Η Ιστορία και το Μέλλον της Μέτρησης Ροής

(1) Η προέλευση της μέτρησης ροής

Η κλεψύδρα και το ρολόι νερού που χρησιμοποιούνταν για τη μέτρηση του χρόνου στην αρχαιότητα είναι συσκευές που χρησιμοποιούν την τεχνολογία σταθερής ροής για τον υπολογισμό του χρόνου. Η παλαιότερη κλεψύδρα στον κόσμο είναι το αιγυπτιακό ρολόι νερού από τον 14ο αιώνα π.Χ. Στη χώρα μας, η Απαγορευμένη Πόλη διαθέτει ένα χάλκινο ρολόι νερού σε σχήμα βραστήρα από τη Δυναστεία των Δυτικών Χαν (206 π.Χ. έως 8 μ.Χ.). Το 3000 π.Χ., οι άνθρωποι προσπάθησαν να μετρήσουν τη ροή του ποταμού Νείλου μετρώντας τη στάθμη του νερού για γεωργικές καλλιέργειες. Από τότε και στο εξής, κατέστη δυνατός ο υπολογισμός της κατανομής του νερού. Αυτή μπορεί να θεωρηθεί η προέλευση της μέτρησης της ροής.

Το ανεμόμετρο εφευρέθηκε τον 16ο αιώνα, το μετρητή ταχύτητας για ανοιχτά κανάλια τον 17ο αιώνα και ο σωλήνας Pitot τον 18ο αιώνα, ο οποίος έθεσε τα θεμέλια για την ανάπτυξη της τεχνολογίας μέτρησης ροής. Την ίδια περίοδο, διατυπώθηκε η πιο βασική εξίσωση της μηχανικής ρευστών, η εξίσωση Bernoulli.

Σωλήνας Pitot για μέτρηση ταχύτητας ροής ρευστού

Ωστόσο, η πραγματική μέτρηση της ροής ξεκίνησε τον 19ο αιώνα, όταν διαμορφώθηκε το πρωτότυπο του εμπορικού δικτύου παροχής νερού και φυσικού αερίου. Προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες του εμπορίου, οι άνθρωποι σχεδίασαν μετρητές υγρού αερίου, μετρητές ξηρού αερίου, μετρητές νερού, μετρητές ροής διαφράγματος, μετρητές ροής Venturi κ.λπ. για τη μέτρηση νερού και φυσικού αερίου. Την ίδια περίοδο, αναπτύχθηκαν ο νόμος του Faraday, ο αριθμός Reynolds, ο νόμος διατήρησης της ενέργειας και το πείραμα της οδού δίνης Karman που διεξήχθη από τον Strohal. Η επιστήμη και η τεχνολογία αυτής της περιόδου έθεσαν τα θεμέλια για την ταχεία ανάπτυξη της μέτρησης ροής, αλλά πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η διαδικασία κατασκευής των μετρητών ροής σε αυτήν την περίοδο ήταν ακόμη σχετικά πρόχειρη, η κατανόηση των σχετικών τεχνολογιών δεν ήταν αρκετά σαφής και το συνολικό επίπεδο μέτρησης ήταν σε χαμηλό επίπεδο.

(2) Ανάπτυξη μέτρησης ροής

Από τον 20ό αιώνα, με την ραγδαία ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας, των υλικών και της τεχνολογίας επεξεργασίας, η ανάπτυξη και η βελτίωση των μετρητών ροής έχουν προχωρήσει ραγδαία.

Με την άνθηση διαφόρων βιομηχανιών, όπως η μεταποιητική βιομηχανία, και οι δημόσιες υπηρεσίες, όπως η ύδρευση και το φυσικό αέριο, ο μετρητής ροής έχει γίνει όλο και πιο δημοφιλής.

