流量计量的基础知识

计量员-2

流量计量的基础知识
流量计量的目的是保障流量量值的准确一致。其内容主要包括流量测量方法和测量仪表，流量校准设备和校准技术以及流量量值传递。
流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究、对外贸易，以及人民生活等国民经济的各个领域。流量、温度和压力三者一起，称为工业自动化的三个主要参数。流量计量也是能源计量的重要组成部分。因此，流量计量在国民经济和国防建设中起着十分重要的作用。
第一节  流量计量的基本概念
一、流体和流动
流量计量中涉及的流体，是指气体、液体和混合多相流体，一般不涉及等离子流。
流体相对于所接触参照物的运动，称流动。
稳定流，也称定常流。速度、压力、密度和温度、流量等诸参数不随时间显著变化，以致影响所需测量准确度的流动。也即流量是随时间变化不大的流动状态。在管道中观察到的稳定流，实际上是这些参数在与时间无关的平均值附近随时间变化的流动。它事实上是“平均稳定流”。
不稳定流。可能是层流或紊流的流动。在这种流动中，速度、压力、密度和温度、流量等诸参数是随时间波动的。也即流量随时间变化较大的流动状态。所考虑的时间间隔应足够长，以便排除紊流本身的随机分量。
层流。与惯性所产生的力相比，粘性所产生的力占优势的流动。层流可能是不稳定的，但完全不混有紊流，泊肃叶流动是圆形管道中稳态层流之一例。
紊流。与粘性所产生的力相比，惯性所产生的力占优势的流动。紊流是时间和空间不规则(随机)的速度波动叠加于平均流上的流动。
二、流量
流体流过一定截面的量称为流量。流量包含瞬时流量和累积流量。在一段时间Δt内流体流过一定截面的量称为累积流量；当Δt很短时，流量与时间之比称为瞬时流量。当流量用体积表示时称为体积流量；用质量表示时称为质量流量。
粉状、颗粒状或块状的固体如形成流动，也存在流量测量问题。
常用的流量单位有：瞬时流量单位和累积流量单位
1．瞬时流量单位
米3／秒(m3／s)，千克／秒(kg／s)，米3/小时(m3／h)，升／分(L／min)，吨/小时(t／h)，升／秒(L／s)。
  2．累积流量单位
  米3(m3)，千克(kg)，升(L)，吨(t)。
  以上这些单位都是法定计量单位。此外常遇到的其他流量单位还有：
  英国加仑(gallon)=4.546升(L)，美国加仑(gallon)=3.785升(L)，磅(pound)
=0.4536公斤(kg)，gpm=加仑／分，sccm=标准状况下：cm3／min，sim=标准状况下：L／min。
三、流体的压力
  以大气压力为零起算的压力称为表压力，它也是一般的测压仪表(非绝压测量仪表)所指示的压力值。
  不带任何条件起算的全压力称为绝对压力。
在流体中不受流速影响而测得的表压力称为静压。
流体单位体积所具有的动能大小称为动压，又称动压头。
四、液体的压缩性和膨胀性
液体的压缩性有多种不同的表述方法，通常用液体压缩系数βp表示：
                           （11-1-1）
式中：βp——液体的体积压缩系数，单位为1／Pa；
    V——液体的原有体积，单位为m3；
    ΔP——液体压力的增量，单位为Pa；
    ΔV——液体体积的缩小量，单位为m3。
    βp的倒数称为体积弹性系数(模量)，用KP表示，即
                                  （11-1-2）
很显然，KP同样可以表示液体压缩性的大小，KP值大的液体不易被压缩，KP值小的液体易被压缩。
  液体的膨胀性表示当压力不变时，液体体积随温度的变化率，用温度膨胀系数βt来表示，βt由下式定义：
                            （11-1-3）
式中：βt——液体的体积膨胀系数，单位为1／℃；
    Δt——液体温度的增量，单位为℃；
    ΔV——液体体积的增量，单位为m3。
液体的膨胀性对流量测量结果的影响通常比较明显，不宜随便忽略。
  必须注意βp, KP和βt的值，就是对同一流体来说，也不是一个常数，而是温度和压力的函数。这些值可以从有关的手册和书中去查找。
五、气体的压缩性和膨胀性
一般来说，气体是可压缩流体。但在具体讨论气体的压缩性和膨胀性时，情况比较复杂。通常是先确定气体是否可以被看作(或近似被看作)理想气体。作为理想气体必须符合下述两个条件：一是分子只有质量而无体积；二是分子间只存在相互碰撞的作用力。
