第八九講流量傳感器

第八、九講流量檢測(cè)第八、九講流量檢測(cè)

流量的測(cè)量方法差壓式流量計(jì)容積式流量計(jì)速度式流量計(jì)浮子式流量計(jì)電磁流量計(jì)質(zhì)量流量的測(cè)量（一）、流量的定義

在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，特別是化工、制藥和供水等過(guò)程控制中，流量是必須測(cè)量和控制的物理量。一、流量的測(cè)量方法1、流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某橫截面的流體數(shù)量，也稱為瞬時(shí)流量。瞬時(shí)流量有體積流量和質(zhì)量流量之分。體積流量：質(zhì)量流量：

第八、九講流量檢測(cè)注意：用體積流量表征流體時(shí)，必須同時(shí)給出流體的壓力和溫度，因?yàn)榱黧w的體積在不同的壓力和溫度下，是不同的。2、總量：指在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某橫截面的流體數(shù)量，也稱為累積流量。3、平均流量：流體的總量除以流體流過(guò)的時(shí)間間隔。

第八、九講流量檢測(cè)一、流量的測(cè)量方法（二）、流量的測(cè)量方法第八、九講流量檢測(cè)一、流量的測(cè)量方法流體的狀態(tài)（如介質(zhì)的溫度，壓力等）及流體的黏度、腐蝕性、導(dǎo)電性也不同，很難用同一種方法或原理測(cè)量不同的流體的流量。某些場(chǎng)合的流體時(shí)高溫、高壓的，某些場(chǎng)合是氣液兩相或液固兩相的混合流體。根據(jù)測(cè)量方法不同分為速度式、容積式和質(zhì)量式三類(lèi)。

按檢測(cè)件的作用原理分：

節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增益式和射流式等幾大類(lèi)。

節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。

節(jié)流式特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測(cè)量各種工況下的流量，至今無(wú)任何一類(lèi)流量傳感器可與之相比。第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)（一）、差壓式流量計(jì)的組成及測(cè)量原理

1、組成節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓，節(jié)流件前后的差壓與流量成開(kāi)方關(guān)系。引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（4-20mA）第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)2、測(cè)量原理

當(dāng)流體流通面積突然縮小后，在縮小面積前和縮小面積處，會(huì)產(chǎn)生和流體流量成正比的壓差。測(cè)量這個(gè)壓差就可以得到流量大小。流量越大，輸出的壓差就越大差壓計(jì)流經(jīng)節(jié)流件產(chǎn)生的壓差第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)流體微團(tuán)流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓差，流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。這種測(cè)量方法是以流體流動(dòng)的質(zhì)量守恒定律（連續(xù)性方程）和能量守恒定律（伯努利方程）為基礎(chǔ)。第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)3、節(jié)流裝置第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)①、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)常用節(jié)流件形式孔板：比較容易制造，但是節(jié)流損失比較大。噴嘴：節(jié)流損失小，但加工難度大。第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)②、取壓裝置

標(biāo)準(zhǔn)孔板可采用角接取壓，法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴采用角接取壓第八、九講流量檢測(cè)二、差壓式流量計(jì)③、節(jié)流件配套的儀表

第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)（一）、容積式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：容積式流量計(jì)內(nèi)部有一個(gè)已標(biāo)定容積的計(jì)量室，容積是在儀表殼體與旋轉(zhuǎn)體之間形成的。

工作原理：旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，使流體從流入口流向排出口，當(dāng)流體經(jīng)過(guò)儀表時(shí)，利用儀表入口和出口之間產(chǎn)生的壓力差，推動(dòng)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)，將流體從計(jì)量室中容積V0，一份一份地推送出去。橢圓齒輪流量計(jì)根據(jù)旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)不同，分為腰輪式流量計(jì)刮板式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)（二）、橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理三、容積式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)（三）、橢圓齒輪流量計(jì)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：由于是借助于固定的容積來(lái)計(jì)量流量，與流體的流動(dòng)狀態(tài)及黏度無(wú)關(guān)。若保證加工精度，且各運(yùn)動(dòng)部件的配合緊密，使用中不腐蝕和磨損，測(cè)量精度可很高，一般為0.5%—1%，較好時(shí)可達(dá)0.2%。缺點(diǎn)：對(duì)流體的清潔度要求較高。另外，齒輪容易磨損。第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)（四）、應(yīng)有領(lǐng)域第八、九講流量檢測(cè)三、容積式流量計(jì)四、速度式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)速度流量計(jì)是液體沖擊葉輪或渦輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，瞬時(shí)流量和速度成正比，一段時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)與該時(shí)間段的累積總流量成正比。常用的有渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)。

