《傳感器及應(yīng)用（第三版）》 課件 模塊5、6 振動(dòng)的測(cè)量、流量的測(cè)量

模塊五振動(dòng)的測(cè)量392課題二微硅加速度傳感器課題一壓電式振動(dòng)傳感器課題三沖擊傳感器振動(dòng)是一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。如圖所示，振動(dòng)是物體在其平衡位置附近做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，如橋梁的振動(dòng)、鐘擺的擺動(dòng)、汽車運(yùn)行的顫動(dòng)等。振動(dòng)的存在會(huì)影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)床的加工精度、儀器的靈敏度下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成機(jī)器或建筑的毀壞；但同時(shí)，利用振動(dòng)現(xiàn)象的特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)制造眾多的設(shè)備和儀器，如振動(dòng)壓路機(jī)、振動(dòng)篩、振動(dòng)示波器等。因此，測(cè)量和分析振動(dòng)現(xiàn)象，合理利用其特點(diǎn)設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè)備，抑制其可能帶來(lái)的危害就十分必要了。394振動(dòng)示意圖課題一壓電式振動(dòng)傳感器395學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)。

了解振動(dòng)傳感器的常見(jiàn)類型。

熟悉壓電效應(yīng)的概念和常用的壓電材料。

掌握壓電式傳感器的工作原理。

熟悉壓電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路和技術(shù)指標(biāo)。

了解振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成。

能正確選擇和使用壓電式振動(dòng)傳感器。396知識(shí)引入徜徉在博物館琳瑯滿目的展品前，或許不會(huì)有人覺(jué)察到隱藏在角落里的安全衛(wèi)士———玻璃打碎報(bào)警裝置，它們雖不起眼，但對(duì)各種珍稀文物的安全起著至關(guān)重要的作用。這種裝置的結(jié)構(gòu)可用如圖所示的框圖表示，工作過(guò)程為：當(dāng)玻璃打碎時(shí)會(huì)發(fā)出幾千赫茲甚至更高頻率的振動(dòng)，粘貼在玻璃上的高分子壓電薄膜感受到這一振動(dòng)并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓輸出，經(jīng)放大、濾波、比較處理后傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。從圖中可以看出，傳感器作為信息傳送的首道門檻，是報(bào)警裝置的核心部件之一。這里用到的高分子壓電薄膜屬于壓電式振動(dòng)傳感器，壓電式振動(dòng)傳感器是依據(jù)壓電效應(yīng)工作的高分子材料自發(fā)電式傳感器。397398玻璃打碎報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)框圖知識(shí)講解一、振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)1.振動(dòng)的類型及單位物體圍繞平衡位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成振動(dòng)。它的形式多種多樣，有機(jī)械振動(dòng)、土木振動(dòng)、運(yùn)輸工具振動(dòng)等。按照振動(dòng)頻率，振動(dòng)分為高頻、低頻和超低頻振動(dòng)；按照振動(dòng)原因，振動(dòng)分為自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。399衡量物體振動(dòng)強(qiáng)度的大小通常有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即振動(dòng)的三個(gè)測(cè)量值：振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度。振動(dòng)位移用s表示，單位為mm或m；振動(dòng)速度用v表示，單位為m/s或mm/s；振動(dòng)加速度用a表示，單位為m/s2。振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度之間一一對(duì)應(yīng)，可通過(guò)微積分運(yùn)算進(jìn)行換算。在實(shí)際應(yīng)用中，描述振動(dòng)物理性質(zhì)的最常用基本參量是加速度，測(cè)量振動(dòng)的傳感器也稱為加速度傳感器或加速度計(jì)。工程上還常用重力加速度g作為單位，兩者的換算關(guān)系為1g≈9.81m/s2。另一個(gè)與振動(dòng)強(qiáng)度密切相關(guān)的指標(biāo)———振動(dòng)烈度，是為評(píng)定設(shè)備振動(dòng)狀態(tài)而引入的測(cè)量值。4002.振動(dòng)的相關(guān)概念振動(dòng)是圍繞平衡位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，描述不同的振動(dòng)可用頻率、幅值、相位三個(gè)參數(shù)進(jìn)行區(qū)別，因此，通常稱頻率、幅值、相位為振動(dòng)的三要素。（1）頻率周期是物體振動(dòng)一次所需的時(shí)間，通常用T表示，單位為秒（s）。頻率是周期的倒數(shù)，即每秒鐘物體振動(dòng)的次數(shù)，用f表示，單位為赫茲（Hz）。401振動(dòng)周期（2）幅值振動(dòng)物體偏離平衡位置的最大距離為振動(dòng)的幅值，簡(jiǎn)稱振幅。在振動(dòng)位移測(cè)量中常用x表示，單位為毫米（mm）。工程上又常將振幅細(xì)分為單峰值、峰峰值和有效值等指標(biāo)。（3）相位相位是振動(dòng)在時(shí)間先后關(guān)系上或空間位置關(guān)系上相互差異的標(biāo)志，通常用φ表示，振動(dòng)相位是以角度為單位。振動(dòng)相位差為0°，稱為同相振動(dòng)；振動(dòng)相位差為180°，稱為反相振動(dòng)。402二、振動(dòng)傳感器的類型振動(dòng)傳感器也稱加速度傳感器，是一種將機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康霓D(zhuǎn)換裝置，并根據(jù)一定的規(guī)律將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制的要求，工程上也稱它為拾振器。振動(dòng)傳感器有時(shí)并不是直接將被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒁獪y(cè)的機(jī)械量作為振動(dòng)傳感器的輸入量，形成另一個(gè)易于變換的機(jī)械量，最后由機(jī)電變換部分再將其變換為電量。根據(jù)振動(dòng)傳感器測(cè)量過(guò)程中是否與測(cè)量點(diǎn)接觸以及工作參數(shù)不同，可以做如圖所示分類，外形如圖所示。403404振動(dòng)傳感器的分類振動(dòng)傳感器外形圖三、壓電式傳感器的工作原理1.壓電效應(yīng)與壓電材料壓電效應(yīng)是某些物質(zhì)沿一定方向上受到外力作用變形時(shí)，內(nèi)部被極化，其表面產(chǎn)生電荷，外力去除后又重新回到不帶電狀態(tài)的現(xiàn)象。具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)稱為壓電材料（或壓電元件），常見(jiàn)的壓電材料有壓電單晶體、多晶體壓電陶瓷和高分子壓電材料等，如圖所示。405406壓電材料2.工作原理壓電式傳感器是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，根據(jù)在外力作用下壓電材料表面產(chǎn)生電荷量的大小與外力成正比的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量，如圖所示。在壓電晶片的兩個(gè)工作面上蒸鍍金屬膜，構(gòu)成兩個(gè)電極，當(dāng)壓電晶片受到壓力F的作用時(shí)，分別在兩個(gè)極板上積聚數(shù)量相等而極性相反的電荷。407壓電式傳感器的工作原理四、壓電式振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)壓電式振動(dòng)傳感器由壓電元件、質(zhì)量塊、預(yù)壓彈簧、基座、外殼等部分組成，如圖所示。408壓電式振動(dòng)傳感器壓電式振動(dòng)傳感器的基本結(jié)構(gòu)測(cè)量時(shí)，將基座與被測(cè)物體剛性地連接在一起，使質(zhì)量塊感受與物體完全相同的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生加速度時(shí)，質(zhì)量塊將產(chǎn)生慣性力F1，其方向與加速度方向相反，大小為F1=m×a。此慣性力與預(yù)緊力F0疊加后作用在壓電元件上，使得作用在壓電元件上的壓力F為：F=F0+F1=F0+ma壓電元件上產(chǎn)生與加速度a對(duì)應(yīng)的電荷，即：Q=d11

