流量检测和仪表
一流量测量的应用领域
（一）为什么在国民经济中如此广泛采用流量测量和仪表？流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，量是事物所固有的一种规定性，它是事物的规模、程度、速度以及它的构成成份在空间上的排列组合等等可以用数量表示的规定性，因此其测量对象不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题，例如城市交通的调度，需掌握汽车的车流量的变化，它是现代化城市交通管理需检测的一个参数。流量和压力、温度并列为三大检测参数，对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数，而能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力温度仪表得到最广泛的应用。
（二）流量测量技术和仪表的应用领域
1. 工业生产过程流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，它是发展工农业生产、节约能源、改进产品质量、提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的五分之一。
2. 能源计量
能源分为一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）、二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。1998年 1 月 1 日公布中华人民共和国节约能源法，说明我国的能源政策开发与节约并重，把节约放在优先的地位。由于我国产业结构，产品结构不合理，生产设备和工艺落后，管理不善，能源的利用率只有32%，比国际先进水平平均低10%，每消耗一吨标准煤创造的国内生产总值，只有发达国家的二分之一到四分之一，我国每生产一吨钢综合煤耗为976 公斤，而国际先进水平为650 公斤。风机、水泵、锅炉等应采用高效节能的先进设备。能耗是考核企业管理水
平的一个重要指标，要节能除采用先进设备与工艺外，主要是加强管理的问题，而管理必须配备计量系统才能进行定量的管理。每个企业，对进厂、出厂、自产自用
的能源进行计量，对生产过程中的分配、加工、转换、储运和消耗，生活和辅助部门的能耗进行计量。目前我国流量计量系统正常工作的百分率比较低，除仪表质量
外，尚有许多复杂原因影响正常运转，这些原因如介质条件恶劣、维修困难、校
验问题大等。现分别对几种主要能源的流量计量情况简介如下。
水我国水资源人均只有世界的四分之一，且分布不均衡，北方严重缺水，全国有100 多大中城市缺水，日缺水达1000万立方米以上，21 世纪可能发生水危机，如大连从120公里碧流河引水，天津从230 公里滦河引水，青岛从240 公里黄河引水。近年来黄河下游断流时间不断延长，断流处向上游延伸。北京日高峰时日
缺水达30 万吨。城市庞大的水管网进行输配，从水厂到用户水表种类繁多，大口径水表的计量精度一直存在问题，水表种类大致有孔板、电磁、超声、插入式流量计等，除孔板外，其它类型大口径水表的校验不断困扰着用户。家用水表是个非常庞大的数目，我国家用水表年产量估计在1000 万只以上，家用水表为叶轮式，不但精度低，计量抄表需大量人工亦是个问题。福利型的水价导致水的严重浪费已引起国家的重视，亟需制订合理的水价以促进节约，但水价的提高如计量精度不相应提高亦会产生新的矛盾。故家用水表型式性能的改进已提到议事日程。
煤气、天然气
城市气化率是现代化城市的标志之一，1985 年全国城市煤气工作会议确定直辖市、省会、重点旅游城市、沿海开放城市及环保重点城市1990 年气化率为40%，2000 年气化率为70%，煤气的流量计量由于介质脏、含湿高、大口径、低流速、宽范围度等为困难的测量问题，几十年来一直未能很好的解决，去年制订的煤气主管道流量测量国家标准可望为解决此问题提供一些可能性。由于环保的原因国
家不鼓励更多地发展煤气而尽量用天然气。
天然气是高效、清洁的燃料，优质的化工原料，并有望成为城市汽车的清洁燃料。发展天然气是我国今后能源发展的重点。我国天然气蕴藏量丰富，但目前产量很低，每年仅约200亿立方米，不及西欧小国荷兰的产量，美俄两国天然气年产量皆在5000 亿立方米左右。急剧增加产量以适应国民经济的需要已经势在必行。国家制订计划到廿一世纪初天然气产量要比90 年代初翻两番。目前我国陆上已探明储量约 1.3
万亿立方米，主要分布在重庆、四川、陕甘宁、新疆等地。1998年5月28日我国发表《中国海洋事业的发展》白皮书，其中关于石油资源内容如下：我国海域有30多个沉积盆地，面积近70万平方公里，石油资源量约250 亿吨，天然气蕴藏量约为8.4 万亿立方米。天然气从气井开采经处理（脱硫、脱水）集输到城市要经过许多复杂的工艺过程，从计量角度对被测介质可分为三种类型：第一种类型：气井到集气站、脱硫厂及脱水厂称为原料气，具有多相、高压、腐蚀、中小口径等特点；第二种类型：处理厂出来后称为净化气，经长输管线送到城市，具有单相、中压、大口径、要求高精度计量的特点；第三种类型：城市广大用户使用的天然气，具有单相、低压或常压、中小口径、计量精度适中等。
一般气田纵横数百公里，几百口井，几十个集气站及处理厂用管网连在一起，输送到城市更是庞大的管网覆盖广大地区，这些管网中的气量分配，调度、经济核算皆需设置天然气计量站，装备大量的流量测量系统。目前第一种类型尚无合适流量计可用，第二种类型采用孔板、涡轮、超声等，第三种类型除上述仪表外还有涡街、腰轮、膜式气量计（家用煤气表）等。我国城市家用煤气表年产量在百万只以上。
蒸汽蒸汽分过热蒸汽和饱和蒸汽。前者为单相介质，在火力发电厂中过热蒸汽做为推动汽轮机带动发电机发电，蒸汽流量测量对于电厂的生产质量及安全极为重要，现代火力发电厂机组为高压高温状态，过热蒸汽流量采用喷嘴测量，有国际标准或国家标准做为依据。饱和蒸汽是由工业锅炉生产的一般为低压中温状态，它是
汽水混合物，锅炉出口处为饱和蒸汽，但输送到用户处，由于管道热散耗含水量
大的汽水混合物，它的流动为两相流，对于测量混相流是个困难的测量问题，至今尚无成熟的仪表可用.据估计我国煤产量1/3?1/4用于工业锅炉燃料，全国有几十万台工业锅炉，需配备数量巨大的蒸汽流量计，目前常用的仪表为孔板、涡街、均速管及分流旋翼式流量计，这些流量计在低干度下使用都不能令人满意，是急待解决
的问题。
油品燃料油从炼油厂生产后经油库到发油站供给汽车、船舶、飞机等交通工具使用油品计量涉及巨大经济利益，全国有数十万个计量站在工作着，油流量计更是一个极为庞大的数目。目前大量使用的类型为容积式和涡轮流量计，容积式流量计类型很多，如椭圆齿轮、腰轮、刮板、旋转活塞、螺杆双转子，圆盘等等。
3．环保工程人口剧增，工业生产迅猛发展使得环境严重恶化，已经达到危险的
程度，国家把可持续发展列为国策，它将是二十一世纪的的最大课题。空气污染、水污染要得到控制必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万的烟囱日夜不停地向大气排放浓烟，烟气排放控制成为根治污染的重要项目。美国已经立法规定烟废气排放标准，每个烟囱必须安装烟气分析仪和流量计，组成连续排放监视系统（CEM）烟废气流量测量属于困难的测量问题，它的难度有：
口径大，如烟囱不规则形状，几米周长；
气体组分变化不定；流速范围大，从极低速到高速；脏污、灰尘、腐蚀；流道为非圆截面，无相似性，通道内流速分布复杂；无直管段，阻流件形状复杂，速度畸变与旋转流；无法个别标定确定流量计仪表系数；静压，要求仪表低压损；
高温（200C以上）；
废液、污水排放已严重污染江河湖泊，使本来已经严重缺乏的水资源遭到破坏，已很紧张的水资源更是雪上加霜。废液、污水排放的管理控制已是刻不容缓的任务。但是废液污水流量计由于被测介质脏污、口径大、形状特殊、压头低、流速范围宽、不满管流等亦是流量测量的困难问题。工厂企业及人民生活需要的流量计数量极为庞大，种类需多样化才能适应广泛需求。
环保工程所需的流量计随着工程的深入发展将不断提出新的要求，如大规模的废水再生设备、城市垃圾处理设备、工矿企业的水循环利用系统等都需种类繁多的流量计。
4．交通运输交通运输有五种方式：铁路、公路、航空、水运和管道输送。在五种方式中管道输送虽早已有之，但应用尚不普遍。随着环保问题的突出，管道输
送的特点引起人们的重视。例如煤炭一直由铁路水运输送，装卸及敞开运输污染环境不容忽视，采用管道水力输送，不但迅速高效，密闭卫生是很大优点。管道输送的物料有：原油、天然气、水、压缩空气、煤炭、谷物、水泥、矿物……。世界管道运输主干线已达230 万公里，我国1996年底仅为 1.9 万公里，处于落后状态。管道
