科氏质量流量计的技术会向哪里发展？有什么新的技术？又有什么新的应用？有什么新的市场？我们的客户的需求是什么？为了帮助我们的用户制定他们的发展计划，高准公司在此对现有产品的发展作一个介绍。
客户的期望：信赖和易用
客户是因为科氏质量流量计的先进的功能性而选择它。其高精确性使得客户能在过程控制上很快得到回报。科氏质量流量计的性能在不断的发展。随着科氏技术的出现，新产品就不断地涌现出来。高准的客户不仅需要简单的过程控制和测量设备，而是需要一个智能的装置。他们希望产品具有典型的自诊断功能，能够显示设备的正常运行；另外他们还希望产品能对控制过程进行诊断。这就意味着他们需要的是一个能够了解过程控制历史数据从而对系统进行优化的智能装置，而不是一个简单的测量产品。
我们将客户的需求做了一个归纳：
◆ 一个能对生产过程进行监测的智能装置
◆ 具有自诊断功能
◆ 具有过程诊断功能
对产品的持续改进体现在以下几个方面
◆ 支持数字协议
◆ 更多的配置选择
◆ 更小的尺寸
◆ 简易的安装
◆ 性能的提高，尤其是高精度和减少停工
在应用方面
◆ 更大的压力和温度适应范围
◆ 适用于更多的具危险性流体
◆ 更多的卫生认证
换句话说，高准的客户需要一个能使他们“放松心情，从维护中解脱出来”的流量表。
科氏质量流量技术的四个发展趋势
有四个市场发展趋势影响了科氏流量技术的发展方向
◆ 市场对科氏质量流量计的接受
◆ 资源的减少
◆ 对质量要求的提高
◆ 对绿色领域的投资
市场对科氏质量流量技术的接受
一个有趣的现象是：市场对科氏流量技术接受的越多，高准产品的更多使用越能带动市场对科氏流量技术的需求。
认证
由于高准流量表正在为越来越多的领域所使用， 因此不论对单一的设备或者一个系统来说， 我们的产品都必须要满足更多的认证和溯源性。目前重要的认证包括了：
◆ 符合美国石油协会（API）5.6章节的认证，这证明了科氏质量流量计适用于碳氢化合物的贸易交接。还有一个认证来自美国气体协会（AGA），证明科氏质量流量计适用于天然气的贸易交接。
◆ API和AGA的认证使得科氏质量流量计在这些原本由差压涡轮表占领的领域得以应用。
◆ 环境保护署（WPA）中联邦规定编码的第二章相关认证。这个规定确保了生产厂的排放得到控制并达到标准。相应的客户需要流量表能证明可追溯性，校验证明，以及此校验是长期可控的。
◆ 国际标准组织（ISO）的ISO17025 认证。这个认证主要是验证仪表实验室的校验能力。
所有这些认证都是非常重要的，确保了科氏质量流量计的可追溯性。
价值，精确性，以及稳定性。
对环境的适应性
目前，高准的科氏质量流量计已经在炎热的地区（如沙特阿拉伯），寒冷的地区（西伯利亚），还有车载等等很多地方得以应用。已经证明了科氏质量流量计能够在下面的环境条件运行。
◆ 炎热和寒冷的环境
◆ 高温和低温流体
◆ 高压环境
◆ 危险环境，尤其是化工厂和炼油厂
由于高准的客户应用的环境越来越特别，比如空间站或者深海勘测站，高准的技术一定要相应改进。最近有一系列的新产品开发出来了，包括：
◆ MVD直联装置（见图1）。这是一个带能量限制电路的电源, 能使流量表安装在危险的地方。MVD直联装置能给传感器供电，并接受从传感器上安装的核心处理器传来的数据。通过与MODBUS连接，客户可以很方便地与流量计通讯获取所有数据，而这种装置只有原来科氏质量流量计变送器的20分之一，对于OEM厂商和橇装供应商来说都是很方便的。
图1 MVD直连装置
◆ 1500/2500 型变送器（见图2）。这种变送器是导轨安装型的，便于和PLC或者撬装集成。
图2 2500型变送器
类似的小型化改进在传感器方面也在进行。
对科氏质量流量计陈旧观点的挑战
由于科氏流量技术随市场要求而快速发展，一些对于这种技术的陈旧的观点已经不再适用了。例如：