F=d11（F0+ma）與ma對(duì)應(yīng)的是電荷的增量：ΔQ=d11×ma。409在壓電傳感器中，常用兩片或多片壓電元件組合在一起使用。由于壓電材料是有極性的，因此接法有兩種，如圖所示。410壓電元件的接法a）并聯(lián)接法b）串聯(lián)接法五、壓電式振動(dòng)傳感器的測(cè)量電路壓電式振動(dòng)傳感器的內(nèi)阻很高，而輸出信號(hào)微弱，因此不能直接顯示和記錄，需經(jīng)測(cè)量電路進(jìn)行放大、調(diào)整。測(cè)量電路由前置放大器、帶通濾波器、歸一化放大器三部分組成。前置放大器完成電荷到電壓的轉(zhuǎn)換；帶通濾波器能有效抑制信號(hào)中的干擾分量；歸一化放大器可用于調(diào)整放大器的靈敏度。壓電式振動(dòng)傳感器要求測(cè)量電路的前級(jí)輸入端要有足夠高的阻抗，這樣才能防止電荷迅速泄漏導(dǎo)致測(cè)量誤差變大。壓電式振動(dòng)傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；二是把傳感器的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。4111.前置放大器壓電式振動(dòng)傳感器可以等效為一個(gè)電荷發(fā)生器與電容并聯(lián)，如圖a所示。壓電式振動(dòng)傳感器與測(cè)量?jī)x表連接時(shí)，還必須考慮電纜電容Cc、放大器的輸入電阻Ri和輸入電容Ci以及傳感器的泄漏電阻Ra，如圖b所示。412壓電式振動(dòng)傳感器等效電路a）壓電式振動(dòng)傳感器理想等效電路b）壓電式振動(dòng)傳感器實(shí)際等效電路c）壓電式振動(dòng)傳感器接電荷放大器的典型電路對(duì)于壓電式振動(dòng)傳感器來(lái)說(shuō)，放大電路有兩種形式：電壓放大器和電荷放大器。電壓放大器是由電阻作為反饋元件的，將壓電式振動(dòng)傳感器的輸出電壓進(jìn)行放大，其輸出電壓受電纜分布電容的影響，當(dāng)電纜的長(zhǎng)度改變時(shí)需要對(duì)傳感器靈敏度重新進(jìn)行標(biāo)定，使用不方便；電荷放大器是由電容作為反饋元件的，其輸出電壓與輸入電荷量成正比。壓電式振動(dòng)傳感器接電荷放大器的典型電路如圖c所示，電荷放大器的輸出電壓為：式中A——運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)。413由上式可以看出，由于引入了電容負(fù)反饋，電荷放大器的輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反饋電容有關(guān)，電纜電容等其他因素對(duì)靈敏度的影響可以忽略不計(jì)，這樣不僅可以得到穩(wěn)定的輸出信號(hào)，還能改善低頻特性。因此，壓電式振動(dòng)傳感器的放大電路通常采用電荷放大器。414在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，將壓電元件產(chǎn)生的電荷輸出給電荷放大器，則電荷放大器輸出電壓的增量為：由上式可知，電荷放大器輸出電壓的增量與加速度a成正比。因此，只要測(cè)出輸出電壓，即可獲得被測(cè)物的加速度。如果在電路中增加積分電路，則還可測(cè)出被測(cè)物的振動(dòng)速度和振動(dòng)位移量。4152.濾波器由于振動(dòng)傳感器測(cè)得的現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)信號(hào)是全波段信號(hào)，由各種頻率的信號(hào)疊加而成，其中也混有干擾信號(hào)，因此，為了去除干擾信號(hào)，獲得有效頻率段信號(hào)，通常在放大電路后加濾波器。根據(jù)濾波效果的不同，濾波可分為低通濾波、高通濾波、帶通濾波和帶阻濾波；根據(jù)使用手段不同，濾波可分為硬件濾波和軟件濾波。對(duì)于較復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，多采用硬件濾波和軟件濾波相結(jié)合的方式。濾波器的種類、規(guī)格很多，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)要求的技術(shù)指標(biāo)購(gòu)買濾波器模塊，也可以根據(jù)要求自行搭建濾波器。416六、壓電式振動(dòng)傳感器的技術(shù)指標(biāo)壓電式振動(dòng)傳感器的技術(shù)指標(biāo)包括靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)。靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)包括量程、精度、靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性等。動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)可以從時(shí)域和頻域兩方面來(lái)考慮，主要是響應(yīng)時(shí)間和有效帶寬。振動(dòng)測(cè)試應(yīng)用面廣，很多傳感器生產(chǎn)廠家都有系列產(chǎn)品提供，選擇傳感器時(shí)，主要考慮下列技術(shù)參數(shù)。1.靈敏度靈敏度即每一單位輸入得到的輸出量。4172.測(cè)量范圍常用的測(cè)量范圍為0.1~100g，沖擊振動(dòng)可選用100~10000g，路橋、地基等微弱振動(dòng)往往選擇0.001~10g的高靈敏度低頻加速度傳感器。3.橫向靈敏度壓電式振動(dòng)傳感器的受力是有方向的，縱向受力作用在壓電元件上，與振動(dòng)測(cè)量方向一致是有效信號(hào)。4.頻率范圍壓電式振動(dòng)傳感器應(yīng)在有效頻率段信號(hào)穩(wěn)定，曲線完整不失真，且避開(kāi)機(jī)械結(jié)構(gòu)的諧振點(diǎn)，因此在選擇壓電式振動(dòng)傳感器時(shí)，還應(yīng)考慮傳感器的頻率范圍。418七、振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量裝置可以看作一個(gè)系統(tǒng)，其組成如圖所示。419振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的組成測(cè)量工作的順利完成要靠振動(dòng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、屏蔽電纜（抗干擾）、信號(hào)采集和處理裝置等各部分的共同作用。測(cè)量數(shù)據(jù)是依次經(jīng)過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)后得到的，誤差存在于各環(huán)節(jié)中，其中影響最大的是傳感器和放大電路。因此，在精心選擇傳感器的同時(shí)，還要匹配合適的放大電路，才能得到滿足要求的振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是解決實(shí)際工程問(wèn)題的常用手段，它利用振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，研究振動(dòng)的變化規(guī)律，分析振動(dòng)形成的原因。420課題二微硅加速度傳感器421學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解微硅加速度傳感器的特點(diǎn)及類型。