Η ποσότητα και οι περιοχές χρήσης έχουν επεκταθεί ραγδαία. Τα κύρια μηχανικά ροόμετρα αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, όπως διάφορες μορφές πλακών με στόμια, ροόμετρα περιστροφικού τύπου, τριγωνικά φράγματα και άλλες μορφές ροόμετρων με φράγματα, ροόμετρα με σχισμές κ.λπ. στο πρώτο μισό του 20ού αιώνα. Η πρακτική εφαρμογή των ηλεκτρομαγνητικών ροόμετρων αποτελεί μια πολύ σημαντική πρόοδο. Δεν χρησιμοποιούνται μόνο για τη μέτρηση της ροής σε στρογγυλούς σωλήνες, αλλά έχουν επίσης εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα ρυθμών ροής, από ποτάμια έως αίμα.


Όπως και άλλες βιομηχανικές τεχνολογίες, το δεύτερο μισό του 20ού αιώνα ήταν ένα στάδιο μεγάλης ανάπτυξης για τα όργανα μέτρησης ροής. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, επειδή η μέτρηση της ροής χρησιμοποιούνταν ευρέως και επειδή το μετρούμενο ρευστό ήταν πολύπλοκο και οι συνθήκες και τα περιβάλλοντα μέτρησης ποικίλλουν σημαντικά, οι απαιτήσεις για τους μετρητές ροής ποικίλλουν. Επομένως, προκειμένου να προσαρμοστούν σε διαφορετικές συνθήκες μέσου, διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και διαφορετικές απαιτήσεις χρήσης, έχουν εμφανιστεί διάφορα όργανα μέτρησης ροής. Σύμφωνα με ελλιπή στατιστικά στοιχεία, υπάρχουν δεκάδες συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι μετρητών ροής. Μπορεί ακόμη και να ειπωθεί ότι όσο αναπτύσσονται νέες τεχνολογίες, οι άνθρωποι θα προσπαθούν να τις εφαρμόσουν στη μέτρηση ροής, όπως θερμικοί μετρητές ροής, σύγχρονοι ηλεκτρομαγνητικοί μετρητές ροής, υπερηχητικοί μετρητές ροής, μετρητές ροής μάζας , μετρητές ροής στροβίλου, μετρητές ροής τζετ και σχετικοί μετρητές ροής.


Στην Κίνα, οι μετρητές ροής νερού και αερίου κατασκευάστηκαν ανεξάρτητα τη δεκαετία του 1950 και η ανάπτυξη και η σταθερή ποιότητα των προϊόντων επιτεύχθηκαν τη δεκαετία του 1990. Γενικά, το επίπεδο κατασκευής των μετρητών ροής στη χώρα μου εξακολουθεί να υπολείπεται κατά πολύ του προηγμένου επιπέδου στον κόσμο, ειδικά στα ρουλεμάν των μετρητών ροής στροβίλων, στα υλικά και τις διαδικασίες των μετρητών ροής μάζας και στις διαδικασίες των υπερηχητικών μετρητών ροής.

Μπαίνοντας στον 21ο αιώνα, η τεχνολογία πολυκαναλικών υπερηχητικών ροομέτρων έχει επιτύχει νέες εξελίξεις και έχει εφαρμοστεί στους τομείς των βιομηχανικών μετρήσεων και της μετρολογικής επαλήθευσης με τα ασύγκριτα πλεονεκτήματά της.

(3) Το μέλλον της μέτρησης ροής

Με την αυξανόμενη ζήτηση για εμπορική διευθέτηση, δίνεται σταδιακά προσοχή στη μέτρηση της ενέργειας και στην προστασία του περιβάλλοντος, ενώ η βελτίωση της ποιότητας, της αποδοτικότητας και των στόχων ελέγχου του κόστους της βιομηχανικής παραγωγής έχει θέσει υψηλότερες απαιτήσεις για την ποσότητα, την ακρίβεια και την αξιοπιστία των μετρητών ροής. Οι κύριες τεχνικές βελτιώσεις επικεντρώνονται στις ακόλουθες πτυχές.

