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基于能量变化率的气体超声波流量计信号处理方法

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第３６卷第９期　２０１５年９月　

仪　器　仪　表　学　报　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．９　

Ｓｅｐ．２０１５　

基于能量变化率的气体超声波流量计　信号处理方法　

沈子文　，徐科军　，方敏　，朱文姣　，汪伟　（１．合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥２３０００９；　２．工业自动化安徽省工程技术研究中心合肥２３０００９）　

摘要：针对气体超声流量计信号处理中不易找到稳定的测量特征点的问题，提出了一种基于能量变化率的过零检测信　号处理方法，以及最优阈值参数的选取方法。基于能量变化率的过零检测信号处理方法首先求取能量变化率曲线上的　关键阈值点，然后回溯到原始波形信号上，找到对应的过零点，并以此作为信号的稳定特征点，进而求得信号的传播时间　及气体流量。在以ＦＰＧＡ和ＤＳＰ为核心的气体超声流量计信号处理系统上实时实现了算法，并进行标定实验，实验结果　验证了方法的有效性。　关键词：超声波；传播时间；能量变化率；过零检测；数字信号处理　中图分类号：ＴＨ８１４．９２　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：４７０．４０　

Ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｇａｓ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　

Ｓｈｅｎ　Ｚｉｗｅｎ　，Ｘｕ　Ｋｅｊｕｎ　一，Ｆａｎｇ　Ｍｉｎ　，Ｚｈｕ　Ｗｅｎｊｉａｏ　，Ｗａｎｇ　Ｗｅｉ　（　．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｆｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ａｎｈｕｉ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３０００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｉｔ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｐｏｉｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｇａｓ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ，　ａ　ｚｅｒｏ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓ　ｚｅｒｏ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｐｏｉｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｕｉｖｅ，ｔｈｅｎ　ｔｒａｃｅｓ　ｂａｃｋ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｏｂｔａｉｎｓ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　ｚｅｒｏ—ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａ１．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｉｇｎａｌ　ｉｓ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｍｅａｓ—　ｕｒｅｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｇａｓ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ＤＳＰ　ａｎｄ　ＦＰＧＡ　ａｓ　ｔｈｅ　ｄｕａｌ—ｃｏｒｅｓ，ａｎｄ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｇａｓ　ｆｌｏｗ　ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｈｓ　ｖｅｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ—　ｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ；ｒａｔｅ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ；ｚｅｒｏ－ｃｒｏｓｓｉｎｇ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　

１　引　言　气体超声流量计以其测量精度较高、量程比大、　无压损等特点，在天然气和大口径气体流量测量领域　

收稿日期：２０１５－０６　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｄａｔｅ：２０１５－０６　

具有独特的优势和广阔的发展前景　。气体超声波　流量计基于传播时间差的测量原理，需要在超声回波　信号上找到一个稳定的特征点来确定传播时间。但　是，超声信号在气体中幅值衰减严重，导致信号强度　较弱，信噪比较低。而且，由于气体回波信号是类似　幅值调制的正弦波，在有噪声干扰的情况下，常见处　第９期　沈子文等：基于能量变化率的气体超声波流量计信号处理方法　２１３９　理过程中采用的特征点（如最大最小值点、极大极小　值点、斜率最大值点等）都容易波动，具有不确定性，　影响流量的准确计算。　国内外对气体超声流量计均有相关研究。国外　起步较早，大多数采用互相关和过零检测的方法，计　算超声信号从发射到接收的传播时间　。Ｂｒａｓｓｉｅｒ　Ｐ等采用互相关算法计算传播时间和时间差。但　是，由于互相关算法的计算量很大，对系统的处理能　力要求较高，实时性难以保证。美国的Ｄａｎｉｅｌ公司　申报的关于计算信号传播时间的方法与系统的专利　介绍了一种相同的信号在时间轴上的两个不同位置　的时间差的测量方法　。具体来说，该方法首先采　用多种可选的滤波方法去除噪声干扰，采用信号叠　加等方法来增强原始信号，然后计算信号的能量，再　利用多种可选的窗函数来对信号的能量作平均处　理，接着求得能量在时间轴上的变化率，在变化率的　曲线上，根据一个确定的百分比找到临界点，回溯到　原始的信号波形上进行最终的时间计算。但是，专　利没有披露详细的技术细节，例如，没有给出处理过　程中的多个关键参数。根据专利的思路，利用ＭＡＴ．　ＬＡＢ对该方法进行了研究。针对专利中较多参数难　以确定的问题，利用穷举的方法，选择了一组相对最　优的计算参数。在对实际信号进行处理过程中，发　现处理结果会随机地出现错误，处理效果并不理想，　并不能满足高精度的要求。　国内的气体超声流量计研究起步较晚，大多采用模　拟过零检测的方法计算信号的传播时间，求得气体流　量　。但是，与数字信号处理方法相比，模拟信号处理方　法在稳定性、抗干扰性以及信号处理能力等方面存在较　大的劣势。国内部分高校对数字信号处理方法也有研　究，例如互相关算法　、小波分析方法　”　。但是，仅仅　停留在仿真阶段，没有实时实现。　针对气体超声流量计中数字信号处理方法中难　以找到稳定特征点的问题，本文提出了处理气体超声　流量信号这类幅值调制的周期信号的处理方法。首　先在原始信号中提取出较长一段单调递增或者递减　的信号特征波形；然后，通过阈值选择特征波形上的　某一特征点，再回溯到原始的幅值调制的周期信号　上，找到相应的过零点。同时，提出与之相对应的最　优阈值选取方法，以获得最大容错区间，提高阈值的　可靠性。并且在以ＤＳＰ和ＦＰＧＡ为双核心的硬件平　台上实时实现该算法，进行气体流量标定实验，取得　了较好的实验结果。　２基于能量变化率的过零检测算法及最优　阈值参数的选取　气体超声流量计由流量计表体、电子组件及微处　理器系统、超声换能器等组成。超声换能器通常沿管　壁安装，由一个超声换能器发射的超声脉冲被另一个超　声换能器所接收，反之亦然。当管道中的气体流速不为　零时，沿气流方向顺流传播的信号将加快速度，而逆流传　播的信号将减慢，据此得到气体流速与传播时间的关　系为：　