当气体可以被看作理想气体时，其压缩性和膨胀性按理想气体状态方程来考虑，即按理想气体三定律来考虑。例如，盖•吕萨克定律就是讨论理想气体等压下的热膨胀问题，而且这个体膨胀系数不随其化学成分即气体种类而变，均为1／273。又如，玻意耳—马略特定律则是研究理想气体在等温下的压缩性。
事实上，绝对的理想气体是不存在的。实际气体对理想气体状态方程有不同程度的偏离，因此引入了一个气体的压缩系数K来衡量这种偏离程度的大小。这里的压缩系数K，不是通常情况下如式(11-1-1)所表示的“压缩”概念，它实际上是从理想气体过渡到实际气体引入的一个修正系数。引入了K之后，理想气体与实际气体就统一起来了，即理想气体K=1，实际气体K≠1。不同的气体，K也不同。同一气体，K也随温度、压力的不同而不同。K是一个无量纲的纯数。在标准状况下，一些常见气体的K多数略小于1，少数略大于1；随着压力和温度的增加，许多气体的K明显大于1。各种气体的压缩系数可从有关工程手册中查取。一些常用的供查阅的文献列于本篇的最后。表11-1-1列出了标准状况下几种常见气体Kn的值。


表11-1-1标准状况下几种常见气体Kn的值
气体        空气        O2        H2        CO2        N2        SO2        CO        NO
Kn        1.000        0.999        1.000        0.993        1.000        0.977        1.000        0.999
气体        Cl2        HCl        H2S        NH3        CH4        He        C2H4       
Kn        0.984        0.993        0.990        0.986        0.998        1.000        0.990       

引入K后，气体状态变化的基本方程为：
                         （11-1-4）
式中，P0，V0，T0—分别为气体在已知状态时的参数，一般为标准状况；
P，V，T—分别为气体在工作状态时的参数。
六、流体的粘度
流体在流动中，粘性力F由下式表达：
                        （11-1-5）
式中，μ—动力粘度（系数），单位为Pa•s；
A—接触面积，单位为m2；
—速度梯度，单位为s-1。
牛顿流体是流体在流动过程中，单位面积上的内摩擦力的大小与接触法线方向的速度剃度成正比。它与流体粘性有关而与接触面上的压力无关。
运动粘度υ由下式表示：
                        （11-1-6）
式中，ρ—流体密度，单位为g／cm3；
      υ—运动粘度，单位为m2／s。
在国际单位制中，运动粘度的单位为m2／s；常用单位为斯托(st；cm2／s)，其百分之一为厘斯托(cst；mm2／s)。常压(101 325 Pa)下纯水的运动粘度见表11-1-2。
表11-l-2  常压下纯水的密度和运动粘度
温度/℃        密度/g•cm-3        运动粘度/mm2•s-1
0        0.99984        1.792
10        0.99970        1.307
20        0.99820        1.004
30        0.99565        0.801
40        0.99221        0.658
50        0.98805        0.554
60        0.98321        0.475
70        0.97778        0.413
80        0.97180        0.3650.295
90        0.96532        0.326
100        0.95835

计量员-2

七、流体的密度
单位体积内所含流体的质量称为流体的密度。
