传感器第七章 流量检测
流量传感器工作原理
流量传感器工作原理流量传感器是一种用于测量液体或气体流动速度的设备，它能够将流体流经管道时的流速转换成电信号输出，从而实现对流量的测量。
流量传感器的工作原理主要包括以下几个方面：1. 流体动力学原理。
流体动力学原理是流量传感器工作的基础。
当流体通过管道时，会产生一定的压力差，而这个压力差与流体的流速成正比。
流量传感器利用这一原理，通过测量流体流经管道时的压力差来确定流速，进而计算出流量。
2. 传感器结构。
流量传感器通常由传感器主体、流体导向装置、压力传感器和信号处理电路等部分组成。
流体导向装置用于引导流体流经传感器，在流体流经时产生压力差；压力传感器用于测量流体流经时的压力差，并将其转换成电信号；信号处理电路用于对传感器输出的电信号进行放大、滤波、线性化处理，最终输出与流速成正比的电信号。
3. 工作原理。
流体流经传感器时，流体的动能会转化为静压能，使得流体在传感器内部产生压力差。
压力传感器能够感知这一压力差，并将其转换成电信号输出。
信号处理电路对传感器输出的电信号进行处理，最终得到与流速成正比的电信号。
通过对这一电信号的测量和分析，就可以得到流体的流速和流量。
4. 应用领域。
流量传感器在工业自动化、环境监测、流体控制等领域有着广泛的应用。
例如，在化工生产中，流量传感器可以用于监测流体的流量，实现对生产过程的控制和调节；在环境监测中，流量传感器可以用于监测水流、气流等，实现对环境的监测和预警。
总结：流量传感器是一种利用流体动力学原理进行测量的设备，其工作原理是通过测量流体流经管道时产生的压力差来确定流速，进而计算出流量。
流量传感器的结构包括传感器主体、流体导向装置、压力传感器和信号处理电路等部分。
通过对传感器输出的电信号进行处理，就可以得到与流速成正比的电信号，从而实现对流量的测量。
流量传感器在工业自动化、环境监测、流体控制等领域有着广泛的应用。
第7章 流量检测
1-上游直管段；2-导压管；3-孔板；4-下游直管段；5、7-连接法兰；6-取压环室
图4.1 全套节流装置
（1）标准节流件 流量测量节流装置国家标准GB/T2624—1993主要 规定了标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴和文丘里管等。
图4.2 标准孔板
图4.3 标准喷嘴
（2）取压方式 取压方式是指取压口位置和取压口结构。 标准孔板通常采用两种取压方式，标准喷嘴 仅采用角接取压方式。 ① 角接取压。孔板上、下游侧取压孔位于上、下 游孔板前后端面处，取压口轴线与孔板各相应端 面之间的间距等于取压口直径的一半或取压口环 隙宽度的一半。 角接取压又分为环室取压和夹紧环（单独钻 孔）取压两种。 ②法兰取压。标准孔板被夹持在两块特制的法兰 中间，其间加两片垫片，上、下游侧取压孔的轴 线距孔板前、后端面分别为（25.4±0.8）mm。
1．电磁流量计特点 ① 动态响应快。测量瞬时脉动流量、具有良好的线性，精 度一般为1.5级和1级，可以测量正反两个方向的流量。 ② 传感器结构简单。管内没有任何阻碍流体流动的阻力件 和可动的部件，不会产生任何附加的压力损失。 ③ 应用范围广。除了可测量具有一定电导率的酸、碱、盐 溶液外，还可测量泥浆、矿浆、污水、化学纤维等介质的 流量。 ④ 电磁流量计输出的感应电动势信号与体积流量呈线性关 系，且不受被测流体的温度、压力、密度、黏度等参数的 影响，不需要进行参数补偿。电磁流量计只需经水标定后， 就可以用于测量其他导电性流体的流量。 ⑤ 电磁流量计的量程比一般为10:1，最高可达100:1。测 量口径范围为2 mm～3 m。
1．节流装置的安装 ① 孔板的圆柱形锐孔和喷嘴的喇叭形曲面部分应对着流体 的流向。 ② 根据不同的被测介质，节流装置取压口的方位应在所规 定的范围内，即在如图4.7所示箭头所指的范围。 ③ 必须保证节流件中心与管道同心，其端面与管道轴线垂 直。节流件上、下游必须配有足够长度的直管段。 ④ 在靠近节流装置的引压导管上，必须安装切断阀。
流量传感器的工作原理
流量传感器的工作原理流量传感器是一种用于测量液体、气体或其他介质在管道或管道中的流动速度和流量的设备。
它通过将流体压力、速度、温度或其他特性转换为电信号来实现流量测量。
流量传感器广泛应用于工业自动化、环境监测、航空航天、医疗保健等领域。
流量传感器的工作原理主要有以下几种：1. 动态测量原理：根据流出介质时引起的特定压力差进行测量。
流体通过传感器时，流体会改变传感器中的压力。
测量器把这个压力变化转换成电信号，然后通过电路进行放大、滤波和处理，最终得到流量值。
2. 静态计算原理：通过测量流体通过管道时形成的静压差来计算流量。
传感器的两侧都安装有静压孔，在介质流动时，介质的流速会引起两侧静压孔的压力差。
传感器测量这个压力差，并利用流体力学公式将其转换为流量值。
3. 热散失原理：利用加热元件加热流过传感器的介质，并测量介质在传感器附近的温度变化。
流体通过传感器时会带走加热元件的热量，这导致传感器附近的温度下降。