◆ “科氏质量流量计不能测大流量”。而今天高准已经有了6 寸的表，也正在考虑制造更大的。
◆ “科氏质量流量计不能测气体”。高准的流量表首次用在气体上是90 年代中期，而目前气体应用已经是我们产品应用的很大一部分了。
◆ “科氏质量流量计不能测量两相流”。的确，理想的科氏质量流量计是针对单相流的。然而，客户不能保证流体一直保持单相流。高准正在研制能确保稳定测量两相流或者多项流应用中的产品。
◆ “科氏质量流量计需要用不锈钢材料”。是这样吗？塑料能否产生和我们现在使用的不锈钢同样的谐振吗？谐振的产生不仅依靠产品的设计，还依赖于材料的特性。高准现在已经在特氟龙材料的应用上取得了很大的进展。
高准公司正在致力于拓展应用的极限！
资源的减少
所有的公司现在都被要求用更少的资源来生产更多的产品。高准就能提供这方面的帮助。我们在智能和易用方面的努力能使你们使用更少的人力在过程控制上。
智能的流量表
在仪表智能方面的改进包括了：
◆ 预测诊断。例如传感器管可能被流体附着从而影响流量。而由于侵蚀或者腐蚀还会造成传感器管变薄。对流量表主要物理特性的监测以及对过程控制数据的统计技术的应用能够让我们预测到管壁的变化。这是一个非常关键的技术，它可以向客户提供比如设备维护、可能的设备故障、过程偏移等报警。
◆ 系统集成。高准已经把对装置的诊断功能与AMS系统进行集成，从而加强了PLANTWEB 的功能。这使得用户能够用AMS系统得到不同测量仪表的信息，比如压力、温度、液位变送器，阀门和流量表，这样就可以对这个过程控制系统以及各个仪表的状态有一个更好的了解。
易用
高准的技术已经变得越来越容易使用了，例如
◆ 流量校验验证。密度和震动频率的关系是众所周知的：测量震动频率可以得到密度值。反过来也是正确的：如果流体的密度保持不变的话，那么测量管的震动频率也会保持不变，这就可以推断流量表运行正常。结论是：如果你使用一种已知密度的液体你可以监测对于这种密度所对应的频率，就可以推断出表的特性没有发生变化，因而得出结论流量的校验系数没有发生漂移。这就使得用户可以在现场对表进行校验了。这对于那些必须遵守FDA或者ISO要求的用户来说是很有好处的。他们就不用把表拆下来送回工厂去校验了（这是目前大多数用户的做法），用户可以在现场进行自校验了。由此带来改善生产率，降低维护，增加了产品生命周期等等益处。
◆ 增强的工具软件。高准刚发布的V2.1 Prolink II，这个版本使变送器能和更多的协议相匹配。它包括了增强的密度界面以及批次测量的应用。Prolink II是高准的单表版的AMS，能让用户组态调试我们的流量表。另外，Prolink II能够很方便地集成在流量表的验证过程和监控工作中。
◆ 更容易的选型。正确地选择流量表对过程控制来说是非常重要的。在选型的时候，需要权衡流量和压损，还要考虑流体的粘度。对非牛顿流体等特定的流体来说选型相对更为复杂。非牛顿流体是指流体的粘度随流速而变化的流体。调味番茄酱就是一个很好的例子。为了让番茄酱能倒出来，我们需要先摇一摇瓶子。一般来说对非牛顿流体来说会选型偏大一些。由于粘度减少而造成的流量增加之间的关系是比较复杂的。高准已经对其选型软件进行了升级来解决非牛顿流体的选型问题。
◆ 多测量信号的输出。科氏质量流量计能够提供除了质量流量以外的其他变量信号。例如，流量密度和温度信号测量就是科氏质量流量计所能额外提供的测量信号，这使得我们对过程又多了解了几个有价值特性。另外其他一些变量也能够利用已知的关系式很轻易地从流量，密度，温度中推算出来。例如，相对体积或者增强密度比如固定的百分比含量，白利糖度，波美比重以及API水平。相应的科氏质量流量计变送器能提供多变量输出也是很重要的，客户可以任意选择使用哪几个变量。高准的3000系列和2000系列的变送器就能够提供多变量输出，并能按照用户要求提供增强的密度输出。