运输必须装备流量计，它是控制、分配调度的眼睛，亦是安全性（监视物流堵塞）的监测系统。管道运输流量计除传统的流量计如孔板、电磁、容积式外，近年出现的相关流量计是极具潜力的的新型流量计，国内已有用于混相流测量的实例。
5．生物技术据说二十一世纪是生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展，生物技术中需监测的物质很多，如血液、尿液、药液、营养液等等，其
被监测对象很多为混相流、脉动流、非牛顿流体，亦是流量测量的难点。6．科研
实验
科研实验需要的流量计不但数量多，品种极为繁杂，据统计流量计有100 多种，其中很大一部分是应科研实验之需，它们并不批量生产在市面出售。我国有很多科研单位或大型企业有专门小组研制自己需要的流量计，特别是国防部门更是常事。
■化工中间试验工厂它是化工生产的一个中间环节，一种化工产品从实验室研制到大批量生产必须经中间试验，这种实验工厂可以说是生产实验数据的工厂，数据的准确可靠是第一位，这里流量计是必备的仪表，它是监测物料数量的仪表，由于规模小，大都是小、微流量的测量。
■发动机效率试验发动机种类繁多，泵、风机、压缩机、动力机械等，发动机效率试验必须检测三个参数：温度、压力和流量。一般认为流量测量比较困
难，原因是其使用条件特殊，测量对象阻流件复杂，无直管段安装条件，流体组分变化，流动为脉动流等。
7．海洋气象，江河湖泊这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速（流量）计一般所依据的物理原理及流体力学基础理论与密封管道虽有共通之处，但仪表原理及结构以及使用条件有很大差别，国际标准化组织（ISO）有专门技术委员会制订此类流量计的国际标准。国际流量学术会议一般皆包括此部分内容。
我们列举了七类应用领域，它遍及国民经济各部门，ISO、IEC及OIML等国际标准化组织设有众多技术委员会制订有关国际标准。
国际标准化组织（ISO）有9个技术委员会涉及流量或流速的测量，它们是：TC（技术委员会）30（封闭管道）、TC113（明渠）、TC28（石油产品）、TC115 （泵八TC117（工业风机）、TC118（压缩机）、TC13（（液压）、TC112（真空技术）、TC116（采暖）。国际电工委员会（IEC）有3个委员会：TC4（水轮机）、TC5 （汽轮机）、TC65（流程测控）。国际法制计量组织（OIML有十余个国际建议或国际文件涉及流量测量。
二流量测量的困难问题流量测量的困难分为两方面：流体特性和测量特性。
1 ．流体特性脏污流：流体脏污、沉积和堵塞，如煤气、烟废气、污水等；腐
蚀流：管道腐蚀严重因而带来脏污流，仪表耐蚀要求高；高参数流：高温、高
压、真空及低温极端工作条件下的流量测量；脉动流：发动机、压缩机、泵出
口流体脉动、石油天然气井喷流脉动等；大流量：管径达数米，液体流量达
108kg/h，气体流量达106kg/h ；微流量：流量下限极低，液体为10-2kg/h ，气体为10-4kg/h ；高粘性流：流体粘度极高，雷诺数很低，粘度可达数帕斯卡?秒；混相流：如气液、液固、气固及气液固多相流；质量流：被测介质工作时状态及组分变化很大，体积测量法无法准确测量；蠕动流：流速极缓慢，
雷诺数极低，大小口径皆有，如沥青、浆液等。
前面介绍各应用领域皆有一些实例。
2．测量特性
现场工作条件恶劣，检测件可靠性差；流量为动态量，难以获得高准确度；仪表结构大都为法兰连接，只在停流时才允许拆卸维修，有些生产过程连续进行，只在大修时才能停流，中间仪表有故障无法检修；仪表实验室校验的工作条件与现场工作条件相差很大，准确度偏离无法确定；
校验设备庞大昂贵，校验费用亦不菲，周期校验是个难题。
三流量仪表的种类有商品的流量计可分十大类，约100 种：
1．差压式流量计：2.浮子流量计；3. 容积式流量计；4.涡轮流量计；5. 电磁流量计； 6. 涡街流量计；7. 超声流量计；8. 质量流量计；9.插入式流量计；10. 其他流量计
按1992 年出版《中国仪器仪表企事业大全》及1996/1997 出版《中国计量器具制造单位及产品信息指南》初续集辑录我国共有流量仪表企业229 家，国外产品代理商及合资企业约50 家。我国已拥有一个相当规模开发和制造流量仪表的行业，各种企业所有制皆有，近年来私营与合资企业在增加，行业的特点为：国外已商品化的产品国内皆有相应厂家生产，但产品品种规格及技术含量差距较大；几个五年计划引进产品生产技术，对国内产品制造技术起到促进作用，但消化吸收进而自主创新不够，在产品不断更新情况下，单靠引进已不能解决问题；生产厂厂家数远大于国外，但产品低水平重复多，几乎找不到名牌产品；流量仪表科研单位经费投入少，无力进行有份量的产品开发；企业开发力量薄弱，产品更新换代缓慢；普遍欠缺流量校验设备，全国流量量值传递系统尚未真正建立起来，影响全国流量量值传递的准确一致。
四流量测量与仪表的主要问题
主要问题有两个：仪表的可靠性和准确度
1．可靠性可靠性包括仪表质量及可维修性，流量仪表是现场仪表，检测件与被测介质直接接触，面临恶劣的工作条件，要求仪表有百分之一百的可靠是不现实的，但在发生故障时如能方便维修，维修代价不大，应该说亦是仪表可靠的一个方面。流量仪表工作的特点：
仪表要能经受被测介质化学腐蚀、结垢、磨蚀、堵塞、相变、耐温、耐压、影响；
由于仪表与管道用法兰连接成一体，有时拆卸维修更换非常困难，特别是高温高压大口径管道，给周期检验造成很大困难；对于连续生产过程, 不允许中间停流拆卸, 检测件发生故障无法拆卸检修，如何处理是个棘手问题；国内因设备工艺落后, 管理不善,流体介质一般比国外要脏污，如天然气、煤气、水等，这样对流量计使用性能提出更高要求。提高流量计可靠性可采用以下办法：
提高仪表质量；改变结构形式，如采用不断流型插入式结构，亦可在测量系统上想办法，如多管并联管道便于清洗及更换；加强现场维护管理。
2．准确度仪表的重复性是仪表本身的特性，而准确度是外加的特性。一台流量计准确度高，首先要重复性高，然后用高准确度的量值传递系统进行校准求得高准确度的仪表系数（或流出系数）。
对于流量计的准确度要注意这种仪表的特点，英国著名的流量专家
F.C.Kinghom 说得好：流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，一切全都白废。
仪表制造厂产品说明书上列举的准确度是指实验室校准的准确度，它称为基本误差，仪表在现场工作由于使用条件与实验室工作条件不同会产生附加误差，现场的准确度是基本误差与附加误差的合成，合成不一定为简单的代数和，要视具体情况而定。因此，现场仪表误差估计是一项复杂的工作，只有既熟悉仪表特性和被测对象，又掌握误差理论的人才能做出正确的估计。流量计的准确度涉及流量量值传递的知识，这里做点简介：
流量是自然界不存在实物标准的导出量，它由基本量（长度、质量、时间和温度）在特定条件下综合得出，量值的实物标准（称为原始标准）实际上就是一座流量标准装置，在装置上把各基本量综合为导出量，然后把量值传递给一台
或一组流量计，它称为工作基准或传递标准，用传递标准（量值的载体）向下一级标准（亦为流量标准装置）传递流量量值。籍助于传递标准把全国的流量量值统一（一致）起来。国际间的流量量值的统一是用国际间的装置比对来达到的。在各类检测参数量值传递系统中流量的量值传递系统是较困难建立的一
类，因为流量量值有以下特点：
（1）流量是自然界不存在实物标准的导出量，需在特定条件下由基本量（长度、质量、时间、温度等）合成；
（2）流量是一个动态量，它是一个只有当流体发生运动时才实际存在的物理量，因此它不仅是基本量的静态组合，又由于其动态性质，流量量值受到许多复杂因素的影响，例如流体内微观分子之间的相互作用，宏观的湍流、旋涡运动等，在具体的管道中还受到边界条件（管壁）的制约。
（3）流量量值需通过流体介质的物理变化得以反映，因此用于校验的介质最好就是使用介质，但介质有千万种，不可能按此原则办，只好采用模似媒介，然后通过介质换算把流量量值传递到工作介质；
（4）存在于不同工作状态的流体介质表现出不同的物理性质，因此流量量值在不同工作状态时必须考虑该因素的影响；
（5）流量量值基准与工作仪表的准确度差别不可能太大（如目前基准为
10-4 ，而工作仪表有达10-3 的），它们的数量级差别不像基本量或其他导出量那么大，量值传递时标准的误差一般不能忽略，校准流量计时，误差的估算较复杂；
（6）由基准向工作仪表传递量值由于参比工作条件难以维持，影响量渐趋复杂，误差估算困难程度逐渐加大；
（7）流量量值准确度不高（目前最高准确度不高10-4 ）原因在于其导出动态的和综合的性质。