渦街基本原理：流體流經(jīng)阻擋體或者是特制的元件時(shí)，產(chǎn)生了流動(dòng)振蕩，通過(guò)測(cè)定其振蕩頻率（與流速或流量有確定的關(guān)系）來(lái)反映通過(guò)的流量。根據(jù)渦街基本原理制作的流量傳感器稱為流體振動(dòng)傳感器。

渦街流量傳感器

流體振動(dòng)傳感器有旋進(jìn)流量傳感器射流流量傳感器第八、九講流量檢測(cè)四、速度式流量計(jì)

（一）工作原理在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列，渦列的形成與流體雷諾數(shù)有關(guān)。第八、九講流量檢測(cè)四、速度式流量計(jì)根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式斯特勞哈爾數(shù)St主要與旋渦發(fā)生體的形狀和雷若數(shù)有關(guān)，形狀確定后，在一定雷若數(shù)范圍內(nèi)St為常數(shù)。渦列頻率斯特勞哈爾數(shù)渦列發(fā)生體兩側(cè)流體的平均流速渦列發(fā)生體迎流面的最大寬度管道內(nèi)流體體積流量渦列發(fā)生體兩側(cè)的流通截面積,……..管道圓形面積第八、九講流量檢測(cè)四、速度式流量計(jì)

（二）、組成渦街流量傳感器由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成。傳感器部分包括：旋渦發(fā)生體（阻流體）；檢測(cè)元件；儀表表體等。

轉(zhuǎn)換器包括：前置放大器；濾波整形電路；D/A轉(zhuǎn)換電路；輸出接口電路、端子、支架和防護(hù)罩等。第八、九講流量檢測(cè)四、速度式流量計(jì)

（三）、旋渦頻率的檢測(cè)旋渦檢測(cè)器的任務(wù)是一方面使流體繞過(guò)檢測(cè)器時(shí)，在其后能形成穩(wěn)定的渦列，另一方面能準(zhǔn)確地檢測(cè)出旋渦產(chǎn)生的頻率。目前使用的旋渦檢測(cè)器主要有兩種形式：圓柱形和三角柱體。第八、九講流量檢測(cè)四、速度式流量計(jì)

（四）、渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：使用壽命長(zhǎng)，壓力損失小，安裝與維護(hù)比較方便；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：流體流速分布情況和脈動(dòng)情況影響測(cè)量準(zhǔn)確度，適用于紊流流速分布變化比較小的情況。五、電磁式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)

（一）、工作原理

電磁流量計(jì)是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表。

由電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器組成。把傳感器輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-10mA電流五、電磁式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)在管道兩端安裝一對(duì)電極，當(dāng)由導(dǎo)電液體流過(guò)時(shí)，兩電極之間將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：從而體積流量為五、電磁式流量計(jì)電磁流量傳感器按激磁方式分為直流激磁和交流激磁。直流激磁用于測(cè)量液體金屬表面。交流激磁是用50Hz工頻市電激磁，產(chǎn)生正弦波交變磁場(chǎng)。第八、九講流量檢測(cè)五、電磁流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)（二）應(yīng)用五、電磁流量計(jì)（三）、特點(diǎn)

1、電磁流量傳感器不能測(cè)量電導(dǎo)率很低的液體。如石油制品和有機(jī)溶劑等。

2、不能測(cè)量氣體、蒸汽和含有較多較大氣泡的液體。

3、通用型電磁流量計(jì)由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能測(cè)量較高溫度的液體。第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測(cè)量，因流體的流速低，要求測(cè)量?jī)x表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。差壓式流量計(jì)對(duì)管徑小于50mm、低雷諾數(shù)的流體的測(cè)量精度是不高的。此時(shí)可采用而轉(zhuǎn)子流量計(jì)來(lái)測(cè)量，流量可小到每小時(shí)幾升。六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)