质量要求的提高
现在各公司都在致力于提高产品质量。这就意味着高准的产品必须能够提高过程控制的水准。高准就此开发了基于数字信号处理技术DSP的MVD产品。
数字处理技术能让用户用软件来数字化地分析信号。这能带来不少优点：
◆ 数字滤波能消除测量的变化
◆ 数据融合技术能够把来自不同变量的信息结合起来，提供非常有用的过程控制信息
◆ 趋势分析法能用来监控仪表的生命周期，从而帮助监控过程系统
◆ 流量表的功能还能够适应变化的条件，比如流体的特性发生快速变化（两相流）
在绿色领域的投资
绿色领域设备是一种新的工厂。现有的工厂很少有在基础建设上有大的改变。新的工厂或者绿色设备工厂就能够利用一流的技术来建造。
生化和制药行业（也叫生命科学）是在使用绿色设备上投入最多的。对这些行业的操作控制非常严，例如对流量管的卫生要求必须要满足当地或者全球的卫生标准，如3A，EHEDG。
高准对此也开发出了产品，这包括了：
◆ 支持不同的数字通讯协议或者现场总线。这些协议一般被认为功能卓越，也只有绿色工厂能够用的起。很多不同的通讯协议比如Foundation Fieldbus，DeviceNet 以及Profibus同时在市场上竞争各自争的一席之地。高准的产品能够支持尽可能多的协议并能和大多数的竞争总线相兼容。这就意味着高准的用户能够为他们的设备选择最好的协议而无需担心高准产品的兼容性。
◆ 开发一系列满足卫生要求的传感器。
图3 H系列卫生型传感器
H 系列卫生型传感器（见图3）特性：
◆ 紧凑型设计
◆ 高光洁度
◆ 在线清洁
◆ 自排空
◆ 简洁安装
◆ 减少维护
发展专利技术
我们通过对影响高准产品发展方向的环境做了研究。在本文的后半部分我们想对近期开发的产品作一个介绍，从而说明我们在开发新产品上的目标。
MVD核心处理器
危险环境的安装
大概有一半以上的高准产品安装在危险环境中。因此我们必须加强防护设计以避免危险气体的燃烧。
我们所有的传感器一直以来都用本安设计。也就是限制了产品在危险环境下的能量输出，这种方法被证明是非常有效的。
然而，本安设计对电子部分来说有问题，因为本安栅所能提供的能力不足以同时给传感器和变送器同时供电。这就意味着选择原有产品的用户只能选择以下两种方式：
1 把变送器安装在现场的传感器附近，然后用防爆技术保护，尽管有时候这并不是必要的。
2 把变送器安装在安全的地方，用9芯电缆和传感器通讯。之所以要用这种特殊的电缆是因为微弱的模拟信号必须要用屏蔽来保护免受工厂其他噪声的影响。如图4所示。本安栅隔离并限制了从安全地区来的能量，从左到右。变送器同时处理信号处理和I/O信号，位于安全栅的左侧。
图4 传统结构
因为9芯电缆价格很贵且安装很复杂，因此高准探询一个更好的解决方案。答案是一个新的元件－核心处理器－这是我们新的MVD 流量技术中的一个关键元件。
危险环境中的核心处理器
核心处理器的诞生源于几项新技术的发展。DSP处理器在两个方面进行了改善：能量释放减少了，但性能提高了。这就使得同样的运行可以用更低的能量，相应地也能采用更多的本安栅设计。
图5 MVD核心处理器结构
在我们新的结构中（如图5），信号处理是和I/O分离的。安装在传感器上的核心处理器进行信号处理。现在信号处理是在危险环境中完成的，尽可能地与测量点靠近。由于核心处理器输出的是数字信号，因此标准的4芯电缆就可以使之与变送器相连了，而变送器主要任务是进行I/O通讯。这个结构现在已经被我们许多用户所熟悉：本安的变送器，简单的电缆安装。
MVD核心处理器：完全的科氏质量流量方案
尽管MVD原本是为危险环境应用所设计，但它其实是为各种环境提供了一个完整的科氏流量方案，既有传统的功能，还有DSP功能。