了解壓阻式、電容式微硅加速度傳感器的工作原理。

掌握微硅加速度傳感器的使用方法。

能正確安裝與使用微硅加速度傳感器。422知識(shí)引入據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年約有120萬(wàn)人死于交通事故，其中約20%是由于正面碰撞事故導(dǎo)致的。安全氣囊的發(fā)明，大大減少了這類事故的發(fā)生。隨著汽車電子技術(shù)的進(jìn)步，安全氣囊產(chǎn)品進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了帶診斷單元的安全氣囊，它由傳感器、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、氣體發(fā)生器及氣囊等部件組成。在撞車的瞬間，傳感器采集撞車信號(hào)，計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、處理，點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生器，在駕駛員和乘客面前充起氣囊，保護(hù)駕駛員和乘客的頭部與胸部不受損傷或降低損傷程度。加速度傳感器可將汽車碰撞的加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，目前多采用微硅集成加速度傳感器。423424汽車安全氣囊系統(tǒng)知識(shí)講解微硅加速度傳感器是一種重要的力學(xué)量傳感器，是通過(guò)測(cè)量力的大小計(jì)算出加速度的。隨著生產(chǎn)加工成本的降低，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如手機(jī)的計(jì)步器功能，人在走動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定規(guī)律性的振動(dòng)，而微硅加速度傳感器可以檢測(cè)振動(dòng)的過(guò)零點(diǎn)，計(jì)算出人所走的步數(shù)或跑步的步數(shù)，從而計(jì)算出人所移動(dòng)的位移；相機(jī)的防手抖功能，用微硅加速度傳感器檢測(cè)手持設(shè)備的振動(dòng)/晃動(dòng)幅度，當(dāng)振動(dòng)或晃動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)鎖住照相快門，則拍攝的圖像永遠(yuǎn)是清晰的。如今三維微硅加速度傳感器已開(kāi)始用于檢測(cè)空間加速度，為軍事、工業(yè)自動(dòng)控制、醫(yī)療等領(lǐng)域服務(wù)。425一、微硅加速度傳感器的特點(diǎn)及類型微硅加速度傳感器是在硅片上微細(xì)加工、集成制作而成的加速度傳感器，并將測(cè)試、控制電路集成于一體，有利于大規(guī)模批量生產(chǎn)，具有體積小、質(zhì)量輕、精度高、響應(yīng)快、靈敏度高、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠在強(qiáng)輻射作用下正常工作，因此近年來(lái)發(fā)展迅速，其外形如圖所示。它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，采用了半導(dǎo)體技術(shù)中的光刻、腐蝕、薄膜等一系列技術(shù)或材料，也稱之為微機(jī)電系統(tǒng)（microelectromechanicalsystem，MEMS）。MEMS是一種先進(jìn)的制造技術(shù)平臺(tái)，側(cè)重于超精密機(jī)械加工，并涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域。426427微硅加速度傳感器微硅加速度傳感器是集成在單片集成電路上的加速度測(cè)量系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多年的研究和開(kāi)發(fā)，關(guān)于微硅加速度傳感器的設(shè)計(jì)已經(jīng)形成了一套比較成熟的理論體系。目前，這種傳感器已有壓阻式、電容式、隧道式、共振式、熱對(duì)流式等幾種類型。428二、壓阻式微硅加速度傳感器的工作原理壓阻式微硅加速度傳感器的體積小，頻率范圍寬，量程大，直接輸出電壓信號(hào)，不需要復(fù)雜的電路接口，大批量生產(chǎn)時(shí)價(jià)格低廉，可重復(fù)生產(chǎn)性好，可直接測(cè)量連續(xù)的加速度和穩(wěn)態(tài)加速度，但其對(duì)溫度的漂移較大，對(duì)安裝應(yīng)力和其他應(yīng)力也較敏感，因此不適合某些小量程加速度的測(cè)量。429壓阻式微硅加速度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。壓阻式微硅加速度傳感器的彈性元件一般采用硅梁和外加質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)形式。質(zhì)量塊由懸臂梁支撐，在懸臂梁上制作應(yīng)變電阻，連接成惠斯通電橋，利用壓阻效應(yīng)來(lái)檢測(cè)加速度。在慣性力作用下質(zhì)量塊上下運(yùn)動(dòng)，懸臂梁上應(yīng)變電阻的阻值隨應(yīng)力的作用而發(fā)生變化，引起電橋輸出電壓變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度的測(cè)量。壓阻式微硅加速度傳感器采用半導(dǎo)體工藝，將傳感器與測(cè)量電路集成在一起，屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。壓阻式微硅加速度傳感器的原理框圖如圖所示。430431壓阻式微硅加速度傳感器的原理框圖壓阻式微硅加速度傳感器的結(jié)構(gòu)三、電容式微硅加速度傳感器的工作原理電容式微硅加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它是一種基于差動(dòng)電容的加速度傳感器。用半導(dǎo)體微細(xì)加工的方法在單晶硅上制作三個(gè)多晶硅層，組成兩個(gè)差動(dòng)電容C1和C2，第一層和第三層為不動(dòng)極板，第二層的懸臂梁及質(zhì)量塊是動(dòng)極板，在加速度作用下質(zhì)量塊做慣性運(yùn)動(dòng)，動(dòng)極板上下移動(dòng)，使兩組電容的電容量發(fā)生變化。432433電容式微硅加速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)四、微硅加速度傳感器的使用方法1.校準(zhǔn)方法微硅加速度傳感器在出廠時(shí)，廠家會(huì)提供傳感器輸出性能表或輸出的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但有效期一般為一年，超過(guò)該有效期需重新進(jìn)行校準(zhǔn)。因?yàn)槭褂靡欢螘r(shí)間后傳感器的靈敏度及其零點(diǎn)輸出會(huì)改變，所以在進(jìn)行測(cè)量工作之前要進(jìn)行校準(zhǔn)。常用的校準(zhǔn)方法有絕對(duì)法和相對(duì)法。434（1）絕對(duì)法將被校準(zhǔn)傳感器固定在校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，用激光干涉測(cè)振儀直接測(cè)得振動(dòng)臺(tái)的振幅，使振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)值成為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值，再測(cè)量被校準(zhǔn)傳感器的輸出值，從而確定被校準(zhǔn)傳感器的靈敏度。絕對(duì)法校準(zhǔn)精度較高，但因設(shè)備和技術(shù)比較復(fù)雜，故僅適合計(jì)量部門使用。435（2）相對(duì)法相對(duì)法又稱背靠背比較校準(zhǔn)法。將待校準(zhǔn)的傳感器和經(jīng)過(guò)國(guó)家計(jì)量部門嚴(yán)格校準(zhǔn)過(guò)的、精度等級(jí)較高的傳感器背靠背地安裝在振動(dòng)臺(tái)上，承受相同的振動(dòng)，用標(biāo)準(zhǔn)傳感器測(cè)得振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)值，作為被測(cè)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸入值，再測(cè)量被測(cè)傳感器的輸出，就可以計(jì)算出該頻率點(diǎn)待校準(zhǔn)傳感器的靈敏度。4362.安裝方法振動(dòng)測(cè)量中，微硅加速度傳感器的安裝位置與方向?qū)τ跍y(cè)量精度特別重要。微硅加速度傳感器的安裝位置（測(cè)量點(diǎn)）不同，所得到的測(cè)定值會(huì)有較大差異。測(cè)量點(diǎn)的選擇首先要根據(jù)測(cè)量目的來(lái)確定，如測(cè)量齒輪箱振動(dòng)，可將測(cè)量點(diǎn)選在軸承座上，同時(shí)應(yīng)對(duì)各測(cè)量點(diǎn)做好標(biāo)記，以保證每次測(cè)定的部位不變。另外還要注意，測(cè)定部位的表面應(yīng)是光滑潔凈的，以避免臟污對(duì)振動(dòng)傳遞造成衰減。壓電式微硅加速度傳感器的安裝固定通常有如下幾種方式可供選擇，安裝示意圖如圖所示。437438壓電式微硅加速度傳感器的安裝示意圖a）鋼螺栓b）絕緣螺栓和云母墊圈c）磁鐵吸附d）膠合e）蠟和橡膠泥黏附f）手持探頭（1）螺栓安裝用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)振動(dòng)機(jī)械工作狀態(tài)時(shí)可以在被測(cè)工件表面鉆孔，然后用雙頭螺栓將傳感器牢固地固定在監(jiān)視點(diǎn)上。安裝前建議對(duì)工件表面進(jìn)行打磨，以配合經(jīng)過(guò)研磨處理的傳感器底面，保證安裝牢靠。（2）磁吸盤安裝短時(shí)間監(jiān)測(cè)中、低頻振動(dòng)時(shí)，可用磁吸盤將鋼質(zhì)傳感器底座吸附在監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。這種安裝方式不破壞被測(cè)物體外形，傳感器安裝、移動(dòng)方便，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用非常普遍。不足之處是會(huì)使傳感器的頻率響應(yīng)范圍有所降低，在進(jìn)行沖擊測(cè)量時(shí)要考慮所測(cè)高頻部分有無(wú)失真現(xiàn)象，對(duì)表面為銅、鋁等非鐵磁性物體進(jìn)行測(cè)量時(shí)也不適用。439（3）粘貼安裝當(dāng)被測(cè)物體不允許鉆孔且振動(dòng)微弱時(shí)，可以選用502瞬干膠、環(huán)氧樹(shù)脂膠、雙面膠帶等黏結(jié)劑將傳感器粘在監(jiān)測(cè)點(diǎn)工件表面。（4）云母片安裝當(dāng)被測(cè)物體的工作溫度較高（100℃左右），為使傳感器正常工作，需用厚度為0.02mm左右的云母片墊在測(cè)量點(diǎn)和傳感器之間，再采用螺栓安裝，從而有效地隔離高溫物體，同時(shí)測(cè)量頻率上限下降幅度也很小。（5）工裝安裝為適應(yīng)特殊場(chǎng)合的需要，有時(shí)需要自制一些傳感器安裝塊進(jìn)行安裝。4403.使用注意事項(xiàng)引起微硅加速度傳感器測(cè)量誤差的原因除去測(cè)量頻率外，還有環(huán)境影響及噪聲，因此使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。（1）采取防護(hù)措施，減小環(huán)境影響造成的測(cè)量誤差。（2）注意消除噪聲和采取抗干擾措施。4414.測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定與測(cè)量結(jié)果分析選定了傳感器和調(diào)理電路后，需要將各部分連接起來(lái)，標(biāo)定測(cè)量系統(tǒng)靈敏度。要求不高的情況下可以在實(shí)驗(yàn)室利用加速度標(biāo)定儀進(jìn)行標(biāo)定。測(cè)量結(jié)果常表現(xiàn)為大量不連續(xù)的數(shù)據(jù)，需要檢測(cè)人員做進(jìn)一步分析。目前常用的振動(dòng)信號(hào)分析方法主要有時(shí)域法和頻率法兩種。442課題三沖擊傳感器443學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解沖擊的概念及對(duì)沖擊傳感器的要求。