流体的密度是温度和压力的函数。液休准确的密度是在一定温度和压力下，用相应的测量手段获得的；液体的近似密度可在相应的手册中查到，手册中一般只给几个温度下的密度值，在手册上两个温度之间的某一愠度下的密度值，可用线性内插法近似算出。常压下纯水密度值见表11-1-2。
(1)理想气体的密度ρ可由其状态力程导出：
                            （11-1-7）
式中：ρ—理想气体的密度，单位为kg／m3；
P—气体的绝对压力，单位为Pa；
T—气体的绝对温度，单位为K；
R—气体常数，单位为J／(kg•K)。
对于空气，R=287 J／(kg•K)。不同的气体，R不同。
(2)混合气体的密度  几种混合气体的密度ρn由下式计算：
                            （11-1-8）
式中：ρn—由n种气体组成的混合气体的密度，单位为kg／m3；
ρi —第i种气体成分在标准状况下的密度，单位为kg／m3：
Xi—第i种气体成分的容积比，(％)。
(3)气体状况变化时密度的换算  已知标准状况(Tn，Pn，Kn)下的气体密度ρn n，求其他状况下(P，T，K)的气体密度ρ：
                             (11-1-9)
式中：Tn，Pn，Kn—标准状况下气体的绝对温度、绝对压力和压缩系数(标准状况下一些常见气体的压缩系数Kn的值见表11-1-1)。
    T，P，K——其他状况下气体的绝对温度、绝对压力和压缩系数。
    八、雷诺数
  雷诺数(Reynolds number，Re)是表征流体流动时惯性力与粘性力之比的无量纲数。它是表征流体流动特性的一个重要参数，由下式定义：
                                           (11-1-10)
式中：u—流动截面的平均流速，单位为m／s；
    L—流体的特征长度，对于圆管流动，也即为管道内径D，单位为m；
   υ—流体的运动粘度，单位为m2／s。
雷诺数是流量计量中的一个重要参数。当外部几何条件相似，雷诺数相同时，流体流动状态也几何相似，这就是流体动力学相似原理。它对流量测量有很重要的意义。
  流体在管道中流动时，由于流速不同可以形成性质完全不同的流动形态。若流体质点个有条不紊的向前运动，互不干扰，这种流动形态叫层流；若流体质点杂乱无章地向前运动，互才掺混，这种流动形态叫紊流；把两种流动形态转化时的流速叫临界流速。从层流转化到紊流时的流速叫上临界流速；从紊流转化到层流时的流速叫下临界流速。与它们对应的临界雷诺数也有上、下两值。对于圆管，下临界雷诺数Re下临=2 300，上临界雷诺数Re上临=12 000～40000。由于Re上临不易测准，所以通常用下临界雷诺数来判断流体流动的形态。这里要特别指出的是，为了方便，多数文献中讲的临界雷诺数就是下临界雷诺数。
  对圆管的层流流动，平均流速为中心最大流速的1／2；对圆管的紊流流动，平均流速与最大流速的关系比较复杂。
  九、气体绝热指数
  若气体流动介质在状态变化的过程中不与外界发生热交换，则该过程称为绝热过程。绝热过程中气体的绝热指数K定义为定压比热CP，与定容比热Cv之比，即
                         K=Cp／Cv                            (11-1-11)
  一般来说，单原子气体K为1.66，双原子气体K为1.41。
第二节  流量测量的基本方程
一、连续性方程
连续性方程是质量守恒定律在流体力学中的具体形式。
流体在任一管道内定常流动，在同一时间间隔内，流经截面1(面积为Al，流体密度为ρ1，平均流速为u1，)和截面2(面积为A2，流体密度为ρ2，平均流速为u2)的流体质量相等，即
ρ1 u1Al=ρ2 u2 A2                        （11-1-12）
对于不可压缩流体，ρ1=ρ2，上式变为
u1Al=u2 A2                           （11-1-13）
二、伯努利方程(能量方程)
对理想流体的管道流动，伯努利方程如下：
                                          （11-1-14）
式中：g—重力加速度，单位为m／s2；
    ρ—流体密度，单位为kg／m3；