传感器测量介质的温度下降并将其转换为流量值。
4. 超声波原理：利用超声波在流体中传播的速度来测量流量。
传感器通过发射超声波脉冲，当超声波遇到流体时，超声波的传播速度会发生变化。
传感器测量超声波传播的时间差，并将其转换为流量值。
5. 旋翼测量原理：传感器安装一个旋转的测量装置，当流体通过传感器时，流体对测量装置产生推力，从而使其旋转。
传感器测量测量装置的旋转速度，并将其转换为流量值。
需要注意的是，不同类型的流量传感器采用不同的工作原理。
根据实际应用的需要，选取合适的流量传感器具有关键意义。
此外，流量传感器的准确度、稳定性、响应速度、温度范围等性能指标也需要考虑。
流量传感器在现代工业生产和科学研究中扮演着重要角色。
其工作原理的深入理解和应用提升了工程师和科研人员的测量能力，为工艺控制、资源管理和环境保护等方面带来了巨大的好处。
流量传感器的不断进步和改进将进一步推动各行业的技术发展和进步。
流量检测及功能介绍[文字可编辑]
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6.1.流量检测的基本概念
一、流量的概念和单位 1. 定义 流体流过一定截面的管道时所具有的数 量称为流量。 2.分类 瞬时流量（单位时间内通过的流体的量） 和累积流量（总流量，是指一段时间内通过流体 的数量）。流量的测量一般指瞬时流量。
3.单位 根据表示方法的不同而有不同的单位 质量流量 单位时间内通过的流体的质量
2. 流量的检测方法
（1）体积流量检测方法：容积法（单位时间内排出流体的固 定体积数）,速度法（管道内的平均流速乘以管道面积）差压 式；
容积式有椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式 差压式有节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等 速度式有涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等
（2）质量流量检测法：间接法（体积流量乘以密度）和直接 法（仪表直接测得）。qv ? ? F0 Nhomakorabea2
?
( P1
?
P2
)
质量流量方程为:
qm ? ?F0 2?(P1 ? P2 )
工程上实用的流量方程
qv ? 0.01252 ? ?d 2
?p
?
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0.01252 ? ? m D 2
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?? ? ?? ? qm ? 0.01252 d 2 ? p ? 0.01252 m D2 ? p
直读式浮子流量计 主要由玻璃锥管、 浮子和支撑结构组成。流量表尺直接刻在 锥管上，由浮子位置高度读出流量值。
远传式浮子流量计 可采用金属锥形管， 它的信号远传方式有电动和气动两种类型， 测量转换机构将浮子的移动转换为电信号 或气信号进行远传及显示。
电远传浮子流量计工作原理 1-浮子 2-锥管 3-连动杆 4-铁心 5-差动线圈
qm为质量流量，单位㎏/s；M为流体质量，㎏；t为时间， s；ρ为流体密度，kg/m3 ；v为流体平均流速，m/s；A为 流通截面积，㎡。 体积流量 单位时间内通过的流体的体积
《流量传感器》课件
未来发展的挑战与机遇
随着工业4.0、智能制造等新兴技术的发展，流量传感器面 临着技术更新换代、性能提升、智能化等挑战，需要不断 进行技术创新和产品升级。
环保意识的提高和能源消耗的日益增长，为流量传感器的 发展提供了广阔的市场空间和机遇，需要加大研发力度， 推出更加高效、节能、环保的产品。
技术创新与升级
微型化技术
随着微电子和纳米技术的发展， 流量传感器的体积不断缩小，性 能得到提升，便于集成和安装。
智能化技术
通过引入人工智能和机器学习算法 ，流量传感器能够实现自适应和自 校准功能，提高测量精度和稳定性 。
多功能化技术
开发出能够同时测量多种参数的流 量传感器，如温度、压力、流速等 ，满足复杂应用场景的需求。
精度等级
精度等级
是指流量传感器测量结果的准确度，通常以百分比或者绝对 误差表示。
精度等级的选择
需要根据实际应用需求，选择合适的精度等级。精度等级越 高，测量结果越准确，但价格也相对较高。
响应时间
响应时间
是指流量传感器对流体流量变化的反应速度，通常以时间常数或者上升时间表示 。
响应时间的选择
需要根据实际应用需求，选择合适的响应时间。如果响应时间过慢，可能无法及 时反映流量的变化；如果响应时间过快，则可能增加传感器的功耗和成本。
流量传感器的工作原理
总结词
理解流量传感器的工作原理有助于深入了解其性能特点和应用限制。
详细描述
不同类型的流量传感器具有不同的工作原理。例如，差压式流量传感器利用流体流经节 流元件时产生的压力差来测量流量；涡轮式流量传感器利用流体驱动涡轮的转速来测量 流量；超声波流量传感器利用声波在流体中的传播速度来测量流量。了解传感器的工作