掌握壓電式?jīng)_擊傳感器、沖擊開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)和原理。

熟悉影響沖擊傳感器測(cè)量的環(huán)境因素。

能正確選用壓電式?jīng)_擊傳感器。444知識(shí)引入物體自由落體墜落至地面，是日常生活中最常見(jiàn)的沖擊。沖擊會(huì)給系統(tǒng)（結(jié)構(gòu)、設(shè)備或人體）帶來(lái)一定的損傷和破壞，跌落或碰撞會(huì)造成對(duì)內(nèi)部元器件的巨大沖擊，縮短機(jī)電系統(tǒng)的使用壽命，生活中80%的電子產(chǎn)品是由于跌落或碰撞導(dǎo)致的損壞。跌落沖擊測(cè)試是電子產(chǎn)品在出廠前常做的可靠性試驗(yàn)之一，主要包括裸機(jī)跌落沖擊測(cè)試和包裝跌落沖擊測(cè)試。裸機(jī)跌落沖擊測(cè)試主要考量產(chǎn)品在正常使用過(guò)程中抗意外跌落沖擊的能力；包裝跌落沖擊測(cè)試考量包裝件在運(yùn)輸或搬運(yùn)過(guò)程中受到垂直跌落時(shí)對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)能力。445通常電子產(chǎn)品在出廠前應(yīng)抽取一定數(shù)量的產(chǎn)品進(jìn)行跌落沖擊試驗(yàn)，以檢查其抗沖擊能力。446跌落沖擊試驗(yàn)設(shè)備知識(shí)講解一、沖擊的概念及對(duì)沖擊傳感器的要求沖擊實(shí)質(zhì)上是一種特殊的振動(dòng)現(xiàn)象，其特殊之處在于：加速度值可達(dá)1000~100000g，在短時(shí)間內(nèi)有很強(qiáng)的能量釋放，沖擊的振幅很大，并隨著時(shí)間的推移迅速衰減。衰減速度由振動(dòng)體的彈簧剛度和阻尼系數(shù)決定。日常生活中的沖擊很常見(jiàn)，如高空拋物，很小的物體包含巨大的能量；汽車在啟動(dòng)、制動(dòng)以及速度突然改變時(shí)都要受到?jīng)_擊；國(guó)家對(duì)某些特殊設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)檢，壓力鍋爐、壓力容器等必須做沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)。447振動(dòng)測(cè)量中使用的傳感器并不是都可以用作沖擊傳感器，測(cè)量振動(dòng)速度、振動(dòng)位移的振動(dòng)傳感器一般不能用于沖擊測(cè)量。沖擊傳感器所要記錄的參數(shù)為沖擊過(guò)程中的加速度值，因其加速度值較大，傳感器的靈敏度不需要很大。常用的沖擊傳感器有壓電式?jīng)_擊傳感器、沖擊開(kāi)關(guān)等。448二、壓電式?jīng)_擊傳感器1.壓電式?jīng)_擊傳感器的結(jié)構(gòu)壓電式?jīng)_擊傳感器基于壓電效應(yīng)工作，量程大，靈敏度相對(duì)較低，體積小，質(zhì)量輕，有的僅為0.6g，按測(cè)量方法可分為單軸和三軸結(jié)構(gòu)。圖所示為常見(jiàn)的壓電式?jīng)_擊傳感器。壓電式?jīng)_擊傳感器主要應(yīng)用于火箭分離、碰撞、爆炸等試驗(yàn)場(chǎng)合，可應(yīng)用在汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)、地震檢測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)、智能玩具、環(huán)境監(jiān)視、工程測(cè)振、地質(zhì)勘探以及鐵路、橋梁、大壩的振動(dòng)測(cè)試與分析等方面。449450壓電式?jīng)_擊傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)按照敏感材料晶體片感受振動(dòng)的方式及安裝形式分為壓縮型、剪切型和撓曲型。常用的壓電式?jīng)_擊傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，壓電元件受力方式如圖所示。451壓電式?jīng)_擊傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)a）壓縮型b）剪切型c）撓曲型1—基座2—壓電元件3—質(zhì)量塊4—彈簧片5—輸出端6—懸臂梁452壓電元件受力方式a）壓縮型b）剪切型c）撓曲型壓縮型結(jié)構(gòu)如圖a所示，壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接，屬于中心壓縮型，在本模塊課題一已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)講解。這種結(jié)構(gòu)有較高的共振頻率，但測(cè)試對(duì)象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件的輸出特性，引起傳感器溫度漂移。剪切型結(jié)構(gòu)如圖b所示，它的基座向上延伸，如同一根圓柱，管式壓電元件（極化方向平行于軸線）套在這根圓柱上，環(huán)形質(zhì)量塊套在環(huán)形壓電元件上。撓曲型結(jié)構(gòu)如圖c所示，壓電元件粘貼在懸臂梁的側(cè)面，懸臂梁的自由端裝配質(zhì)量塊，固定端與基座連接。4532.壓電式?jīng)_擊傳感器的測(cè)量系統(tǒng)壓電式?jīng)_擊傳感器與二次儀表（電荷放大器）配套使用，組成測(cè)量系統(tǒng)，如圖所示。454壓電式?jīng)_擊傳感器的測(cè)量系統(tǒng)在測(cè)量時(shí)，隨著連接電纜長(zhǎng)度的增加，電纜的分布電容增大，絕緣漏電阻變小。如果采用的是電荷放大器，加大反饋電容可以使電纜對(duì)測(cè)量的影響得到緩解。但當(dāng)連接電纜很長(zhǎng)時(shí)，其影響就不可忽視了，而且電荷放大器的反饋電容并不能無(wú)限制增大。為了克服上述缺點(diǎn)，人們采用內(nèi)裝電荷放大器的方法，把電荷放大器裝在傳感器的殼體之中，以消除連接電纜的影響。4553.內(nèi)置電路沖擊傳感器在沖擊測(cè)量中，如測(cè)量飛機(jī)救生艙的彈射加速度時(shí)，對(duì)傳感器的要求非?？量?，要求傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)化，因此出現(xiàn)了集傳感器、阻抗變換器乃至數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)設(shè)備于一體的數(shù)字化集成電路傳感器。內(nèi)置的概念是將放大電路置于沖擊傳感器內(nèi)，成為具有電壓輸出功能的傳感元件。內(nèi)置電路沖擊傳感器可分為雙電源（四線）和單電源（二線、帶偏置，又稱ICP）兩種。456三、沖擊開(kāi)關(guān)沖擊開(kāi)關(guān)（又稱開(kāi)關(guān)式加速度傳感器）作為沖擊傳感器的一種，主要用于一些安全裝置上作為開(kāi)關(guān)器件或發(fā)火機(jī)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)分為電子式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)和機(jī)械式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)兩種。電子式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)由沖擊傳感器、電荷放大器、濾波電路、比較器組成。在沖擊傳感器中加比較電路，當(dāng)沖擊高于閾值時(shí)，沖擊開(kāi)關(guān)輸出為高或低電平，驅(qū)動(dòng)繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。電子式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)可以用于沖擊過(guò)載保護(hù)、振動(dòng)機(jī)械控制以及安全保護(hù)和防盜報(bào)警等。機(jī)械式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)是利用加速度急劇變化時(shí)產(chǎn)生的較大的慣性力，使傳感器內(nèi)的慣性零件運(yùn)動(dòng)，從而接通或斷開(kāi)電路，輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)。457沖擊開(kāi)關(guān)的形式很多，下面以永磁鋼球式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)為例作簡(jiǎn)要說(shuō)明。永磁鋼球式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖所示。平時(shí)鋼球在磁鐵吸力的作用下位于遠(yuǎn)離觸點(diǎn)一側(cè)，輸出端子為常開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)傳感器受到加速度作用且鋼球產(chǎn)生的慣性力大于磁鐵的吸力時(shí)，鋼球在慣性力的作用下向前運(yùn)動(dòng)，接通觸點(diǎn)，使輸出由常開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)。為保證觸點(diǎn)接觸的可靠性，鋼球一般要求鍍金，鋼球接通觸點(diǎn)的維持時(shí)間取決于加速度在一定幅值下持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。458永磁鋼球式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)電動(dòng)車防盜報(bào)警電路中常常使用永磁鋼球式?jīng)_擊開(kāi)關(guān)。搬動(dòng)電動(dòng)車時(shí)，如果沖擊達(dá)到一定閾值，鋼球在慣性力作用下克服磁鐵吸力，向前運(yùn)動(dòng)，接通觸點(diǎn)，使輸出由常開(kāi)狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路，使繼電器閉合，接通報(bào)警電路電源，進(jìn)行報(bào)警，如圖所示。459電動(dòng)車防盜報(bào)警電路框圖四、影響沖擊傳感器測(cè)量的環(huán)境因素某些測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境較為惡劣，需要考慮的因素較多，如防水、高溫、安裝位置、強(qiáng)磁電場(chǎng)及地電回路等，這些均會(huì)給測(cè)量帶來(lái)很大的影響。1.防水防水包括淺水防水和深水防水，其中以深水防水為難，如三峽工程永久船閘閘門的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，水深近百米，它涉及地線回路干擾、高壓滲水、導(dǎo)線防護(hù)、長(zhǎng)期可靠性等諸多問(wèn)題。4602.高溫多數(shù)廠商給出的傳感器溫度范圍為傳感器可用值，而不是使傳感器維持靈敏度的溫度范圍，實(shí)際上，高溫時(shí)傳感器靈敏度偏差較大，特殊用戶應(yīng)聯(lián)系廠商獲取專用的高溫時(shí)的靈敏度指標(biāo)，靈敏度指標(biāo)是保證測(cè)試準(zhǔn)確的關(guān)鍵。3.位置限制沖擊傳感器永久安裝在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)受到人為碰撞，應(yīng)選擇工業(yè)型長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)沖擊傳感器，它采用外加防護(hù)罩、三角法蘭安裝，具有對(duì)地絕緣、防塵的作用。對(duì)出線方向有要求的可向制造商提出。對(duì)于不能觸及的部位，可用手持式?jīng)_擊傳感器（帶長(zhǎng)探針）測(cè)量。4614.絕緣、地電回路及磁電場(chǎng)對(duì)磁電場(chǎng)較強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)選擇特殊外殼材料的沖擊傳感器和專用導(dǎo)線，此類研究國(guó)內(nèi)還比較少。對(duì)于兩點(diǎn)接地、潮濕等現(xiàn)場(chǎng)，要解決好測(cè)試干擾問(wèn)題，可采用浮地或絕緣型沖擊傳感器，同時(shí)要考慮導(dǎo)線接頭的防護(hù)。為了克服兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地產(chǎn)生的地電回路電流對(duì)測(cè)試的影響，可以選用浮地或絕緣傳感器。5.附加質(zhì)量在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上安裝的沖擊傳感器的質(zhì)量如果小于被測(cè)點(diǎn)自身動(dòng)態(tài)質(zhì)量的1/10，即可認(rèn)為對(duì)被測(cè)信號(hào)的影響可以忽略。462模塊六流量的測(cè)量463課題二超聲波流量計(jì)課題一渦輪流量計(jì)課題三差壓式流量計(jì)課題四電磁流量計(jì)流量測(cè)量在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著重要作用，如汽車廠借助流量測(cè)量來(lái)衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，石油化工行業(yè)利用流量傳感器掌握流體的流量變化，供水、供氣部門則用水表、煤氣表計(jì)量消耗的資源數(shù)量等。465課題一渦輪流量計(jì)466學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解流量的基本概念。

