供水行业流量仪表分为原水、出厂水、向用户供水等贸易结算和水厂内部工艺流程的流量测量/控制两大类。两类仪表性能要求不同。本文试评述供水业大管径应用流量仪表的各种类型和特点及适用范围，列举国内外典型供水企业流量仪表应用组成，阐述流量仪表的现场比对，最后分析发展趋势。

一、常用仪表和装用近况

2002～2003年，中国城镇供水协会设备工作委员会对国内大中型城市供水企业就所装用大管径流量仪表作了一次问卷调查，46家企业回复各自在用总计1900台，如表1所示。电磁流量计在大城市用得较多，插入式涡轮流量计则在中小城市占有较高百分率。

　　装用1176台电磁流量计中，国内生产占绝大多数，进口仪表仅9%，大部分还是国外贷款或援建项目成套设计所进口的；506台超声流量计中，进口仪表则较多，占52%。

我国近年供水业流量计装用品种与1991年调查出厂用流量计相比，电磁流量计增加很多，插入式仪表则减少很多（比较表2的序号1和序号2）；与近年日本东京都水道局（包括部分中小管径）相比，我国电磁流量计应用较多，差压式流量计应用较少（比较表2的序号1和序号3）。东京都差压式仪表在出厂成品水和进厂原水的核算交接计量和厂内部流量测量控制均有较多使用（参见表3）。东京都水道局各供水不同用途各品种流量仪表所占百分比如表3所示，成品水出厂和原水进厂的核算交接计量仪表约占18%。表3各品种所占比例，仅电磁流量计是引用文献原统计数据，其他品种是笔者估计。

二、诸品种流量仪表特点和适用范围

　　供水业常用流量仪表有各自的特点和适用场所，如有些适用于贸易核算交接总量计量，另一些适用于控制/监测的流量测量。

（一）节流差压式

文丘里管流量计在水行业主要用于交接计量，也有用于流量控制；孔板流量计常用作中小管径流量控制。节流差压仪表（特别是孔板）压损较大，在考虑泵送能耗费在（1）～（4）类仪表中最大，处于不利地位，主要优点是已经标准化，只要按标准设计，毋需实流校准。本类仪表测量精确度中等，为±（1～2）%，范围度较窄，仅（3～4）∶1，是其不足。但当代仪表经数字信号处理，范围度可扩展到（8～12）∶1，经实流校准后精确度可达±0.5%FS。开封仪表厂已生产50余台实流校准大管径文丘里流量计，应用于东深供水工程输水香港的贸易计量。节流差压流量仪表价格相对低廉，DN1000以上碳钢文丘里流量计价格约为同口径电磁流量计的60%～70%。

（二）电磁流量计

电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体的体积流量计，测量精确度±（0.5～1）%R，范围度（20～50）∶1，直管段要求较低，无阻力压头损失，但要实流校准。大部分型号仪表满度流量可由用户在流速0.5～10m/s范围内自行设定，很方便。本类仪表价格较贵，但近年由于市场竞争，价格降幅较大。

（三）超声流量计

　　供水行业用得较多的是传播时间法超声流量计，多普勒法超声流量计用得较少，因它只适用含异相（微粒、气泡）液体，本文不予展开。

　　超声流量计在供水行业应用分为移动测量和固定点测量两大类。移动测量方式，换能器临时夹装在待测管道外壁。所用仪表常称作便携式超声流量计，用作临时监测管网某些结点流动状况，有时也用作与已装用其他流量计核对流量准确性的参照流量计。移动测量用超声流量计通常为单声道。

固定测量虽也可采用外夹装换能器方式，但其可靠性差，交接核算计量不宜采用，推荐用固定安装换能器方式。后者又分为现场安装式、内装式和管道打孔焊接换能器座的插入式以及带测量管段式，它们的特点如表4所示。

　　使用单声道超声流量计时应注意流速分布变化的影响，避开流态转变区。传播时间法所测量的是声程线平均流速Vb，而需要的是流通面积的面平均流速Vp，两者之间的系数K（=Vb/Vp），在层流时为常数，流速增加从层流转向紊流，K从0.75增至0.93，成为流态转变的过渡区。转换是随机性的，很不稳定，雷诺数Re超过4000，K随着Re增加而增加，Re从104增至106，K从0.93增至0.95，变化约2%。若仪表没有流速变化补偿功能，就会影响测量精确度。使用时要避开Re=2300～4000的过渡区，例如以DN300管测量常温水，流速应大于0.016m/s才能使Re大于4000。