传感与检测技术流量检测
根据测量原理和方法的不同，检测技术可分为接触式和非接触式两大类。接触式 检测技术包括压力式、热式、容积式等；非接触式检测技术包括光学式、电磁式 、超声波式等。
流量检测中的常用检测技术
压力式检测技术
通过测量流体在管道中流动时产生的压力差来推算流量 。常用的压力式流量计有孔板流量计、文丘里管流量计 等。
回收等方面的设计。
02
传感技术在流量检测中的应用
传感器的基本原理与分类
01
02
03
传感器定义
传感器是一种能够将非电 量转换为与之有确定关系 的电量输出的装置。
传感器分类
根据转换原理，传感器可 分为电阻式、电容式、电 感式、压电式、热电式等。
传感器的作用
传感器在流量检测中起到 感知、测量和转换的作用， 是实现流量检测的关键部 件。
流量传感器的选型与设计
选型原则
根据测量介质、测量范围、 精度要求、输出信号等需 求进行选型。
常见类型
差压式流量计、涡轮流量 计、电磁流量计、超声波 流量计等。
设计要点
考虑传感器的结构、材料、 制造工艺等因素，确保传 感器在恶劣环境下能稳定 工作。
传感器的信号处理与数据转换
信号处理
对传感器输出的微弱信号进行放 大、滤波、线性化等处理，提高
热式检测技术
利用热传导原理，通过测量流体流过加热元件时的热量 变化来推算流量。常见的热式流量计有热质量流量计、 热线风速仪等。
容积式检测技术
通过测量流体流过具有一定容积的容器所需的时间来计 算流量。典型的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮 流量计等。
光学式检测技术
利用光学原理，通过测量流体中微小颗粒或分子对光的 散射、吸收等作用来推算流量。常见的光学式流量计有 激光多普勒流速仪、粒子图像测速仪等。
传感器技术 传感器与检测技术 PPT课件
本课程的性质及适应对象
本课程为电子信息工程专业选修课程。
本科教学计划安排
章次
内容
1 绪论
2 电阻式传感器原理与应用
3 变阻抗式传感器原理与应用
4 光电式传感器原理与应用
基础知识
定义、分类 发展趋势 选用原则 一般特性
检测电路 现代检测系统
传感器原理 检测技术
参考网站
[1]传感器课程 [2]仪表技术与传感器 [3]传感器世界 [4]中国传感器 [5]传感器技术 [6]21IC中国电子网 [7]传感技术学报网
[8]传感器资讯网
参考文献
1．王化祥,张淑英.传感器原理及应用（第3版）[M].天津:天津 大学出版社, 2007
2．杨万海.多传感器数据融合及其应用[M].西安:西安电子科技 大学出版社,2004
思考题与习题
第7章 流量检测
7.1 流量的基本概念 7.2 差压式流量计 7.3 电磁流量计 7.4 涡轮流量计 7.5 涡街流量计 7.6 超声流量计 7.7 质量流量计
思考题与习题
第8章 成分检测
8.1 概述 8.2 热导式气体分析仪 8.3 磁性氧量分析仪 8.4 氧化锆氧量分析仪 8.5 红外气体分析仪 8.6感器概述 1.3 测量误差与数据处理 1.4 传感器的一般特性 1.5 传感器的标定和校准
思考题与习题
第2章电阻式传感器原理与应用
2.1 应变式传感器 2.2 电阻式传感器
思考题与习题
第3章 变阻抗式传感器原理与应用
第七章流量物位检测
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S
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电磁流量计原理简图
1－磁极；2－电极；3－管道
电磁流量计的测量原理是法拉第电磁感应原理，
即导电液体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中产
生感应电势，其感应电势E为
E=K ́BDV
其中：K ́——仪表常数； B——磁感应强度； V——测量管道截面内的平均流速；
D——测量管道截面的内径。
1）电磁流量计的传感器结构简单，测量管内没有可动部 件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件。所以当流体通过 流量计时不会引起任何附加的压力损失，是流量计中运行能 耗最低的流量仪表之一。
2）可测量赃污介质、腐蚀性介质及悬浊性液固两相流的 流量。这是由于仪表测量管内部无阻碍流动部件，与被测流 体接触的只是测量管内衬和电极，其材料可根据被测流体的 性质来选择。例如，用聚三氟乙烯或聚四氟乙烯做内衬，可 测量各种酸、碱、盐等腐蚀性介质；采用耐磨橡胶做内衬， 就特别适合于测量带有固体颗粒的、磨损较大的矿浆、水泥 浆等液固两相流以及各种带纤维液体和纸浆等悬浊液体。
四、超声波流量计
FLUXUS® ADM 6725便携式超声波流量计
超声波是一种频率在 16000Hz 以上的声波，
它在介质中的传播具有方向性。当超声波在流体
中传播时，其传播速度是它在静止流体中的传播
速度与流体流速的矢量之和。测量出超声波在流
