傳感器和檢測(cè)技術(shù)第4章 流量傳感器ppt課件

1、第第4章章 流量檢測(cè)技術(shù)流量檢測(cè)技術(shù)4.1 概述概述4.2 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)4.3 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)4.4 速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)4.5 質(zhì)量式流量計(jì)質(zhì)量式流量計(jì)4.6 流量計(jì)的選用流量計(jì)的選用內(nèi)容提要本章介紹了流量的基本概念，流量的檢測(cè)方法，常用流量計(jì)的分類、性能和主要參數(shù)；重點(diǎn)講述了壓差式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)的檢測(cè)原理、主要特點(diǎn)及適用范圍等；對(duì)壓差式流量計(jì)的安裝使用與容積式流量計(jì)的安裝使用也作了一定的闡述，最后介紹了選用流量計(jì)應(yīng)考慮的因素以及選型步驟。通過本章學(xué)習(xí)，要求掌握針對(duì)不同被測(cè)介質(zhì)而選用對(duì)應(yīng)流量計(jì)的方法和流量計(jì)的安裝使用。 4.1 概述概述4.1.1

2、 流量檢測(cè)基礎(chǔ)流量檢測(cè)基礎(chǔ)流量，是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某截面流體流量，是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某截面流體的體積稱為體積流量或質(zhì)量稱為質(zhì)量的體積稱為體積流量或質(zhì)量稱為質(zhì)量流量），在一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量就是流流量），在一段時(shí)間內(nèi)流過的流體量就是流體總量，即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積累。體總量，即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積累。測(cè)量流量的計(jì)量器具稱為流量計(jì)，通常由一測(cè)量流量的計(jì)量器具稱為流量計(jì)，通常由一次裝置和二次儀表組成。次裝置和二次儀表組成。一次裝置安裝于流體導(dǎo)管內(nèi)部或外部，根據(jù)流體與一次裝置相互作用的物理定律，產(chǎn)生一個(gè)與流量有確定關(guān)系的信號(hào)。一次裝置又稱為流量傳感器。二次儀表接受一次裝置的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成流量輸出

3、信號(hào)或顯示信號(hào)。由于用于流量測(cè)量的一次裝置與二次儀表通常配套使用，所以將傳感器與二次儀表通稱為流量計(jì)。 流量計(jì)的分類流量計(jì)的分類分為:瞬時(shí)流量計(jì)累積式流量計(jì)流量的計(jì)量單位流量的計(jì)量單位體積流量的計(jì)量單位為米3/秒m3/s）；質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克/秒kg/s）；累積體積流量的計(jì)量單位為米3m3）；累積質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克kg）。除這些計(jì)量單位外，工程上還使用米3/時(shí)m3/h）、升/分L/min）、噸/小時(shí)t/h）、升L）、噸t等作為流量計(jì)量單位。4.1.2 流量的檢測(cè)方法流量的檢測(cè)方法按測(cè)量對(duì)象劃分:封閉管道用和明渠用兩大類。按測(cè)量目的分:總量測(cè)量和流量測(cè)量 其儀表分別稱作總量表和流量表

4、。按測(cè)量原理分:力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。 4.1.3 流量計(jì)的分類流量計(jì)的分類表表4-1 常用流量計(jì)分類及性能常用流量計(jì)分類及性能4.1.4 流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)1. 流量范圍流量范圍指流量計(jì)可測(cè)的最大流量與最小流量的范圍。指流量計(jì)可測(cè)的最大流量與最小流量的范圍。2. 量程和量程比量程和量程比流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計(jì)的量程。流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計(jì)的量程。最大流量與最小流量的比值稱為量程比。最大流量與最小流量的比值稱為量程比。3. 允許誤差和精度等級(jí)允許誤差和精度等級(jí)流量計(jì)在規(guī)定的正常工作條件下允許的

