傳感器與檢測技術（第5版）課件 7.7 質量流量計

7.7質量流量計直接式：檢測裝置的輸出信號可以直接表示質量流量的大小。間接式：通過檢測兩個以上有關質量流量的物理量，然后通過計算得出質量流量。7.7質量流量計

7.7.1直接式質量流量計

7.7.2間接式質量流量計7.7.1直接式質量流量計直接式質量流量常用檢測方法：差壓式質量流量計、渦輪式質量流量計、動量式質量流量計、熱式質量流量計、科里奧利式質量流量計等1.熱式質量流量計利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源之間熱量交換關系來測量流量，當前主要用于測量氣體。熱式流量儀表用得最多有兩類：熱分布式流量計（thenmaIprohIefIowmeter）利用流動流體傳遞熱量改變測量管壁溫度分布的熱傳導分布效應。曾稱量熱式質量流量計；熱式質量流量計利用熱消散（冷卻）效應的金氏定律（KingsIaw），又由于結構上檢測元件伸入測量管內，也稱浸入型（immersiontype）或侵入型（intrusiontype）。（1）熱分布式熱式質量流量計熱分布式質量流量計工作原理1流量傳感器2繞組3測量管4轉換器5恒流電原4放大器質量流量cp——被測氣體的定壓比熱容；

A——測量管繞組（即加熱系統(tǒng)）與周圍環(huán)境熱交換系統(tǒng)之間的熱傳導系數；

K——儀表常數；

ΔT——兩組線圈平均溫度差。質量流量與繞組溫度關系測量管加熱方式大部分產品采用兩繞組或三繞組線繞電阻；除管外電阻絲繞組加熱方式外還有利用管材本身電阻加熱方式。測量管形狀有直管形，還有∏字形結構，為了獲得良好的線形輸出，必須保持層流流動，測量管內徑D設計得很小而長度L很長，即有很大L/D比值，流速低，流量小。熱分布式質量流量計按測量管內徑分：

細管型（也有稱毛細管型）：測量管內徑僅0.2~0.5mm，極易堵塞，適用于凈化無塵氣體。

小型：只有直管型，內徑為4mm；（2）浸入式熱式質量流量計金氏定律的熱絲熱散失率表述各參量間關系式中，H/L——單位長度熱散失率（J/m?h）；

ΔT——熱絲高于自由流束的平均升高溫度（K）；

λ——流體的熱導率（J/h?m?K）；

cV——定容比熱容（J/kg?k）；

ρ——密度（kg/m3）；

U——流體的流速（m/h）；

d——熱絲直徑（m.）。浸入式質量流量計浸入式熱式質量流量計工作原理基于加熱探頭與氣體之間的對流傳熱將熱力學第一定律應用于自加熱的圓柱狀傳感器，分析加熱傳感器的熱擴散效應根據熱平衡原理推導加熱傳感器的熱平衡公式，建立加熱功率與氣體流速、物性參數的具體函數關系為

為探頭的加熱功率；Tw和Tc分別為加熱探頭表面和流體的溫度；A、B由被測氣體的溫度壓力組分以及傳感器探頭的尺寸大小等參數決定的，針對特定傳感器當被測氣體物性參數保持不變時，A、B可以被視為常數；

為被測流體的質量流量，S為管道橫截面積；指數n僅在一定條件范圍內保持不變，當氣體溫度、物性參數等參數發(fā)生較大變化時，其值也會發(fā)生改變

若被測氣體的物性參數保持不變的話，則被測流體的質量流量是測量探頭的加熱功率或探頭之間溫差的單值函數。若保持加熱功率或溫差不變，則可以建立質量流量與溫差或加熱功率之間的函數關系式，其函數關系為根據測量方法的不同，可以分為恒溫差型和恒功率型兩種恒溫差型若保持

比值不變，則質量流量是測速探頭加熱電流的單值函數。通過檢測測速探頭的加熱電流值，就可以計算出被測氣體的質量流量

恒功率型若保持加熱功率不變，則質量流量是兩個傳感器探頭之間溫差的單值函數。為加熱元件提供恒定的加熱功率，流體流動帶走加熱元件的熱量，使得加熱元件的溫度減小。測量加熱元件溫度與流體溫度之間的溫度差，就可以計算得到質量流量

