流量仪表发展见解之蔡武昌篇
- 2013/11/2 10:26:06 16827
- 来源：仪表网
摘要：为何流量准确测量如此难，因为有较多影响准确测量各种因素（源头）的附加误差，例如被测流体的流动状态、流体工况（压力、温度）和流体物性（密度、组分、黏度）变化、环境条件等。
导读：蔡武昌，1951年毕业于大同大学（上海）电机系，原上海光华仪表厂总工程师，教授级工程师，长期从事流量仪表研究开发和生产技术等方面工作。社会职务现任中国仪器仪表行业协会流量工作委员会顾问。曾发表论文80余篇，获两项，出版有合作编著、主编《流量测量方法和仪表的选用》、《流量计应用指南电磁流量计》、《新型流量检测仪表》、《流量测量技术及仪表》。
（蔡武昌）
流量测量之领域
层面为江河水文以及流程工业和公用事业。流量仪表制造行业主要服务对象为流程工业和公用事业。
第二层面仅按流程工业和公用事业应用领域与类型划分。
第三层面按应用行业市场所占比例，据近年国外市场研究机构对流量仪表市场分析：化工占比25%以上；给排水、石油天然气、食品饮料占10%～20%；精炼业、制浆造纸业占5%～10%；生物医药、电力、矿山冶金占5%以下。我国产业分布大体相当，唯食品饮料、生物医药要低一些。
但也有企业涉足层面划分中所提及的服务与江河水文仪表，如上海一家仪表公司研发中的二维电磁流速仪。
流量测量之障碍
为何流量准确测量如此难，因为有较多影响准确测量各种因素（源头）的附加误差，例如被测流体的流动状态、流体工况（压力、温度）和流体物性（密度、组分、黏度）变化、环境条件等。
现场流量测量是一个围绕着流量仪表的测量系统，测量准确度除了仪表基本误差外，还要加上各种影响量的附加误差。流量仪表的基本误差是在规定条件下设计的，或在符合规定要求流量标准装置上校准或量值传递的。现场安装的使用条件，往往偏离这些规定条件而带来附加误差。譬如0.5级准确度的仪表，现场测量误差会超过0.5%。各项条件较好，工作细致，误差可能在1%以内；如条件较差，工作粗糙（如管道内径与仪表内径不匹配，差别较大，连接处垫圈突入），测量误差可能会超过1%，甚至到5%。这其中也有仪表功能性附加误差，如超声流量计所测流量过低，处于湍流向层流转变过渡区间，仪表系数处于随机性变化；电磁流量计液体电导率瞬间变化，都会使测量误差增加。
流量仪表之历程
阶段为萌芽期（1934年～1949年）。
1934年上海光华精密机械厂（上海光华仪表厂前身）为上海各自来水公司提供修配用水表零件，1936年生产整只仪表。1946年天津联昌机器厂（天津自动化仪表三厂前身）也生产水表。期末有数家水表生产厂。
新中国成立前我国仅有几家生产水表的企业，次世界大战时出现的制碱等流程工业以及公用业水厂、电厂等所用差压式流量计还是从国外进口。
第二阶段为发展初创期（1950年～1969年）。
这一时期新建了若干国营企业（如开封仪表厂），发展了一些私营企业，到期末时生产流量仪表的企业已有20家左右（流量仪表行业传统上不包括水表业和家用燃气表业）。仪表品种已有差压式、浮子式、容积式、叶轮涡轮式等传统流量仪表，并开始研发电磁式、超声式等新技术流量仪表，少量提供市场试用。流量仪表制造业在这一时期曾组织过多次仪表的统一设计或联合设计，并开始建立校准流量仪表的流量标准装置。
第三阶段为发展中期（1970年～1980年）。
发展中期陆续有一些国营自动化仪表厂扩展品种，增产或转产流量仪表。这一时期出现了许多校办工厂和乡镇企业，期末生产企业估计在80～100家之间，其中有些企业以后成为有相当实力的民营企业。电磁流量计等新技术仪表已可批量提供市场。
第四阶段为技术引进和吸收成长期（1981年～1999年）。
这一时期仪表行业以许可证贸易、合作生产、中外合资等方式引进先进技术，生产差压变送器、电磁流量计、科里奥利流量计、超声流量计等先进新型流量仪表，我在21世纪初曾汇集，共有许可证贸易27项，合作/合资生产33项。期末全国生产流量仪表的企业估计为280家左右。
第五阶段为多种经济竞争期（2000年以后）。