zl，z2—截而1，2相对某一基准线的高度，单位为m；
Pl，P2—两截面上流体的静压力(表压)，单位为Pa；
u1，u2—两截面处流体的平均流速，单位为m／s。
在实际流动中，由于流体中部分机械能转换成热能而耗散，上式变成：
                                    （11-1-15）
式中，hwg表示在截面1到截面2之间实际流体流动产生的机械能损失。

计量员-2

三、气体状态方程
一定质量m的气体，在状态1(绝对压力Pl，体积V1，绝对温度T1)和状态2(绝对压力P2，体积V2，绝对温度T2)下满足下述状态方程：
                          （11-1-16）
式中，是气体压缩系数。K=l时为理想气体，K≠1时为实际气体。
  对于实际气体，当压力不太高、温度不太低时可十分近似地看作理想气体。
第三节  流量计量的有关参数
一、流量范围
  测量误差不超过允许值的流量仪表的最大流量和最小流量，所覆盖的流量范围，叫流量仪表的流量范围。最大流量与最小流量的比值，叫流量仪表的量程比（也可称其为范围度）。最大流量与最小流量之差称为流量计的量程。
二、额定流量
流量计在规定性能或最佳性能时的流量值。
  三、流量系数
通过流量计的实际流量与理论流量的比值。它一般通过实验确定。一般来说，影响流量系数的因素比较复杂。流量系数有时也叫流量修正系数，在一般情况下，流量系数接近于1。
四、仪表系数
通过流量计的单位累积流量（体积流量或质量流量）所对应的信号脉冲数。常用单位为：L-1或㎏-1。
五、重复性
流量仪表连续多次测量同—流量给出测量结果的一致程度，称为流量仪表的重复性。
流量标准装置的重复性是指其在同样条件下，在短时间内给出(产生)的标准(实际)流量的一致程度。
重复性通常用实验标准偏差s（x）表征：
                        （11-1-17）            
式中：n—测量次数；
x—对流量计来说是流量或仪表系数，对流量标准装置来说是流量；
—x的算术平均值。
重复性的相对表示E（x）如下式：
                                 （11-1-18）
六、流量稳定性
稳定性又称稳定度。对于流量计来说，是在较长时间内测量流量的性能保持不变的能力。对于流量标准装置而言，它表示在较长时间内给出的标准(实际)流量的一致程度。
对于流量标准装置来说，根据有关国军标的规定，它用实验标准偏差sm表征：
                          （11-1-19）
式中：m—每隔较长时间(如一个月以上)观测一次的观测次数；
    n一每次观测取的观测值的个数；
     —第i次观测n个观测值的算术平均值；
     —m次观测得到的m个 的算术平均值。
对一项流量标准，要考查其流量稳定性，如上所说需要较长时间，这较长时间例如可以每隔1个月以上观测一次，取n个(推荐n≥6)观测值的算术平均值 作为一次观测结果(x实际上是流量q)，共观测m次(推荐m≥4)；式中 是第m次观测结果的算术平均值：
                          （11-1-20）
七、线性和非线性
流量计的线性表示，是指在整个流量范围上流量汁的特性曲线，偏离最佳拟合直线的程度。线性有时，又叫线性度，也可以用非线性来表示。其概念之间并不矛盾。我们说线性好即是说非线性误差不大。
对于用仪表系数K来评定流量计特性的脉冲输出流量仪表来说，如对涡轮流量计，其线性(度)EL表示为：
                 （11-1-21）
有时其线性(度)也使用仪表系数对平均值的最大偏差(ΔK)max= 与平均仪表系数 的比值来表示，即：
                              （11-1-22）
八、灵敏度
流量仪表的灵敏度，表示流量仪表对被测流量值变化的反应能力。
灵敏度S用流量计指示的增量ΔL，与流量变化增量Δq之比来表示：
                            （11-1-23）
九、压力损失
是流体流过流量计及与流量计配套安装的其他阻力件时所引起的压力降低。压力损失，通常用流量计进口与出口之间的静压差来表示。压力损失随流量的不同而变化。因此标志一台流量仪表压损性能的主要指标，是在流量仪表规定的流量范围内的最大压力损失。详细了解流量仪表具体的压损情况，需查看有关工程手册上流量计的压损随流量而变化的曲线。当然，压力损失小是流量仪表的优点，过大的压力损失有时限制了流量仪表的使用。