5、最大誤差，稱為該流量計(jì)在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量計(jì)的允許誤差。流量計(jì)的允許誤差。4. 壓力損失壓力損失通常用流量計(jì)的進(jìn)、出口之間的靜壓差來表示。通常用流量計(jì)的進(jìn)、出口之間的靜壓差來表示。4.2 差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)4.2.1 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)4.2.2 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)4.2.4 差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求4.2.5 差壓式流量計(jì)的使用差壓式流量計(jì)的使用4.2.1 節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)：是在管道中安裝某種節(jié)流元件，當(dāng)流體流過節(jié)流元件時(shí)，產(chǎn)生壓力差，通過測(cè)量壓力差，就可

6、實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。節(jié)流式流量傳感器主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)或差壓變壓器和顯示儀表。節(jié)流裝置是流量敏感檢測(cè)元件，是安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件，其直徑比管徑小。如孔板、噴嘴、文丘利管。節(jié)流裝置的作用：把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)；壓差計(jì)的作用:對(duì)壓差進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值；差壓變送器的作用:能把差壓信號(hào)傳換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、記錄或控制。1. 測(cè)量原理節(jié)流式流量計(jì)的工作原理示意如圖4-1所示。圖4-1 節(jié)流流量計(jì)工作原理示意圖靜壓：流體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力；動(dòng)壓：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力，只要管道內(nèi)流體流動(dòng)就具有一定的動(dòng)壓；全壓=靜壓+動(dòng)壓靜壓差的大小p與流過

7、管道的流體體積流量QV之間的關(guān)系為 （4-1）式中，為實(shí)驗(yàn)方法所確定的流量系數(shù)；為流體膨脹校正系數(shù)可壓縮流體1，不可壓縮流體1）；S0為節(jié)流裝置收縮最厲害的截面面積（）；為流體密度kg/m3）。pSQV202. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實(shí)、工作可靠、性能具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實(shí)、工作可靠、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、價(jià)格便宜、使用方便；穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、價(jià)格便宜、使用方便；缺陷：易受流體密度的影響，管道中有壓力損缺陷：易受流體密度的影響，管道中有壓力損失，只適用于對(duì)潔凈流體的測(cè)量。失，只適用于對(duì)潔凈流體的測(cè)量。3. 適用范圍適用范圍廣泛用于石油、化工、冶金、電力、輕紡等行廣泛用于石油、化

8、工、冶金、電力、輕紡等行業(yè)。適用于對(duì)液體、蒸汽、氣體的流量測(cè)量。業(yè)。適用于對(duì)液體、蒸汽、氣體的流量測(cè)量。 節(jié)流式流量計(jì)外形如圖節(jié)流式流量計(jì)外形如圖4-2所示。所示。圖4-2 節(jié)流式流量計(jì)外形4.2.2 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)圖圖 靶式流量計(jì)靶式流量計(jì)1. 測(cè)量原理測(cè)量原理 （4-24-2）式中：式中：QVQV為體積流量為體積流量m3/sm3/s）；）；為直徑比，為直徑比，d/Dd/D； D D為測(cè)量管內(nèi)徑為測(cè)量管內(nèi)徑m m）；）；d d為靶直徑為靶直徑m m）；）； 為流體密度為流體密度g/m3g/m3）；）； F F為靶受為靶受到的力到的力N N）；）； 為流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。為流量系數(shù)，由

9、實(shí)驗(yàn)確定。FDQV21253. 12. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)靶式流量計(jì)與節(jié)流式相比具有結(jié)構(gòu)簡單，不需靶式流量計(jì)與節(jié)流式相比具有結(jié)構(gòu)簡單，不需要安裝引壓管和其他輔助管件，安裝維護(hù)方便要安裝引壓管和其他輔助管件，安裝維護(hù)方便和不易堵塞等特點(diǎn)；壓力損失一般低于節(jié)流式和不易堵塞等特點(diǎn)；壓力損失一般低于節(jié)流式流量計(jì)，約為孔板壓力損失的一半。流量計(jì)，約為孔板壓力損失的一半。3. 適用范圍適用范圍靶式流量計(jì)可用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流靶式流量計(jì)可用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流量，尤其可用于測(cè)量高粘度的液體。量，尤其可用于測(cè)量高粘度的液體。例如用于重油、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐例如用于重油、瀝青、含固體顆粒的漿