2003年，流量仪表制造企业估计在450～540家之间，除国营、民营、中外合资外，21世纪初又进入了外商独资企业。流量仪表市场占有比例居于前列的企业，都在中国建立了流量仪表生产基地。外商企业持先进型号仪表，占有市场，竞争更趋激烈。
流量仪表之现状
从企业状况方面来说，当前我国制造企业在550～650家之间，其中资质优、实力强者占1/6～1/4（不包括生产家用水表、燃气表企业，2003年生产家用水表企业队伍也相当庞大，有260～300家）。按企业经济成分所有，分为国营、民营、中外合资和外商独资四类。国有企业数量已不多，在中国仪器仪表行业协会流量仪表工作委员会（CIMA/FMC）所联系的50余家会员中所占比例不到10%；民营企业则占很大比例，从原有国企改制的，国企改制分流职工自行创业衍生的，原国有企事业有志者下海建立的，民间有志者利用社会技术力量兴办的，其中有些已成为行业中间骨干力量；中外合资企业至少有20家，在外商独资企业进入之前，其产品是先进的，占有市场很大份额；外商独资企业已超过12家，流量仪表领头企业都在我国建立了生产基地，如Emerson、E H、Krohne、横河电机、西门子、ABB、奥巴尔等，其中有些已具有相当规模，也有企业关闭或压缩本国生产点，从中国生产产品返销本国和出口第三国，如设在苏州的横河电机。
在市场规模方面，由于流量仪表尚没有官方或半官方的单独统计项，因此各界所提供的也只能是研究估计。2012年，流量仪表市场容量估计在90亿元左右（包括进口仪表，其中零部件占35%～40%），约占市场的1/4（不包括家用水表、燃气表）。进口仪表中除整台仪表外，还有一部分是电子部件和关键元件。某调查研究显示2002～2007年间销售金额年增长率为18.7%，近年有所下降，2007～2011年间估计为7.07%。
在品种组成方面，流程工业和公用事业常用流量仪表各品种都能满足。 2010年销售金额比例参考
但蔡武昌认为其中科氏力式估计偏高些，其他项估计偏低些。
蔡武昌与同仁估计近年我国台数
流量仪表制造业存在的问题主要表现为三点。点为企业研究开发力量薄弱，投入少。第二点与点有相似之处，即本土企业产品水平低，大部分保持在中低档水平，相对落后，呈同质化现象。第三点是相当一部分企业不重视提高产品质量性能，例如应当实流校准的仪表，竟有不校准者，恶性低价竞争，扰乱市场。有些企业没有实质性生产能力，贴牌销售，近乎皮包公司。虽然政府鼓励研发创新，对投入新产品采取改免税等措施，但收效似乎不大。在产品质量管理方面也采取设置准入门槛、定期抽查等措施，但低劣仪表还是充斥市场。
但随着有识之士的努力，重视企业信誉，市场力量必将优胜劣汰，健康发展。
流量仪表之成果
产品开发成果方面，以上现有仪表作参照系，列举两种在某些方面处于世界前列的实例。
弯管流量计。河北理工大学智能仪表厂（原唐山理工仪器仪表有限公司）李志教授团队20余年研究开发，使弯管流量计准确度等级提高到0.5～1级，获得系列弯管流出系数，可以做到不实流校准，应用于供热水管网、蒸汽管网，该公司累计发货量现已超过17000台。上似乎未见有企业定型产品。
超声水表。国外也有超声流量计用作水表，我国则根据水表标准特点要求设计超声水表，价格低廉，应用于管网区域计量管理。例如中国水协2010年度报告称调查82家企业所用近1300台超声流量计中，超声水表占56%。
关键设备“国产化”实例
中大管径多声道气体超声波流量计。西气东输期干线所用气体超声流量计都用进口产品，上海中核维思仪器仪表公司与上海同济大学合作，经十余年研发的多声道气体超声流量计，已在西气东输二期工程的干、支线上应用，在国家政策支持下，已有70%～80%采用了维思公司的产品。
流量仪表之趋势
在企业发展方面，外资企业会携国外技术与产品进入中国市场，利用在中国制造的低成本优势，降低产品价格，进一步扩大在华市场。有实力的国内企业将会进一步发展，在已有基础上逐步开发产品。市场中资质较差的企业将会被逐渐淘汰，而前一阶段企业的膨胀势头也会有所缓和与冷却。流量测量领域的服务性企业将会有进一步发展，如面向用户去现场为大管径流量仪表进行定期检定。
