流量传感器

传感器课程设计
流 量 传 感 器
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流量传感器概述
流量是工业生产中一个重要参数。工业生产过程 中，很多原料、半成品、成品都是以流体状态出现的。 流体的流量就成为决定产品成分和质量的关键， 也是 生产成本核算和合理使用能源的重要依据。此外，为了 保证制造业无故障检测及检测结果的可靠性，许多过程 都需要液体或气体介质的流入和流出量保持一致，在自 动化生产过程中 除了压力和温度，流量的测量也非常 的重要。因此流量的测量和控制是生产过程自动化的重 要环节。 流量传感器是能感受流体流量并转换成可用输出 信号的传感器，按照流量的定义主要应用与气体和液体 流量的检测。
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原 理
原理：当超声波束在流体中传播时，流体的流动将会使 传播时间发生微小的变化，并且传播时间的变化正比于液体 的流速，由此就能测出流体的流速，再根据管道口径就能计 算出流量大小。
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特点及应用
目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量 困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会 带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不 仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流 量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测 管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加， 造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其 它类型流量计的功能价格比越优越。
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电磁流量计
电磁流量计是由直接接 触管道介质的传感器和上端 信号转换器两部分构成。它 是基于法拉第电磁感应定律 工作的，用来测量电导率大 于5μs/cm的导电液体的流量 ，是一种测量导电介质流量 的仪表。除了可以测量一般 导电液体的流量外，还可以 用于测量强酸、强碱等强腐 蚀性液体和均匀含有液固两 相悬浮的液体，如泥浆、矿 浆、纸浆等。
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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=KBVD 式中：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
感应电势大小与磁感应强度、 管径大小、流体 流速大小有关。即:
d Ex BDv dt
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涡轮流量计
涡轮流量传感器类 似于叶轮式水表，是一种 速度式流量传感器。将涡 轮叶轮、螺旋桨等元件置 于流体中，利用涡轮的速 度与平均体积流量的速率 成正比，螺旋桨转速与流 体速度成正比的原理，构 成的能量转换器件。
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图示为涡轮流 量传感器的结 构示意图。它 是在管道中安 装一个可自由 转动的叶轮， 流体流过叶轮 使叶轮旋转， 流量越大，流 速越高，则动 能越大，叶轮转速也越高。测量出叶轮的转速或频率，就可 确定流过管道的流体流量和总量。
原 理
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁 流量计中，测量管内的导电介质相当于法 拉第试验中的导电金 属杆，上下两端的两个电 磁线圈产生恒定磁场当有 导电介质流过时，则会产 生感应电压。管道内部的 两个电极测量产生的感应 电压。测量管道通过不导 电的内衬（橡胶，特氟隆 等）实现与流体和测量电 极的电磁隔离。
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涡街流量计
涡街流量传感器是 基于卡门涡街原理研 制出来的。在流体中 设置三角柱型旋涡发 生体，则从旋涡发生 体两侧交替地产生有 规则的旋涡，这种旋 涡称为卡门旋涡。
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原 理
在流体中安放一个非 流线型旋涡发生体，使流 体在发生体两侧交替地分 离，释放出两串规则地交 错排列的旋涡，且在一定 范围内旋涡分离频率与流 量成正比的流量计。 通过测量漩涡的频率 ， 根据相关公式就能计算出 流体的流量。
特点及应用
涡轮流量计是一种速度式仪表，它具有精度 高，重复性好，结构简单，运动部件少，耐高压 ，测量范围宽，体积小，重量轻，压力损失小， 维修方便等优点，用于封闭管道中测量低粘度气 体的体积流量和总量。在石油，化工，冶金，城 市燃气管网等行业中具有广泛的使用价值。
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超声波流量计
超声流量计是使用 压电材料镐钛酸铅（PZT） 晶体制成的，能将电能 转换成声能的元件。是 通过检测流体流动时对 超声束（或超声脉冲） 的作用，以测量体积流 量的仪表。
体积流量qv与流体流速v的关系:
可得
1 2 qv D v 4
4B Ex qv Kqv D
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容积式流量计
容积式流量计，又称 定排量流量计，简称PD 流量计，在流量仪表中 是精度最高的一类。它 利用机械测量元件把流 体连续不断地分割成单 个已知的体积部分，根 据测量室逐次重复地充 满和排放该体积部分流 体的次数来测量流体体 积总量。
原 理
容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通 过流量计的流体体积．所以，在容积式流量计内部必须 具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量 计的 “计量空间”或“计量室”．这个空间由仪表壳的 内壁和流量计转动部件一起构成．容积式流量计的工作 原理为：流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产 生一定的压力差．流量计的转动部件（简称转子）在这 个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口 ．在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空 间”，然后又不断地被送往出口．在给定流量计条件下 ，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次 数．就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。
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涡街流量传感器主要用于工业管道介质流体的流 量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是 压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积 流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数 的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小 。仪表参数能长期稳定。涡街流量传感器采用压电应 力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温 度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号 输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比 较先进、理想的测量仪器。
流量检测的基本方法
流量检测的基本方法：将传感器放在流体的通路中， 由流体对传感器和传感器对流体的相互作用测出流量的 变化。
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流量传感器的分类
电磁式检测方法：电磁流量传感器 容积流量传感器 机械式检测方法 涡街流量传感器 涡轮流量传感器 声学式检测方法：超声流量传感器 节流式检测方法：差压流量传感器