体中定距离的传播时间，即可以测出流体的流速， 从而测出流体的流量。超声波测量流体速度有各 种方法，如速度差法，多普勒频移法，声束偏移 法等。
2）不能用来测量电导率很低的液体介质，如对石油制品或 有机溶剂等介质，目前电磁流量计还无能为力。
3）普通工业用电磁流量计由于测量管内衬材料和电气绝缘 材料的限制，不能用于测量高温介质；如未经特殊处理，也不 能用于低温介质的测量，以防止测量管外结露（结霜）破坏绝 缘。 4）电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。
减速超声波传感器测量流量的具体过程
减速超声波传感器测量流量的具体过程
减速超声波传感器测量流量的具体过程一般分为以下几个步骤：
1. 传感器放置：将减速超声波传感器安装在流体管道上，通常通过螺纹连接或法兰连接。
2. 发射超声波信号：传感器通过发射超声波信号，通常是脉冲信号，将声波传播到流体管道内。
3. 流体流动的介质影响：流体流动会导致声波的传播速度发生变化，传感器会检测到这一变化。
如果流体是单相流动，则流速会影响声波传播的时间；如果流体是多相流动，则声波的反射和散射也将受到影响。
4. 接收超声波信号：传感器接收流体中反射回来的超声波信号。
5. 数据分析与计算：通过对接收到的超声波信号进行分析和计算，可以确定流体的流速和流量。
常见的方法有时间差方法、频率移位方法等。
6. 输出流量值：将计算得到的流量值通过传感器的输出接口输出，可以通过数显仪表、控制系统等设备进行显示和记录。
需要注意的是，减速超声波传感器测量流量的准确性和可靠性受多种因素影响，如流体特性、管道直径、安装位置、传感器的质量等，因此在实际应用中需要进行校准和验证。
还请在使用过程中遵守相关的技术规范和操作规程。
流量传感器的原理和应用实验
流量传感器的原理和应用实验1. 引言流量传感器是一种常用的用来测量液体或气体流动速率的装置。
它在工业控制、仪器仪表、环境监测等领域有着广泛的应用。
本文将介绍流量传感器的原理和应用，并针对其原理进行实验验证。
2. 流量传感器的原理流量传感器的原理通常基于测量流体的速度或压降，从而推导出流体流量的方法。
主要有以下几种类型的流量传感器：2.1 基于热敏电阻的流量传感器热敏电阻式流量传感器利用传感器表面的加热元件和附加温度传感元件之间的温度差来测量流体的速度。
当流体流过传感器时，加热元件散热变得更快，导致流体温度上升。
通过测量加热元件与附加温度传感元件之间的温度差，可以推导出流体的流速。
2.2 基于压差的流量传感器压差式流量传感器利用流体流过传感器时产生的压降来测量流体的速度。
它包括一个进口和一个出口，流体从进口流入传感器，通过测量进口和出口之间的压差，可以计算出流量。
2.3 基于振动的流量传感器振动式流量传感器基于流体流过传感器时产生的涡流效应。
当流体流过传感器时，会在传感器内部产生涡流，使传感器发生振动。
通过测量振动的频率或振幅，可以计算出流体的流量。
2.4 基于超声波的流量传感器超声波流量传感器利用超声波在流体中的传播速度与流体速度之间的关系来测量流体的速度。
它包括一个发射器和一个接收器，发射器发送超声波信号，接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过测量超声波信号的时间差，可以计算出流体的流速。
3. 流量传感器的应用实验为了验证流量传感器的原理和性能，可以进行如下的实验：3.1 实验材料和设备准备•流量传感器•实验流体（水或空气）•电源•数字多用表•数据采集仪（可选）3.2 实验步骤1.安装流量传感器：根据流量传感器的使用说明，将传感器安装在流体管道上。
2.连接电路：将流量传感器的输出端与数字多用表或数据采集仪连接。
3.设置实验条件：根据实验要求，确定流体的流量和其他参数，并将实验设备调整到相应的工作模式。
流量检测及功能介绍
测量精确度和误差 流量计标出的精确度为基本误差。而现场使用中由于偏离标定条件会产生附加误差，所以要按有关规定计算附加误差。
压力损失 流量计通常是一个阻力件，会给流体造成能量消耗。所以，压力损失大小是流量计选型的一个重要指标。
01
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2.4.2 典型流量检测仪表 1. 容积式流量计 原理:原理：利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测。主要用于测量累积流量。 椭圆齿轮流量计
浮子流量计 节流式
(1)测量原理及结构
结构：测量主体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿锥管轴向上下移动的浮子组成。流体由锥管的下端进入，经过浮子与锥管的环隙从上端流出。
测量原理：浮子受力—重力、流体的浮力和因节流作用而在浮子上下端面产生差压形成的上升力。平衡时，浮子就稳定在一定的位置上，流量增大时，环形截面中流速增加，上下面的静压差增加，浮子向上浮起，在新的位置处，环形流通截面增大，流速降低，静压差减小，达到新的平衡，平衡位置的高度与所通过的流量有对应的关系，这个高度就代表流量值的大小。