在流量的测量方法上，也会有进一步的发展。如双相、多相流量测量，具有测量气/固、气/液、固/液双相或多相技术的产品将会逐步出现，而现今国内尚无像样的定型产品。上尚处于初创成长，亦适用双相流的声纳流量计、微波流量计等新颖仪表亦将会发展。除此之外，流量仪表在功能上也会增加自诊断和多参数测量等。
附：流量仪表发展见解之纪纲篇
流量仪表发展见解之武丽英篇
（蔡武昌）
层面为江河水文以及流程工业和公用事业。流量仪表制造行业主要服务对象为流程工业和公用事业。
第二层面仅按流程工业和公用事业应用领域与类型划分。
第三层面按应用行业市场所占比例，据近年国外市场研究机构对流量仪表市场分析：化工占比25%以上；给排水、石油天然气、食品饮料占10%～20%；精炼业、制浆造纸业占5%～10%；生物医药、电力、矿山冶金占5%以下。我国产业分布大体相当，唯食品饮料、生物医药要低一些。
但也有企业涉足层面划分中所提及的服务与江河水文仪表，如上海一家仪表公司研发中的二维电磁流速仪。
流量测量之障碍
为何流量准确测量如此难，因为有较多影响准确测量各种因素（源头）的附加误差，例如被测流体的流动状态、流体工况（压力、温度）和流体物性（密度、组分、黏度）变化、环境条件等。
现场流量测量是一个围绕着流量仪表的测量系统，测量准确度除了仪表基本误差外，还要加上各种影响量的附加误差。流量仪表的基本误差是在规定条件下设计的，或在符合规定要求流量标准装置上校准或量值传递的。现场安装的使用条件，往往偏离这些规定条件而带来附加误差。譬如0.5级准确度的仪表，现场测量误差会超过0.5%。各项条件较好，工作细致，误差可能在1%以内；如条件较差，工作粗糙（如管道内径与仪表内径不匹配，差别较大，连接处垫圈突入），测量误差可能会超过1%，甚至到5%。这其中也有仪表功能性附加误差，如超声流量计所测流量过低，处于湍流向层流转变过渡区间，仪表系数处于随机性变化；电磁流量计液体电导率瞬间变化，都会使测量误差增加。
流量仪表之历程
阶段为萌芽期（1934年～1949年）。
1934年上海光华精密机械厂（上海光华仪表厂前身）为上海各自来水公司提供修配用水表零件，1936年生产整只仪表。1946年天津联昌机器厂（天津自动化仪表三厂前身）也生产水表。期末有数家水表生产厂。
新中国成立前我国仅有几家生产水表的企业，次世界大战时出现的制碱等流程工业以及公用业水厂、电厂等所用差压式流量计还是从国外进口。
第二阶段为发展初创期（1950年～1969年）。
这一时期新建了若干国营企业（如开封仪表厂），发展了一些私营企业，到期末时生产流量仪表的企业已有20家左右（流量仪表行业传统上不包括水表业和家用燃气表业）。仪表品种已有差压式、浮子式、容积式、叶轮涡轮式等传统流量仪表，并开始研发电磁式、超声式等新技术流量仪表，少量提供市场试用。流量仪表制造业在这一时期曾组织过多次仪表的统一设计或联合设计，并开始建立校准流量仪表的流量标准装置。
第三阶段为发展中期（1970年～1980年）。
发展中期陆续有一些国营自动化仪表厂扩展品种，增产或转产流量仪表。这一时期出现了许多校办工厂和乡镇企业，期末生产企业估计在80～100家之间，其中有些企业以后成为有相当实力的民营企业。电磁流量计等新技术仪表已可批量提供市场。
第四阶段为技术引进和吸收成长期（1981年～1999年）。
这一时期仪表行业以许可证贸易、合作生产、中外合资等方式引进先进技术，生产差压变送器、电磁流量计、科里奥利流量计、超声流量计等先进新型流量仪表，我在21世纪初曾汇集，共有许可证贸易27项，合作/合资生产33项。期末全国生产流量仪表的企业估计为280家左右。
第五阶段为多种经济竞争期（2000年以后）。
2003年，流量仪表制造企业估计在450～540家之间，除国营、民营、中外合资外，21世纪初又进入了外商独资企业。流量仪表市场占有比例居于前列的企业，都在中国建立了流量仪表生产基地。外商企业持先进型号仪表，占有市场，竞争更趋激烈。