五、流体的物理性质（物性参数）
（一）为什么需要研究流体的物性参数？流体物性对流量计特性的影响是流量计开发和使用的主要问题之一，物性对流量计物性的影响程度视工作原理而异，目前最通用的几类流量计（差压、浮子、容积、涡轮、涡街、电磁、超声、热式等）影响流量计特性的主要物性为密度（包括气体压缩系数、湿度等）、粘度、等熵指数、电导率、声速、比热容、导热系数等。其中尤以密度和粘度的影响最为重要。
掌握流体物性参数在流量计制造与使用中有三方面用途：
（1）选型的依据流量计的选型主要需了解仪表性能和被测对象的情况两方面，
所谓知己知彼，百战不殆。在现场使用中，不乏因流体物性参数掌握不足或不准而使测量达不到要求的实例；
（2）流量计的设计计算在流量方程中物性参数是主要参数之一，要使设计计算准确可靠，基本数据的提供是不可缺少的；
（3）现场使用与维护流体物性变化是使用中产生测量附加误差的主要来源之一，要降低测量的附加误差应深入探讨它对流量计特性的影响。
（二）关心哪些物性参数？
1 密度；
2 粘度；
3 导电率；
4 声速；
5 导热系数；
6 等熵指数；
7 比热容；8化学腐蚀；9结垢；10润滑性；11相变；12磨蚀性。
（三）物性参数存在的问题
1. 物性参数数据准确度低，置信度差及数据不统一流量测量用的物性参数数据一般取自各种物理、化学及工程手册，由于来源混杂，数据不一致，各种手册使用对象要求不同，难以满足流量测量高准确度及需明确准确度数值的要求，许多流体的物性数据不足，甚至完全没有，特别如高参数（高压、高温、低温、高真空度等）流体及多元流体（流体混合物）的物性参数，不但置信度差，甚至完全缺少；
2. 在线物性测量仪器缺乏，质量差、应用范围窄为了提高流量测量的准确度，急需开发在线物性测量仪器，以使在测量过程中进行在线的修正，目前密度和粘度在线测量仪器（变送器）不但技术复杂，价格昂贵，且应用范围窄，因此无法大量推广应用；
3. 缺少专用的物性手册
考虑到物性参数对测量准确度的影响，国外已有对少数物性参数制订物性国家标准，但是对于大量物性参数急需编纂一本流量测量物性参数专用手册较为现实，手册可以提供较齐全与统一的数据。尤其随着计算机使用的普及，物性参数仅用图表已不能满足要求，急需提供各种计算式便于使用。
六、流体的流动特性
为什么关心流体的流动物性？首先看一下实验室的参比工作条件，按照
GB9248-88《不可压缩流体流量计性能评定方法》实验室的工作条件可分为：
1 环境条件，
2 动力条件，
3 流体条件。
1. 环境条件
(1)标准大气条件：温度20C，相对湿度65%大气压力101. 3kPa；
(2)参比大气条件：温度20C±2C,相对湿度60%-70%大气压86-106kPa；
(3)—般大气条件：温度15-35 C,相对湿度45%-75%大气压力86-106kPa；
( 4)其他：磁场和机械振动可忽略不计。
2. 动力条件
电源电压公称值的± 1%，频率公称值的± 1%，谐波含量小于5%(交流电源)，纹波含量小于0.2%(直流电源)。
3. 流体条件
(1)具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布；
(2)充满圆管的单相流体；
( 3)牛顿流体；
( 4)定常流。
我们前面已谈过，工作条件遵守上述条件校验得到的误差为基本误差，而偏离这些条件将产生附加误差。在现场流体流动特性中的具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布及定常流常是难以满足的，它们将造成测量误差的增大，有时增大多少难以定量确定，因此在现场使用中必须密切注意流动特性的情况，以下我们对流速分布畸变、旋转流及非定常流的影响作一简介。
1. 流速分布畸变及旋转流
流速分布畸变及旋转流对流量计特性的影响因工作原理而异，有的很严重，有的无甚影响，一般来说，推理式流量计(差压、涡轮、涡街、超声、电磁等) 都要受影响，而容积式流量计不受或基本不受影响。速度分布畸变对流量计特性的影响非常复杂，难以掌握，其困难问题有：
（1）不同的速度分布畸变及旋转流对各种类型流量计的影响是不一样的；（2）由于仪表壳体内流场的复杂性，很难预测（难以用理论计算）速度分布畸变及旋转流对各种类型流量计的影响程度，基本上要依靠实验方法来确定；
（3）要进行各种类型流量计在各种速度分布畸变及旋转流下的流量物性影响试验，不但工作量太大，经济上耗费亦很难承担；
（4）用户难以满足流量检测件上下游直管段所需要的作业空间，因此速度分布畸变及旋转流具有普遍性。
2. 非定常流在现场使用中非定常流并不少见，非定常流可分为二大类：周期性脉动和随机性波动。在发动机、泵、风机等出口的流动可见周期脉动，而管道中的流动受阻流件及管道系统的干扰一般都存在随机性波动。至今还没有明确规定流量所需要的定常流条件的定量指标。在流量测量标准中只是含糊地规定：管道内的流量应该不随时间而变化，或实际上只随时间有微小和缓慢的变化。至今国际标准化组织（ISO）只颁布一个技术报告ISO/TR3313《用孔板、喷嘴或文丘里管测量管道中的脉动流》，它不是正式标准，并且只适用于标准节流装置，其他类型流量计在非定常流中会产生多大附加误差至今尚缺少可靠的试验数据。
七、理想流量计试探用户选表总想找到一种理想的流量计以解决它的问题，而流量计制造厂都力图制造出一种理想流量计以适应更广泛的需要。总结千百种流量计的所有优点可以提出理想流量计的条件如下。
1 ．检测件无阻碍物；2．检测件可夹装在管道外部，可随意移动在任何地点测量而无须截断管道与流体；
3．仪表的流量计算方程简单明确，可外推到未知领域而无须实流校验；4．频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传抗干扰及与计算机联网；5．仪表输出信号不受流体介质物性的影响；6．仪表输出信号不受流体流动特性的影响；
7．仪表复现性高；
8．仪表范围度宽，线性好；
9．仪表可靠性高，价格适宜，维修技术不复杂；
10. 无须个别实流校验，或只须"干校" ，或在一、二种介质中校验可推广到各种介质；
11. 检测件输出信号直接反映质量流量。可以说至今并没有出现上述的理想流量计，所有流量计都多少具备一些上述条
件，只不过有的多些，有的少些。所有流量计制造厂试制新产品都力图能更多地具备上述条件。
八、流量仪表的选用流量仪表的选型对仪表能否成功使用往往起着很重要的作
用，由于被测对象的复杂状况以及仪表品种繁多，产品质量难以掌握等情况，使得仪表的选型感到困难。没有一种十全十美的流量计，各类仪表都有各自的特点，选型的目的就是在众多的品种中扬长避短，选择自己最合适的仪表。
一般选型可以从五个方面进行考虑，这五个方面为仪表性能方面、流体特性方面、安装条件方面、环境条件方面和经济因素方面。五个方面的详细因素如下：
1. 仪表性能方面
准确度、重复性、线性度、范围度、流量范围、信号输出特性、响应时间、压力损失等；
2. 流体特性方面
流体、温度、压力、密度、粘度、化学腐蚀、磨蚀性、结垢、堵塞、混相、相变、电导率、声速、导热系数、比热容，等熵指数；
3. 安装条件方面管道布置方向，流动方向，检测件上下游侧直管段长度、管道口径、维修空间、电源、接地、辅助设备（过滤器、消气器）、安装、脉动等；
4. 环境条件方面
环境温度、湿度、电磁干扰、安全性、防爆、管道振动等；
5. 经济因素方面仪表购置费、安装费、运行费、校验费、维修费、仪表使用寿命、备品备件等。
仪表选型的步骤如下：
1. 依据流体种类及五个方面考虑因素初选可用仪表类型（要有几类型以便
进行选择）;
2.对初选类型进行资料及价格信息的收集, 为深入的分析比较准备条件;
3. 采用淘汰法逐步集中到1-2 种类型, 对五个方面因素要反复比较分析最终确定预选目标。
空气流量计的检测原理 随着科学技术的发展，我们不断引进先进技术，空气流量计的测试精度高，可以输出线形信号，信号处理简单，被广泛的应用于汽车，燃气、煤气等领域。 空气流量计的检测原理，空气流量计在管道里设置柱状物之后形成两列涡旋，根据涡旋出现的频率就可以测量流量。因为涡旋成两列平行状，并且左右交替出现，与街道两旁的路灯类似，所以有涡街之称。空气流量计设有两个进气通道，主通道和旁通道，进气流量的检测部分就设在主通道上，设置旁通道的目的是为了能够调整主通道的流量，以便使主通道的检测特性呈理想状态。也就是说，对排气量不同的发动机来说，通过改变空气流量计通道截面大小的方法，就可以用一种规格的空气流量计来覆盖多种发动机。主通道上的三角柱和数个涡旋放大板构成卡曼涡旋发生器。在产生卡曼涡旋处的两侧，相对地设置了属于电子检测装置的超声波发送器和超声波接受器，也可以把这两个部件归入空气流量计，这两个电子传感器产生的电信号经空气流量计的控制电路整形、放大后成理想波形，再输入到微机中。为了利用超声波检查涡旋，在涡旋通道的内壁上都粘有吸音材料，目的是防止超声波出现不规则反射。 空气流量计的优缺点，为了克服活门式空气流量计的缺点，即在保证测量精度的前提下，扩展测量范围，并且取消滑动触点，有开发出小型轻巧的空气流量计，即空气流量计。卡曼涡旋是一种物理现象，涡旋的检测方法、电子控制电路与检测精度根本无关，空气的通路面