＝　Ｌ　：ｔｏ－Ｔ￣　

式中：　是气体沿着声道的平均流速，，Ｊ是声道长度，　０是声道与管道轴线的夹角，　和　分别是超声脉冲　逆流、顺流传播时间　”Ｊ。可见，逆流时间　和顺流时　间　的准确计算是气体超声流量计精确计量的关键。　发射换能器开始激励到接收换能器接收到超声回波信号　的时间为　，示意图如图１所示，即为式（１）中的　和　

。　

０　Ｏ　

一０　—０　０　ｌ６０　２４０　时问，　

图１　超声信号激励及接收波形图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｃｈｏ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｓｉｇｎａｌ　

超声回波信号的起始位置没有明确的特征，而且在　有噪声干扰情况下难以准确定位。如图１所示，如果能　够在超声回波信号上找到一个稳定的特征点，通过特征　点计算得到时间　。只要在　和　之间存在一个恒定　不变的时间差　，就能够通过式（２）来得到准确的　。　所以，在接收到的超声信号上，找到一个稳定的特征点，　是气体超声流量信号处理的关键。　

＝Ｔ—　（２）　

；喜　２１４０　仪器仪表学报　第３　６卷　研究超声回波信号的波形发现，超声回波信号是类　似幅值经过调制的正弦波，其幅值逐渐增大，然后再逐渐　减小，直至衰减为零。信号的能量也会经历一个从无到　有，再从有到无的变化过程。虽然随着流量的不同，传播　时间　会发生变化，但是，超声回波信号的波形相对比　较稳定，其整体的变化趋势不发生改变，即　保持恒　定值。　为了寻找回波信号中的一个稳定特征点，就需要准　确地找到信号中一个固定的周期区间。由于超声信号与　正弦信号有关，所以，以正弦信号为例，如图２所示。信　号由于干扰的影响，会在不同的采样周期中得到图２中　标记的波动１、波动２、波动３信号。再根据信号的特征，　寻找一个在较长的区间内单调的特征曲线，而且特性曲　线的波形只与信号特性有关，与干扰无关。假设图２中　的斜线段为满足要求的特征曲线，虽然信号由于噪声干　扰会有波动，但是与干扰无关的特性曲线并不会变化。　只要信号的波动不会使图中正弦信号的两个负斜率过零　点确定的波动冗余变为零，那么就可以在纵坐标方向得　到一个阈值的选取区问。根据阈值选取区间确定的阈　值，就能够在每次采样周期中都准确地找到信号中一个　固定位置的正弦周期区间。而且，波动冗余和斜线段的　斜率越大，获得阈值的选取区间就越大，就越有利于提高　计算方法的抗干扰能力。　时间　图２方法示意图　Ｆｉｇ．２　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　气体超声波信号是类似于正弦调制的信号，信号的　特点并不会因为气体介质和管道直径的变化而改变。按　照上述方法，只要通过对信号的处理，得到一段与信号特　性相关的稳定的单调曲线，就能够通过上述方法确定一　个固定的周期区间，然后通过求取过零点的方法，确定最　终的传播时间，就能够使该方法确定的传播时间误差在　可接受范围内。　基于超声信号幅值变化的特点，通过能量变化率　的方法，找到了一条满足上述要求的特征曲线。首先　对超声回波信号的幅值进行平方处理，得到超声回波　信号的能量，如图３中实线所示；然后，求取能量的包　络线，如图３中虚线所示。由于系统计算资源有限，　为了减少计算量，采用最简单的线性插值的算法求取　包络。具体步骤为：找到能量信号的两个相邻的峰值　点（　。，Ｅ。）、（　，Ｅ　），根据式（３）即可得到插值点　（　，Ｅ　）的坐标。　—　，　