从企业状况方面来说，当前我国制造企业在550～650家之间，其中资质优、实力强者占1/6～1/4（不包括生产家用水表、燃气表企业，2003年生产家用水表企业队伍也相当庞大，有260～300家）。按企业经济成分所有，分为国营、民营、中外合资和外商独资四类。国有企业数量已不多，在中国仪器仪表行业协会流量仪表工作委员会（CIMA/FMC）所联系的50余家会员中所占比例不到10%；民营企业则占很大比例，从原有国企改制的，国企改制分流职工自行创业衍生的，原国有企事业有志者下海建立的，民间有志者利用社会技术力量兴办的，其中有些已成为行业中间骨干力量；中外合资企业至少有20家，在外商独资企业进入之前，其产品是先进的，占有市场很大份额；外商独资企业已超过12家，流量仪表领头企业都在我国建立了生产基地，如Emerson、E H、Krohne、横河电机、西门子、ABB、奥巴尔等，其中有些已具有相当规模，也有企业关闭或压缩本国生产点，从中国生产产品返销本国和出口第三国，如设在苏州的横河电机。
在市场规模方面，由于流量仪表尚没有官方或半官方的单独统计项，因此各界所提供的也只能是研究估计。2012年，流量仪表市场容量估计在90亿元左右（包括进口仪表，其中零部件占35%～40%），约占市场的1/4（不包括家用水表、燃气表）。进口仪表中除整台仪表外，还有一部分是电子部件和关键元件。某调查研究显示2002～2007年间销售金额年增长率为18.7%，近年有所下降，2007～2011年间估计为7.07%。
在品种组成方面，流程工业和公用事业常用流量仪表各品种都能满足。
2010年销售金额比例参考
但蔡武昌认为其中科氏力式估计偏高些，其他项估计偏低些。
蔡武昌与同仁估计近年我国台数
流量仪表制造业存在的问题主要表现为三点。点为企业研究开发力量薄弱，投入少。第二点与点有相似之处，即本土企业产品水平低，大部分保持在中低档水平，相对落后，呈同质化现象。第三点是相当一部分企业不重视提高产品质量性能，例如应当实流校准的仪表，竟有不校准者，恶性低价竞争，扰乱市场。有些企业没有实质性生产能力，贴牌销售，近乎皮包公司。虽然政府鼓励研发创新，对投入新产品采取改免税等措施，但收效似乎不大。在产品质量管理方面也采取设置准入门槛、定期抽查等措施，但低劣仪表还是充斥市场。
但随着有识之士的努力，重视企业信誉，市场力量必将优胜劣汰，健康发展。
流量仪表之成果
产品开发成果方面，以上现有仪表作参照系，列举两种在某些方面处于世界前列的实例。
弯管流量计。河北理工大学智能仪表厂（原唐山理工仪器仪表有限公司）李志教授团队20余年研究开发，使弯管流量计准确度等级提高到0.5～1级，获得系列弯管流出系数，可以做到不实流校准，应用于供热水管网、蒸汽管网，该公司累计发货量现已超过17000台。上似乎未见有企业定型产品。
超声水表。国外也有超声流量计用作水表，我国则根据水表标准特点要求设计超声水表，价格低廉，应用于管网区域计量管理。例如中国水协2010年度报告称调查82家企业所用近1300台超声流量计中，超声水表占56%。
关键设备“国产化”实例
中大管径多声道气体超声波流量计。西气东输期干线所用气体超声流量计都用进口产品，上海中核维思仪器仪表公司与上海同济大学合作，经十余年研发的多声道气体超声流量计，已在西气东输二期工程的干、支线上应用，在国家政策支持下，已有70%～80%采用了维思公司的产品。
流量仪表之趋势
在企业发展方面，外资企业会携国外技术与产品进入中国市场，利用在中国制造的低成本优势，降低产品价格，进一步扩大在华市场。有实力的国内企业将会进一步发展，在已有基础上逐步开发产品。市场中资质较差的企业将会被逐渐淘汰，而前一阶段企业的膨胀势头也会有所缓和与冷却。流量测量领域的服务性企业将会有进一步发展，如面向用户去现场为大管径流量仪表进行定期检定。
在流量的测量方法上，也会有进一步的发展。如双相、多相流量测量，具有测量气/固、气/液、固/液双相或多相技术的产品将会逐步出现，而现今国内尚无像样的定型产品。上尚处于初创成长，亦适用双相流的声纳流量计、微波流量计等新颖仪表亦将会发展。除此之外，流量仪表在功能上也会增加自诊断和多参数测量等。
附：流量仪表发展见解之纪纲篇
流量仪表发展见解之武丽英篇
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