积与涡旋发生柱的尺寸变化决定检测精度。又因为这种传感器的输出的是电子信号(频率)，所以向系统的控制电路输入信号时，可以省去AD转换器。因此，从本质来看，空气流量计是适用于微机处理的信号。 空气流量计的测试精度高，可以输出线形信号，信号处理简单，且经过长期使用，性能不会发生变化，因为是检测体积流量所以不需要对温度及大气压力进行修正。
电磁流量计零点校正方法 一 、 各键的功能所述如下： C/CE C/CE 键用于在操作模式与菜单之间切换。 STEP STEP 键是两个箭头键中的一个。STEP 用于向前滚动 菜单。所有需要的参数都可访问。 DATA DATA 键是两个箭头键中的一个。DATA 用于向后滚动 菜单。所有需要的参数都可访问。 ENTER 功能可通过长按向上箭头键激活。 ENTER 用于开呈关闭程序保护。此外，ENTER 还可 用于访问更改参数的数值，接受新值或者新的选 项，ENTER 功能有效时间为10秒。如果在10秒内 未输入，旧的数值将重新显示在转换器上。 注意：电磁流量计在进行“零点校正”时，必须保证流量计所处管道中是充满所测介质，且管道中的介质处于静止状态。 二、操作步骤 长 按 ENTER
在显示状态下按“C”键→进入菜单→连续按“STEP”键翻页至→“prog protection on”→长按“DATA”键（当屏幕闪烁时松手）进入此项→并变为“prog protection off”→连续按“STEP”键翻页至“Low flow cut-off 1%(小流量切除)”→长按“DATA”键（当屏幕闪烁时松手）进入此项“Low flow cut-off 1%”改变为“Low flow cut-off 0%”→长按“DATA”键保存→连续按“STEP”键翻页至“System zero adj ****mV”并记录原始数值→长按“DATA”键进入→按“STEP”翻页至“Automatic”（自动校准）→长按“DATA”确认，自动校准开始（时间约为1分钟，校准完后仪表会自动记录下校准值）校准完成后→连续按“STEP”翻页至→“Low flow cut-off 0%”→长按“DATA”进入此项→把“Low flow cut-off 0%”改变为“Low flow cut-off 1%以上”（数值输入方法：“DATA”键为增加数值、“STEP”为移动位置）更改完成后→长按“DATA”确认→连续按“STEP”翻页至→“prog protection off”→更改为“prog protection on”即可→按“C”键直至返回到主测量界面。 三、电磁流量计密码输入 在显示状态下按“C”→进入菜单→连续按“STEP”翻页至→ “CODE NUMBER”→长按“DATA”（当屏幕闪烁时松手）进入此 项→输入密码“4000”（数值输入方法如下：连续按4次“DATA” 键，增加数值。然后按3次“STEP“移动光标即输入了4000） →长按“DATA”确认，输入密码成功，输入密码后，可更改电
空气流量计的检测方法 空气流量计基本结构及性能特点随着对发动机汽车尾气排放要求的提高，越来越多的发动机采用精密的空气计量传感器计量进入发动机的空气量，发动机ECU 根据空气计量传 感器信号初步设定基本供油量，以满足发动机各种工况空燃比，进而保证发动机各种工况对混合气的要求。 空气流量计分类：按测量空气流量的方法可分为两种：①直接测量方法传 感器一一空气流量计。②间接测量方法传感器一一进气歧管压力传感器(负压传感器)。直接测量方法传感器按其测量信号转化形式又可分为3种。 (1) 机械式空气流量计，即可动叶片式空气流量计。其特点是将燃油泵控制开关、空气温度传感器、CO 调节器及空气流量计等功能融为一体，结构较复杂，但精度较高。不过由于叶片具有弹簧阻力增加了进气阻力，使它对发动机在急加速时的响应不够理想，故现在很少使用。 (2) 卡尔曼涡流式空气流量计。它是通过采集涡流频率完成空气流速测量，主要是通过光电(如丰田车型)和超声波采集(如韩国现代、日本三菱等)进气涡流，具有进气阻力小、计量准确的特点，但因其结构复杂、不耐振动且造价高，现已逐步被热线式空气流量计取代。 (3) 热线式空气流量计。热线式空气流量计按其热线形又分为 3 种。 ①热丝式一一将加热丝均匀分布在计量通道内。热丝式空气流量计(图1) 精度高、分布均匀，可精确计量空气量，但由于热丝很细(0.01~0.05mm)且暴露在空气中，在空气高速流动时，空气中的沙粒很容易击断热丝。 ②热膜式——将加热丝印刷在一块线路板上，并将线路板固定在空气通道中间。由 于热丝被固定且受到保护膜的保护，寿命提高，但由于保护膜热传导 较差，影响计量精度。
车流量检测技术综述 胡明亮1，李飞飞 2 ，钟德浩3 （1、江西方兴科技有限公司，江西南昌330003） （2、江西省高等级公路管理局泰井管理处，江西南昌330003） （3、江西省高等级公路管理局瑞赣养护中心，江西南昌330003） 摘要：车流量检测是交通管理与控制的基础。在综述了车流量检测的传统方法、技术特点和 存在的问题后，重点分析了基于视频图像的车流量检测技术，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：信息工程；视频图像；车流量检测；数字图像处理 0 前言 城市智能交通已逐步得到社会各界的广泛关注，如何通过智能交通系统建设来缓解日益严重的交通问题已成为交通领域的研究热点。车流量检测系统是智能交通(ITS)的基础部分，在城市道路建设、国道高速公路建设、隧道桥梁建设以及交通流的基础理论研究中占有很重要的地位。近年来，逐渐发展起来了以空气管道检测技术、磁感应检测技术、波频检测技术和视频检测技术等[1～2]为代表的多种交通检测技术[3]。车流量检测主要是通过各种传感设备对路面行驶车辆进行探测，获取相关交通参数，以达到对公路各路段交通状况及异常事件的自动检测、监控、报警等目的。 较其它方法而言，基于视频图像的检测技术涉及到视频采集、通信传输、图像处理、人工智能以及计算机视觉等多个学科，具有安装维修灵活、成本低、应用范围广、可拓展性强和交通管理信息全面等优点，并已经在国内外高速公路和公路的交通监控系统中得到应用。常用的基于视频图像的车辆检测算法有：灰度法、背景差法、相邻帧差法、边缘检测法[4]等。随着图像处理技术、计算机视觉、人工智能的发展和硬件处理速度的提高，基于视频图像的车流量检测技术得到了广泛的应用。本文对各种车流量检测方法进行了综述，并对基于视频图像的车流量检测研究工作进行了展望。 1 传统车流量检测方法 按照车辆信息获取方式的不同，实际应用当中已经产生了空气管道检测技术、磁感应检测技术和波频检测技术。 1.1 空气管道检测技术 空气管道检测是接触式的检测方法，在高速公路主线的检测点拉一条空心的塑料管道并作固定，一端封闭，另一端连接计数器，当车辆经过塑料管道时，车轮压到空气管道，管内空气被挤压而触动计数器进行计算车流量的方法。 显然，该方法只能获取单一的车辆信息，且方法繁琐，寿命短，已经被磁感应检测等技术所取代。 1.2 磁感应检测技术 磁感应检测器可分为线圈和磁阻传感器两种。环形线圈检测器是目前世界上应用最广泛的一种检测设备，由埋设在路表下的线圈和能够测量该线圈电感的电子设备组成。车辆通过线圈，引起线圈磁场的变化，检测器据此计算出车辆的流量、速度、时间占有率和长度等交通参数。图1利用一个LC振荡器和一个通用单片机即构成了感应线圈检测系统。当感应线圈的电感L发生变化时，LC振荡器的振荡频率也随之变化，由单片机获取其振荡频率并通过频率变化给出高/低电平信号来判断是否有车辆通过[5～6]。磁阻传感器的基本原理是在铁磁材料中会发生磁阻的非均质现像（AMR）。当沿着一条长且薄的铁磁合金带的长度方向施加一个电流，在垂直于电流的方向施
流量测量原理和分类
流量测量的原理和分类 作者：国电中自文章来源：本站原创点击数：870 更新时间： 2008-5-19 15:02:08 流量测量的原理和分类 1.流量测量原理可分为哪几类？ 答：流量测量按照测量原理可分为以下几类： ⑴差压式流量计。包括电容式变送器、力平衡式变送器、压敏电阻式变送器、双波纹管式变送器。 ⑵椭圆齿轮流量计。 ⑶漩涡流量计。 ⑷超声波流量计。 ⑸靶式流量计。 ⑹电磁流量计。 ⑺涡轮流量计。 ⑻均速管流量计。（阿纽巴流量计） 2.电容式流量变送器的工作原理是什么？（其代表为1151型、罗斯蒙特的3051型） 答：电容式变送器的敏感元件为电容，当有差压输入时，连在膜片上的电容与膜片一起产生微小位移，改变了电容的电容量。通过检测电路和转换放大电路，转换成二线制输出的4～20mA直流信号。
