(jì) 5 (3)儀表系數(shù)較低 (與渦輪流量計(jì)相比 )； (4) 需較長直管段。 超聲流量計(jì) 優(yōu)點(diǎn)： (1)可做非接觸式測量； (2)為無流動阻撓測量，無壓力損失； (3)可測量非導(dǎo)電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計(jì)是一種補(bǔ)充。 缺點(diǎn)： (1)超聲波時差法只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體； (2)多普勒法測量精度不高。 應(yīng)用概況： (1)超聲波時差法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、液化天然氣、烴液等； (2)氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn)； (3)多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體。 研究內(nèi)容與目的前景 本課題主要研究基于 AT89C51 芯片的流量計(jì)，主要通過 流量傳感變送模塊，主控 CPU 智能模塊， LED 數(shù)碼管顯示模塊和上位機(jī)通訊模塊四個模塊實(shí)現(xiàn)氣體流量數(shù)據(jù)的脈沖信號產(chǎn)生，脈沖信號采集，信號的處理，和基于 RS485 通訊接口的數(shù)據(jù)傳輸，從而最終達(dá)到流量數(shù)據(jù)在顯示單元的顯示的目 的。