（1）体积流量检测方法：容积法（单位时间内排出流体的固定体积数）,速度法（管道内的平均流速乘以管道面积）差压式； 容积式有椭圆齿轮式、腰轮式和皮膜式 差压式有节流式、均速管、弯管、靶式和浮子等 速度式有涡轮、涡街、电磁和超声波流量计等 （2）质量流量检测法：间接法（体积流量乘以密度）和直接法（仪表直接测得）。
磁电转换器：将涡轮的转速转换为电信号。正对着叶轮，永久磁铁产生的磁力线穿过线圈中的铁芯和流量计的壳体，经叶片和空气而闭合。当叶轮在被测流体的推动下转动时，叶片正对着铁芯和偏离铁芯时磁路的磁阻变化最大，此时线圈中磁通发生很大的变化，从而在线圈中感应出交变电势来。电势的频率是叶片通过铁芯处的频率，与叶轮的转速成正比，而叶轮的转速与流体的流速成正比
超声波传感器测流量
超声波传感器测流量摘要超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表，它从80年代开始进入我国工业生产和计量领域，并在90年代得到迅速发展。
文章对各类超声波流量计进行了深入研究分析，系统阐述了超声波流量计的分类方法，具体结构功能及其优缺点；从仪表性能、被测介质经济性，实用性等方面总结了选用超声波流量的原则。
原理：超声波流量计工作原理: 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。
因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。
超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器。
当气体不流动时，声脉冲以相同的速度在两个方向上传播。
如果管道中的气体有一定流速V，则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。
这样，顺流传输时间会短些，而逆流传输时间会长些。
根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。
根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法) 、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。
由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。
其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。
按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：透过法、反射法、交叉法等。
波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。
相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。
基于光学传感器的流量监测技术研究
基于光学传感器的流量监测技术研究随着人们的生活水平不断提高，各种流体的流量监测需求越来越广泛。
传统的流量监测技术多依赖于机械传感器，但是机械传感器存在易损坏、精度低等问题。
为了克服这些缺陷，基于光学传感器的流量监测技术得到了广泛关注。
1. 光学传感器原理光学传感器是利用光学原理对物理量进行测量的一种传感器。
在流量监测方面，我们可以使用光学传感器来测量液体或气体的流速。
常用的光学传感器有激光传感器、光电传感器、光纤传感器等。
2. 基于光学传感器的流量监测技术基于光学传感器的流量监测技术采用光学原理来测量流体的流速和流量。
这种监测技术被广泛应用于液体和气体的输送管道流量测量、污水和废水处理、自来水工程等领域。
光学传感器测量流量的基本原理是根据杜瓦伊公式（Q=Av）计算流量, 其中A是管道截面积，v是流体的平均流速，Q是流量。
通过测量流速和管道截面积，可以计算出流量大小。
3. 基于光学传感器的流量监测技术的应用3.1 污水和废水处理污水和废水处理中，流量监测对于处理效果的评估和满足控制要求至关重要。
基于光学传感器的流量监测技术在废水和污水处理中发挥着重要作用。
它可以测量废水中的COD、BOD、氨氮、总磷等物质浓度和流量，从而实现废水处理过程的监测和调控。
3.2 自来水工程自来水工程的稳定运行需要对水流量进行准确监测。
基于光学传感器的流量监测技术可以对自来水管道中的水流进行实时监测，从而保证自来水工程的正常运行。
3.3 热力工程在热力工程中，利用光学传感器监测工作介质的流量可以有效提高系统的效率和节能水平，同时减少维修成本和数量。
4. 基于光学传感器的流量监测技术优势4.1 精度高基于光学传感器的流量监测技术具有高精度、高灵敏度、高可靠性等特点。
相较于传统的机械式流量监测技术，基于光学传感器的技术精度更高，误差更小。