3.力平衡式流量变送器的工作原理是什么？ 答：被测差压通过弹性敏感元件转换成作用力，使平衡杠杆产生偏转，杠杆的偏转由检测放大器转换成4～20mA的直流电流输出，电流输入处于永久磁场内的反馈动圈中，使之产生与作用力相平衡的电磁反馈力，当作用力与反馈力达到平衡时，杠杆系统就停止偏转，此时的电流即为变送器输出电流，它与被测流量成正比。 4.压敏电阻式流量变送器的工作原理是什么？（其代表为ST-3000智能变送器） 答：当被测差压作用到传感器上，其阻值即发生变化。阻值变化通过电桥转换成电信号，再经过模/数（A/D）变换器送入微处理器。同时，环境温度和静压通过另外两个辅助传感器转换为电信号，再经模/数（A/D）变换器送入微处理器。经微处理器运算处理后送至（D /A）变换器输出4～20mA的DC模拟信号或4～20mA的DC数字信号。 5.双波纹管流量计的工作原理是什么？ 答：双波纹管流量计是根据差压与位移成正比的原理工作的，当正负压室产生差压后，处于正压室中的波纹管被压缩，填充工作液通过阻尼环与中心基座之间的环隙和阻尼旁路流向处于负压室中的波纹管，从而破坏了系统平衡。连接轴按水平方向从左向右移动，使量程弹簧产生相应的拉伸，直到量程弹簧的变形力与差压值所产生的测量力平衡为止。此时，系统在新的位置上达到平衡，由连接轴产生的位移量，通过扭力管转换成输出转角，因其转角与差压成正比，故可用转角大小表示差压高低，用特定刻度盘就可以显示其流量。
空气流量计故障分析检测 空气流量计是用来计量发动机进气量的传感器,在汽车电控燃油喷射系统中,把空气流量信号和发动机转速信号一起作为喷油时间的基准信号。空气流量计的发展大体上经历了4代:L 型、D型、热线式、热模式。发动机工作不稳定的原因很多,空气流量计是重点检查的对象,但是要确认它是否有故障,故障分析、检查方法就显得尤为重要,下面通过两个例子加以说明。 一、故障一 凌志LS400轿车高速闯车。发动机在原地加速时运转正常。当汽车行驶速度在120~14 0公里左右时,汽车会出现闯动的现象,有时闯动频繁,有时只是偶尔闯动,感觉好像是发动机 间歇断火。故障分析:发动机空载运转时正常,而故障只在120km/h车速以上时发生,或者说是有较大负荷时故障才出现,因此故障原因可能是发动机高速断火、断油、喷油量突然减少,或者是废气再循环、汽油蒸气回收系统、进气控制系统、氧传感器闭环控制系统等在高速时工作不正常造成的。检修:读取故障代码,无码检查点火系统,将示波器接到一个点火线圈的中央高压线,试车、闯车时点火高压为8KV~10KV,正常,点火波形良好;将示波器接到另一个点火线圈的中央高压线,再试车出现故障时点火波形也良好。后来将示波器逐个接到各缸的高压线,再试车,结果发现闯车时各缸的高压都正常,波形都止常,可见闯车的原因不是点火系统造成的,应查找其他方面的原因。将示波器接到第一缸喷油器控制端,试车,观察喷油时间的变化情况,闯车该气缸的喷油时间正常,为3.5ms左右。然后将示波器逐个接到其余气缸的喷油器控制端,再试车,观察喷油时间的变化情况,闯车时每个气缸的喷油时间都无异常。也不能说明故障是喷油量造成的。接上电脑检测故障诊断仪,读取数据流,从获得的数据来看,当系统由闭环控制进入开环控制时,车速在120km/h左右,是容易出现闯车的时候。断开氧传感器接线, 强迫发动机常处于开环控制,接着试车,故障依旧。其他数据都正常。最后怀疑可能是某个传感器的信号不稳定,影响了发动机的动态工作,而且这个信号在诊断仪上又看不出问题。关键的传感器有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、空气流量计、车速传感器等。将示波器逐个接到曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器,试车出现故障时这些信号都正常。将示波器接到空气流量计(涡流式)信号端,试车,出现故障时发
车流量检测技术综述 胡明亮1，李飞飞2 ，钟德浩3 （1、江西方兴科技有限公司，江西南昌330003） （2、江西省高等级公路管理局泰井管理处，江西南昌330003） （3、江西省高等级公路管理局瑞赣养护中心，江西南昌330003） 摘要：车流量检测是交通管理与控制的基础。在综述了车流量检测的传统方法、技术特点和 存在的问题后，重点分析了基于视频图像的车流量检测技术，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：信息工程；视频图像；车流量检测；数字图像处理 0 前言 城市智能交通已逐步得到社会各界的广泛关注，如何通过智能交通系统建设来缓解日益严重的交通问题已成为交通领域的研究热点。车流量检测系统是智能交通(ITS)的基础部分，在城市道路建设、国道高速公路建设、隧道桥梁建设以及交通流的基础理论研究中占有很重要的地位。近年来，逐渐发展起来了以空气管道检测技术、磁感应检测技术、波频检测技术和视频检测技术等[1～2]为代表的多种交通检测技术[3]。车流量检测主要是通过各种传感设备对路面行驶车辆进行探测，获取相关交通参数，以达到对公路各路段交通状况及异常事件的自动检测、监控、报警等目的。 较其它方法而言，基于视频图像的检测技术涉及到视频采集、通信传输、图像处理、人工智能以及计算机视觉等多个学科，具有安装维修灵活、成本低、应用范围广、可拓展性强和交通管理信息全面等优点，并已经在国内外高速公路和公路的交通监控系统中得到应用。常用的基于视频图像的车辆检测算法有：灰度法、背景差法、相邻帧差法、边缘检测法[4]等。随着图像处理技术、计算机视觉、人工智能的发展和硬件处理速度的提高，基于视频图像的车流量检测技术得到了广泛的应用。本文对各种车流量检测方法进行了综述，并对基于视频图像的车流量检测研究工作进行了展望。 1 传统车流量检测方法 按照车辆信息获取方式的不同，实际应用当中已经产生了空气管道检测技术、磁感应检测技术和波频检测技术。 1.1 空气管道检测技术
空气流量计的检测方法 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
空气流量计的检测方法空气流量计基本结构及性能特点随着对发动机汽车尾气排放要求的提高，越来越多的发动机采用精密的空气计量传感器计量进入发动机的空气量，发动机ECU根据空气计量传感器信号初步设定基本供油量，以满足发动机各种工况空燃比，进而保证发动机各种工况对混合气的要求。 空气流量计分类：按测量空气流量的方法可分为两种：①直接测量方法传感器——空气流量计。②间接测量方法传感器——进气歧管压力传感器(负压传感器)。直接测量方法传感器按其测量信号转化形式又可分为3种。 (1)机械式空气流量计，即可动叶片式空气流量计。其特点是将燃油泵控制开关、空气温度传感器、CO调节器及空气流量计等功能融为一体，结构较复杂，但精度较高。不过由于叶片具有弹簧阻力增加了进气阻力，使它对发动机在急加速时的响应不够理想，故现在很少使用。 (2)卡尔曼涡流式空气流量计。它是通过采集涡流频率完成空气流速测量，主要是通过光电(如丰田车型)和超声波采集(如韩国现代、日本三菱等)进气涡流，具有进气阻力小、计量准确的特点，但因其结构复杂、不耐振动且造价高，现已逐步被热线式空气流量计取代。 (3)热线式空气流量计。热线式空气流量计按其热线形又分为3种。 ①热丝式——将加热丝均匀分布在计量通道内。热丝式空气流量计(图1)精度高、分布均匀，可精确计量空气量，但由于热丝很细~且暴露在空气中，在空气高速流动时，空气中的沙粒很容易击断热丝。
②热膜式——将加热丝印刷在一块线路板上，并将线路板固定在空气通道中间。由于热丝被固定且受到保护膜的保护，寿命提高，但由于保护膜热传导较差，影响计量精度。 ③热阻式——将加热丝绕成线圈形式固定在石英玻璃管内或暴露在空气通道内。由于热阻式空气流量计热丝被固定，故热线寿命延长，但由于热阻面积很小，只能部分采空气流量，要求空气通道内空气流速均匀，所以常在进气侧安装梳流格栅。 由于热膜式和热阻式空气流量计均是部分采集空气计量空气量，故精度较热丝式较差。另外，热丝式、热膜式和热阻式空气流量计还都易受空气中水分及灰尘的污染，所以在控制电路上都做了专门的设计，每次打开点火开关或关闭点火开关后，流量计中的热丝会由电路提供瞬时大电流加热，使热丝瞬间产生高温(700-1 000℃)，烧掉污染在热丝、热膜或热阻表面的杂质，保持空气流量计量精度。 轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计，安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。其核心部件是流量传感元件和热电阻(均为铂膜式电阻)组合在一起构成热膜电阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温补电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，
