张津林

（天津新科成套仪表有限公司，天津300385）

0 引言

流量、压力、温度是检测物体的三大参数，被广泛应用于测量中。近年来，随着我国工业的飞速发展，各类自动化控制系统对流量测量的要求日益提升，流量仪表获得了广泛的应用。本文结合具体实例，浅谈流量仪表在自动化控制系统中的应用。

1 流量检测与流量仪表的使用

流量测量是工业测量的常见方法，在我国工业控制领域，如电力、冶金、化工、石油、食品等行业，获得了广泛应用。凡涉及质量互变的过程，都需要用到流量测量，流量仪表是进行流量测量的工具，根据测量原理的不同，测量仪表可以分为很多种类，随着现代测量方法的发展，流量仪表也从最初的差压式、容积式、电磁式等逐渐发展，不仅结构更加简洁，功能也日趋多样。流量仪表测量的精确与否，直接关系到工业控制过程的正确、稳定实现，与我国国民经济发展有着直接联系，所以，掌握常见流量仪表的原理，了解典型流量仪表在自动化系统中的应用，对提高工业自动化水平和仪表装备水平具有重要意义。

2 流量仪表在自动化控制系统中的应用

2.1 流量计在油田自动化计量系统中的应用

油田是应用流量计最为广泛的行业之一，主要用于产油量计量、统计和分析，测量油井日采出量等，先进的计量和工艺技术有利于及时了解油田开发情况和油井储层变化情况，分析油气生产变化的动态，进一步指导油田开发方针。在油田的分队计量中，采油获得的原始来液首先经过三相分离器分为3部分，一部分经过调节阀后去压气站，一部分经过电磁流量计去沉降罐，还有一部分经过质量流量计去缓冲罐。图1为质量流量计自动控制系统图。

图1 油田质量流量计自动控制系统图

图1 中，油水混合液经过质量流量计传感器采集油管内的流量、温度和密度等参数信号，上送处理器，通过相关的微机算法，将采集到的原油和水分的相关参数进行分析计算，再经过变送环节，通过TCP／IP以太网通讯，上送监控主机，完成对数据的显示、存储、报表、打印等综合管理功能，实现对多台油水计量系统的监控。此外，在油田的转井现场，针对深井普遍存在的高密度和重材料浪费问题，通过流量计传感器采集和分析钻井液黏度、密度和离心机性能参数的变化，经过控制系统计算得出离心机的工作转速和相应处理量后，通过计算机输出控制，来建立控制系统流程，能够有效提升重材料的回收利用率，节约重材料的使用费用。

2.2 流量计在电厂工艺系统中的应用

2.2.1 应用于锅炉送风工艺

在电厂锅炉中，流量计主要用来测量空气、蒸汽、锅炉送风等的流量。最为常用的流量计为旋涡流量计。旋涡流量计使用速度式原理，采用有规律的旋涡剥离现象来进行流量的测量，当蒸汽、风力等流体流过流量计的传感器时，能够在前部产生压力大于管道静压的高压区，当流体流经管道的加速段时，产生压力小于管道静压的低压区，并在低压区的后部形成一个有旋涡的真空地带，这样就形成了压力波动，其波动的频率与气体的流量成正比，所以通过测量这个振动频率并经过相应的换算和补偿，能够计算出流体的流速。

以旋涡流量计在锅炉送风流量中的测量为例，锅炉的送风流量是体现热电厂锅炉和风机运行状态的重要参数之一，其对锅炉燃烧的自动控制系统控制有重要作用，实际电厂的送风管道多为矩形截面，常规的流量计很难进行精确的测量，使用旋涡流量计具有较好效果。使用旋涡流量计进行锅炉送风流量测量时，由传感器、转换器、控制中心组成锅炉送风测量系统，其中传感器包括旋涡发生体和旋涡检测器2部分，主要用来进行锅炉送风流量的测量并将之转换为对应的频率信号，该频率信号在转换器中进行整形和放大，并输出4～20 mA的直流控制信号，送至控制中心，进行待测送风流量的显示、记录和分析，作为电厂锅炉运行状态的重要参考。