4.2 监测范围广基于光学传感器的流量监测技术可应用于多种流体介质，包括液体和气体。
4.3 响应速度快基于光学传感器的流量监测技术响应迅速，监测数据实时性高。
传感器技术及应用 项目四 流量测量
任务2 差压式流量计
知识目标： 1.了解孔板、文丘里、喷嘴结构形式； 2.了解差压式流量计组成及工作原理； 3.了解电容式差压变送器； 4.了解差压式流量计特点及应用。
能力目标： 1. 能利用节流装置测量流量。
素质目标： 1.养成独立思考和解决问题的习惯 2.培养小组团结协作的学习精神
任务1 认识传感器
任务一 流量测量的一般概念及流量传感器介绍
2）腰轮流量计（罗茨流量计） 工作原理与椭圆流量计相同，只是转子不是椭圆齿轮，而是一对由圆弧和摆线 围成的中间凹进的腰形光轮，形成菱角形测量室。可用于液体、气体流量测量。 图中1为腰轮，2为定位齿轮。 容积式流量计特点： 计量精度高，基本误差一般为±0.5％，特殊的可达±0.2％或更高。通常在昂贵 介质或需要精确计量的场合使用。可用于高粘度流体的测量。直读式仪表，无需 外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操作简便。
任务一 流量测量的一般概念及流量传感器介绍
知识目标： 1.了解流量相关的基本概念； 2.理解流量计的分类及工作原理； 3.认识常用的流量传感器。 能力目标： 1.学会识别常见的流量传感器。 素质目标： 1.培养仔细观察、做好记录的习惯，掌握科学的学习方法。 2.学会通过网络查阅资料，实现课堂学习举一反三，养成查阅 资料的习惯。
任务一 流量测量的一般概念及流量传感器介绍
在电力工业生产中，对液体、气体、蒸汽等介质流量的测量和调节占有重 要地位。流量计量的准确与否不仅对保证发电厂在参数下运行具有很大的经 济意义，而且随着高温高压大容量机组的发展，流量测量已成为保证发电厂 安全运行的重要环节。如大容量锅炉瞬时给水流量中断或减少，都可能造成 严重的干锅或爆管事故。这就要求流量测量装置不但应做到准确计量，而且 要及时地发出报警信号。
流量、物位传感与检测
5.1 流量传感器与流量测量
2. 涡轮流量计
1）工作原理 涡轮流量计是一种速度式流量仪表，如图5.1.7所示。其
的仪表称为流量表。然而两者也并不是截然划分的，在流量计上配以累
积机构，就可以读出总流量。瞬时体积流量的单位为m3/s，瞬时质量流
量的单位为kg/s；体积总流量的单位为m3，质量总流量的单位为kg。
5.1 流量传感器与流量测量
5.1.2 流量传感器及其测量 1. 节流量测量
节流流量计由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测 量差压并显示流量的差压计组成。安装在流通管道中的节流装置由 节流件、取压装置和前后直管段等组成。节流流量计使用历史最长， 设计加工已经标准化，有丰富、可靠的实验数据，只要按标准设计 加工的节流流量计，不需要进行实际标定，也能在已知的不确定度 范围内进行流量测量。由于节流流量计结构简单、安装方便、工作 可靠、成本低，又具有一定的准确度，在整个工业生产领域中，节 流流量计占流量仪表总数的50%以上。
图5.1.3 转子流量计原理 1—锥形管；2—转子；3—流
通环隙
5.1 流量传感器与流量测量
转子在锥形管中的高度和通过的流体流量有对应关系，其体积流 量基本方程式为
(5.1.12)
式中，α为仪表的流量系数，因转子形状而异；ε为被测流体为气体时的 气体膨胀系数，通常由于此系数校正量很小而被忽略，且通过校验已将 它包括在流量系数内，如为液体则ε=1；ΔF为流通环形面积；g为当地 重力加速度；Vf为转子体积，如有延伸体亦应包括；ρf为转子材料密度； ρ为被测流体密度，如为气体则是在转子上游横截面上的密度；Sf为转 子工作直径(最大直径)处的横截面积。当转子的几何形状和材料确定后， 式(5.1.12)右边二次方根内为常数；当雷诺系数大于一定界限时，α也为 常数，此时质量流量qm就正比于ΔF。
传感器与检测技术流量检测
6.2.2.4 靶式流量计
靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件
流体经过时对靶产生作用力，此
作用力与流速有一定关系。
以直径比 d / D
表示流量公式：
1 qV ka D 2
F
靶式流量计结构原理 1—力平衡转换器；2—密封膜片； 3—杠杆；4—靶；5—测量导管
6.2.2.5 浮子流量计
1）测量原理及结构
浮子的力平衡公式：
p Af V f f g
Af ：浮子截面积；V f ：浮子体积
f ：浮子密度
代入节流流量方程式得：
浮子流量计测量原理
qV A0
2 gV f f
Af
A0为环隙面积，与浮子高度h对应
K s qm 4 r
：扭角；K s：扭转弹性系数；
：振动角速度；r：U形管跨度半径
KS 2r sin 2r t ; qm 2 t; vp L 8r
6.3.2.2 热式质量流量计