工作原理差壓式流量計(jì)是恒節(jié)流面積，變壓降來(lái)反映流量的大小。而轉(zhuǎn)子流量計(jì)，采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)故：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是以定壓降、變節(jié)流面積法測(cè)量流量的。第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)

1、錐形管是玻璃的，直接目視轉(zhuǎn)子的位置。2、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，錐形管外安裝磁環(huán)隨轉(zhuǎn)子上下移動(dòng)，觸發(fā)顯示。轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的引出：12六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)3、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，錐形管外安裝雙霍爾磁場(chǎng)傳感器，測(cè)出磁場(chǎng)的水平分量和垂直分量，可確定轉(zhuǎn)子位置。4、在轉(zhuǎn)子上方安裝一導(dǎo)磁棒，使差動(dòng)變壓器輸出隨轉(zhuǎn)子位置變化。六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)

1、轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要適合于檢測(cè)中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量；

2、流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長(zhǎng)度要求不高；

3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)必須垂直安裝，流體流向必須自下而上；六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)六、浮子式流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)第八、九講流量檢測(cè)七、質(zhì)量流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)七、質(zhì)量流量計(jì)速度式、容積式流量計(jì)，測(cè)的是體積流量。但是在工業(yè)生產(chǎn)中，由于物料平衡、熱平衡及儲(chǔ)存，經(jīng)濟(jì)核算等所需要的都是質(zhì)量流量。

質(zhì)量流量計(jì)大致分為三類(lèi)：

①直接式：即直接由檢測(cè)元件檢測(cè)與質(zhì)量流量成比例的量。檢測(cè)元件直接反應(yīng)出質(zhì)量流量。

②間接式：即用體積流量計(jì)和密度計(jì)組成的儀表來(lái)測(cè)量出體積流量和流體密度，通過(guò)運(yùn)算得出質(zhì)量流量。

第八、九講流量檢測(cè)七、質(zhì)量流量計(jì)

③補(bǔ)償式：同時(shí)檢測(cè)流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，計(jì)算出流體的密度。從而計(jì)算出流體的質(zhì)量流量。1、基本工作原理：

將充水軟管（水不流動(dòng)）兩端懸掛，使其中段下垂成U形，靜止時(shí)，U形的兩管處于同一平面，并垂直于地面，左右擺時(shí)，兩管同時(shí)彎曲，仍然保持在同一曲面。

直接式——科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)若將軟管與水源相接，使水由一端流入，從另一端流出（如圖b和c）。當(dāng)U形管受外力作用向左右擺動(dòng)時(shí)，它將發(fā)生扭曲。扭曲的方向總是出水側(cè)的擺動(dòng)要早于入水側(cè)。

七、質(zhì)量流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)隨著質(zhì)量流量的增加，這種現(xiàn)象變得更加明顯，出水側(cè)擺動(dòng)相位超前于入水側(cè)更多。

這就是科氏力質(zhì)量流量的檢測(cè)原理，它利用兩管的振動(dòng)（擺動(dòng)）相位差來(lái)反映流經(jīng)該U形管的質(zhì)量流量。七、質(zhì)量流量計(jì)第八、九講流量檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)顯示遠(yuǎn)傳質(zhì)量流量計(jì)2、科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)

利用科氏力構(gòu)成的質(zhì)量流量計(jì)，有直管、彎管、單管、雙管等多種形式。第八、九講流量檢測(cè)七、質(zhì)量流量計(jì)

換能器A在外加交變電壓作用下產(chǎn)生交變力，使兩根U形管彼此一開(kāi)一合地振動(dòng)，相當(dāng)于兩根軟管按相反方向不斷擺動(dòng)，換能器B和C用來(lái)檢測(cè)兩管的振動(dòng)情況。由于B處于進(jìn)口側(cè)，C處于出口側(cè)，則根據(jù)出口側(cè)振動(dòng)相位超前于進(jìn)口側(cè)的規(guī)律，C輸出的交變信號(hào)的相位將超前于B某個(gè)相位。此相位差的大小與質(zhì)量流量成正比。

若將這兩個(gè)交流信號(hào)相位差經(jīng)電路進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成直流4～20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就成為質(zhì)量流量變送器。

雙彎管型是最常見(jiàn)的。它由兩根金屬U形管組成，其