熟悉渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

熟悉渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成。

了解渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)。

掌握渦輪流量計(jì)的選擇和使用方法。

能進(jìn)行渦輪流量計(jì)的選型、安裝和接線。467知識(shí)引入工業(yè)過(guò)程控制是以溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)變化的參數(shù)為控制對(duì)象的控制方式，是工業(yè)自動(dòng)化的重要分支。圖所示的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬小型電熱鍋爐的運(yùn)行，完成多種過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)。設(shè)置在進(jìn)水管路上的流量傳感器，將測(cè)得的流量傳送給控制器———PLC，在控制器中與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，然后輸出控制指令給執(zhí)行器，控制三相水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證流量穩(wěn)定在設(shè)定值附近。468469過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置示意圖知識(shí)講解一、流量的基本概念流體在單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或設(shè)備橫截面的數(shù)量稱為流量，也稱瞬時(shí)流量。流量按測(cè)量對(duì)象不同可分為體積流量、質(zhì)量流量和能量流量三類?，F(xiàn)場(chǎng)液體、氣體等在某一時(shí)間段內(nèi)通過(guò)某一管道截面的流體總量，稱為累積流量。470在國(guó)際單位制中，體積流量的單位為米3/秒（m3/s），質(zhì)量流量的單位為千克/秒（kg/s）。在工程中常用的流量單位有計(jì)量體積流量的米3/時(shí)（m3/h）、升/時(shí)（L/h）以及計(jì)量質(zhì)量流量的千克/時(shí)（kg/h）、噸/時(shí)（t/h）。流量測(cè)量中使用的傳感器稱為流量計(jì)。測(cè)量體積流量的流量計(jì)稱為體積流量計(jì)，測(cè)量質(zhì)量流量的流量計(jì)稱為質(zhì)量流量計(jì)。流量計(jì)按測(cè)量原理分為差壓式、速度式、容積式和質(zhì)量式四大類。各種流量測(cè)量?jī)x表既有其特定的適用性，又有其局限性，流量測(cè)量?jī)x表的先進(jìn)與否是相對(duì)而言的。471二、渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理渦輪流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量放置在流體中的渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，利用流體流速與渦輪轉(zhuǎn)速的近似線性關(guān)系而確定流體流量的，其外形如圖所示。472渦輪流量計(jì)外形其工作原理是：在管道中心安放一個(gè)渦輪，兩端由軸承支撐，當(dāng)流體通過(guò)管道時(shí)，沖擊渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在一定的流量范圍內(nèi)，對(duì)一定的流體介質(zhì)，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比，由此，流體流速可通過(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而計(jì)算出通過(guò)管道的流體流量。473渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由渦輪、導(dǎo)流器、殼體和傳感線圈等組成。474渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)1—導(dǎo)流器壓圈2—導(dǎo)流體3—導(dǎo)流片4、9—軸5—傳感線圈6—前置放大器7—永久磁鐵8—渦輪10—?dú)んw渦輪的轉(zhuǎn)速通過(guò)裝在機(jī)殼外的傳感線圈來(lái)檢測(cè)，當(dāng)渦輪葉片切割由殼體內(nèi)永久磁鐵產(chǎn)生的磁力線時(shí)，就會(huì)引起傳感線圈中的磁通變化，傳感線圈將檢測(cè)到的磁通周期變化信號(hào)送入前置放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，送入轉(zhuǎn)速與流量換算電路，得到并顯示累積流量值；同時(shí)也將脈沖信號(hào)送入頻率電流轉(zhuǎn)換電路，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而指示瞬時(shí)流量值。475三、渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成渦輪流量計(jì)的傳感元件（磁電式傳感器）所產(chǎn)生的信號(hào)是脈沖型的微小電壓，需要經(jīng)前置放大器放大、整形后方能輸出可供使用的脈沖信號(hào)。因此，渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)通常由渦輪流量計(jì)、前置放大器和流量積算顯示儀等組成，如圖所示。476渦輪流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的組成前置放大器通常與傳感器集成在一起，流量計(jì)廠家一般會(huì)提供多種組合方式，選定后只要配備流量積算顯示儀即可使用（有些流量積算顯示儀也集成在傳感器上）。渦輪流量計(jì)輸出的脈沖信號(hào)有效值在10mV以上時(shí)，也可以直接輸送給集散控制系統(tǒng)（DCS）中的檢測(cè)計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)上的組態(tài)監(jiān)控程序?qū)崿F(xiàn)流量的積算、顯示、報(bào)警等。流量計(jì)的輸出信號(hào)可以是頻率信號(hào)、0~5V電壓信號(hào)、4~20mA電流信號(hào)。477四、渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)渦輪流量計(jì)是過(guò)程控制中常用的流量傳感器，具有精度高、測(cè)量范圍寬、重復(fù)性好、壓力損失小、數(shù)字信號(hào)輸出等特點(diǎn)。渦輪流量計(jì)多用于封閉管道環(huán)境下的介質(zhì)流量測(cè)量，相比同類流量計(jì)量工具，它適合于測(cè)量黏性較低且無(wú)強(qiáng)腐蝕性的清潔液體介質(zhì)，目前在石油化工、冶金礦產(chǎn)、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)、食品、造紙等行業(yè)有著大量的應(yīng)用。478這種傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)。（1）精度高，測(cè)量精度可達(dá)0.2%~0.5%。（2）測(cè)量范圍寬，最大和最小線性流量比通常為10∶1和6∶1，適用于流量變化幅度大的場(chǎng)合。（3）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%~0.2%。（4）數(shù)字信號(hào)輸出，輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，便于遠(yuǎn)距離傳送和計(jì)算機(jī)處理，抗干擾能力強(qiáng)。（5）壓力損失小，安裝維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐腐蝕。479但同時(shí)，傳感器也存在一些使用局限性，具體如下。（1）不能長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性，需要定期校驗(yàn)。（2）對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高，含有懸浮物或磨蝕性液體時(shí)容易造成軸承磨損或卡住。（3）普通型不適用于較高黏度的介質(zhì)，會(huì)使傳感器的線性變差。（4）流體的物理性質(zhì)和環(huán)境條件對(duì)流量計(jì)量的影響較大。（5）為保證測(cè)量精度，要求傳感器上下游的直管段較長(zhǎng)，安裝空間較大。480五、渦輪流量計(jì)的選型和安裝1.渦輪流量計(jì)的選型（1）測(cè)量的流體渦輪流量計(jì)適于測(cè)量潔凈（或基本潔凈）的低黏度氣體或液體，如水、輕油、石油溶劑、酸、堿、液氧、液氮、液氫及空氣、氧氣等。（2）渦輪流量計(jì)的口徑渦輪流量計(jì)的口徑一般由流量范圍決定。使用時(shí)的最小流量不得低于該口徑允許測(cè)量的最小流量，最大流量不得高于該口徑允許測(cè)量的最大流量。在斷續(xù)使用的場(chǎng)合，一般按實(shí)際使用最大流量的1.3倍選擇，連續(xù)使用時(shí)按實(shí)際使用最大流量的1.4倍選擇。481（3）管道長(zhǎng)度傳感器上游直管段長(zhǎng)度L與管道內(nèi)徑D的比值一般應(yīng)滿足下列關(guān)系：L/D=0.35R/f式中f———管道內(nèi)壁摩擦系數(shù)，一般可取為0.0175；

