1、前言：流量測量技術是發(fā)展的比較早、且至今仍在迅速發(fā)展的科學 , 流量測量在工業(yè)、商業(yè)、交通等各個部門均有極廣泛的應用。在工業(yè)生產過程各種參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)的測量中, 以流量測量***為復雜, 也是較難測得準確的參數(shù)。因而引起眾多學者對流量測量進行研究 、開發(fā),研制出數(shù)十種原理各異的流量測量儀表, 提供給用戶,滿足了大量流量測量任務的需要 。但是這些流量儀表主要是測量容積流量的儀表 。
  隨著工業(yè)的飛速發(fā)展 ,流量測量所面臨的任務越來越繁重, 要求也越來越高,通常采用的容積流量計已滿足不了要求。
  首先 ,隨著化學工業(yè)的發(fā)展,要求對生產過程進行穩(wěn)定或***佳控制 。不僅流量測量的數(shù)量增多 ,被測對象更復雜,且不再限于對單體的測量, 進而要求對多相、混合狀態(tài)的流量的計量(如原油中就含有油 、水、氣、砂等)。由于影響生產過程的是這些原料或中間產物的質量(或重量), 并非容積大小 ,所以控制生產過程, 應該是質量流量。
  再有,工業(yè)的發(fā)展對環(huán)境造成的污染可能日益嚴重 , 為減少污染, 必須對排放的污水、污泥等進行計量和控制 。這些排放物多含有顆粒 、雜質 、油珠、氣泡, 呈多項混合狀態(tài),容積流量已沒有意義 。故而導致對質量計量的需求。
  另外 ,在經濟發(fā)展過程中 ,貿易與運輸往來的計量 ,***終都是以質量單位(公斤、噸)進行結算,而不是容積流量。
  通常采用的容積流量 , 通過密度測量雖然可以換算成質量流量, 但因受溫度、壓力等參數(shù)的影響 , 即使可以修正, 也很難準確, 精度有限,且又不直接 。人們希望更準確 ,更直接的計量 ,導致了直接式質量流量計的出現(xiàn) 。

2、質量流量計的產生及發(fā)展：
  如上所述, 由于對直接式質量流量計的需求, 開辟了流量計量的新領域 。人們企圖用已有的各種科學知識來實現(xiàn)質量檢測的目的,因而出現(xiàn)了不同形式 、測量不同介質的質量流量計 。

2.1、固體質量流量的計量：
  ***早出現(xiàn)的質量流量的計量是 1904 年美國 Bousser 制作的測量固體的 、以動量為原理的裝置。1929 年 Merchen 研制了下落固體顆粒的質量流量計, 是將理論與實踐相結合產生的初級產品。1957 年日本井伊谷提出應用動量原理測量固體顆粒的方法 ,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固體的流量裝置, 并于 1968 年改進成用水平分力檢測的裝置 , 發(fā)展成現(xiàn)今的沖量式流量計 。
  現(xiàn)有多種原理相似的測量固體質量流量的沖量式流量計的產品在國內外產出 ,如日本生產的 ILE -37 和國產的 LFD 系列 ,均屬沖量式質量流量計 。

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

表 1　流量測量范圍

2.3、液體質量流量計：
  測量液體的質量流量計種類應該是***多的。早期的動量式質量流量計、前述的熱流式質量流量計 、差壓質量流量計,均可測量液體。
  1962 年做成的雙渦輪式液/ 氣質量流量計、1973 年美國 Jack Hammend 制成了校正非線性的渦輪質量流量計測量液體。
  具有代表性的目前應用***多的是 70 年代由美國 Rosemount 公司子公司———MM(微動)公司 James E .Smity 先生率先提出的科里奧利質量流量計, 根據(jù)此種原理各國生產了多種科里奧利流量計系列產品 ,如美國“MM”公司的 D 型及 DL 系列產品。國產的DM F -1 -1 系列產品 。 如表 2 。