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超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计

超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计

超声波多普勒测流速流量设计核心超声波传感器收发装置1.1超声波传感器超声波的发射与接收都是通过换能器实现的，换能器的材质、工作频率、晶片直径极大的影响了发射的效率及回波接收的质量，因此选择合适的换能器对于整个系统能否按预期目标工作来说是至关重要的。

1）换能器材质的确定压电换能器，使用的材料有压电单晶体、压电陶瓷、压电半导体、压电高分子聚合物和复合压电材料。

压电换能器以介电损耗小、机电耦合系数比较大和足够高的机械强度优于石英晶体、镍和一些合金材料，已日趋广泛地用于超声波换能器。

课题选用其中的压电陶瓷超声换能器，有压电性能好，生产和机械加工方便等优点，在各种超声检测中都有广泛的应用。

2）超声波换能器工作频率的选择工作频率的选择需考虑以下因素：●工作频率高，分辨力高，有利于增大信噪比及提取所需信号；●工作频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，声能集中，有利于接收回波；●工作频率增加，声能急剧衰减。

工作频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对测量有利；但工作频率高时，能力衰减大，又对检测不利。

因此，应综合考虑，选择适中的频率。

本课题选择的超声换能器工作频率为1MHz。

3）超声波换能器晶片直径的确定超声波换能器直径D一般为毫米，晶片大小对超声检测具有一定的影响。

晶片直径的选择需考虑以下因素：●晶片直径D增加，半扩散角减小，声束指向性变好，声能集中，对检测有利；●晶片直径D增加，辐射的声能大，换能器扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小；如上所述，换能器晶片直径对声束指向性、远距离扫查范围都有较大的影响。

经过考虑，本课题选择晶片直径D为。

综合考虑，本课题最终确定选用压电陶瓷换能器，其工作频率为1MHz，晶片直径为。

2多普勒法测量原理多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。

超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。

超声波流量计显示负值的原因及解决方法 流量计是如何工作的

超声波流量计显示负值的原因及解决方法 流量计是如何工作的

超声波流量计显示负值的原因及解决方法流量计是如何工作的超声波流量计显示负值的原因及解决方法我们在日常中使用超声波流量计时可能会显现流量计显示负值的现象，这紧要是以下原因造成的：1、表有可能装卡反了或上下游探头装反，处理方法：重新安装；2、测量管道空管或没充分管，有气体存在。

这时流量计会显示负数或流量值忽大忽小。

处理方法：让管道内充分被测介质，使流量计具备测量条件；3、可能零点忘掉关闭或表进入标定状态了，处理方法从设置菜中更改或直接复位；4、表软件有问题。

你的表不是双向表的话可能表程序错乱。

处理方法：找专业厂家人员来进行维护和修理。

超声波流量仪表是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。

它接受了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

我们在使用超声波流量计过程中难免会显现一些测量使用问题，这时候我们应当对仪表进行全面检查排出故障，不能解决的问题也可以适时找厂家专业人员进行维护和修理流量计误差的两种原因流量计在使用过程中，常从前期流量计测量或别的参数流量测量对比，来判定流量计测量是否精准明确，但是流量计在流量规范设备上校验，除少数是流量计仪表自身设置问题（如调试设定过错）外，现场实际证明大多数流量仪表都是正常工作的。