R———旋渦速度比，取決于上游局部阻流件類型。對(duì)管路情況不清楚時(shí)，一般可取上游直管段長(zhǎng)度不小于20D，下游直管段長(zhǎng)度不小于5D。482（4）主要部件的材質(zhì)渦輪流量計(jì)本體最好選用不銹鋼材料以防腐蝕；流量計(jì)軸承一般有碳化鎢、聚四氟乙烯、碳石墨三種材質(zhì)，碳化鎢的精度最高，常作為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)件，其他兩類在化工場(chǎng)所應(yīng)優(yōu)先考慮。其他還需要考慮流體溫度、流體的公稱壓力、環(huán)境條件、壓力損失等指標(biāo)。4832.渦輪流量計(jì)的安裝（1）渦輪流量計(jì)在安裝前可先與顯示儀或示波器接好連線，通上電源，用口吹或用手撥葉輪，使其快速旋轉(zhuǎn)，觀察有無(wú)顯示。當(dāng)有顯示時(shí)再安裝傳感器。（2）渦輪流量計(jì)一般為水平安裝，流體流向必須和箭頭指向一致，確需垂直安裝時(shí)，流體方向必須向上。（3）與傳感器連接的前后管道的內(nèi)徑應(yīng)與傳感器口徑一致，管道中心和傳感器中心一致。484（4）在流量計(jì)的連接管道中安裝旁路管道和截止閥，以利于啟動(dòng)保護(hù)和維修。（5）當(dāng)流體中含有雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)加裝過(guò)濾器，過(guò)濾器網(wǎng)目一般為20~60目。（6）分離式流量計(jì)和放大器之間的間距一般為3~5m，傳感器輸出信號(hào)采用雙芯屏蔽電纜傳輸至信號(hào)檢測(cè)放大器的輸入端。（7）傳感器應(yīng)遠(yuǎn)離外界電場(chǎng)、磁場(chǎng)，必要時(shí)應(yīng)采取有效的屏蔽措施，以避免外來(lái)干擾。485課題二超聲波流量計(jì)486學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解超聲波的概念。