十、允许误差和准确度
  流量仪表在规定的正常工作条件下，允许的最大误差，称为该仪表的允许误差。允许误差可用绝对误差、相对误差和引用误差来表示。
示值绝对误差=仪表指示值－检定标准值
示值相对误差=示值绝对误差/检定标准值×100%
引用误差=示值最大绝对误差/仪表特定值×100%
在实际工作中如果使用“引用误差”，一定要特别注明并说明所使用的“引用误差”的定义。
上述引用误差定义中的仪表特定值一般是指仪表测量上限，当使用这一定义时，有的规程、书籍和文献中是不加特别晓明的。
  也有把仪表特定值定义为“仪表量程”的。仪表量程如本章第一节所述为流量计最大流量与最小流量之差。当然对仪表特定值还可有其他定义，只是需要特别注明就是了。
  流量计的允许(相对)误差去掉“±”号及“％”号后的数值叫做流量计的准确度等级。日前我国流量仪表准确度等级的划分为九级，即：0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0。
  如果一台流量仪表的允许误差的绝对值δ满足如下关系式：0.02％＜δ＜0.05％，则该流量仪表的准确度等级为0.05级，余类推。

计量员-2

第四节  流量测量准确度的影响因素及修正
  流量计在校准条件下所给出的准确度在使用条件下能否保障，也就是流量计的使用条件和校准条件不同这—因素所引起的附加测量误差，是流量测量中应重视的问题。该附加测量误差有些情况下是小到可以忽略的。但在许多情况下是不能忽略的。例如，有人曾作过这样的实验，对同一台涡轮流量计的同一流量点，用红油和滑油作介质(粘度和密度不同)校准其仪表系数，相差竟有24％，这就是说，由于校准和使用条件不同引起的附加测量误差可以达到24％之多。因此，研究使用和校准条件不同所引起的流量计的误差修正，就是一个十分重要的问题了。我国在这方面的研究还远远没有达到系统的地步。
  流量计使用条件和校准条件不同所引起的误差修正是一个十分复杂的问题。一般来说，气体介质和液体介质是不同的，液体介质中低粘度液体(如水、煤油)和高粘度液体也是不同的。
  影响流量计测量准确度的因素主要是粘度和密度的改变，介质种类不同，当然粘度和密度也不同，即便是同一种介质，粘度和密度也是随着测量条件(压力和温度)的变化而变化的。液体温度和压力的变化，决定着其粘度和密度的变化，而流体粘度和密度的变化，影响了流量计的流量测量，产生了附加误差。
  对气体来说，压力和温度的变化，直接影响其密度和粘度，对液体来晓，压力的变化一般可以忽略，而温度变化灵敏地影响粘度同时也影响密度。
  当流量计工作介质的密度与校准介质的密度接近而粘度不同时，或者流量计工作介质与校准介质的粘度和密度均不同时，一般来说还没有实用的修正公式，在这方面有大量的研究工作等待着人们去做。
  对于最常用的涡轮流量计，粘度的影响一般用“通用粘度曲线”来处理，即仪袭系数K(=f／q)对f／ν的曲线(Universal Viscosity Curve)，它的出发点是：粘度(ν)影响厂涡轮流量计的仪表系数。
E．Jones于1995年的论文中使粘度对于涡轮流量计的影响之研究更进了一步，他的出发点是：粘度对涡轮流量计的影响体现在其基本线性方程的系数a和b中，即
f=a（ν）+b（ν）Q                         （11-1-24）
式中, a（ν）和b（ν）的具体数值由对具体流量计的校准实验来确定，实验时由频率(f)和流量（Q）的多组对应的数据通过最小二乘法线性拟合的方法得出a（ν）和b（ν）。
Jones的若干实验数据证明了他的这种方法优于K系数的“通用粘度曲线”方法，即该方法使流量计的较宽的线性范围得以显现而K系数的“通用粘度曲线”力法则隐藏了流量计的较宽的线性范围。
  还有，不管是K系数的“通用粘度曲线”方法还是Jones的实验确定a（ν）和b（ν）的方法，皆引入了ν=μ/ρ，即把动力粘度μ和密度ρ合并成一个参数运动粘度ν来考虑，这样就可以把粘度和密度两个参数对流量计的影响变成运动粘度一个参数对流量计的影响，使问题研究起来要简子多了。
第五节   流量计量的特点