◆ 专利传感器使得单电流驱动的控制系统更加有效，性能更好
◆ 专利的多级数字信号处理系统使得控制的重复性更好
◆ 增强型诊断功能能够记录最高，最低和平均温度，还可以记录电源重置次数和内存的有效性
◆ 带自动监测波特率、停止点、奇偶等等的数字通讯提高了最大数据处理速度
另外，核心处理器直径只有2.5英寸，符合用户对紧凑性的要求。当空间有限的时候核心处理器完全可以安在远的地方而并不会影响其性能，安装也不会带来多少困难和增加费用。
直管表
原始的科氏质量流量计的测量管是弯管。然而，直管也在很多行业和应用上都是需要的。例如：
◆ 卫生型应用，特别是在食品饮料行业，以及制药行业。卫生型应用对表面光洁度要求非常高。因为直管表能够自排空，所以这对卫生型应用是最理想的。
◆ 对高粘度液体的应用。高粘度液体很容易堵塞管线，而相对弯管来说，直管型更容易清理堵塞的管线。
◆ 对需要经常改变流体的流量管中的应用。在这些情况下，不同流体的交叉污染必须要控制到最小。而相对于弯管来说，直管型流量管里的残留液体更少，也就意味着需要排放掉的液体量也就更少。
高准致力于开发最好的直管表。为此我们收集了各种直管应用的资料，研究了直管传感器的物理特性，并和我们20多年设计科氏质量流量计的经验相结合。所有这些投入使我们拥有了几项专利开发出来了T系列表。这款表配合我们的变送器被过程控制杂志评选为年度创新产品。
直管型表的典型应用
直管型表能够满足多个行业的不同用途。下列的例子给出了直管表优于弯管表的几个应用情况。
◆ 生命科学。注射用水。注射用水用于医药行业的清洁区以及给人类注射用，因此必须非常纯净才行。而直管型表的清洁特性在这里就显得至关重要。
◆ 医药行业。药片的包膜。这需要传感器不能影响药片包膜原料的纯度，另外还需要传感器在尺寸上很紧凑而不会给撬装增加成本。这里直管型传感器由于它的易清洁和紧凑性成为这个应用中的首选。
◆ 食品加工。酸奶生产。酸奶生产需要传感器能够在线清洁并达到3A标准。而直管型表很明显都能满足。
直管型表的物理特性
直管型表和弯管表相比其物理特性在两个方面有区别
◆ 流体温度和外界温度对其的影响
◆ 流体密度改变对其震动的影响
流体温度和外界温度对其的影响
直管表和弯管表对于流体的变化以及温度的变化所引起的震动反应是有根本不同的。弯管表由于其测量管与管线不处于一条直线上，因此其随温度的变化相对比较随意。这意味着温度引起的应力变化不大容易影响到传感器。因此弯管型表只需要对由温度引起的材料特性的变化进行补偿就行了，这样一个温度传感器就够了。
而对直管表来说由于其温度变化引起的膨胀要受到管线的制约。由于膨胀受制约，就会由于流体变化和温度的变化产生热应力。热应力会影响测量管的震动，所以必须要在流量和密度测量中进行补偿。
对热应力引起的对测量管的影响可以由计算机模拟设计和经验值来验证。这样做的目的就是要确保直管表可以在任何可预知的温度条件下应用。
图6 说明了几个不同的温度条件对质量流量测量的影响。这种模拟可用来对现场的温度变化建立模型。在最开始我们将温度设置为0（即传感器，流体和环境温度都设置成0℃），然后一步步将流体温度从0℃升高到150℃。
我们会监控传感器对温度的反应以及对流量造成的误差一直到传感器达到热平衡。另外，这个试验会分别在隔离的环境以及非隔离的环境下进行。
在非隔离的情况下，从图6 我们可以看到参考管的温度会随着流体温度上升迅速上升，但是外壳的温度还保持在0左右。非隔离状态下，热量会逐渐辐射出来。而在隔离状态下（同样见图6），热量不再辐射出来，而外壳会因为流体温度的升高而很快被加热。这样，传感器元件的温度变化就和外壳是否隔离有着很大关系，对质量流量的测量也同样受其影响。
图6 流体和环境温度的影响
流体密度对传感器振动的影响
