Lịch sử và tương lai của phép đo lưu lượng

(1) Nguồn gốc của phép đo lưu lượng

Đồng hồ nước và đồng hồ clepsydra dùng để tính giờ thời cổ đại là những thiết bị sử dụng công nghệ dòng chảy liên tục để tính thời gian. Đồng hồ clepsydra cổ nhất thế giới là đồng hồ nước Ai Cập từ thế kỷ 14 trước Công nguyên. Ở nước ta, Tử Cấm Thành có đồng hồ nước ấm bằng đồng từ thời Tây Hán (năm 206 trước Công nguyên đến năm 8 sau Công nguyên). Vào năm 3000 trước Công nguyên, người ta đã cố gắng đo lưu lượng của sông Nile bằng cách đo mực nước để canh tác nông nghiệp. Từ đó, người ta có thể tính toán được sự phân bố của nước. Có thể nói đây là nguồn gốc của phép đo lưu lượng.

Máy đo gió được phát minh vào thế kỷ 16, máy đo vận tốc cho kênh hở vào thế kỷ 17 và ống Pitot vào thế kỷ 18, đặt nền tảng cho sự phát triển của công nghệ đo lưu lượng. Trong cùng thời kỳ, phương trình cơ bản nhất của cơ học chất lưu, phương trình Bernoulli, đã được thiết lập.

Ống Pitot dùng để đo vận tốc dòng chảy chất lỏng

Tuy nhiên, phép đo lưu lượng thực sự bắt đầu vào thế kỷ 19 khi nguyên mẫu của mạng lưới cung cấp nước và khí thương mại được hình thành. Để đáp ứng nhu cầu thương mại, người ta đã thiết kế đồng hồ đo khí ướt, đồng hồ đo khí khô, đồng hồ đo nước, đồng hồ đo lưu lượng màng ngăn, đồng hồ đo lưu lượng Venturi, v.v. để đo nước và khí. Trong cùng thời kỳ, định luật Faraday, số Reynolds, định luật bảo toàn năng lượng và thí nghiệm đường xoáy Karman do Strohal thực hiện đã được phát triển. Khoa học và công nghệ của thời kỳ này đã đặt nền tảng cho sự phát triển nhanh chóng của phép đo lưu lượng, nhưng cũng cần lưu ý rằng quy trình sản xuất đồng hồ đo lưu lượng trong thời kỳ này vẫn còn tương đối thô sơ, sự hiểu biết về các công nghệ liên quan chưa đủ rõ ràng và trình độ đo lường tổng thể ở mức thấp.

(2) Phát triển đo lưu lượng

Từ thế kỷ 20, cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, công nghệ vật liệu và công nghệ chế biến, sự phát triển và cải tiến của lưu lượng kế đã có những bước tiến nhanh chóng.

Với sự thịnh vượng của nhiều ngành công nghiệp khác nhau, chẳng hạn như công nghiệp chế biến và các tiện ích công cộng, chẳng hạn như cung cấp nước và khí đốt, lưu lượng kế ngày càng trở nên phổ biến.

Số lượng và phạm vi sử dụng đã mở rộng nhanh chóng. Các lưu lượng kế cơ học chính hiện đã được phát triển trong giai đoạn này, chẳng hạn như các dạng tấm lỗ, lưu lượng kế rotameter, đập tràn tam giác và các dạng lưu lượng kế đập tràn khác, lưu lượng kế khe, v.v. trong nửa đầu thế kỷ 20. Ứng dụng thực tế của lưu lượng kế điện từ là một tiến bộ rất nổi bật. Nó không chỉ được sử dụng để đo lưu lượng ống tròn mà còn được áp dụng trong nhiều lưu lượng từ sông đến máu.


Giống như các công nghệ công nghiệp khác, nửa sau của thế kỷ 20 là giai đoạn phát triển mạnh mẽ của các thiết bị đo lưu lượng. Trong giai đoạn này, vì phép đo lưu lượng được sử dụng rộng rãi và vì chất lỏng được đo rất phức tạp và các điều kiện và môi trường đo lường thay đổi rất nhiều nên các yêu cầu đối với lưu lượng kế cũng khác nhau. Do đó, để thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau, các điều kiện môi trường khác nhau và các yêu cầu sử dụng khác nhau, nhiều thiết bị đo lưu lượng khác nhau đã xuất hiện. Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, có hàng chục loại lưu lượng kế thường được sử dụng. Thậm chí có thể nói rằng miễn là có các công nghệ mới được phát triển, mọi người sẽ cố gắng áp dụng chúng vào phép đo lưu lượng, chẳng hạn như lưu lượng kế nhiệt, lưu lượng kế điện từ hiện đại, lưu lượng kế siêu âm, lưu lượng kế khối lượng, lưu lượng kế xoáy, lưu lượng kế tia và các lưu lượng kế liên quan.


