外夹式超声波流量计

提高火力发电厂能源利用效率的决定性因素是降低热水体积流量测量的测量不确定度。目前的不确定度约为 2％，这不足以优化对发电厂的管理，因为政府的相关管理制度都对发电厂的发电效率做出了限制。为此，PTB开发了一种激光光学体积流量测量标准（LVN），可以实现的测量仪器校准不确定度为0.15％。

2％的不确定度对于发电厂目前的体积流量测量而言过高。这是因为，一方面，目前世界上还没有哪类测试设备能够在与发电厂相当的条件下（即400°C的水温和300 bar的压力条件下）进行体积流量测量仪器的校准（备注：1）。另一方面，诸如阀门或弯头的内部配件对管道内的速度分布有影响，因而对测量也会有影响。因此，PTB开发了一种紧凑型激光光学体积流量测量标准（LFS），可以使测量仪器现场校准（即安装和运行时校准）的不确定度仅为0.15％。

该方法基于激光多普勒测速仪（LDA），而该激光多普勒测速仪利用的是小水分杂质的光散射。让两个激光束以一定角度重叠，在这两个光束交叉的位置（即测量体积）形成干涉条纹图案。跟随流体通过测量体积的杂质颗粒会产生散射光信号，该信号的频率与颗粒速度成正比。流体速度通过分布在管道内多个位置处的LDA来测量。根据这些数据重建并整合出速度分布图，从而可以计算体积流量。

研制这款激光光学体积流量测量标准（LFS）装置所面临的主要问题是如何大幅降低目前激光多普勒测速仪（LDA）体积流量测量技术的测量不确定度（4.5％）。该不确定度的最大来源是这种测量方法的局部分辨率，相当于长度约为2000μm的测量体积。由于将此测量方法进行了扩展，局部分辨率已经提高到6μm。为此，将具有可变干涉条纹间隔的两个测量体积进行叠加，这样就可以更精准地确定颗粒与测量体积交叉的位置。要对这两个测量体积进行叠加，这就对激光束的定位提出了更高的要求。在管道横截面内的每个测量点，四个直径为150μm的激光束必须重叠。目前研制的这种新式测量方法，首次实现了以高计量精度确定激光束的位置。

在此LDA方法下，使两个激光束重叠。在交叉点形成测量体积，可以测量流体速度。通过窗口的测量网格（上图中的黄色部位）来测量管道内的速度分布，将结果综合后就可以得到体积流量值。

该方法的测量不确定度达到0.15％，不到原来的1/10。将此方法与量热计测试进行了比较测量，（该量热计是用于高达90℃的体积流量的重力测量法标准测量装置，不确定度为0.04％），验证了测量结果的高度一致性。

以上论述，激光光学流量计，主要的应用点还是在于实验室检测，不适合便携式外出检测，而超声波流量计，因其便携可移动的特性，因此是对实验室检测设备的一个有效补充，当然，其精度还有待提高，因其面临诸多不确定因素，如果管道内外面的平整度、直管段、阀门等等。因此在使用激光光学流量计和超声波流量计的时候，都要注意，尽量发挥其优势，规避其缺点。

备注1：其实在2009年，上海森逸智能仪器有限公司就为上海市工业锅炉研究所引入了一套测试流体温度在400℃的一套超声波流量计，当时主要用于测试高温导热油或电厂高温水。在2010年为中科院物理研究所合肥某项目引入可以测试运行温度在550℃的熔融盐。