原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体 流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。 流量方程式：
流出系数C： CE，渐进速度系数E：E
1 1 4
；
qV KCE d
2
p
；qm KCE d 2 p
ห้องสมุดไป่ตู้
标准节流装置示意
节流装置取压方式
法兰取压 角接取压
6.2.2.2 均速管流量计
流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。
均速管的实用流量方程式：
qV
4
Dv
椭圆齿轮 流量计
腰轮流量 计
传感器技术及应用项目3 流量的检测
相关知识
3.1.1 超声波基本知识
3.超声波的反射与折射 （1）反射定律 入射波与反射波的波形相同，波速相等时：
'
（2）折射定律
sin a C1
sin C2
相关知识
3.1.1 超声波基本知识
4.超声波的衰减
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，
其衰减的程度与超声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声
压和声强的衰减规律为
PX P0ex
IX I0e2x
式中：PX 、 IX ——距声源处的声压和声强；
x ——声波与声源间的距离； ——衰减系数， 单位为Np/m（奈培/米）。
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3.1.2 超声波传感器
1.超声波传感器的外形和结构
相关知识
3.1.3 超声波流量传感器的测量原理
1.超声波传输时间差法测流量原理
如果在流体中设置两个超声波传感器， 它们可以发射超声波 又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，其距离
为输L时。间下为图t中2 ，如流设体顺静流止方时向的的超传声输波时传间输为速t度1 ，为逆c流，方流向体的流传动
能在固体、液体和气体中传播。人讲话时产生的声波就属于 纵波。 （2）横波——质点振动方向垂直于传播方向的波；它只能 在固体中传播。 （3）表面波——质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表 面传播的波。 为了测量各种状态下的物理量，应多采用纵波。
相关知识
3.1.1 超声波基本知识
2.声速、声压、声强
应用案例
案例2 同侧式超声波流量计 如图3-12所示，超声波流量计的最大特点是：其探头可装
在被测管道的外壁，实现非接触测量，即不干扰流场，又 不受流场参数的影响。其输出与流量基本上成线性关系， 精度一般可达±1%FS，其价格不随管道直径的增大而增加， 因此特别适合大口径管道和混有杂质或腐蚀性液体的测量。
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式（7.2.4）
反映质量流量和孔板前后压差之间关系的理论方程式 A2代表流束最小收缩截面，用孔板的开孔截面A0代替
对式（7.2.4）用一个无量纲数C修正，C称为流出系数。
q m CA0 C 1
4
2 ( P1 P2 ) 1 4 A0 2 P
d D
上式为针对不可压缩的理想流体而得出的流量公式。 对于可压缩流体（如各种气体、蒸汽）流过节流装置时， 压力发生改变必然引起密度的改变，因此对于可压缩流体 上式应引入气体可膨胀系数，则式变为：
7.1 流量的基本概念
7.1.1 流量测量的基本概念 7.1.流量测量的基本概念
单位时间内流体通过一定截面积的数量。 体积流量－用流体的体积来表示（qv），
单位为m3/h。
qv cos(v, n)dA
A
dv qv dt
瞬时质量流量－用流量的质量来表示（qm）， 简称质量流量，单位为kg/h。
qm qv
累积流量－一段时间内流体体积流量或质量流量的累
积值
累积体积流量 V qv dt
t1 t2
累积质量流量 m t2 q dt m
t1
流量计量－对在一定通道内流动流体的流量进行测量。
流量测量的任务： 根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件， 研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。
qm
qv
1 1
1 1
4
4
CA0 2 1P
CA0 2P
差压式流量计的流量公式
1
节流式差压流量测量
7.2.1 差压式流量计组成及测量原理 7.2.2 节流装置
7.2.2 节流装置
按其标准化程度分： (1)标准节流装置
按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须 经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量 误差; (2)非标准节流装置