究其测量误差因素一般大多数属流量计设备安置不当和管道内介质中混有异相物（如气体中有凝集液滴，液体中混进气泡）等构成运用方面的误差。

第一、流量计操作不善和安置不当的不良设备：1）规范孔板的锐角未装在迎流面。

2）外表与管道间密封衬垫内径Dg小于管道内径Dp和外表内径Dm而发作束流。

Dg应略大于Dm，如Dg3）密封垫片偏离未对准基地。

密封衬垫设备偏离，遮住了有些流转面积，使速度散布严重畸变不对称。

由于不对称活动发作在流量传感器进口，即上游直管段长度为零，会对差压式、涡轮式、涡街式、超声式，靶式、电磁式等外表带来丈量差错。

例如DN50mm电磁流量计衬垫偏离10mm，丈量差错高达4%～10%。

基于DSP的超声波流量计中的数据处理

基于DSP的超声波流量计中的数据处理

基于DSP 的超声波流量计中的数据处理在超声波流量计系统中，利用相关技术来处理采集到数据信号是一种非常普遍的方法。

本文采用了相关的快速法来进行数据处理，最后给出了应用DSP 实现的数据处理的方法。

利用超声波的时差法测量液体的流量，由于所测的液体对象中都或多或少的存在杂质，尤其固体杂质使得声波产生散射现象，引起接收信号中有效信号很弱，信噪比较小的不利的后果，这样给测量带来较大误差，同时给脉冲计数法也带来不便。

本文介绍了应用超声波传感器，利用时差法进行液体流量的测定，而流量测定系统中的数据采集及用相关技术进行数据处理都是由DSP 来实现的。

由于采集的接收信号中噪声成分较多，在进行相关处理前对信号进行了数字滤波。

1、时差法流量测量原理时差法测量流体的流量原理结构如图1所示，图中的两个超声波传感器交替发射、接收利用声波在液体中传播时，声波与流体流动方向不同传播速度不同的特点，即顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，测定其顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值，计算流体的流动的速度和流量。

设静止流体的声速为C ，流体流动速度为V ，两只传感器P1和P2与管道轴线安装成θ角，传感器的距离为L ，从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为：θc o s 1V C L t += （1） 从P1到P2逆流发射时，声波的传播时间t2为： θc o s 2V C L t -=一般C ≥V ，则时差为：221c o s 2C LV t t t θ=-=∆ θc o s22L C t V ⋅∆= 可见，利用相关法求出1t ∆，并测得当时的温度T,利用声速与温度的关系算出C ，就可求出流速V 。

实际测量时，由于两个传感器不可能做得完全一样，故先在温室下分别对P1和P2存下两组信号作为原始信号，然后在实测中把测得的信号同原始信号分别互相关，就可得出1t ∆、2t ∆，而又21t t t ∆-∆=∆，即为所求时间差。

2、数据处理设原始信号为X 0(n)序列，实测信号为X(n),相关函数为：。

天然气超声波流量计操作规程

天然气超声波流量计操作规程

天然气超声波流量计操作维护规程中国石油西部管道兰州输气分公司年月签字职务日期编制人：审核人：批准人：目录1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 操作内容 (2)5 风险提示 (5)6 应急处置 (5)7 附件 (5)1 范围本标准规定了涩宁兰超声波流量计的现场操作方法。

本标准适用于涩宁兰气体超声流量计。

2 规范性引用文件2.1《中华人民共和国国家标准天然气计量系统技术要求》GB/T 18603一20012.2《用气体超声波流量计测量天然气流量》GB/T 18604-20013 术语和定义3.1气体超声流量计ultrassonic gas flow meter安装在流动气体的管道上，并用超声原理测量气体流量的流量计。

以下简称流量计。

3.2超声换能器ultrassonic transducer把声能转化成电信号和反过来把电信号转化成声能的元件。

3.3信号处理单元signal processing unit是流量计的一部分，由电子元件和微处理器系统组成。

3.4零流量测试zero-flow measure在无流动介质的情况下，检查流量计的读数是否为零或在流量计本身规定的允许范围内。

3.5分界流量transition gas flow rate低于该流量要采用扩展误差限的流量值。

3.6实流校准系数flow calibration factor将流量计进行实流校准测试，并将测试结果按照一定修正方法得出的流量计系数。

3.7最大瞬时压力maximum incidental pressures在短时间内，计量系统能够承受安全装置极限内的最大工作压力。

3.8流量计算机flow computer计算和指示标准参比条件下的流量等参数的装置。

3.9转换装置conversion device由一台流量计算机和各个传感器组成的装置。

用于以压力、温度和气体组成或以密度或以发热量为参数进行标准参比条件下体积流量和质量流量及能量流量的转换。