　　单声道仪表因流速分布（畸变）影响大，精确度低；多声道仪表在测量管截面不同位置多处扫描流通空间测量声速，减少了流速分布影响，具有较高精确度，通常用于中大口径。

超声流量计测量精确度以移动测量方式最低，带测量管段最高，分别如表5所示；不同声道测量基本误差例，如表6所示。

（四）插入式流量计

　　插入式流量计分为径流速插入流量计和点流速插入流量计，在我国供水业较多应用点流速法。径流速仪表插于直径位置，点流速仪表插于管中心轴或平均流速点，实际上平均流速点并不固定，随流速变化而游移，实际应用通常插在离管壁0.233R处。

　　插入平均流速点，适用于大管径（若插入大管中心，插入杆过长成悬臂梁，易产生抖动），但插入深度偏离对测量值影响大；插入管中心处，适用于中小管径，插入深度偏离影响小。

　　点流速插入式流量计的流速检测头要依靠流量校验装置实流校准，求得检测头的仪表系数，再乘上流通面积、速度分布系数α、阻塞系数β、干扰系数γ求得流量。速度分布系数α是管道平均流速与所测局部流速的比值，它是管道雷诺数和管壁相对粗糙度的函数；阻塞系数β系修正由于插入杆、插入机构和测量头引起流通面积减少及流速分布畸变所产生影响的系数；干扰系数γ系检测头所处管段前后阻流件之间直管段长度不足所引起的仪表系数变化的修正系数。

　　插入式流量计在供水业常用于加液配比等流量控制。如以原水流量配比控制凝聚液加液量，不宜应用于交接计量。有些国家规定不得用插入式流量计作贸易纳税计量。

　　插入式流量计的特点：（1）可不断流取出检查、维护、更换；（2）重量轻，价格便宜；（3）流速分布影响大，前直管要求长；（4）测量精确度低，±（2.5～5）%FS，不能以测量头的精确度作为实际测量精确度，要评估各种误差源，如流通面积测量误差、流速分布系数变化影响等。

各类仪表在两大应用领域的适应性如表7所示，简要性能比较如表8所示，特征和主要性能如表9。

三、大管径流量仪表的现场比对

　　现场比对是在现场规定条件下用相同（或相近）精确度等级仪表对量值进行比较，是没有计量法定性质的操作。

流量仪表流量值按规定必须定期检定，其检查方法通常有离线检查和现场在线检查两种方法。然而供水业大管径水管不容许随意切断水流，停役拆卸流量传感器，实施离线校准，且因工程费用浩大不易实现，这一难题成为2003年11月中国水协设备委召开的“流量仪表应用技术研讨会”上的讨论热点。在实践中各供水企业根据各自使用条件，探索若干在现场比对或间接检验（查）的方法，验证或评估流量仪表的流量测量值仍保持或已超过原始校准精度等级范围内，作为是否仍可继续使用或需进一步检查提供依据，归纳如下4种比对方法。

（一）清水池容积法

清水池容积法比对流量是供水业经常采用的传统方法，可利用制水厂现成大容积清水池的有利条件，可获得较高的比对精确度。在研讨会提出实施本方法论文有三家企业，其中，长沙自来水公司的论文简述了实施过程和比对实测例的数据。仔细丈量水池几何尺寸，可获得±0.2%的体积不确定度；运行较长时间（几小时以上）使进水池水位差超过1m，以减少各类操作误差的影响。在这样操作条件下，清水池比对法总不确定度可望为±（0.5～1）%。