表 2　DMF-1 -1 系列產品
　綜上所述 ,固 、氣 、液三種流量均可直接測量其質量流量 ,但固體流量計從產生至今,均只能是測量質量流量。而早期的氣、液流量計 ,主要是測量容積流量,再通過換算變成質量流量, 直接測量質量流量還是近幾十年的事 。因此,通常所說的直接質量流量計是指測量氣 、液流量的質量流量計。
  直接質量流量計現(xiàn)在發(fā)展較快 ,以液體質量流量計為例, 自 70 年代美國推出后, 80年代各國相繼開發(fā), 近期年銷量在幾十萬臺以上。世界流量儀表目前在以每年 6 %的速度增長 ,而科里奧利流量計在以每年 16 %左右的速度增長。其中美國微動公司占 65 %,E +H 公司和 Donf oss 公司合計占 25 %, 其他各國的十幾家公司占 10 %左右 ?，F(xiàn)在國外已有 30 多個系列。盡管如此 ,新型質量流量計仍不斷地在市場出現(xiàn), 主要表現(xiàn)在如下幾個方面。
  (1)儀表測量管結構形式的變化。自美國首先推出 U 型管的科里奧利質量流量計(以下簡稱科氏力流量計)之后, 各國各廠家接踵而至。但為躲避相關專利保護, 先后推出了 Ψ形管、β 形 、S 形直管形等原理相同結構形式不同的產品。為了提高儀表的靈敏度、精度和穩(wěn)定性 ,擴大儀表的量程, 結構也在不斷的改進 。如德國 E +H 公司, 過去生產的是直管段式科氏力流量計 ,近兩年推出了微彎曲雙驅動器式新產品代替原直管式產品,不僅可提高靈敏度 、精度 ,有望發(fā)展大口徑產品(原該廠產品***大口徑是 80mm)。
  (2)新系列(大管徑)質量流量計的開發(fā)。為了擴大儀表的應用領域, 各家均在原中小口徑產品的基礎上, 開發(fā)大口徑,甚至超大口徑產品,以適應不同用戶的需要。
Rosemount 生產的科氏力流量計***大口徑已達 150mm , 現(xiàn)在正在開發(fā) 200mm 或更大口徑的新產品 。氣體質量流量計大口徑產品發(fā)展更為迅速, Brooks 和 EPI 公司推出了幾米口徑的氣體質量流量計產品 , 加拿大S IER RA 公司近年推出 T RK 640 系列超大口徑氣體質量流量計產品, 不僅口徑不受限制且允許測量低流速(較低可測 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量提供了有效手段 。
  (3)各種行業(yè)專用、不同材質質量流量計的發(fā)展。質量流量計測量管的材質對其應用的推廣有極大影響, 尤其是科氏力流量計的測量管材料 , 既是結構材料, 又是功能材料。不同的使用環(huán)境對其有不同的要求 。現(xiàn)在該測量管材料已不僅僅采用 S US316L , 進而采用哈氏合金、鈷 、鈦等稀有金屬的產品也相繼問世 ,適用于各種腐蝕嚴重、衛(wèi)生條件要求嚴的場所 。該表已通過 3A 衛(wèi)生等級的認可，不僅可適用于各種工業(yè)部門, 也可用于食品 、醫(yī)藥 、衛(wèi)生等部門的測量使用 。
  (4)開發(fā)一表多用的途徑 。科氏力流量計主要用做測量液體質量流量 。但根據(jù)其原理,也可測量液體的密度 。但由于該表的價格很高 ,人們正在開發(fā)其深層功能 ?，F(xiàn)在一臺科氏力流量計 ,亦可測量兩種混合液體的質量流量。在高壓力下流動的氣體 ,因其密度增高 ,也可用此表測量氣體質量流量。因此,有的廠家在儀表出廠時,規(guī)定較低的被測介質密度。如廠家規(guī)定的較低測量密度為50 公斤/ 米3, 則必須在 3.9M Pa 的壓力下,才可測量流動的空氣質量流量 。據(jù)稱 Hein-richs 公司的 T M 系列儀表 , 可測 2kg/ m3密度的氣體 。
  (5)力求降低儀表的價格 ?？剖狭α髁坑嬍且环N的流量計量儀表 ,但價格昂貴 。國外一臺價格在 5000 ～ 12000 美元之間 ,150m m 口徑則高達 3 萬美元 。 現(xiàn)在有 20 多家生產 ,為了提高競爭能力, 從長遠看 ,必須力求降低價格。據(jù) Exac 公司稱 ,其新開發(fā)的SX 系列 , 價格只有通常的一半 。我們期盼如此。