兩種方法比較測量原理恒溫差原理恒功率原理響應速度快，約1~3秒慢，約10~15秒流量范圍較小，適用于低流速較大，可測高流速探頭溫度低，探頭溫差較低高，零流量時溫差較大長期穩(wěn)定性高,探頭溫度較低不易老化低,探頭溫度較高易老化適用介質干燥氣體含有一定水分的氣體（3）安裝注意事項①熱分布式：大部分可為任何姿勢（水平、垂直或傾斜）安裝，有些儀表只要安裝好后在工作條件壓力、溫度下作電氣零點調整。大部分制造廠會對此就安裝姿勢影響和安裝要求作出說明。應用于高壓氣體時傳感器則選擇水平安裝，便于做到調零的零偏置。②浸入式：大部分流量計性能不受安裝姿勢影響。在低流速測量時因受管道內氣體對流的熱流影響，使安裝姿勢顯得重要。因此在低和非常低流速流動時要獲得精確測量，必須遵循制造廠依據儀表設計結構而定的安裝建議。2.科里奧利質量流量計利用流體在直線運動的同時處于一旋轉系中，產生與質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質量流量儀表?？评飱W利質量流量計的特點：精度高、量程比大、動態(tài)特性好、無直管段要求、壓力損失大等。(1)科里奧利力的基本原理當質量為m的質點以速度υ在對p軸作角速度ω旋轉的管道內移動時，質點受到兩個分量的加速度及其力。 ①法向加速度：即向心力加速度αr，其量值等于ω2r，方向朝向P軸。 ②切向加速度：即科里奧利加速度αt，其量值等于2ωυ，方向與法向垂直。科氏力的原理（2）科氏質量流量計的組成(2)科里奧利質量流量計的組成組成：流量傳感器＋變送器科里奧利質量流量傳感器（3）科氏質量流量計的工作原理科里奧利力當密度為ρ的流體在旋轉管道中以恒定速度υ流動時，任何一段長度Δx的管道都將受到一個ΔFc的切向科里奧利力。由于質量流量為qm=ρυA，所以直接或間接測量在旋轉管道中流動流體產生的科里奧利力就可以測的得質量流量，這是科里奧利質量流量計的基本原理。通過旋轉運動產生科里奧利力是困難的，目前產品均代之以管道振動產生的科氏質量流量計測量管等效運動圖科氏質量流量計測量管受力原理圖

AD1段和D2B段的流體方向相反，故受到的科氏力方向相反，D1CD2段流體流速與平行，故不產生科氏力

段產生的扭矩

對其積分在該扭矩下，測量管發(fā)生扭轉角為,因為很小，所以系統(tǒng)的扭轉變形在其彈性限度之內，因而有設是流量管在振動方向的線速度，同時，，因為很小，所以

沒有流量時

有流量時計算公式時間差質量流量；頻率流體密度。Δφ為兩路信號的相位差ω為信號角頻率fs為采樣頻率密度檢測原理振蕩頻率與密度的關系（2）安裝使用注意事項①流量傳感器安裝一般要求

按照制造廠規(guī)定的安裝方法和趨避禁止事項。安裝設計時盡可能使其有長的使用壽命②流量傳感器安裝姿勢和位置

一般裝于自下而上流動的垂直管道較為理想；安裝位置必須使測量管內充滿液體。③截止閥和控制閥的安裝7.7質量流量計

7.7.1直接式質量流量計

7.7.2間接式質量流量計7.7.2間接式質量流量計原理：在管道上串聯多個檢測元件，建立各自的輸出信號與流體的體積流量和密度等之間的關系，通過聯立求解方程間接推導出流體的質量流量。間接式質量流量常用檢測方法：差壓式流量計與密度計的組合；體積流量計和密度計的組合；差壓流量計或靶式流量計與體積流量計的組合（1）差壓式流量計與密度計的組合差壓式流量計的差壓輸出值與ρqv2成正比，配合密度計進行