  自古以来，流量测量都是人类文明的一种标志。埃及人用尼罗河流量来预报年成的好坏。古罗马人修渠引水，采用孔板测量流量，但是，由于经济落后，直到20世纪50年代，工业中使用的主要流量计只有孔板、皮托管和浮子流量计三种，被测介质的范围也较窄，测量准确度也只满足低水平的生产需要。第二次世界大战后，随着国际经济和科举技术的迅速发胜，流量计日益受到重视，流量仪表随之迅速发展起来。为满足不同种类流体特点，解决不同流动状态下的流量计量问题，近30年来，先后研制出外投入使用的流量计有速度式流量汁、容积式流量计、动量式流量计、电磁流量汁和超声波流量计等几十种新型流量计。目前我国投入使用的流量计有100多种，国内定型生产的也有近10种。随着工业生产的自动化、管道化的发屉，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大。据国内外资料表明．在不同的工业部门中所使用的流量仪表占整个仪表总数的15％～30％。随着流量仪表的迅猛发展，流量标准装置也得到较快的发展，流量量值传递网络已经形成，目前水、油、气、蒸汽高准确度的流量标准装置已在国家、省市汁量机构建立，确保其流量量值的准确一致。
  流量计量的基本特点是流量测量的复杂性，其他的特点都是由此基本特点而派生的。流量仪表的研制和流量标准的研制，都应该考虑这个基本特点。流量计量的复杂性体现在下述几个方面。
  (1)从介质状态来分，有液体、气体和固体以及它们的混合物。
  (2)从介质种类来分，有多种多样的介质，如水、油类、化工液体、各种气体遇到的气体流量就不少于10种。
  (3)从介质温度来分，有高温、中温和低温以及超高温和极低温的流量测量
  (4)从流量大小来分，有大、中、小和微小流量测量问题。
  (5)从压力大小分，又有高压、中压、低压以及超高斥和微小压力条件下的流量测量问题。
  流量计量的第二个特点是流量是一个导出量。根据流量的定义，流量由体积(长度)和时间或者质量和时间来进行传递。因为导出量不是单一物理量而是个复合量，所以对流量量值的复现和传递都增加了难度和复杂性。
  流量计量的第三个特点是流量涉及到物质的相对运动概念，而且是流体，当测量时间细分时，流体截面上的各个质点的流速无时无处都在变化着，伴随流量电尤时无处都在变化着，所以，流量不同于质量和长度，质量和艮度有实物标准，而流量没有实物标准，更反映流量计量的难度和复杂性。
  流量计量的第四个特点是流量仪表的测量准确度，受管路内流体的流动状态的影响。由于流体有粘性，当它流过管路时产生了流速分布，该流速分布影响仪表的测量。这样，为了保证流量测量的准确度，就要保证流量仪表的安装使用条件，这也给流量测量增加了技术上的难度和复杂性。
  综上所述，流量计量是一个相对复杂的学科。流量测量问题的解决，往往要付出很高的代价。例如，一个封闭管道中可以流动水、油和空气，一般来说，测量这些介质的温度和压力用温度传感器和一种压力传感器即可完成测量；而流量测量则需要多种传感器来完成。通常一支流量传感器比一支温度或压力传感器的价格要昂贵得多，，如果是特殊状况下的流量测量，如高温、低温、高压、低厅、强腐蚀等，其投入和难度则更要大得多。
  因此，充分认识流量计量的复杂性等四个主要特点，对顺利开展流量计量工作和发展流量测试技术具有指导意义。

计量员-2

第六节  流量计量技术的发展
  近50年来，开发了许多新测量原理的流量测量方法和仪表，从而应用领域有很大扩展，进入许多过去的禁区，如可以不对管道作任何改动就可作出非接触测量，过去某些流量仪表用来测量某些特殊对象的流量时，感到很困难。如今因技术上有所突破而变得容易，但是，环保工程等新兴产业提出的要求，现有手段不能满足，尚待开发，，经流量仪表流转的财富为数甚巨，就以我国生产1亿多吨石油及后续成品的交接计量，流转财富以1012数量级(万亿)元来计算，0.1％～0.2％的计算损失就高达数十亿元。流量仪表准确度虽已提高到0.1级～0.2级，似乎还不满足，还要精益求精。流量仪表应用技术中克服或减少管线安装影响是长期探索的工作，流体参量变化对流量仪表测量值的影响是用户非常关心的问题。
一、环保业应用展望