Ở Trung Quốc, lưu lượng kế nước và lưu lượng kế khí được sản xuất độc lập vào những năm 1950, và sự phát triển và chất lượng ổn định của sản phẩm đã đạt được vào những năm 1990. Nhìn chung, trình độ sản xuất lưu lượng kế ở nước tôi vẫn còn kém xa trình độ tiên tiến của thế giới, đặc biệt là về ổ trục của lưu lượng kế tuabin, vật liệu và quy trình của lưu lượng kế khối lượng và quy trình của lưu lượng kế siêu âm.

Bước vào thế kỷ 21, công nghệ lưu lượng kế siêu âm đa kênh đã đạt được những bước phát triển mới và được ứng dụng trong lĩnh vực đo lường công nghiệp và kiểm định đo lường với những ưu điểm vô song.

(3)Tương lai của phép đo lưu lượng

Với nhu cầu thanh toán thương mại ngày càng tăng, đo lường năng lượng và bảo vệ môi trường đang dần được chú ý, và việc cải thiện chất lượng sản xuất công nghiệp, hiệu quả và mục tiêu kiểm soát chi phí đã đưa ra yêu cầu cao hơn về số lượng, độ chính xác và độ tin cậy của lưu lượng kế. Những cải tiến kỹ thuật chính tập trung vào các khía cạnh sau.

(1) Trình độ sản xuất lưu lượng kế tiếp tục được cải thiện
Sự cải tiến về cấu trúc lưu lượng kế, vật liệu và công nghệ xử lý đã giúp có thể đo lưu lượng có độ chính xác cao và độ tin cậy vận hành lâu dài của lưu lượng kế cũng được cải thiện đáng kể như một chỉ số quan trọng. Ví dụ, sự cải tiến về vật liệu ổ trục và quy trình của lưu lượng kế tuabin đã cải thiện đáng kể khả năng vận hành ổn định lâu dài của lưu lượng kế; sự cải tiến về vật liệu và công nghệ xử lý của lưu lượng kế khối lượng không chỉ làm giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện hiệu suất đo lường của lưu lượng kế.

(2) Công nghệ hiệu chuẩn lưu lượng kế đang được chú ý

Với sự cải thiện độ chính xác của phép đo lưu lượng kế, mọi người dần nhận ra rằng độ chính xác của các thiết bị hiệu chuẩn lưu lượng là cơ sở và đảm bảo cho phép đo lưu lượng kế chính xác. Việc cải thiện các thiết bị hiệu chuẩn đã trở thành một phần quan trọng của phép đo lưu lượng. Nó đã được đánh giá cao trong những năm gần đây và trình độ kỹ thuật của các thiết bị đã được cải thiện đáng kể.

(3) Nghiên cứu tác động của điều kiện lắp đặt và sử dụng

Hiệu suất đo lường của lưu lượng kế được hiệu chuẩn trong phòng thí nghiệm có thể bị trôi khi sử dụng ngoài thực địa, vì điều kiện phòng thí nghiệm rất khác so với điều kiện ngoài thực địa. Do đó, các nghiên cứu có liên quan về sự khác biệt khi sử dụng lưu lượng kế đã dần được tiến hành, bao gồm ảnh hưởng của đoạn ống thẳng, ảnh hưởng của vị trí điều kiện lắp đặt ba, ảnh hưởng của sự thay đổi môi trường, ảnh hưởng của dòng xoáy, ảnh hưởng của điều kiện môi trường, v.v. Ngoài ra, hiệu suất của dụng cụ hỗ trợ cũng được cải thiện và dần được mọi người chú ý.

(4) Phát triển công nghệ hiệu chuẩn dòng chảy không thực

Với nhu cầu ngày càng tăng đối với phép đo lưu lượng đường kính lớn và sự phát triển của công nghệ đo lưu lượng siêu âm, nhu cầu về lưu lượng kế đường kính lớn ngày càng trở nên cấp thiết, nhưng kích thước của thiết bị hiệu chuẩn vẫn có hạn. Trong bối cảnh như vậy, công nghệ hiệu chuẩn không thực tế của lưu lượng kế đường kính lớn đã phát triển nhanh chóng. Công nghệ này đạt được bằng cách kết hợp động lực học chất lưu tính toán, thí nghiệm mô hình và thí nghiệm thực địa.