掌握超聲波流量計(jì)的工作原理。

了解超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)和分類。

掌握超聲波流量計(jì)的選擇和使用方法。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求選擇和安裝超聲波流量計(jì)。487知識(shí)引入管道運(yùn)輸因經(jīng)濟(jì)、便攜、安全被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等的運(yùn)輸中。但隨著管線延長(zhǎng)，易發(fā)生管道泄漏事故，會(huì)影響生產(chǎn)并導(dǎo)致環(huán)境污染和人員損傷，因此，管道流量監(jiān)測(cè)對(duì)保障管道運(yùn)輸安全有重要意義。488輸油管流量監(jiān)測(cè)知識(shí)講解超聲波流量計(jì)是集成電路技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，由于響應(yīng)速度快、非接觸式測(cè)量且對(duì)流體不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，因此在大口徑管道計(jì)量中得到廣泛應(yīng)用。489一、超聲波的概念人類耳朵能聽(tīng)到的聲波頻率為20Hz~20kHz，當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率小于20Hz或大于20kHz時(shí)，人耳便聽(tīng)不見(jiàn)了。頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波。超聲波方向性好，穿透能力強(qiáng)，能量較為集中，能在各種不同介質(zhì)中傳播，且傳播的距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等，在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。490超聲波探頭也稱為換能器，常用的是壓電式換能器，其是利用壓電材料的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)制成的。壓電效應(yīng)在前面的模塊中已經(jīng)講過(guò)，不再贅述。逆壓電效應(yīng)是指當(dāng)在壓電材料的極化方向施加電場(chǎng)，這些材料就在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形或機(jī)械應(yīng)力，當(dāng)外加電場(chǎng)撤去時(shí)，這些變形或應(yīng)力也隨之消失的物理現(xiàn)象。壓電材料因外加電場(chǎng)而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，調(diào)節(jié)交變電場(chǎng)就可以產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)，即超聲波。因此，將這種電能和聲能能夠相互轉(zhuǎn)換的器件稱為換能器，其中，將電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件稱為發(fā)射換能器，將聲能轉(zhuǎn)換成電能的器件稱為接收換能器。491發(fā)射換能器和接收換能器通常是分開(kāi)使用的，但也可以共用一個(gè)。發(fā)射探頭采用適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電路，利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，把電能加到壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，超聲波以某一角度射入流體中傳播；接收換能器則利用壓電效應(yīng)，通過(guò)接收超聲波并將其轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。換能器通常由壓電元件和聲楔構(gòu)成。壓電元件一般用壓電陶瓷制造，為圓形薄片，沿厚度方向振動(dòng)；而聲楔則起到固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入流體的作用，如圖所示。492493壓電式超聲波換能器a）結(jié)構(gòu)示意圖b）外形二、超聲波流量計(jì)的工作原理超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)，通過(guò)接收穿過(guò)流體的超聲波可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。一般來(lái)說(shuō)，超聲波流量計(jì)是測(cè)量體積流量的。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、轉(zhuǎn)換器及流量顯示系統(tǒng)等組成，如圖所示。超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，將其發(fā)射并穿過(guò)被測(cè)流體，接收器接收到超聲波信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換器放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)，供顯示和積算，實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)顯示。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤裝式和便攜式兩類。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號(hào)傳輸電纜連接，在固定測(cè)量的場(chǎng)合需在適當(dāng)?shù)牡胤窖b接線盒。494495超聲波流量計(jì)的組成利用超聲波探頭檢測(cè)流量時(shí)，轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)方法主要有傳播時(shí)差法、頻率差法、多普勒法等，檢測(cè)方法不同，測(cè)量精度也不同。1.時(shí)差式超聲波流量計(jì)時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用超聲波在流動(dòng)的流體中，順流傳播時(shí)間與逆流傳播時(shí)間之差與被測(cè)流體流速的關(guān)系獲得流量的，其原理圖如圖所示。496時(shí)差式超聲波流量計(jì)原理圖2.多普勒式超聲波流量計(jì)多普勒式超聲波流量計(jì)是利用多普勒效應(yīng)來(lái)測(cè)定流體的流量的。497多普勒超聲波流量計(jì)三、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)與分類1.超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)的流量計(jì)而言，超聲波流量計(jì)具有下列主要特點(diǎn)。（1）解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠測(cè)量困難的問(wèn)題。（2）對(duì)介質(zhì)幾乎無(wú)要求。（3）超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度、黏度等參數(shù)的影響。（4）超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍度寬，一般可達(dá)20∶1。4982.超聲波流量計(jì)的分類根據(jù)使用場(chǎng)合不同，超聲波流量計(jì)可以分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)，其主要區(qū)別見(jiàn)表。499超聲波流量計(jì)的類型a）固定分體式b）固定一體式c）手持便攜式d）便攜式500固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)的區(qū)別超聲波流量計(jì)按照換能器的安裝方式分類，可以分為外貼式、插入式、管段式三種類型，如圖所示。501超聲波流量計(jì)的安裝方式a）外貼式b）插入式c）管段式（1）外貼式外貼式超聲波流量計(jì)在安裝換能器時(shí)無(wú)須管道斷流，即貼即用，安裝簡(jiǎn)單，使用方便，只用一套流量計(jì)就可測(cè)量不同口徑管道內(nèi)液體的流量，性價(jià)比高。（2）插入式插入式超聲波流量計(jì)在安裝時(shí)可以不斷流，利用專門工具在管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。（3）管段式管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測(cè)量管組成一體，解決了某些管道無(wú)法測(cè)量的難題，測(cè)量精度也比其他超聲波流量計(jì)高，但犧牲了不斷流安裝的優(yōu)點(diǎn)，要求切開(kāi)管道安裝換能器。502四、超聲波流量計(jì)的選擇選擇超聲波流量計(jì)，要在掌握常用超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及適用場(chǎng)所、被測(cè)流體的性質(zhì)、安裝地點(diǎn)及對(duì)測(cè)量精度的要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行。1.常用超聲波流量計(jì)的適用場(chǎng)所（1）多普勒式超聲波流量計(jì)這種流量計(jì)只能測(cè)量含有適量懸浮顆?；驓馀莸牧黧w，對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要相對(duì)穩(wěn)定，且不同廠家的儀表性能和要求也不完全一樣。選擇此類流量計(jì)時(shí)既要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，又要了解所選流量計(jì)的性能、精度和對(duì)介質(zhì)的要求。503（2）便攜式超聲波流量計(jì)便攜式超聲波流量計(jì)適用于臨時(shí)性測(cè)量，主要用于校對(duì)管道上已安裝的其他流量?jī)x表的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行某區(qū)域內(nèi)的流體狀況測(cè)試、檢查管道的當(dāng)時(shí)流量等，此時(shí)選用便攜式超聲波流量計(jì)既方便又經(jīng)濟(jì)。（3）時(shí)差式超聲波流量計(jì)它主要用來(lái)測(cè)量潔凈流體和雜質(zhì)含量不高（雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均勻流體，如純凈水、污水等流量的計(jì)量，精度可達(dá)±1.5%FS（FS為滿量程輸出值）。504（4）管段式超聲波流量計(jì)這種流量計(jì)的精度較高，可達(dá)到±0.5%FS，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測(cè)量精度要求較高的場(chǎng)合。但隨著管徑的增大，成本也會(huì)隨之增加，因此，選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì)較為經(jīng)濟(jì)。（5）插入式超聲波流量計(jì)如果有足夠的安裝空間，則使用插入式換能器代替外貼式換能器，可徹底消除管襯、結(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減的影響，測(cè)量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量，而且插入式換能器也可以實(shí)現(xiàn)不斷流安裝，因此其應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大。5052.被測(cè)流體的性質(zhì)明確介質(zhì)是水還是其他流體、其黏度系數(shù)是多少、透射超聲波的能力如何、是否含氣泡、固體微粒及其含量是多少等。3.流道條件及其對(duì)測(cè)量精度的要求對(duì)于不同的流道如管道、管渠、明渠和河流應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的流量計(jì)。對(duì)于長(zhǎng)平直段的流道或?qū)y(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，可選用較少聲道數(shù)的流量計(jì)；明渠和大口徑管道，當(dāng)測(cè)量精度要求較高時(shí)，可選用多聲道流量計(jì)。506五、超聲波流量計(jì)的使用超聲波流量計(jì)在使用中，需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。1.正確選型這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量，或用戶使用不便等后果。具體選型原則參照前面的介紹。5072.合理安裝換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置和安裝方式兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證留有足夠的上、下游直管段外，還要特別注意換能器應(yīng)盡量避開(kāi)有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對(duì)貼式和Z方式、V方式三種，如圖所示。508換能器的安裝方式a）對(duì)貼式b）Z方式c）V方式3.及時(shí)核校對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。應(yīng)堅(jiān)持一裝一校，即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)在安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn)；另外，當(dāng)在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。5094.定期維護(hù)與其他流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼式超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間的黏合劑是否良好即可；對(duì)于插入式超聲波流量計(jì)，要定期清理?yè)Q能器上沉積的雜質(zhì)、水垢等，檢查有無(wú)漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響等。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。510課題三差壓式流量計(jì)511學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解差壓式流量計(jì)的功能和組成。