10、液及腐蝕性介質(zhì)的流量測(cè)量。蝕性介質(zhì)的流量測(cè)量。4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)圖4-5 轉(zhuǎn)子流量傳感器測(cè)流量原理圖1. 工作原理工作原理轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的位置高度與被測(cè)流體的體積流量有關(guān)，他們的關(guān)系可用下式表示 （4-3）式中，為轉(zhuǎn)子對(duì)流體的阻力系數(shù)； df為轉(zhuǎn)子的最大直徑m）； H為轉(zhuǎn)子高度m）；為錐形管的錐角rad）；g為重力加速度；pf為轉(zhuǎn)子的密度kg/m3）；為流體的密度kg/m3）；Sf為轉(zhuǎn)子最大的橫截面積（）。fff2tan1SgHdQV2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)按錐形管制造材料的不同有轉(zhuǎn)子流量計(jì)按錐形管制造材料的不同有玻璃管和金屬管兩大類玻璃管和金屬管兩大類.3. 適用范圍適

11、用范圍轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合測(cè)量較小的流量，如可轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合測(cè)量較小的流量，如可測(cè)量氣體或液體的流量粘度大的液體測(cè)量氣體或液體的流量粘度大的液體除外），比較適合于實(shí)驗(yàn)室或儀器裝置除外），比較適合于實(shí)驗(yàn)室或儀器裝置中的流量指示和監(jiān)視。中的流量指示和監(jiān)視。圖4-6 轉(zhuǎn)子流量計(jì)外形4.2.4 差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求 安裝時(shí)，必須保證節(jié)流件的開孔和管道同心，節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。在節(jié)流件的上下游，必須配有一定長度的直管段。 導(dǎo)壓管盡量按最短距離敷設(shè)在350m之內(nèi)。為了不致在此管路中積聚氣體和水分，導(dǎo)壓管應(yīng)垂直安裝。水平安裝時(shí)，其傾斜率不應(yīng)小于1:10，導(dǎo)

12、壓管為直徑1012mm的銅、鋁或鋼管。 測(cè)量液體流量時(shí)，應(yīng)將差壓計(jì)安裝在低于節(jié)流裝置處。若一定要裝在上方時(shí)，應(yīng)在連接管路的最高點(diǎn)處安裝帶閥門的集氣器，在最低點(diǎn)處安裝帶閥門的沉降器，以便排出導(dǎo)壓管內(nèi)的氣體和沉積物，如圖4-7所示。圖4-7 測(cè)量液體時(shí)差壓計(jì)安裝1節(jié)流裝置；2沉降器；3集氣器 測(cè)量氣體流量，最好將差壓計(jì)裝在高于節(jié)流裝置處。如一定要安裝在下面，在連接導(dǎo)管的最低處安裝沉降器，以便排除冷凝液及污物，如圖4-8所示。圖4-8 測(cè)量氣體時(shí)差壓計(jì)安裝1差壓計(jì)；2沉降器 測(cè)量粘性的、腐蝕性的或易燃的液體流量時(shí)，應(yīng)安裝隔離器，如圖4-9所示。隔離器的用途是保護(hù)差壓計(jì)不受被測(cè)流體的腐蝕和沾污，隔離器

13、是兩個(gè)相同的金屬容器，容器內(nèi)充滿化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并與被測(cè)流體不相互作用和溶融的液體，差壓計(jì)同時(shí)充滿隔離液。圖4-9 測(cè)量腐蝕性液體時(shí)儀表安裝1差壓計(jì)；2節(jié)流裝置；3沖洗閥；4導(dǎo)壓管；5隔離器；6沉降器；7排水閥；8平衡閥 測(cè)量蒸汽流量時(shí)，差壓計(jì)和節(jié)流裝置之間的相對(duì)配置和測(cè)量液體流量相同。為保證導(dǎo)壓管中的冷凝水處于同一水平面上，在靠近節(jié)流裝置處安裝冷凝器。冷凝器是為了使差壓計(jì)不受700C以上高溫流體的影響，并能使蒸汽的冷凝液處于同一水平面上，以保證測(cè)量精度。如圖4-10所示。圖4-10 測(cè)量蒸汽流量時(shí)安裝1冷凝器；2沉降器；3差壓計(jì)4.2.5 差壓式流量計(jì)的使用差壓式流量計(jì)的使用1. 測(cè)量液體流量測(cè)