电磁流量计的应用 作者：任溢 摘要：本文简要介绍了电磁流量计的测量原理、结构与分类、特点，较具体地分析了其选型及安装注意事项。 关键字：电磁流量计测量范围测量介质励磁系统衬里材料接地 电磁流量计是利用电磁感应原理造成的流量测量仪表，可用来测量导电液体体积流量（流速）。变送器几乎没有压力损失，内部无活动部件，用涂层或衬里易解决腐蚀性介质流量的测量。检测过程中不受被测量介质的温度、压力、密度、粘度及流动状态等变化的影响。没有测量滞后的现象。 1 电磁流量计的工作原理 电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律来测量管内流体流量的测量装置。当流体在管道中流动时，相当于一根具有一定电导率的导体的切割磁力线，于是液体柱两端会产生感应电动势。它的大小与流量成正比，并通过电极将此信号引至电路转换器。 E=4BQ/πD式中：E――感应电动势；Q――流量；B――磁感应强度；D――流量计公称通径。由上式可知，管道直径D和磁感应强度B不变时，感应电势E和体积流量Q之间成正比。 sinωt，得 但是上式是在均匀直流磁场条件下导出的，由于直流磁场易使管道中的导电介质发生极化，会影响测量精度，因此工业上常采用交流磁场，B＝B m sinωt Q=πDE/4B m 式中：ω――交变磁场的角频率； B ――交变磁场磁感应强度最大值。 m 由上式可知，感应电势E与被测量介质的体积流量Q成正比。但变送器输出的E是一个微弱的交流信号，其中包含有各种干扰成分，而且信号内阻变化高达几万欧姆，因此，要求转换器是一个高输入阻抗，且能抑制各种干扰成分的交流毫伏转换器，将感应电动势转换成4～20mADC的统一信号，以供显示、调节和控制，也可送到计算机进行处理。 2 电磁流量计的结构 电磁流量计一般由四部分组成：测量管、励磁系统、检测部分、变送部分。 考虑到防腐蚀的要求，测量管内部一般都加衬里材料。电磁流量计的励磁方式主要有高频励磁、低频励磁、脉冲DC励磁。由于工业的不断发展，有的厂家已经一种新的励磁方式—双频励磁，它克服了高频、低频励磁的缺点，具有“不受流量噪声影响”，“响应速度快”，“零点稳定性高”，“精度高”等优点。 检测部分主要包括电极和干扰调整部分，由于电极要和被测介质直接接触，要具有较强的抗腐蚀性。 变送器的主要作用是将传感器信号转换成与介质体积流量成正比的标准信号输出（0～20mA、4～20mA、0～10KHz）。并且要有较高的稳定性、精度和较强的抗干扰能力。 3 电磁流量计的主要性能参数和特点
文章编号:100128220(2004)0420404205 基于视频的车流量检测 ①彭仁明1,贺春林2 (11四川绵阳职业技术学院,四川绵阳621000;21西华师范大学计算机学院,四川南充637002) 摘 要:介绍了目前基于视频的车辆检测算法的优点和缺点,在此基础上提出了一种新的算法,该算法自适应能力强,计算量小,可正确判断有无车辆、完成车辆的计数,实现车流量计算、车速估计.采用了预估校正和相关性修正等措施,提高了检测精度,为交通监控系统提供实时有效的交通参数. 关键词:视频;数据流;相关性;修正 中图分类号:TP399 文献标识码:A 1 引 言 随着经济的发展,人民生活水平的提高,汽车保有量大幅增加,怎样安全高效地对交通进行管理,就显得非常重要.解决这一问题的关键是建立智能交通系统(ITS ),其中车辆检测系统是智能交通系统的基础.它为智能控制提供重要的数据来源[1-3]. 作为ITS 的基础部分,车辆检测系统在ITS 中占有很重要的地位,目前基于视频的检测法是最有前途的图1 检测算法流程Fig.1 The flow of defection alg orithm 一种方法,它是通过图像数字的方法获得交通流量信息, 主要有以下优点:(1)能够提供高质量的图像信息,能高 效、准确、安全可靠地完成道路交通的监视和控制工作. (2)安装视频摄像机破坏性低、方便、经济.现在我国许多 城市已经安装了视频摄像机,用于交通监视和控制.(3) 由计算机视觉得到的交通信息便于联网工作,有利于实 现道路交通网的监视和控制.(4)随着计算机技术和图像 处理技术的发展,满足了系统实时性、安全性和可靠性的 要求. 目前常用的基于视频的车辆检测方法主要有:灰度 比较法、背景差法、帧差法、边缘检测法.灰度比较法采用 对路面和车辆的灰度统计值来检测车辆.但它对环境光 线的变化十分敏感.背景差法计算当前输入帧与背景图 像的差值,以提取车辆,但背景图像需实时刷新[3],其检 测精度很大程度上依赖于背景图像的可靠性.帧差法是 将相邻两帧相减,对保留的运动车辆信息进行检测,环境 光线变化对其影响不大[4].然而当摄像头的抖动引起相 邻两帧背景点的相应“抖动”时,该方法不能完全将背景 滤除,从而引起误判,而且对于静止或车速过慢的车辆, 该方法不能有效检测.边缘检测法能够在不同的光线条 件下检测到车辆的边缘,利用车体的不同部件、颜色等提 供的边缘信息可进行静止和运动车辆的检测[5],但是对①收稿日期:2004-09-02 作者简介:彭仁明(1969-),男,四川广安人,绵阳职业技术学院讲师,主要从事电子类教学和科研工作. 第25卷Vol 125 第4期No 14西华师范大学学报(自然科学版)Journal of China West Normal University (Natural Sciences )2004年12月Dec 12004
流量检测和仪表 一流量测量的应用领域 （一）为什么在国民经济中如此广泛采用流量测量和仪表？流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，量是事物所固有的一种规定性，它是事物的规模、程度、速度以及它的构成成份在空间上的排列组合等等可以用数量表示的规定性，因此其测量对象不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题，例如城市交通的调度，需掌握汽车的车流量的变化，它是现代化城市交通管理需检测的一个参数。流量和压力、温度并列为三大检测参数，对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数，而能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力温度仪表得到最广泛的应用。 （二）流量测量技术和仪表的应用领域 1. 工业生产过程流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，它是发展工农业生产、节约能源、改进产品质量、提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的五分之一。 2. 能源计量 能源分为一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）、二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。1998年 1 月 1 日公布中华人民共和国节约能源法，说明我国的能源政策开发与节约并重，把节约放在优先的地位。由于我国产业结构，产品结构不合理，生产设备和工艺落后，管理不善，能源的利用率只有32%，比国际先进水平平均低10%，每消耗一吨标准煤创造的国内生产总值，只有发达国家的二分之一到四分之一，我国每生产一吨钢综合煤耗为976 公斤，而国际先进水平为650 公斤。风机、水泵、锅炉等应采用高效节能的先进设备。能耗是考核企业管理水
