液體流量計(jì)的設(shè)計(jì)

1、2010物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽所選題目：流量計(jì)的設(shè)計(jì)差壓式液體流量計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理基本原理是輸入口與輸出口這間的壓力差與通過(guò)導(dǎo)液管的流速直接相關(guān)，用壓力傳感器測(cè)量 導(dǎo)液管入口與出口之間的壓力差，并將其轉(zhuǎn)換成電壓量輸出。通過(guò)檢測(cè)導(dǎo)液管兩端的壓力差， 即可計(jì)算出通過(guò)導(dǎo)游管的流速和流量。流量計(jì)結(jié)構(gòu)及理論依據(jù)差壓式液體流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由導(dǎo)液管和差壓式壓力傳感器組成。導(dǎo)液管由輸 入管、節(jié)流管、輸出管和兩個(gè)取壓管組成，兩個(gè)取壓管由輸入管和輸出管引出，用于引出節(jié) 流管兩端的壓力差。導(dǎo)液管可由玻璃、塑料、金屬等材料制成。2 /圖1. 流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖1輸入管q節(jié)流管.3輸出管堂.5兩個(gè)取壓管.6壓力傳感器7壓力

2、傳感器接線端輸入管和輸出管的內(nèi)徑比節(jié)流管大，取壓管的內(nèi)徑通常最小。如圖1所示，輸入管、節(jié)流管 和輸出管被連接成“一”字型，取壓管被對(duì)稱地接在輸入管與輸出管上。差壓式壓力傳感器 通過(guò)氣管被連在兩取壓管上。當(dāng)有液體流過(guò)導(dǎo)液管時(shí)，輸入管與輸出管之間會(huì)產(chǎn)生的壓力差， 輸入管壓力大于輸出管的壓力。由差壓式傳感器檢測(cè)這個(gè)壓力差，并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。另外，壓力差隨差通過(guò)導(dǎo)液管的單位時(shí)間內(nèi)液體流量（流速）的變化而變化，其關(guān)系可由以 下等式來(lái)表達(dá)其中，Qv為單位時(shí)間的體積流量， a為流量計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，Y為流體澎脹率，對(duì)于液體Y=1,g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，P1-P2為輸入管與輸出管之間的壓力差，p為流體密度等式（1）

3、為用體積流量來(lái)表示，也可轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量表示，如式（2）Qm=a-Y2gp（Pl-P2）（2）其中，Qm差壓流量計(jì)的質(zhì)量流量，其常與（1）相同。從等（1）和（2）可以得出當(dāng)a，Y，g和p不變時(shí)，流量與壓力差的平方根成正比。流量 轉(zhuǎn)換系數(shù)a是很復(fù)雜的一個(gè)常數(shù)，它決定于傳感器的結(jié)構(gòu)和方法，比如與獲取壓力的方式和 位置等因素有關(guān)。所需器材26PCBFA6D型壓力傳感器，玻璃導(dǎo)管，單片機(jī)，導(dǎo)線若干，增壓泵、水閥，量筒和水池壓差式壓力傳感器設(shè)計(jì)圖2.壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和原理本裝置采用的壓力傳感器如圖2所示，其內(nèi)部電路主要是由四個(gè)應(yīng)變片電阻線成的一個(gè)惠斯 通電橋電路組成。采用型號(hào)為26PCBFA6D型壓力傳感

4、器，其量程為從0到34.445kPa，本 壓力傳感器具有很高的靈敏度，線性度和穩(wěn)定性，另外還有過(guò)載能力強(qiáng)和溫度補(bǔ)償功能。在使用壓力傳感器前，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。將它街上透明的水管，用水柱高坐壓力，用高靈 敏度數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電壓，傳感器街上12v電壓。記錄數(shù)據(jù)。如成線性關(guān)系，則表示性能穩(wěn) 定，可以使用。圖4放大電路為了提高傳感器的靈敏度，采用了一個(gè)儀表放大電路如圖4所示。圖中使 R1=R2=R3=R4=R5=R6,放大電路的輸入端接壓力傳感器的輸出，其輸出接一個(gè)12位的ADC 轉(zhuǎn)換器。放大電路的增益可以用等式（4）來(lái)表示。4=1+ 眷（4）其中，Av是放大電路增益，所以有Vb=Av 呢 AP=KA

5、P（5）在上式中令K=AvK1，Vo是放大電路輸出電壓。結(jié)合等式（1），（3），（5），流過(guò)導(dǎo)液管 的液體體積流量和所對(duì)應(yīng)的電壓有以下關(guān)系：符 由等式（6）可以清楚地看出體積流量與放大電路輸出電壓的平方根成正比。實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)裝置主要由壓力傳感器、增壓泵、水閥、量筒和水池等組成，連接成如圖5所示。另外 還采用了一套單片機(jī)控制系統(tǒng)。圖5實(shí)驗(yàn)裝置1水池,2增壓泵.3流量傳感器.4水閥，5量筒.6水節(jié)流管在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，所設(shè)計(jì)的導(dǎo)液管輸入管和輸出管內(nèi)徑為6mm,節(jié)流管內(nèi)徑為4mm, 長(zhǎng)7cm，兩個(gè)取壓管內(nèi)徑為2mm節(jié)流管壓力傳感器采用了 26PCBFA6D型，放大電路放大倍數(shù)約為37dB單片機(jī)控制主要有計(jì)時(shí)、采壓放大電路輸出的電壓同時(shí)用量筒測(cè)量某一時(shí)間留過(guò)水的體積。調(diào)節(jié)水閥改變流速，重復(fù)操作。記錄數(shù)據(jù)并畫圖。根據(jù)公式，通過(guò)軟件計(jì)算出相應(yīng)電壓的流量Qv，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析把實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)與理論值（圖6）比較40003500300025004000350030002500200015001000500=0. 136 + 2. 294 3e + 7. 7016E? = 0. 99膽理論由統(tǒng)50100 150 200流速圖&輸出電壓與流速的關(guān)系曲線應(yīng)滿足方程（7）流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)流量計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：-在這壓力差傳感器的管內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)部件和阻流部件；-通過(guò)改變壓力傳感器的型號(hào)、放