使用旋涡流量计进行锅炉送风流量的测量时，应注意仪表量程的选择和温度与压力的补偿问题。将被测流体的常用流量控制在旋涡流量计的1／2～2／3范围内，可确保旋涡流量计的精度误差在允许范围内，同时，还要选择合适的温度和压力测量仪器与旋涡流量计相配套，以建立精密、准确的锅炉自动化控制系统。随着计算机和微电子技术的发展，智能型旋涡流量计已经获得普及，具有流量校正和自诊断功能，能够根据电厂锅炉的运行工况进行更加灵活的控制，并对误差进行修正，技术更加成熟。

2.2.2 应用于烟气脱硫工艺

流量计在电厂烟气脱硫工艺中也有广泛应用，电厂的烟气排放由于粉尘大、温度高，且具有一定的腐蚀性，同时电厂锅炉的风烟道存在紊流和旋流，不利于流量计的准确测量，所以需要设置多个测点来计算平均值。电厂流量测点众多，包括一次风、二次风、入炉气体、脱硫烟气等，给电厂的烟气检测带来了一定的难度。应用于脱硫的烟气流量计采用了独特的原理，基于热扩散原理，根据流体流过传感器RTD时的温度差与流量的关系，转换为线性输出的流量信号，结合专用的流量数据模型和模糊控制理论，输出控制信号，通过专用的电荷感应式探针和刮扫装置来完成系统控制。

2.3 流量计在污水处理工艺系统中的应用

随着现代工业的飞速发展，城市污水处理的重要性日益提升。在实现了自动化的污水处理厂中，流量计也获得了广泛的应用。污水中含有大量的悬浮物、废水、杂质、病菌等，不同监测点对流量计的需求是不同的，电磁流量计、超声波流量计等都有应用，超声波流量计因其精度高、集成度好、体积小等优点，近年来获得了更多应用。以超声波流量计在污水处理中的应用为例，通过超声波流量计与巴氏计量槽相配合，监测出水流量，控制进水流量和超越阀门，实现对污水处理的流量控制，在超声波的流量自动控制系统中，超声波传感器检测流量信息，根据测量零位置到传感器测量膜片和满量程之间的距离，得出实际的污水流量对应的高度，并将之送到控制系统的中央微处理器，经过换算输出4～20 mA的脉冲信号，上送中央控制室的可编程控制器，经过通讯后在管理机显示，包括流量的瞬时值、最大值、最小值、平均值等信息，支持流量统计和打印，并根据故障判别逻辑，当发生系统故障或流量异常时，输出报警信息，提示运行人员通过调节进水阀门和超越阀门进行流量控制，从而满足污水处理工艺的生产要求。更先进的控制系统可以将流量作为一个变量，输入到中央控制室的PLC中，直接进行程序运算并控制进水阀门和超越阀门的变化量，同时将进水阀门和超越阀门更改为电动驱动，就不需要运行人员再进行控制，进一步提高了系统的工作效率。

3 结语

除了上述领域，流量计在脱硫工艺、直流供电、煤气化废水处理、能源计量、环境保护等方面都有大量运用，遍及工业生产各个能量转换环节。随着我国工业生产自动化程度的不断提升、计算机微电子技术的飞速发展，流量计从机械式向电子技术式发展，新型流量计不断出现，流量计在我国国民经济中发挥的作用也越来越大，具有良好的发展前景。

［1］陆川.热式气体质量流量计的研制［D］.成都：电子科技大学，2010

［2］徐南.多声道超声波气体流量计信号处理模块设计［D］.成都：电子科技大学，2009

［3］姜非欧.涡轮流量计的动态流量测量方法研究［D］.长春：长春理工大学，2012