电磁流量计首先要满足的要求：①满管②流态稳定原理：法拉第电磁感应定律 传感器的检查方法 1、励磁线圈（7-8）阻值30-170欧姆。少于此范围，接线错误，高于此范围接线断路。 2、励磁线圈（7、8）对地1的绝缘电阻>20M 欧姆,用兆欧表。 3、1-2和1-3间电阻的阻值1K-1M欧姆。两阻值应当大致相等，偏差10%。少于此范围，排出管内流体再次测量，如果仍然很低，电极线路短路。高于此范围，电极接线断路或电极污损。如果极大差异，电极接线断路或电极污损。 工具：万用表、兆欧表 注意点： 1、记录下接线的位置 7 紫色 8 绿色 9 黄色 1 黑色 2 白色 3 红色 2、测量阻值前万用表、兆欧表调零 3、有时需线1、2、3搭一起放电 4、拆卸信号输出线时，防止接线头搭在一起，可能烧坏PLC 5、打开箱、壳体时要断电 转换器的检查方法 X=Q100%*7074/GK*DN2,通过比例算出理论值，根据档位测出实际值，算出偏差， 误差在1%以内为正常。（GS8A) 工具：GS8A\GS6A模拟信号发生器 注意点： 1、记录下转换器上仪表的信息： 仪表的编号 瞬时流量 累计流量 2、在C菜单的1.1.X中查看： 励磁频率 GK GKL 3、C菜单的5.3.3中查看： 量程
4、在打档位前GS8A/GS6A调零。 实例： 1：温岭市供水有限公司。将励磁频率由1/6改为1/18后，瞬时流量由开始300m3/h 左右，降到275m3/h左右，原流量计瞬时流量在275m3/h左右时，存在25m3/h 左右的偏差，现已正常。 2：温州绿地污水处理有限公司。正负波动4000~5000m3/h。对仪表传感器进行检查，发现流量波动是由信号干扰引起，没充分接地，将转换器外壳接地后，波动消失。
网络流量监测的常用的四种方法 网络流量检测对于企业网络管理员来说算是必要的技术之一，通过网络流量检测可以使得网络安全管理员监控企业网络存在的异常与威胁。下面是几种常用的流量监测分析手段。 基于小草上网行为管理软路由的流量监测 小草上网行为管理软路由是专业的企业局域网流量控制管理软件，基于应用、员工、部门、流控策略等多角度全方位分析网络流量；每5秒刷新一次，实时透视网络流量；快速发现网络问题和迅速定位网络故障；并且能够实现企业带宽流量的智能管理，科学合理的分配企业流量！ 基于硬件探针的监测技术 硬件探针是一种用来获取网络流量的硬件设备，使用时将它串接在需要捕捉流量的链路中，通过分流链路上的数字信号而获取流量信息。一个硬件探针监视一个子网(通常是一条链路)的流量信息。对于全网流量的监测需要采用分布式方案，在每条链路部署一个探针，再通过后台服务器和数据库，收集所有探针的数据，做全网的流量分析和长期报告。与其他的3种方式相比，基于硬件探针的最大特点是能够提供丰富的从物理层到应用层的详细信息。但是硬件探针的监测方式受限于探针的接口速率，一般只针对1000M以下的速率。而且探针方式重点是单条链路的流量分析，Netflow更偏重全网流量的分析。 基于流量镜像协议分析 流量镜像（在线TAP）协议分析方式是把网络设备的某个端口（链路）流量镜像给协议分析仪，通过7层协议解码对网络流量进行监测。与其他3种方式相比，协议分析是网络测试的最基本手段，特别适合网络故障分析。缺点是流量镜像（在线TAP）协议分析方式只针对单条链路，不适合全网监测。 之基于SNMP的流量监测技术 基于SNMP的流量信息采集，实质上是测试仪表通过提取网络设备Agent提供的MIB（管理对象信息库）中收集一些具体设备及流量信息有关的变量。基于SNMP收集的网络流量信息包括：输入字节数、输入非广播包数、输入广播包数、输入包丢弃数、输入包错误数、输入未知协议包数、输出字节数、输出非广播包数、输出广播包数、输出包丢弃数、输出包错误数、输出队长等。相似的方式还包括RMON。与其他的方式相比，基于SNMP的流量监测技术受到设备厂家的广泛支持，使用方便，缺点是信息不够丰富和准确，分析集中在网络的2、3层的信息和设备的消息。SNMP方式经常集成在其他的3种方案中，如果单纯采用SNMP 做长期的、大型的网络流量监控，在测试仪表的基础上，需要使用后台数据库。
大管道气体流量检测仪表 毛新业 一、前言 众所周知，规模产生效益，近二、三十年来，工程的大型化已成为现代工业发展的必然趋势。工程中口径大于300毫M的管道已十分普遍，其流量检测（特别对气体）已日益迫切有待解决。可测气体流量的仪表不少，从原理及制造角度来说，将尺寸放大应无问题，但仪表的体积及重量将随口径按几何级数增长，而且还会带来其它问题。例如孔板，这种人们熟知的节流装置，当口径较大时不仅笨重，还有太大的压损，运行费用过高，再加上ISO5167新标准要求前直管段达30D~40D，现场无法满足。很难考虑再采用这类仪表。 量变到质变，面临这些困境，近年来，普遍是采用取样原理、插入安装方式，仅测取管道中一点或多点的流速来推算流量的插入式流量计，这类仪表的共同特点是：结构简单、安装维修方便、价格低廉、重复性好、是工控系统中检测大管道气体流量性价比较高的仪表，一般准确度不高，不宜用于需要准确计量的贸易结算。因其原理均为取样性质，所以首先要了解管道内的流速分布，这样才能正确选定检测点的位置及数量。 二、工业管流 1、千变万化的管内流速分布 各行各业的工程，从其本身的工艺要求出发，在管道中都必须安装形形色色的管配件（如阀门、弯头、歧管、变径管、过滤器等）。由于它们的形式及组合方式极多，所引起的管内流速分布也千变万化，难以估计（图1b）。R。W。Miller(美。流量测量工程手册作者)认为：“流速分布是影响流量准确的主要因素，而工业现场的配件种类繁多，其流动情况十分复杂，不仅难以描述，也不易在实验室模拟它们”。由于绝大多数流量仪表都与流速分布有关，它的校验所处的流场应与实用条件的流场一致，校验的系数才有意义。这个流场被公认为充分发展紊流，只要管道具有较长的直管段就可以得到。（图1a、c）
流量测量方法和仪表的选择考虑因素 据有关资料报道：发现约有６０％流量仪表所选择测量方法是不合适或者使用不正确，其中一部分虽然采用适宜的测量方法，却错误地布置和安装。由此可见正确选择和使用流量仪表并非易事。 要正确和有效地选择流量测量方法和仪表，必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，还要考虑经济因素，归纳起来有五个方面因素，即性能要求，流体特性、安装要求、环境条件和费用。 对某一应用场所可以采用的仪表可能有几种方案，如选择时只凭以往经验和单纯考虑初装费用贸然作出决定，从而失去了选择最适和仪表的机会。例如仪表的流量范围和实际流量不匹配、对测量要求不高的场所选用过于复杂和昂贵的仪表、仪表安装后就不能正常工作，这些情况是屡见不鲜的。如涡街波动剧烈，孔板超出量程范围。有时候还会产生事故，如易闪蒸液体烧毁涡轮流量计的涡轮，在负压下拉坏电磁流量计衬里等。 １．测量方法和仪表的选择步序 确定是否真正要安装流量仪表 如果仅希望知道管道中流体是否在输送流动，其大体流量，那么选用流动窥视窗或流动指示器就能以较低费用达到这一目标。他们是一些结构简单的器具，往往有一活动体（板、球、翼轮等）显示流体是否流动，有些能知识流动快慢的大体程度，精确度很低，误差一般在２０－３０％之间，或更大。 国内流量仪表制造业对窥视窗和流动指示器重视宣传不够，仅有几个企业提供产品，从而设计单位和直接用户忽视了这类简易器具，或想使用因品种单一，不能在多种形式中选择合用产品。反观从国外引进石化成套设置中，在较多的工位上装有流动窥视窗或指示器。 如果测量要求比上述高些，指示流量误差在2－10％之间，则安装一台流量仪表。若按后文选择步序认为选择差压式仪表,也不一定要专门安装孔板节流体等流量传感器，可利用弯管流量计或或。用外夹装便携式超声流量计 初选测量发放 确定必须安装流量仪表后，进一步详细了解使用要求和各种条件。首先按照流体类型和特性，采取排除法在“初选表”不能和不宜采用的测量方案，作第二步深入考虑和分析。 分析因素 按初选确定的各方案，向初选仪表的各制造厂收集样本、技术数据和选用手册等，充分了解仪表规范性能；再分别按性能要求和仪表规范、流体特性、安装场所、环境条件和经济考虑五个方面因素，按后文各节所提出的问题，逐一分析，列表比较。考虑顺序按测量目的和侧重点而与初选时不同，一般先从性能要求和仪表规范开始，再如图1所示考虑其它因素。如适用对象认为经济因素是主要因素（如大管径输送要求泵送费用低、商贸核算要求测量误差造成损失小），则在考虑性能要求和仪表规范的另一方面因素时，有时候还要回复到考虑迁移方面因素，五方面因素交替考虑，其相互关系如图2所示。 图1 分析五方面因素程序图2五方面因素相互关系