就像温度的影响一样，流体密度对单直管表的影响与对弯管表的影响也是不同的。由于双弯管表有两个一样的测量管。流体密度变化对测量管震动的影响是一样的，因此对质量和密度的测量就不会有影响。
而单直管表是由一个测量管和一个参考管组成，参考管的作用就像是双弯管表的第二只测量管一样。但是流体密度的变化只会影响到测量管而不会对参考管造成影响。这样，测量管和参考管之间的相对震动就会由于密度的变化而发生变化，这就会影响到流量和密度的测量，就必须用电子设备进行补偿。
有许多的换算公式都可用于流量和密度的测量。高准公司所使用的公式可以优化流体密度变化所需的补偿，从而使得由于补偿可能造成的误差最小化。这种优化的补偿公式由高准开发并且申请了专利。高准的传感器也基于传感器自动应用了相应的补偿技术。
简单的能量表应用
由于科氏质量流量计直接测量质量，因此对于不需要质量流量和体积流量数据的情况下也得到优先应用。
历史上，天然气或者锅炉给水应用中基本上是用体积表和色相频谱仪来测量能量的。当知道气体的组成的话，热量BTU就可以通过体积流量测量出来。
然而，气体色相分析价格不菲，变化大且很难保持，许多用户都选择估算一种气体的成分来进行操作。由于热量BTU和体积流量的关系是受气体成分影响的，因此只要是实际的成分和估算的成分有差别就会造成测量的误差。
一般来说气体的组成成分不会经常测量（比如一个月才一次）。这就会造成在这段时间内气体的成分变化会很大。比如，假设一种天然气的热量为一个标准立方尺（SCF）为1100BTU。在图7中，我们可以看到当用体积流量测量时，很明显地不同气体成分的热量也会差别很大。如果乙烷在天然气中的含量变化1%的话，总的热量也会有1%的变化（请注意同量的乙烷的热量比甲烷要高70%）
图7 普通气体能量表
而气体热量的变化要是基于质量的话就会小的多。1%乙烷的质量变化也就能引起大约0.1%的总热量变化。这是因为基于质量的乙烷和甲烷之间的热量差别只有6%，比基于体积的差别小10倍。
图8 中显示了天然气应用的一些数据，这其中丙烷从天然气中抽出卖给了家庭在冬天取暖用。天然气的平均组成成分在夏天和冬天变化很大：夏天丙烷的含量要比冬天高很多。如果我们假定一个固定的BTU热量值，那么基于体积测量情况下夏天和冬天的会有10%的差别，而基于质量测量情况下二者相差只有1%。最为一个天然气的工业用户来说，这个变化是需要计算的。比如，如果气体用于锅炉的话，在夏天和冬天不同的操作是需要优化的。1%的变化量明显要比10%的变化量更容易进行优化操作。
图8 组分变化的例子
对于用户来说使用质量流量测量有几个好处：
◆ 可以优化锅炉性能，这也就能减少成本改善性能
◆ 过程差异可以最小化
◆ 热能散发可以更精确地得到控制。锅炉在高温时效率是比较高的，但是在温度达到一个特定点时由于空气燃烧就会产生NOx。对能量更精确的测量可以通过调节使得效率更好地平衡。
总结
高准产品的发展方向一直是基于用户的需要和要求、市场情况和发展趋势、以及可提供新功能的先进技术。用户的需求可以归纳为“智能”和“易用”。市场情况和发展趋势包括资源的减少，环境变化性增大，对过程控制更多的强调，以及对满足认证标准的质量流量表的需求增长。
作为在这些发展方向上产品发展的一些特例，本文展示了增强型核心处理器、1500/2500 型变送器、ProLink II软件、增强的密度应用、核心处理器、以及T系列直管表。最后，本文展示了科氏质量流量计在天然气方面的应用，证明了质量测量比体积测量更大的价值。
高准致力于产品创新，提高产品性能，以及行业的领导地位。更详细的产品信息请查阅我们的网站：www.micromotion.com. 欢迎来信查询。
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