14、量液體流量2. 測(cè)量氣體流量測(cè)量氣體流量3. 測(cè)量蒸汽測(cè)量蒸汽4.3 容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)4.3.1 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)4.3.2 腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)4.3.4 刮板式流量計(jì)刮板式流量計(jì)4.3.5 容積式流量計(jì)的安裝與使用容積式流量計(jì)的安裝與使用原理：利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測(cè)量流體體積總量。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，被測(cè)流體粘度影響小，不要求前后有直管段等。 4.3.1 橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)計(jì)量齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)圖4-11 橢圓齒輪流量計(jì)示意圖4.

15、3.2 腰輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)各測(cè)量元件不接觸運(yùn)行磨損小圖4-12 腰輪流量計(jì)原理示意圖圖4-13 腰輪流量計(jì)外形 腰輪流量計(jì)的型號(hào)表示腰輪流量計(jì)的型號(hào)表示腰輪流量計(jì)管道安裝形式腰輪流量計(jì)管道安裝形式4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)活塞的轉(zhuǎn)數(shù)圖4-14 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)原理圖4.3.4 刮板式流量計(jì)刮板式流量計(jì)圖4-15 凸輪式刮板流量計(jì)原理圖4.3.5 容積式流量計(jì)的安裝與使用容積式流量計(jì)的安裝與使用安裝時(shí)要注意被測(cè)流體的流動(dòng)方向應(yīng)與流量計(jì)外殼上的流向標(biāo)志一致。容積式流量計(jì)只能測(cè)量單相潔凈的流體，安裝前必須先清洗上游管線，在流量計(jì)上游要安裝過濾器，以免雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)內(nèi)，卡死或損壞測(cè)

16、量元件；當(dāng)測(cè)量含氣液體或易氣化的液體時(shí)，還應(yīng)考慮加裝消氣器；調(diào)節(jié)流量的閥門應(yīng)位于流量計(jì)下游，為維護(hù)方便需設(shè)置旁通管路。容積式流量計(jì)在使用過程中被測(cè)流體應(yīng)充滿管道，并工作在規(guī)定的流量范圍內(nèi)；當(dāng)粘度、溫度等參數(shù)超過規(guī)定范圍時(shí)應(yīng)對(duì)流量值進(jìn)行修正；流量計(jì)需定期清洗和檢定。4.4 速度式流量計(jì)速度式流量計(jì)4.4.1 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)4.4.2 葉輪式流量計(jì)葉輪式流量計(jì)4.4.3 渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)4.4.4 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)4.4.5 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)速度式流量計(jì)的工作原理速度式流量計(jì)的工作原理原理：利用測(cè)量管道內(nèi)流體的速度來測(cè)量流量。若測(cè)得管道截面上的平均速度，則流體的體積流量=平均

17、流速管道截面積 體積流量：當(dāng)流體以體積表示時(shí)稱為體積流量。質(zhì)量流量：當(dāng)流體以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量。AudtdVtVqtv0limAudtdMtMqtm0lim4.4.1 渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)1. 工作原理基于流體動(dòng)量矩守恒原理工作 流量渦輪磁電轉(zhuǎn)換裝置前置放大顯示儀表將渦輪轉(zhuǎn)速電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速脈沖脈沖圖4-16 渦輪流量計(jì)1導(dǎo)流器；2殼體；3支承；4渦輪；5磁電轉(zhuǎn)換器渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)渦輪流量計(jì)主要由殼體、導(dǎo)流器、支承、渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器組成。渦輪是測(cè)量元件，由導(dǎo)磁性較好的不繡鋼制成，根據(jù)流量計(jì)直徑的不同，其上裝有28片螺旋形葉片，裝在摩擦力很小的軸承上；導(dǎo)流器由導(dǎo)向片及導(dǎo)向座