（二）超声流量计法

　　利用便携式外夹装换能器超声流量计比对流量在供水业应用十分普遍，提出现场在线比对论文的11家企业中有9家采用过本方法。本方法可获得中等比对精确度，但采用本方法时应评估安装于现场比对超声流量计所组成测量系统的不确定度。因为系统不确定度除了超声流量计本身精确度[流速的±（0.5～1.5）%]外，还应包括流通面积、声程距离和声程角的测量偏差形成的附加误差（见表5）。来流受上游挠流件（如阀、弯管）挠动而直管段不足形成速度分布畸变和旋转流所带来的附加误差等。通常所称便携式超声流量计的精确度实际上是所测流速的精确度，切勿误解或受误导认为是所测流量的精确度。便携式超声流量计比对法的总不确定度在2%～5%，若丈量几何尺寸粗糙或无法获悉确切流通面积（如内壁有严重锈蚀或积层），系统不确定度甚至超过5%。大部分供水企业已注意到比对便携式超声流量计安装位置和管道/安装尺寸的重要性，例如石家庄市供水总公司新设计流量计井时，在仪表井测量条件较理想位置预留装比对流量计的管段和空间。有些企业在新设置流量计后，随即用便携式超声流量计测量比对，并将数据记录在案，便于今后分析被比对固定安装流量计有无变化。

还可改变便携式超声流量计换能器安装位置或方式，探测现场管段流动状况。例如沿着管圆周移动两换能器，核对所测不同位置的线平均流速，最大流速处可能就是最接近实际的平均流速位置，因为在最不对称位置的流速畸变所形成的平均流速读数最小。这是所有发表实验报告论据建议的评估方法。比较换能器按Z法和V法安装所测得的流速，如两者相差很大，表明存在严重横向流动，也就是有旋转流的迹象，应给予注意，采取措施。

（三）串联管段式流量计法

提出实施串联管段式流量仪表比对法论文有3家。广州市自来水公司DN800和DN1200电磁流量计各一台使用5年，发送和接收双方对仪表测量精确度出现争议，于是分别临时串联接入同口径或异口径电磁流量计作较长时间运行比对，相差仅在±（0.1%～0.2%），争议即平息。长春自来水公司在一台插入管壁固定安装换能器的超声流量计下游，串联接入一台电磁流量计进行比对，发现超声流量计少计量8%。南昌供水公司采取出厂水管线串联接装两台电磁流量计相互比对。若两表测量值间差别出现异常，可分步送检，一旦其中一台仪表发生故障，另一台照常工作，不会因计量中断而发生纠纷。

（四）插入涡轮流量计法

有两家企业用插入式涡轮流量计与固定安装正在使用中流量计作流量比对。南昌供水公司在DN1000管线更新三台流量计时，在其一侧预留插入孔和阀门以便插入涡轮流量计，作定期流量比对。该公司认为涡轮流量计短时间内使用，其测量值稳定可靠，操作简便，费用省。襄樊供水公司对原插入式涡轮流量计测量点更新成管段式流量计时，保留原插入安装口，俾日后定期再插入涡轮流量计进行比对。虽然插入式流量计组成大管径系统的测量精确度低（±2.5%～±5%），因为即使涡轮流量传感器有较高精确度（流速的±0.5%～±1%），还要包括流通面积测量误差以及流速分布系数/阻塞系数的不确定性等，但有优异的重复性（0.25%～0.5%）。如果在同一位置定期用涡轮流量计与在用流量计比对，与新装后首次比对数据比较，可以评估该仪表运行是否正常准确。

四、应用趋势

1．今后新装核算交接计量用仪表将以电磁式为主，超声流量计应用将逐步扩展，文丘里差压式因有若干优点仍将保有一定应用领地。原装用插入式仪表作交接计量已退出许多，还将进一步减少。

2．超声流量计在大管径应用领域将有较大发展空间，特别是管径超过DN3000～DN3800，采用间接干法校准，将是惟一可选仪表。

3．大文丘里管差压式仪表现在由于采用实流校准及差压变送器采用信号处理技术，性能与传统仪表相比有很大提高（精确度±0.5% FS，范围度8∶1～10∶1），在供水业应用将有所回升。

4．插入式仪表在净化等处理过程中仍将继续应用于流量测量和控制方面。

5．终端用户中小口径总量计量仪表仍以机械式水表为主，但低价位的电磁式水表将进入这一领域。

（作者：中国仪器仪表行业协会流量仪表专业协会教授级高工  蔡武昌）

（责任编辑：童春艳）