电磁流量计传感器的检查方法流量系统0003.10 电磁流量计传感器的检查方法 1 适用范围 该方法适用于上海威尔泰工业自动化股份有限公司生产的分体型或一体型电磁流量计 传感器的检查.该检查仅针对传感器正常工作的物理参数,不涉及安装条件,流体条件等使 用条件. 2 术语和定义 2.1 励磁线圈 传感器中用于产生励磁工作磁场的部件. 2.2 信号电极 传感器中用于感应流量信号的部件. 3 测试设备 万用表(数字式) 兆欧表(500V) 4 测试条件 温度:室温 相对湿度:45%~85% 5 技术要求 5.1 目测传感器外观良好,无断裂,碰撞等明显机械损伤. 5.2 励磁线圈(M1,M2)阻值大于5.5欧姆,小于110欧姆. 5.3 励磁线圈(M1,M2)对地(3)的绝缘电阻>20M欧姆. 5.3 流体充满管路时,两信号电极(1,2)对地(3)电阻阻值分别大于500欧姆,小于2M 欧姆,且两值之比不超过10;传感器拆离管道清洁干燥后该值大于20M欧姆. 6 测量及记录 6.1 依据用户现场情况,选择合适的测试点进行测量. 6.2 符合要求可不必记录,对不符合要求的项目记录测量项目及测量值. 7 测量注意事项 7.1 技术要求的阻值为通常条件下值,边界条件时应考虑温度补偿. 7.2 测量时接线盒处保持干燥,同时考虑空气湿度对测量的影响. 7.3 对运行无明显异常的在用仪表或已作灌封处理的,建议从转换器断开处仅测量信号电极 的对地电阻. 8处置 8.1 符合技术要求的传感器可以正常使用. 8.2 超出技术要求时,应充分考虑第7条的测量注意事项,综合现场因素采取现场修复,现 场补充等措施,如电极清洗,可靠接地等,尽量避免更换传感器给用户造成的再次施工的不
空气流量计在电喷轿车上的重要作用，它是喷油控制的基本信号，也是决定信号。此信号的好坏将影响混合气的配比，也直接影响发动机的动力性、稳定性及污染性。当空气流量计信号发生故障时，电控单元将故障码存贮的同时，也将进气量的测量权交于节气门位置信号替代，这是电控单元的一大功能，即失效保护功能。可想而知，好的空气流量计信号与节气门位置信号有着一定的差距。前者精度高，发动机各工况均好，后者精度差，相比之下，发动机各工况的控制稍有差别。当空气流量计信号出现偏差（不准确）时，电控单元将按错误信号进行控制喷油，使混合气浓了或是稀了，造成发动机转速不稳及动力不足。此种故障在我国国产车型上经常发生，特别是大众车系，更换空气流量计的工作是普遍现象。由于热膜式空气流量计不设自洁功能，常常被脏物影响，同样造成信号不准确。信号不准确的传感器比损坏的传感器危害更大。为了准确有效的检测空气流量计是好是坏还是信号偏差，我们通过理论的探讨及实际经验的积累而总结出一套行而有效的检查方法，供大家参考。 如：一辆大众车系的轿车怠速不稳，加速不良，怀疑热膜式空气流量计信号有问题。可以在发动机运转的状况下拔下空气流量计的插头，观察发动机的变化情况，将会出现以下三种情况。 （1）故障消失。说明此空气流量计信号有偏差，并没有损坏，电控单元一直按有偏差的错误信号进行控制喷油。由于混合比失调。发动机燃烧不正常，将会出现发动机转速不稳或动力不良现象。当拔下空气流量计插头时，电控单元检测不到进气信号，便会立即进入失效保护功能，以节气门位置传感器信号替代空气流量计信号，使发动机继续以替代值进行工作。拔下流量计插头，故障消失，正是说明了拔插头前信号不正确，拔插头后信号正确，故障消失。 一般情况下，故障现象可以表明混合气的浓度。为了确认，我们用检测的方法，以数据说话。在插头的信号端测量动态信号电压，怠速工况下，标准电压为0.8~1.4V；加速到全负荷时，电压信号可接近4V。此车实测值.怠速时为0.3V，加速到满负荷时只有3V。由此可以确认，空气流量计有问题，信号电压整体偏低，故障原因有两种能：①零件质量问题，应更换。②脏污问题，只要用清洗剂清洗即可恢复。 （2）故障依旧。说明此空气流量计早已损坏或线路不良，造成电控单元根本没收到信号或收到的是超值信号，电控单元确认空气流量计信号不良，进入到失效保护功能，同时将故障码存入存贮器，故障指示灯闪烁（指装有指示灯的发动机）。此时拔下空气流量计插头与不拔插头结果是一样的，故障现象不会发生变化。那么当前的故障不应是流量计信号不良所影响的，而是由其他原因所致。当真正的原因找到后，务必更换空气流量计。 （3）故障现象稍有变化。说明此空气流量计是好的。拔下空气流量计插头前，电控单元根据空气流量计信号进行控制，喷油量准确，发动机各工况均好；当拔下空气流量计插头时，电控单元根据节气门位置传感器信号进行控制，喷油量有差异（可从数据流中读出这微小的变化值），发动机工况相对稍差。
如何验证电磁流量计 由于电磁流量计必须是在线连续使用，几乎不可能拆除再运输到国家计量检测中心进行检定。因此，对于现场使用的大口径电磁流量计的精度验证是很有必要的。电磁流量计的精度验证对于电磁流量计的管理，保证其精确度和可靠性，积累原始的比对数据，做日后的验证和核对也是非常有用的。电磁流量计的精度验证可利用清水池容积和电磁流量计校验设备。对电磁流量计精度进行全面验证，以确定电磁流量计在水厂应用过程中的精度，确保计量数据真实可信或是否更换电磁流量计。 1.采用目测法和仪表法，用GS8 检查传感器的励磁线圈阻值、信号线之间的绝缘电阻、接地电阻等项目是否符合出厂前的标准，电磁流量计转换器零点、输出电流等是否满足精度要求。具体检测方法为：(1)测量励磁线圈阻值判断励磁线圈是否有匝间短路现象(测线号“7”与“8”之间的电阻值)，电阻值应在30 欧~170 欧之间。若电阻与出厂记录相同，则认为线圈良好，进而间接评估电磁流量计传感器的磁场强度未发生变化。(2)测量励磁线圈对地(测线号“1”和“7”或“8”)绝缘电阻来判断传感器是否受潮，电阻 值应大于20 兆欧。(3)测量电极与液体接触电阻值(测线号“1”和“2”及“1”和“3”)，间接评估电极、衬里层表面大体状况。如电极表面和衬里层是否附着沉积层，沉积层是具有导电性还是绝缘性。它们之间的电阻值应在1 千欧~1 兆欧之间，并且线号“1”和“2”及“1”和“3”的电阻值应大致对称。(4)关闭管路上的阀门，检查电磁流量计在充满液体且液体无流动的情况下的整机零点。视情况作适当的调整。(5)检查信号电缆、励磁电缆各芯线的绝缘电阻，检查屏蔽层是否完好。 (6)使用GS8 校验仪器，测试转换器的输出电流。当给定零流量时，输出电流应为：4.00mA；当给定100%流量时，输出电流应为：20.00mA。输出电流值的误差应优于1.5%。(7)测试励磁电流值(转换器端子“7”和“8”之间)，励磁电
第一章 练习与思考 1．什么叫过程检测，它的主要内容有哪些？ 2．检测仪表的技术指标有哪些？如何确定检测仪表的基本技术指标？ 3．过程检测系统和过程控制系统的区别何在？它们之间相互关系如何？ 4．开环结构仪表和闭环结构仪表各有什么优缺点？为什么？ 5．开环结构设表的灵敏度1 n i i S S ==∏，相对误差1 n i i δ δ==∑。请考虑图1—4所示闭环 结构仪表的灵敏度1 f S S （f S 为反馈通道的灵敏度），而相对误差f δδ-（f δ为 反馈通道的相对误差），对吗？请证明之。 提示：闭环结构仪表的灵敏度S y x =；闭环结构仪表的相对误差dS S δ=。 6．由孔板节流件、差压变送器、开方器和显示仪表组成的流量检测系统，可能会出现下列情况： （1）各环节精度相差不多； （2）其中某一环节精度较低，而其他环节精度都较高。 问该检测系统总误差如何计算？ 7．理论上如何确定仪表精度等级？但是实际应用中如何检验仪表精度等级？ 8．用300kPa 标准压力表来校验200kPa 1.5级压力表，问标准压力表应选何级精 度？ 9．对某参数进行了精度测量，其数据列表如下： 试求检测过程中可能出现的最大误差？ 10．求用下列手动平衡电桥测量热电阻x R 的绝对误差和相对误差。设电源E 和检流计D 引起的误差可忽略不计。已知：10x R =Ω，2100R =Ω，100N R =Ω， 31000R =Ω，各桥臂电阻可能误差为20.1R ?=Ω，0.01N R ?=Ω，31R ?=Ω（如图 1—
23所示）。 11．某测量仪表中的分压器有五挡。总电阻R要求能精确地保持11111Ω，且其相对误差小于0.01％，问各电阻的误差如何分配？图中各电阻值如下： 110000 R=Ω，21000 R=Ω，3100 R=Ω，410 R=Ω，51 R=Ω（如图1—24所示）。 12．贮罐内液体质量的检测，常采用测量贮罐内液面高度h，然后乘以贮罐截面积A，再乘以液体密度ρ，就可求得贮罐内液体质量储量，即M hAρ =。但采用该法测量M时，随着环境温度的变化，液体密度ρ也将随着变化，这就需要不断校正，否则将产生系统误差。试设计一种检测方法，可自动消除（补偿）该系统误差。 第二章练习与思考 1．什么叫温标？什么叫国际实用温标？请简要说明ITS-90的主要内容。2．试比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同（可以从原理、系统组成和应用场合三方面来考虑）？ 3．用测温件热电偶或热电阻构成测温仪表（系统）测量温度时，应各自注意哪些问题？ 4．如图2—11，已知热电偶的分度号为K型，在工作时，自由端温度 030o t C =，