18、組成，用以導(dǎo)直流體；磁電轉(zhuǎn)換裝置由線圈和磁鋼組成，安裝在流量計(jì)殼體上。2. 主要特點(diǎn)渦輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)： 具有測(cè)量精度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好、量程范圍寬、耐高壓、對(duì)流量變化反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，輸出為脈沖信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。缺陷：是制造困難、成本高。 由于渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易損，降低了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。3. 適用范圍渦輪流量計(jì)可用于測(cè)量氣體、液體流量。本卷須知：被測(cè)介質(zhì)潔靜，不適用于對(duì)粘度大的液體測(cè)量，主要用于精度要求高、流量變化快的場(chǎng)合，還用作標(biāo)定其他流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)儀表。渦輪流量計(jì)應(yīng)水平安裝，并保證其前后有一定的直管段。要求被測(cè)流體粘度低，腐蝕性小，不含雜質(zhì)，以減小軸承磨損，

19、一般應(yīng)在流量計(jì)前加裝過濾裝置。如果被測(cè)液體易氣化或含有氣體時(shí)，要在流量計(jì)前裝消氣器。液體介質(zhì)密度和粘度的變化對(duì)流量示值有影響，必要時(shí)應(yīng)做修正。4.4.2 葉輪式流量計(jì)葉輪式流量計(jì) （a原理圖 （bIC卡水表圖4-17 葉輪式流量計(jì)4.4.3 渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)1. 測(cè)量原理測(cè)量原理漩渦發(fā)生體：在均勻流動(dòng)的流體中，垂直地漩渦發(fā)生體：在均勻流動(dòng)的流體中，垂直地插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體。插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體。形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、T形柱等。形柱等。卡門渦街：在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)卡門渦街：在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，

20、并隨著流體流方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動(dòng)，在下游形成兩列不對(duì)稱的漩渦列，稱之動(dòng)，在下游形成兩列不對(duì)稱的漩渦列，稱之為為“卡門渦街卡門渦街”，如圖，如圖4-18所示。所示。當(dāng)漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后，可以通過測(cè)量漩渦產(chǎn)生頻率來測(cè)量流體的流量。圖4-18 圓柱漩渦發(fā)生器圖4-19 三角柱渦街檢測(cè)器2. 主要特點(diǎn)渦街流量計(jì)在管道內(nèi)無可動(dòng)部件，使用壽命長，壓力損失小，水平或垂直安裝均可，安裝與維護(hù)比較方便；測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)溫度、壓力、密度、粘度變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計(jì)無須校正即可用于其他介質(zhì)的測(cè)量；其輸出是與體積流量成比例的脈沖信號(hào)，易與數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)相連接。3. 適

21、用范圍渦街流量計(jì)實(shí)際是通過測(cè)量流速測(cè)流量的，流體流速分布情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度因此適用于紊流流速分布變化小的情況，并要求流量計(jì)前后有足夠長的直管段。圖4-20 渦街流量計(jì)外形4.4.4 電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)1. 測(cè)量原理測(cè)量原理它是基于電磁感應(yīng)原理制成的一種傳感器它是基于電磁感應(yīng)原理制成的一種傳感器圖4-21 電磁流量計(jì)原理圖BDuE B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為管道內(nèi)徑；u為流體平均流速。被測(cè)導(dǎo)電流體切割磁力線時(shí)電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E即E u2. 主要特點(diǎn)電磁流量計(jì)的測(cè)量導(dǎo)管中無阻力件，壓力損失極小，且不受被測(cè)介質(zhì)的物理性質(zhì)如溫度、壓力、粘度的影響；此外電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。電磁流量計(jì)的安

22、裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動(dòng)和交直流強(qiáng)磁場(chǎng)，要選擇在任何時(shí)候測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿液體。在垂直安裝時(shí)，流體要自下而上流過儀表，水平安裝時(shí)兩個(gè)電極要在同一平面上。電磁流量計(jì)的選擇要根據(jù)被測(cè)流體情況確定合適的內(nèi)襯和電極材料。其測(cè)量準(zhǔn)確度受導(dǎo)管的內(nèi)壁，特別是電極附近結(jié)垢的影響，使用中應(yīng)注意維護(hù)清洗。3. 適用范圍適用范圍適用于含有顆粒、懸浮物、腐蝕性介質(zhì)、脈動(dòng)流量等流體的流量。被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量測(cè)量。圖4-22 電磁流量計(jì)外形4.4.5 超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)1. 超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ)1聲波：其頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波次聲波：低于16 H