  环境保护中，污水中的污染物不仅要控制其排放百分比含量，更重要的是控制其排放总量，为此需要计算污水排放总量。我国工业污水排放计量的明渠污水流量仪表，2()世纪80年代中期各制造厂已相继开发，国家环保局从1987年开始开展调查考评10余家制造厂所提供的商品。经两年余实验室和现场考评，国家环保局认为明渠污水流量仪表立足于国内是可能的。10年后的今天，仪表性能更趋完善，品种增多，在国家环境保护政策推动下，环保业对流量仪表需求增加颇快。
  虽然我国已有污水流量仪表和总需氧量(TOC)、汞、铅、镉等金屈离子和砷、苯胺、酚盐等污染物含量的在线分析仪器，但要使用方各自设计，在现场配套装配，尚无由制造厂专门设计，工厂化装配调试成套供应污染物排放总量的仪表总成。这些是需要开发且颇具前途的项目。
  废气中的污染物，主要指锅炉等排放的烟道气和汽车尾气中的SO2，N02，H2S等。
  1990年美国清洁法修正案规定，要电厂降低会形成酸雨的二氧化硫和氮氧化合物排放总量。美国环境保护局规定电厂锅炉，在1995年1月1日前必须装上连续排放监控系统(CEMS)。但我国到目前尚未颁布相似的法规。
  现在适用测量烟道气量的国产仪表，仅开封仪表厂大型烟道用仪表，国外产品代理销售则品种甚多。同排放污水一样，下一步还应开发与在线分析仪表配套的气体污染物排放总量监控仪表总成。
  直接测量汽车废气排放量是一个非常困难的技术难题，因为所测量的是高温且含有水气尘埃的强烈脉动流的流量，国外尚处于探索阶段。
  二、成熟仪表应用的扩展
  针对经典或新颖仪表在某一领域应用受到的限制，经局部适应性改进，且技术上有所突破而使得在该领域应用有迅速的发展。例如差压式流量仪表受到粘性液体低雷诺数(Re=104以下)运行段和固体含量浓度较高浆液的限制，自出现楔形管再配以密封毛细管传送的差压变送器后，差压式流量仪表在这一应用领域就得到了扩展。又如，超声流量计应用于天然气贸易交接，由于测量精度不及涡轮流量计而长期未被接受；传统电磁流量计不能测量非满管液流量，科里奥利质量流鞋计过去不能用于中压气体，只适用于测量高压气体等等。最近这些仪表在技术上均行所突破，在所述领域的应用有较快发展。
  (1)适用于天然气存储交接(cutody  transfer)计量的超声流量计。由于超声流量计在固体与气体界面上的传播效率低，管道外夹装超声流量换能器(探头)难以从管壁传送足够的声能，因此目前还没有外夹装式气体超声流量计。气休用超声流量计商品始于20世纪80年代初，大部分由测量短管和插入管壁换能器组成一体的形式出现，由于测量精度较低(1.5％～2％FS)，过去未能在价格昂贵的天然气贸易结算计量领域取得一席之地，近年则出现多种型号精度较高的超声流量计。
  德国Krohne公司的ALTODONIC GFM 700型系平行双声道z法（即一侧换能器斜方向发射声波到对面一侧换能器接收）布置于弦位置上，测量误差为±2％R，口径50～800 mm，它对上游直管段要求较低，z值约为单声道的1/2～1/4。
  德国Elster Handel公司的USM型是双声v法反射。其特点是发射换能器发射声速散射至对面一侧换能器接收布置于弦位置上，测量误差为±2％R，上游直管段要求较低，仅需3倍管径长度，下游仅需2倍。
  日本奥巴尔公司1997年有上海展示的Fosonic-I型系单声道v法(即发射声波经对面管壁反射到同侧另一换能器接收)传播方式。经雷诺数修正后的测量误差为≤+1％R，口径范围为50～250mm。
  RVG公司在1995年INTERAMA展览会上，1997年化学工业装备展览会(AHEMA)上展示四声道组合传播声波，两个声道是v法反射布置，为流量测量的基本信号；另两个声道之一的声束是按直径途径传播，之二的声束是按三角形反射途径传播，作为流速分布修正的辅助信号。最小测员误差为≤+0.5％R，口径范围为200～1 000mm。
  据1998年赴欧考察燃气流量成员介绍，欧洲用于天然气计量的主流流量仪表有：①孔板差压式；②腰轮等容积式；③涡轮式；④超声式。当前德国和荷兰的专家对这些仪表的看法是：孔板差压式不推荐，但气田的高压气向外输送计量，当前它还呈惟一选用的品种；涡轮式和超声式推荐但不推广，待积累应用经验；涡轮式和容积式仅适用于中低斥力较小管径场所。
  (2)非满管电磁流量计。非满管电磁流量计的问世，使非满管圆形管的测量误差从传统槽式流量仪表的3％～5％FS降低到1％~2％FS，自1992年Fischer+porter公司首家向人们展示非满管电磁流量计以来，迄今共有四家制造厂的四种型号仪表推向市场．口径范围为150—1 000mm。