设被测流体为不可压缩的理想流体（液体），根据伯努利方程， 对截面I—I、Ⅱ—Ⅱ处沿管中心的流体有以下能量关系：
2 v12 P2' v2 1 2 2 2
P1'
1 2
P1'
v12
2
P2'
2 v 2
2
式中，p’1、v1——截面I—I处的压力和速度； p’2、v1 ——截面Ⅱ—Ⅱ处的压力和速度。
根据流体的连续性方程得：
A1v1 A2 v2
代入式（7.2.2）得
2 2
v1
A2 v2 A1
2( P1' P2' ) v A [1 ( 2 ) 2 ] A1
对于截面积Ⅱ—Ⅱ代入质量流量方程得
q m A2 v 2 A2 2 ( P1' P2' ) A2 2 1 ( ) A1
End the 7.1
7.2 差压式流量计（DPF）
历史悠久、技术成熟、应用最广泛。
按检测件的作用原理分:
节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动 压增益式和射流式等几大类， 节流式和动压头式应用最为广泛。 节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能 测量各种工况下的流量。
2. 测量原理
孔 板 附 近 的 流 速 和 压 力 分 布
测量原理
当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件 处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低， 于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压 差来衡量流量的大小。 基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努 利方程（能量守恒定律）。 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质 （密度、粘度）
检测管道内流速的方法
①节流式检测方法（差压流量检测法）； ②电磁式检测方法； ③变面积式检测方法； ④旋涡式检测方法； ⑤涡轮式检测方法； ⑥声学式检测方法； ⑦热学式检测方法。
2. 质量流量的测量方法
（1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。 （2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算 间接获取流体的质量流量。 ①ρqv2检测元件和ρ检测元件的组合； ②qv检测元件和ρ检测元件的组合； ③ ρqv2检测元件和qv检测元件的组合。
节流式差压流量测量
7.2.1 差压式流量计组成及测量原理 7.2.2 节流装置
7.2.1差压式流量计组成及测量原理
1. 差压式流量计组成 2. 测量原理
1. 差压式流量计组成
差压式流量计组成框图
节流装置：安装于管道中产生差压， 节流件前后的差压与流量成开方关系。 引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。
文丘里喷嘴。
（1）标准孔板
标 准 孔 板 图
孔板的三种取压方式
表7.2.3 标准孔板使用范围（d和D的单位用mm）
角接取压 法兰取压 d≥12.5 50≤D≤1000 0.20≤β≤0.75 D（D/2） 取 压
7.1 流量的基本概念
7.1.1 流量测量的基本概念 7.1.2 流量检测的方法和分类
7.1.2 流量检测的方法和分类
检测量的不同分为：
体积流量
质量流量
1. 体积流量的测量方法
（1）容积法： 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行 度量，以排出流体固定容积数来计算流量。 椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。 受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数 的流体。 （2）速度法： 这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积 求得流体的体积流量。 较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测， 利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡 流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。
成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。
标准型节流装置
节流装置=节流元件+取压装置+上下游测量导管
图7.2.3 标准型节流装置 （a）孔板 （b）喷嘴
1. 标准型节流装置
标准节流装置 ISO 5167或GB／T2624中所包括的
节流装置称为标准节流装置。
标准孔板 标准喷嘴 经典文丘里管