第八九講流量傳感器

第八、九講流量檢測第八、九講流量檢測

流量的測量方法差壓式流量計容積式流量計速度式流量計浮子式流量計電磁流量計質(zhì)量流量的測量（一）、流量的定義

在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，特別是化工、制藥和供水等過程控制中，流量是必須測量和控制的物理量。一、流量的測量方法1、流量：單位時間內(nèi)流過管道某橫截面的流體數(shù)量，也稱為瞬時流量。瞬時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、九講流量檢測注意：用體積流量表征流體時，必須同時給出流體的壓力和溫度，因為流體的體積在不同的壓力和溫度下，是不同的。2、總量：指在一段時間內(nèi)流過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的時間間隔。

第八、九講流量檢測一、流量的測量方法（二）、流量的測量方法第八、九講流量檢測一、流量的測量方法流體的狀態(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量不同的流體的流量。某些場合的流體時高溫、高壓的，某些場合是氣液兩相或液固兩相的混合流體。根據(jù)測量方法不同分為速度式、容積式和質(zhì)量式三類。

按檢測件的作用原理分：

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

節(jié)流式和動壓頭式應(yīng)用最為廣泛。

節(jié)流式特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測量各種工況下的流量，至今無任何一類流量傳感器可與之相比。第八、九講流量檢測二、差壓式流量計（一）、差壓式流量計的組成及測量原理

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（4-20mA）第八、九講流量檢測二、差壓式流量計第八、九講流量檢測二、差壓式流量計2、測量原理

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，會產(chǎn)生和流體流量成正比的壓差。測量這個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流經(jīng)節(jié)流件產(chǎn)生的壓差第八、九講流量檢測二、差壓式流量計流體微團(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。這種測量方法是以流體流動的質(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、九講流量檢測二、差壓式流量計3、節(jié)流裝置第八、九講流量檢測二、差壓式流量計①、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置第八、九講流量檢測二、差壓式流量計常用節(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、九講流量檢測二、差壓式流量計標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴第八、九講流量檢測二、差壓式流量計第八、九講流量檢測二、差壓式流量計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、九講流量檢測二、差壓式流量計③、節(jié)流件配套的儀表

第八、九講流量檢測三、容積式流量計（一）、容積式流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)：容積式流量計內(nèi)部有一個已標(biāo)定容積的計量室，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，使流體從流入口流向排出口，當(dāng)流體經(jīng)過儀表時，利用儀表入口和出口之間產(chǎn)生的壓力差，推動旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動，將流體從計量室中容積V0，一份一份地推送出去。橢圓齒輪流量計根據(jù)旋轉(zhuǎn)體的結(jié)構(gòu)不同，分為腰輪式流量計刮板式流量計第八、九講流量檢測（二）、橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)和工作原理三、容積式流量計第八、九講流量檢測三、容積式流量計第八、九講流量檢測三、容積式流量計第八、九講流量檢測三、容積式流量計（三）、橢圓齒輪流量計的特點

優(yōu)點：由于是借助于固定的容積來計量流量，與流體的流動狀態(tài)及黏度無關(guān)。若保證加工精度，且各運(yùn)動部件的配合緊密，使用中不腐蝕和磨損，測量精度可很高，一般為0.5%—1%，較好時可達(dá)0.2%。缺點：對流體的清潔度要求較高。另外，齒輪容易磨損。第八、九講流量檢測三、容積式流量計（四）、應(yīng)有領(lǐng)域第八、九講流量檢測三、容積式流量計四、速度式流量計第八、九講流量檢測速度流量計是液體沖擊葉輪或渦輪旋轉(zhuǎn)時，瞬時流量和速度成正比，一段時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)與該時間段的累積總流量成正比。常用的有渦街流量計、電磁流量計和超聲波流量計。

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

渦街流量傳感器

流體振動傳感器有旋進(jìn)流量傳感器射流流量傳感器第八、九講流量檢測四、速度式流量計

（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、九講流量檢測四、速度式流量計根據(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、九講流量檢測四、速度式流量計