  非满管电磁流量计仍以法拉第电磁感应定律为基础测量流速，再利用某种方法测量流通截面液位高度从而求得流通面积，两者相乘获得流量。上述四种型号仪表中，有两种型号产品是利用上下两组激励线圈穿接激磁和单线圈激磁(正向或反向激磁)，产生两种磁场分布和强度，测得两个流量信号，两者之间的比与液位高度有一定函数关系，间接求得液位高度。第三种型号的两激磁线圈圆轴线处于水平线，磁力线与地平线平行，一个电极置于测量管底部，流量信号取得其与测量管端部接地环间电位差，该电位差与液位高度、流速两者均成正比例，不需作液体高度与流量演算就可得流量，第四种刑号液体高度的测量原理与电容式液位计相同。
  除上述流量传感器外形与传统结构相似的非满管电磁流量计外，还有以电磁流速检测元件和固态液位检测元件组成一体的扁平型传感器，置于安装环的底部，安装环放进待测流量的非满管管道内。上海苏州河污水治理工程曾尝试用于测量污水流量。

计量员-2

(3)低电导率电磁流量计。低电导率电磁流量计的电极不与被测液体接触，大面积电极紧贴衬里外壁，以电容耦合方式检测流量信号，可测量比传统仪表低2～3个数量级，即可测电导率≥5×(10—8)s／cm的液体。例如纯水、液氨(不是氨水)、甘油、乙二醇等以前不能测量或测量困难的液体，国外产品也有称之为无电极电磁流量计者。
  这种仪表在衬里有绝缘层生成的情况下仍能工作，若用传统接触电极电磁流量计，电极表面被绝缘层覆盖使电路断路而无法工作，这一优点在扩大心用范围所起的作用，更大于电导率所起作用。
  三、流量传感器多参数测量
  所谓多参数测量，即利用传感元件从被测对象按不同物理现象感受到一个以上变量，使流量传感(变送)器功能扩展。例如，科里奥利质量流量计测量振动管频率相位差，得到质量流量；测振动管谐振频率得到密度。或者在流量传感器上加另一传感元件(或传感器)，测量另一变量，扩展功能或补偿另一变量受其他量的影响，以提高测量精度等性能。
  1．差压变送器
  新颖的差压变送器可同时测量差压、静压和温度，并经计算单元作气体压力、温度修正，或测气体质量流量。这已为人们所熟悉。减少了独立的传感器数量，简化管线工程，降低安装费用；减少管线开孔，降低潜在泄露点，提高整体可靠性。
  2．科里奥利质量流量计
  科里奥利质量流量计，利用测量管二半部分振动频率相位差正比于质量流量的原理，以测量流量，利用测量管谐振频率与管中被测介质密度间的函数关系求取密度。科里奥利质量流量计，还从两个基本参数质量流量qm和密度ρ衍生得出体积流量；若被测液体是两种有一定密度差的混合液体，还可经密度演算得出一种液体在混合液中的浓度。
  例如，江苏油田用利里奥利质量流量计，测量井口出油经气液分离后的油水混合液的质量流量，在测量的同时测出油含量浓度，经演算获得原油质量流量，已有5年以上的使用经验。又如在给水工业测量凝聚剂硫酸铝钾(明矾)浓度，求取硫酸铝贸易交接总量，防止仅测溶液质量流量时，供方有意稀释的掺假行为。
  在流程工业中还可利用密度测量控制容器内混合配比或反应过程是否达到所需浓度；亦可以判断管道中所流液体类别，指令分流到下游各自管系。
  3．超声流量计
超声流量计利用超声波，在不同液体中传播速度之间有差别的原理(例如石油中声速为295 m／s，水中声速为1388 m／s)，在测量流量的同时鉴别管道中液体类别。例如，欧洲在船舶卸油入库常用超声流量计测量入库流量，同时判断输送的液体是石油还是油船的舱底水。
  英国Cranlild大学研究试图用于航空业的超声质量流量计，它是在传播时间法超声体积流量计的基础上，再利用超声测得第二参量液体阻抗和密度，演算得质量流量。原型样机水油实验表明，流量1 800 kg／h范围度50：1时可获得11％的精度。
  涡流流量计，利用旋涡发生体产生的卡门旋涡频率f，和流速，成正比的原理求得体积流量qV=K1νA(其中片K1为系数，A为流通截面积)，再利用旋涡发生体受到的与ρν 2成正比的振荡升力F=K2 ρν 2 (其中K2为系数，ρ为密度)，两者相除可得质量流量qm=K3F/f。日本横河电机已推出这类涡街式质量流量计。
我国某自动化仪表研究所，则利用旋涡发生体形成差压(ΔP)与ν2的关系，配以差压变送器取得第二参数，作上述相似演算，求取质量流量。该研究所已有LUHG型涡街差压质量流量计推向巾场。