了解差壓式流量計(jì)的工作原理及主要特點(diǎn)。

熟悉差壓式流量計(jì)的常見(jiàn)類型。

掌握差壓式流量計(jì)的選取原則及使用注意事項(xiàng)。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求正確選擇和安裝差壓式流量計(jì)。512知識(shí)引入焦?fàn)t煤氣是焦炭生產(chǎn)的副產(chǎn)物，在軋鋼廠通常用作窯爐煤氣燃燒器的燃料。因焦?fàn)t煤氣中含有萘、銨水合物和焦油等，在傳輸過(guò)程中會(huì)從氣體中分離，在管道內(nèi)壁和其他構(gòu)件上凝結(jié)，造成焦?fàn)t煤氣流量監(jiān)測(cè)困難。針對(duì)該情況，測(cè)量時(shí)可選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)的差壓式流量計(jì)。513窯爐煤氣燃燒器知識(shí)講解一、差壓式流量計(jì)的功能和組成流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，突然遇到截面積變窄，而使壓力顯著降低的現(xiàn)象，稱為節(jié)流，具有節(jié)流作用的裝置稱為節(jié)流裝置。差壓式流量計(jì)顧名思義是使用差壓傳感器測(cè)量壓力差來(lái)測(cè)量流量的，它是根據(jù)安裝于管道中的流量檢測(cè)件兩端產(chǎn)生的壓力差、已知的流體條件以及檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量的儀表，如圖所示。差壓式流量計(jì)由一次裝置（節(jié)流裝置）和二次裝置（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。這種流量計(jì)以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)，用于測(cè)量封閉管道中單相穩(wěn)定流體（液體、氣體、蒸汽）的體積流量或質(zhì)量流量。514515差壓式流量計(jì)傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓計(jì)、壓力計(jì)和溫度計(jì)等部分組成。孔板式差壓流量計(jì)的節(jié)流裝置由孔板和孔板夾持部分組成，其組成示意圖如圖所示。516孔板式差壓流量計(jì)的組成示意圖二、差壓式流量計(jì)的工作原理及主要特點(diǎn)1.工作原理當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，在節(jié)流裝置前，流速降低，壓力增大；在節(jié)流裝置后，流速迅速增加，壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓差，流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。找到流量和壓差的關(guān)系式，就可以用壓差衡量流量的大小。517壓差的大小除與流量密切相關(guān)外，還與其他許多因素有關(guān)。例如，當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、黏度）不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。因此，流量和壓差的關(guān)系式是在一定條件下，針對(duì)某種節(jié)流裝置得到的。為了避免對(duì)每款流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常用流量計(jì)的節(jié)流裝置及其取壓方式、管道條件、測(cè)量范圍、流量計(jì)算方法等設(shè)定了條件，如果這些條件均滿足要求，流量與壓差之間便有確定的數(shù)值關(guān)系，不必再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。5182.主要特點(diǎn)（1）差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍廣泛。（2）該流量計(jì)的檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開(kāi)由不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，它們的連接也非常靈活、方便，便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。（3）檢測(cè)件（特別是標(biāo)準(zhǔn)型的）全世界通用，并得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可。519（4）差壓式流量計(jì)還存在一些缺點(diǎn)，如測(cè)量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬中等水平，由于眾多因素的影響，精確度提高比較困難；范圍度窄，一般3∶1或4∶1；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高，如需較長(zhǎng)直管段長(zhǎng)度（如孔板、噴嘴等），一般較難滿足；檢測(cè)元件與差壓顯示儀表之間的引壓管線易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障；壓損大（如孔板、噴嘴等）。520三、差壓式流量計(jì)的類型差壓式流量計(jì)的分類原則和具體類型見(jiàn)表。521差壓式流量計(jì)的分類原則和具體類型1.按產(chǎn)生差壓的作用原理分類（1）節(jié)流式：依據(jù)流體通過(guò)節(jié)流裝置使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而產(chǎn)生差壓的原理工作，其減壓節(jié)流檢測(cè)件稱為節(jié)流裝置，節(jié)流式流量計(jì)是差壓式流量計(jì)的主要品種。（2）動(dòng)壓頭式：依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計(jì)。522（3）水力阻力式：依據(jù)流體阻力產(chǎn)生差壓的原理工作，檢測(cè)件為毛細(xì)管束。該流量計(jì)又稱層流流量計(jì)，一般用于微小流量測(cè)量。（4）離心式：依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力而形成差壓的原理工作，如彎管流量計(jì)、環(huán)形管流量計(jì)等。（5）動(dòng)壓增益式：依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作，如皮托-文丘里管流量計(jì)。（6）射流式：依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生差壓的原理工作，如射流式流量計(jì)。5232.按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式分類主要是指按節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)分類，主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板式、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式、經(jīng)典文丘里管式、V型內(nèi)錐式流量計(jì)等類型。（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板式：又稱同心直角邊緣孔板，是測(cè)量流量的差壓發(fā)生裝置，如圖所示。524標(biāo)準(zhǔn)孔板（2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴式：主要有ISA1932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴兩類。（3）經(jīng)典文丘里管式：由四部分組成，一是入口段，1個(gè)圓柱管；二是圓錐收縮段，1個(gè)錐型段；三是圓筒形喉道，1個(gè)短的直管段；四是圓錐擴(kuò)散段，1個(gè)稍微傾斜的管道，如圖所示。525經(jīng)典文丘里管式流量計(jì)（4）V型內(nèi)錐式：是一種通過(guò)節(jié)流取差壓以反映流量大小的流量計(jì)，如圖所示。526V型內(nèi)錐式流量計(jì)結(jié)構(gòu)1—法蘭2—高壓取壓口3—低壓取壓口4—管道5—錐形體四、差壓式流量計(jì)的選取原則以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(jì)（統(tǒng)稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置）在流量領(lǐng)域已應(yīng)用近百年，其優(yōu)點(diǎn)是已標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，易于加工制造，價(jià)格低廉，通用性強(qiáng)。但是孔板、噴嘴等在測(cè)量性能和結(jié)構(gòu)上存在著嚴(yán)重的缺陷，所以近百年來(lái)人們從未間斷過(guò)對(duì)它們的研究和改善工作，但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷，其本身固有的一些缺點(diǎn)至今仍然沒(méi)能得到很好的解決。527選用差壓式流量計(jì)時(shí)考慮的因素主要有儀表性能、壓力損失、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素。1.儀表性能差壓式流量計(jì)的主要性能指標(biāo)包括精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置規(guī)定有嚴(yán)格的使用范圍，包括管徑、節(jié)流件孔徑、直徑比、雷諾數(shù)范圍、管壁粗糙度等，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用范圍及其計(jì)算式應(yīng)以實(shí)流校準(zhǔn)為好。差壓式流量計(jì)的精確度在很大程度上取決于現(xiàn)場(chǎng)的使用條件，除節(jié)流裝置制造質(zhì)量外，影響因素主要為流體的物性參數(shù)和流體的流動(dòng)特性。整套流量計(jì)的精確度還取決于差壓變送器和流量顯示儀的精確度，其他參數(shù)的精確度不高而只采用高精度差壓變送器并不起多大作用，應(yīng)做全面估計(jì)以選擇最佳方案。5282.壓力損失差壓式流量計(jì)的壓力損失大是它的一個(gè)缺點(diǎn)，但不同結(jié)構(gòu)間亦有差別。在同樣的流量時(shí)，噴嘴的壓損只為孔板壓損的30%~50%。各種流量管（文丘里管、道爾管、羅洛斯管等）則是低壓損的節(jié)流裝置，它們的壓損僅為孔板的20%，動(dòng)壓頭式差壓流量計(jì)（均速管流量計(jì)）更是以低壓損著稱。5293.安裝條件要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)文件中規(guī)定的系數(shù)，必須讓使用的節(jié)流裝置與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置相似，現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件是達(dá)到相似的重要因素。在安裝時(shí)節(jié)流件前后的必要直管段長(zhǎng)度往往令選用者為難。在此情況下有以下方案可供選擇：采用直管段長(zhǎng)度要求較短的節(jié)流裝置，如經(jīng)典文丘里管或其他流量管；用實(shí)流校驗(yàn)方法確定現(xiàn)場(chǎng)條件下的流出系數(shù)，實(shí)流校驗(yàn)可以是在線的或離線的。5304.環(huán)境條件差壓式流量計(jì)的差壓變送器和流量顯示儀兩部分有微處理器和電子元器件，它們對(duì)環(huán)境條件的要求與一般電子儀表是一樣的。5.經(jīng)濟(jì)因素經(jīng)濟(jì)因素包括購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維護(hù)費(fèi)和備品備件的費(fèi)用。531五、差壓式流量計(jì)的使用注意事項(xiàng)一臺(tái)差壓式流量計(jì)能夠可靠地運(yùn)行、達(dá)到設(shè)計(jì)精確度要求，正確使用很重要，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。（1）差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作條件在現(xiàn)場(chǎng)完全滿足比較困難，偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是難免的，重要的是估計(jì)偏離的程度。建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償（修正），否則會(huì)加大估計(jì)的測(cè)量誤差。（2）差壓式流量計(jì)檢測(cè)件節(jié)流裝置安裝于嚴(yán)酷的工作場(chǎng)所，長(zhǎng)期運(yùn)行后，管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生某些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等。532課題四電磁流量計(jì)533學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解電磁流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)。

了解電磁流量計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)用。

掌握電磁流量計(jì)的安裝和使用要求。

能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求正確選擇電磁流量計(jì)。534知識(shí)引入自來(lái)水公司進(jìn)、出廠水流量的計(jì)量既是水資源管理的重要環(huán)節(jié)，又是供水行業(yè)生存發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國(guó)城鎮(zhèn)供水行業(yè)主要使用以電磁流量計(jì)為主的流量計(jì)進(jìn)行流量計(jì)量，如圖所示，這類流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性，可以解決其他流量計(jì)不易應(yīng)用的臟污流、腐蝕流的測(cè)量，因此各地自來(lái)水公司大量使用電磁流量計(jì)，且大量更新為智能化、高精度、多功能的流量?jī)x表。535電磁流量計(jì)計(jì)量供水知識(shí)講解一、電磁流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)1.工作原理電磁流量計(jì)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的規(guī)律制成的一種