(1) Το επίπεδο κατασκευής των μετρητών ροής συνεχίζει να βελτιώνεται
Οι βελτιώσεις στη δομή, τα υλικά και την τεχνολογία επεξεργασίας του ροόμετρου έχουν καταστήσει δυνατή τη μέτρηση ροής υψηλής ακρίβειας, ενώ η μακροπρόθεσμη λειτουργική αξιοπιστία του ροόμετρου έχει επίσης βελτιωθεί σημαντικά ως σημαντικός δείκτης. Για παράδειγμα, η βελτίωση του υλικού και της διαδικασίας εδράνων του ροόμετρου στροβίλου έχει βελτιώσει σημαντικά την ικανότητά του να λειτουργεί σταθερά μακροπρόθεσμα. Η βελτίωση του υλικού και της τεχνολογίας επεξεργασίας του ροόμετρου μάζας όχι μόνο έχει μειώσει το κόστος παραγωγής, αλλά και έχει βελτιώσει την απόδοση μέτρησης.

(2) Η τεχνολογία βαθμονόμησης του μετρητή ροής κερδίζει την προσοχή

Με τη βελτίωση της ακρίβειας μέτρησης των μετρητών ροής, οι άνθρωποι συνειδητοποιούν σταδιακά ότι η ακρίβεια των συσκευών βαθμονόμησης ροής αποτελεί τη βάση και την εγγύηση για την ακριβή μέτρηση των μετρητών ροής. Η βελτίωση των συσκευών βαθμονόμησης έχει γίνει ένα σημαντικό μέρος της μέτρησης ροής. Έχει εκτιμηθεί ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια και το τεχνικό επίπεδο των συσκευών έχει βελτιωθεί σημαντικά.

(3) Έρευνα σχετικά με τον αντίκτυπο των συνθηκών εγκατάστασης και χρήσης

Η απόδοση μέτρησης του ροόμετρου που έχει βαθμονομηθεί στο εργαστήριο ενδέχεται να παρουσιάζει διακυμάνσεις κατά τη χρήση του στο πεδίο, επειδή οι εργαστηριακές συνθήκες διαφέρουν πολύ από τις συνθήκες πεδίου. Ως εκ τούτου, έχει διεξαχθεί σταδιακά σχετική έρευνα σχετικά με τις διαφορές στη χρήση των συνθηκών του ροόμετρου, συμπεριλαμβανομένης της επίδρασης της ευθύγραμμης διατομής του σωλήνα, της επίδρασης της θέσης των τριών συνθηκών εγκατάστασης, της επίδρασης της αλλαγής του μέσου, της επίδρασης της ροής στροβίλου, της επίδρασης των περιβαλλοντικών συνθηκών κ.λπ. Επιπλέον, η απόδοση του υποστηρικτικού οργάνου βελτιώνεται επίσης και σταδιακά δίνεται προσοχή από τους ανθρώπους.

(4) Ανάπτυξη τεχνολογίας βαθμονόμησης μη πραγματικής ροής

Με την αυξανόμενη ζήτηση για μέτρηση ροής μεγάλης διαμέτρου και την ανάπτυξη τεχνολογίας μέτρησης ροής με υπερήχους, η ζήτηση για ροόμετρα μεγάλης διαμέτρου γίνεται ολοένα και πιο επείγουσα, αλλά το μέγεθος της συσκευής βαθμονόμησης είναι τελικά περιορισμένο. Υπό αυτό το υπόβαθρο, η μη πραγματική τεχνολογία βαθμονόμησης των ροόμετρων μεγάλης διαμέτρου έχει αναπτυχθεί ραγδαία. Αυτή η τεχνολογία επιτυγχάνεται συνδυάζοντας υπολογιστική ρευστοδυναμική, πειράματα μοντέλων και πειράματα πεδίου.