23、z的機(jī)械波超聲波：高于2104 Hz的機(jī)械波微波：頻率在310831011 Hz之間的波聲波的頻率界限圖 2) 特點(diǎn)特點(diǎn)超聲波的特點(diǎn)：頻率高、衍射不嚴(yán)重、定向傳播好、聲強(qiáng)比一般聲波強(qiáng)、傳播中衰減小、穿透本領(lǐng)大等特點(diǎn)。且碰到雜質(zhì)或媒質(zhì)的反界面產(chǎn)生反射顯著，而發(fā)射和接收又較容易。在超聲波檢測(cè)技術(shù)中主要利用它的反射、折射、衰減等物理性質(zhì)。 2.2.超聲波傳感器的工作原理超聲波傳感器的工作原理壓電式超聲波傳感器 磁致伸縮式超聲波傳感器 流量顯示1789輸出信號(hào)換能器換能器接納接納發(fā)射發(fā)射壓電式流量計(jì)1)壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來工作的。利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來

24、工作的。逆壓電效應(yīng)：在晶體切片的兩對(duì)面上加逆壓電效應(yīng)：在晶體切片的兩對(duì)面上加交變電場(chǎng)或電壓），晶體切片就產(chǎn)生交變電場(chǎng)或電壓），晶體切片就產(chǎn)生伸長與縮短的現(xiàn)象。伸長與縮短的現(xiàn)象。發(fā)生器發(fā)生器:利用逆壓電效應(yīng)的原理利用逆壓電效應(yīng)的原理接收器接收器:利用正壓電效應(yīng)原理利用正壓電效應(yīng)原理石英晶體石英晶體 壓壓電陶瓷電陶瓷電能電能機(jī)械能機(jī)械能正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)2)2)磁致伸縮式超聲波傳感器磁致伸縮式超聲波傳感器利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)原理工作的發(fā)生器 磁致伸縮效應(yīng)：是指鐵磁體在被外磁場(chǎng)磁化時(shí)，其體積和長度將發(fā)生變化的現(xiàn)象。接受器 壓磁效應(yīng)：鐵磁材料受到機(jī)械力的作用，它的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)

25、變，導(dǎo)致導(dǎo)磁率發(fā)生變化，產(chǎn)生壓磁效應(yīng)。 鎳、鐵鈷釩合金、含鋅鎳的鐵氧體鎳、鐵鈷釩合金、含鋅鎳的鐵氧體超聲波傳感器的應(yīng)用當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)等。等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、反射型可用于接近開關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。金屬探傷以及測(cè)厚等。 超聲波傳感器應(yīng)用舉例質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)緊固件的

26、安裝錯(cuò)誤檢測(cè)疊放高度測(cè)量疊放高度測(cè)量物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)透明塑料張力控制透明塑料張力控制機(jī)械手定位機(jī)械手定位紙卷直徑檢測(cè)紙卷直徑檢測(cè)平整度測(cè)量平整度測(cè)量(1)超聲波流量傳感器原理超聲波流量傳感器原理(測(cè)量流量原理分類)時(shí)差法測(cè)流量 相位差法測(cè)流量 頻率差法測(cè)流量傳播速度法傳播速度法圖4-23 超聲測(cè)速原理時(shí)差法時(shí)差法當(dāng)R1按順流方向、R2按逆流方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波到達(dá)接收器T1和T2所需的時(shí)間t1和t2與流速之間的關(guān)系為 （4-5）由于流體的流速相對(duì)聲速而言很小，即c u，因此時(shí)差 （4-6）而流體流速 （4-7）ucLt1ucLt22122cLuttttLcu22相差法相差法