（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、九講流量檢測四、速度式流量計

（三）、旋渦頻率的檢測旋渦檢測器的任務(wù)是一方面使流體繞過檢測器時，在其后能形成穩(wěn)定的渦列，另一方面能準(zhǔn)確地檢測出旋渦產(chǎn)生的頻率。目前使用的旋渦檢測器主要有兩種形式：圓柱形和三角柱體。第八、九講流量檢測四、速度式流量計

（四）、渦街流量計的特點

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

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

（一）、工作原理

電磁流量計是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理來測量管內(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轉(zhuǎn)換成0-10mA電流五、電磁式流量計第八、九講流量檢測在管道兩端安裝一對電極，當(dāng)由導(dǎo)電液體流過時，兩電極之間將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：從而體積流量為五、電磁式流量計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。第八、九講流量檢測五、電磁流量計第八、九講流量檢測（二）應(yīng)用五、電磁流量計（三）、特點

1、電磁流量傳感器不能測量電導(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、通用型電磁流量計由于襯里材料和電氣絕緣材料限制，不能測量較高溫度的液體。第八、九講流量檢測六、浮子式流量計第八、九講流量檢測在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到小流量的測量，因流體的流速低，要求測量儀表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。差壓式流量計對管徑小于50mm、低雷諾數(shù)的流體的測量精度是不高的。此時可采用而轉(zhuǎn)子流量計來測量，流量可小到每小時幾升。六、浮子式流量計第八、九講流量檢測

工作原理差壓式流量計是恒節(jié)流面積，變壓降來反映流量的大小。而轉(zhuǎn)子流量計，采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。六、浮子式流量計第八、九講流量檢測第八、九講流量檢測六、浮子式流量計故：轉(zhuǎn)子流量計是以定壓降、變節(jié)流面積法測量流量的。第八、九講流量檢測六、浮子式流量計第八、九講流量檢測六、浮子式流量計第八、九講流量檢測六、浮子式流量計

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，觸發(fā)顯示。轉(zhuǎn)子位置信號的引出：12六、浮子式流量計第八、九講流量檢測3、在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝磁鐵，錐形管外安裝雙霍爾磁場傳感器，測出磁場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，使差動變壓器輸出隨轉(zhuǎn)子位置變化。六、浮子式流量計第八、九講流量檢測

轉(zhuǎn)子流量計的特點

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

2、流量計結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；

3、轉(zhuǎn)子流量計必須垂直安裝，流體流向必須自下而上；六、浮子式流量計第八、九講流量檢測六、浮子式流量計第八、九講流量檢測第八、九講流量檢測七、質(zhì)量流量計第八、九講流量檢測七、質(zhì)量流量計速度式、容積式流量計，測的是體積流量。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)量流量計大致分為三類：

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

②間接式：即用體積流量計和密度計組成的儀表來測量出體積流量和流體密度，通過運(yùn)算得出質(zhì)量流量。

第八、九講流量檢測七、質(zhì)量流量計

③補(bǔ)償式：同時檢測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，計算出流體的密度。從而計算出流體的質(zhì)量流量。1、基本工作原理：

將充水軟管（水不流動）兩端懸掛，使其中段下垂成U形，靜止時，U形的兩管處于同一平面，并垂直于地面，左右擺時，兩管同時彎曲，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時，它將發(fā)生扭曲。扭曲的方向總是出水側(cè)的擺動要早于入水側(cè)。

七、質(zhì)量流量計第八、九講流量檢測隨著質(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)量流量的檢測原理，它利用兩管的振動（擺動）相位差來反映流經(jīng)該U形管的質(zhì)量流量。七、質(zhì)量流量計第八、九講流量檢測現(xiàn)場顯示遠(yuǎn)傳質(zhì)量流量計2、科里奧利力質(zhì)量流量計

利用科氏力構(gòu)成的質(zhì)量流量計，有直管、彎管、單管、雙管等多種形式。第八、九講流量檢測七、質(zhì)量流量計

換能器A在外加交變電壓作用下產(chǎn)生交變力，使兩根U形管彼此一開一合地振動，相當(dāng)于兩根軟管按相反方向不斷擺動，換能器B和C用來檢測兩管的振動情況。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)振動相位超前于進(jìn)口側(cè)的規(guī)律，C輸出的交變信號的相位將超前于B某個相位。此相位差的大小與質(zhì)量流量成正比。

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

雙彎管型是最常見的。它由兩根金屬U形管組成，其