3、直接質量流量計在我國的發(fā)展及應用：
  由于質量流量計的顯著優(yōu)點 ,所以在我國也有廣泛的應用, 但目前進口儀表占相當大的比例 。
  小口徑氣體質量流量計在我國的安裝數(shù)量較多 , 主要用于化工、石化的中小試驗裝置、在線分析檢測裝置及半導體工業(yè)的生產中, 食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生部門也有一定應用量 。而大口徑的氣體質量流量計主要用于天然氣及煤氣的計量中,數(shù)量雖不多 ,但前景看好。
  近幾年我國中小口徑的氣體質量流量計發(fā)展較快, 以 1996 年為例 , 我國總計安裝有1785 臺 , 其中國產有 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),進口的儀表主要是 Brooks UNisesie 、 Hi -T ekO V aie EP I 等公司的產品 。 大口徑氣體質量流量計由于受標校裝置的限制,目前我國尚無廠家生產,主要依靠進口?，F(xiàn)在正在開發(fā)中。
  液體質量流量計 ,由于技術難度大 ,效益周期長 ,進展較緩慢 。盡管有許多科研單位及高等院校開展了該項產品的研制, 但生產廠家極有限,且產量不大(主要有化工部北京化工研究院、山西太行儀表廠等)。主要依靠進口, 但需用量在逐年增加。 據(jù)美國微動(MM)公司資料 :該公司至 1992 年, 在我國的總銷量為 600 臺, 而 1992 年一年的銷量為1000 臺 , 近三四年的銷量累計達 5000 臺 , 這些儀表廣泛地應用于石化 、化工、建材玻璃廠及工業(yè)窯爐的測量及控制中。
  液體質量流量計在我國有極廣泛的應用前景。僅以工業(yè)窯爐鍋爐而言 ,有幾十萬臺以重油為燃料 ,需大量的液體質量流量計進行檢測與控制, 因此 ,迅速發(fā)展我國自己的液體質量流量計生產工業(yè), 是當務之急。
　盡管液體質量流量計的生產難度很大,但現(xiàn)在我們已取得了一定的技術突破。據(jù)1994 年計量部門對 M M 公司 、E +H 公司和化工部北京化工研究院三家生產的產品進行的抽檢比較 ,結果表明三家產品的技術指標和性能基本相當 。但做為批量產品的綜合性能 ,與國外尚有一定的差距。主要原因在于 :
  (1)原材料性能不一致 。目前我國生產的科氏力流量計品種有限 ,主要原材料(測量管用)是 316L 不銹鋼 。生產廠不同時間進廠的, 甚至同一時間進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,對要求嚴格的科氏力流量計而言 ,很難達到產品性能的一致性。
  (2)目前, 國內的生產自動化水平不高,測量管基本上是手工作業(yè)或半機械化加工(國外大多采用機器人進行測量管形的加工), 因而很難保證產品的一致性。
  (3)大口徑(150mm 以上)測量管的加工技術未完全解決,尚無產品提供。現(xiàn)在液體質量流量計的生產已受到有關方面的重視 , 隨著生產的發(fā)展和自動化水平的提高,我國液體質量流量計的生產一定會同步前進 。

4、結束語：
  質量流量計的應用的確帶來了顯著的效益。尤其是科里奧利液體質量流量計的出現(xiàn),可以稱之為流量儀表的一次革命。但它畢竟是一種昂貴的儀表, 選用時一定要有的放矢 ,絕不要一哄而起 ,造成不必要的浪費 。在具體應用時 ,一定要根據(jù)技術條件進行選型,尤其是必須嚴格按照安裝要求進行安裝 ,否則會造成不應有的損失 。