27、設(shè)超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為s(t)=Asin(t+0)的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。按順流和逆流方向收到的信號(hào)相位分別為1t1+0 2 t2+0 （4-8） 則順流和逆流接收的信號(hào)之間有相位差21t2ft （4-9） 式中，f為超聲波振蕩頻率則流體的流速 （4-10）fLcLcu4222頻差法頻差法頻差法是通過測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來測(cè)量流量的。順流時(shí)脈沖循環(huán)頻率和逆流時(shí)脈沖循環(huán)頻率分別為 （4-11）順流和逆流時(shí)的聲脈沖循環(huán)頻差為 （4-12）所以流體流速 （4-13）Luctf111Luctf221 Lufff221fLu2同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用 （參考北京

28、菲波儀表有限公司資料）（參考北京菲波儀表有限公司資料）2主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)超聲波流量計(jì)可以從管道外部進(jìn)行測(cè)量；超聲波流量計(jì)可以從管道外部進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)流體的粘度、導(dǎo)電率的影響；測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)流體的粘度、導(dǎo)電率的影響；其輸出信號(hào)與被測(cè)流體的流量成線性關(guān)系。其輸出信號(hào)與被測(cè)流體的流量成線性關(guān)系。3適用范圍適用范圍 可測(cè)各種液體和氣體的流量可測(cè)各種液體和氣體的流量超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用(2)超聲波多普勒測(cè)量車速超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小變大或變小 (3)超聲波測(cè)距空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，

29、被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。(4)超聲波測(cè)厚石料測(cè)厚石料測(cè)厚超聲波的衰減超聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：xxeII20 xxePP0式中: xP、 xI 聲波在距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)； x0P、 0I 聲波在聲源處的聲壓和聲強(qiáng)； x 聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)。 手持式超聲波測(cè)厚儀某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo) 顯示方法顯示方法128128* *32 LCD 32 LCD 點(diǎn)陣液晶顯示帶背光）點(diǎn)陣液晶顯示帶背光） 顯示位數(shù)：四位顯示位數(shù)：四位 測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0.8200

30、mm 0.8200mm 示值精度：示值精度：0.1mm 0.1mm 聲速范圍：聲速范圍：1000 9999m/s 1000 9999m/s 測(cè)量周期：測(cè)量周期：2 2次次/ /秒秒 自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號(hào)電源：二節(jié)七號(hào)AAAAAA電池，電池，可連續(xù)工作不少于可連續(xù)工作不少于7272小時(shí)小時(shí) 使用溫度：使用溫度：-10-10C 40C 40C C 存儲(chǔ)溫度：存儲(chǔ)溫度：-20-20C 70C 70C C 外形尺寸：外形尺寸：108x61x25mm 108x61x25mm 分量：分量：230g 230g （含電池）（含電池）超聲波手持式測(cè)厚混凝土測(cè)厚混凝土測(cè)厚木材測(cè)

31、厚木材測(cè)厚小提琴小提琴 木料測(cè)厚木料測(cè)厚雙晶超聲波測(cè)厚探頭雙晶超聲波測(cè)厚探頭續(xù)）(5)超聲波測(cè)量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。間，就可測(cè)得液體的液面。 超聲波液位計(jì)原理 1 1液面液面 22直管直管 33空氣超聲探頭空氣超聲探頭 44反射小板反射小板 55電子開關(guān)電子開關(guān) 超聲波測(cè)量液位和物位 喇叭形喇叭形 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器(6)超聲防盜報(bào)警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率發(fā)射器發(fā)射出頻

32、率 f=40kHzf=40kHz左右的超聲波。如果有人左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為 v v，從人體反射回，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移f f。 4.5 質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)4.5.1 間接式質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)4.5.2 直接式質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì)4.5.1 間接式質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)1. 節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)的組合 （4-14） 節(jié)流式流量計(jì)的差壓信號(hào)節(jié)流式流量計(jì)的差壓信號(hào)p正比于正比于qv2 vvmqqq2圖4-25 節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)結(jié)合2. 體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合 qm=qv （4-15） 圖4-26 體積流量計(jì)與密度計(jì)結(jié)合3. 體積流量計(jì)