流量传感器应用

物信学院开放性实验结题报告总课题直流漏电流监测装置

设计题目MSP430单片机测流量

专业班级测控

班号 B08072021

项目成员姓名张文焱，胡聪

起止日期 2011年3月1日~2011年6月20日指导教师徐天奇﹑谭翠兰﹑何立言﹑罗会容

2011-6-10

MSP430单片机测流量

摘要：本文讨论用单片机测量压力完成流量测量。这种流量传感器主要由特制的导流管和现有压力传感器组成，其基本原理是输入口与输出口这间的压力差与通过导液管的流速直接相关，用压力传感器测量导液管入口与出口之间的压力差，并将其转换成电压量输出。通过检测导液管两端的压力差，即可计算出通过导游管的流速和流量。这种流量传感器主要有结构简单、灵敏度高、精确度高、量程范围宽、成本低等优点。

关键词：差压流量计，差压传感器，液体流量检测

1.引言

流量的测量与控制在各个领域都非常重要并得到广泛应用。现有的流量传感器多种多样，它们的原理有电磁, 超声波，涡轮, 光纤, 压力等，超声波式和涡轮式在各个领域得到普遍应用。然而，涡轮式有一个旋转叶轮直接与液体相接触、阻碍液体流动，它的过载能力不强，并受液体质量的影响；超声波法虽然没有直接接触流体但它的灵敏度不够高，对于低速、小流量很难被检测得到；电磁式通常只对导电性液体有效；压力式通常有一个阻碍部分在流管中，对微小流量也很难检测到。基于差压的流量测量理论是一个很成熟的理论，过去基于这理论的流量计大多采用机械的方式, 其结构比较复杂。一种光学的流量测量技术被M. Richter 提出, 采用了光学显微镜进行观察，这种方法一来不便于操作，二为难以实现自动控制。为此，我们提出了一种差压式的液体流量测量的原理和方法，这种方法与旧的流量计比较有以下的优点：1）结构简单，2）量程宽，3）灵敏度和精确度高，4）成本低。本文设计和制造了这种差压式液体流量传感器，并利用增压泵进行了标定实验。大量实验表明这种方法对液体测量是切实可行。

2. 流量的基本知识：

1.流量的概念：流体的流量是指在短暂时间内流过某一流通截面的流体数量与通过时间之比。

2.流量的分类： 体积流量 或 单位：m/s L/min m3/n

质量流量 或 单位：kg/s kg/h

总流量 单位：m3

单位：kg

3．流量测量方法：

（1）利用伯努利方程原理，通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法；

（2）通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法； （3）利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量法； （4）以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。 3. 流量传感器的相关知识： 1. 差压式流量计对流体的要求：

采用节流装置的差压式流量计通常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也称“一次装置”，它包括节流件、取压装置和前后直管段。显示装置也称“二次装置”，它包括差压变送器、流量积算仪等仪表。

使用标准节流装置时，对于流体的性质和状态必须要求满足以下几个条件：

1.流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。

2.流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的，或者可以认为是单相的，包括混合气体、溶液和分散性粒子小于0.1微米的胶体，在气体中有不大于2%(质量成分)均匀分散的固体微粒，或液体中有不大于5%(体积成分)均匀分散的气泡，也可认为是单相流体，但其密度应取平均值。

3.流体流经节流件时不发生相交。

4.流体流量不随时间变化或变化非常缓慢。

5.流体在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。

6. 采用标准节流装置的流量计不适用于动流和临界流的流量测量。

3. 差压式流量计的选型使用探讨

差压式流量计压损大，测量范围度窄，一般为3：1或4：1，测量

ρ⋅=Q G A

v VdA Q A

⋅==⎰t Q V ⋅=t G M ⋅=dt

q Q V t V ⎰=dt q Q m t m ⎰=vA

dt

dV

q ==V vA dt

dM

q ρ==m

的重复性、精确度在流量计中属中等水平。差压式流量计的安装应包括节流装置、压差引压导管、差压计三部份。在测量流体流量时，为防止液体中有气进人并存在导压管内及防止液体中有沉淀物析出，差压计应安装在节流装置的下方，测量气体流量时为防止液体污物或灰尘进人导压管，则差压计应安装在节流装置上方，测量水蒸汽时要保持两根引压管内的冷凝液柱高度相等，防止高温蒸汽与差压计直接接触。压差引压导管的材质应按被测介质的性质和参数确定，其内径不小于6mm，长度最好在16mm以内。压差引压导管应垂直或倾斜敷设，起倾斜度不小于1：12，粘度高的流体，其倾斜度应更增大。当压差引压导管长度超过30m时，导压管应分段倾斜，并在最高点与最低点装设集气器(或排气阀)和沉淀器(或排污阀)。严寒地区压差引压导管应加防冻保护，同时要防止过热，否则压差引压导管中流体汽化会产生假差压。

4. 26PC系列压力传感器简介：

⑴26PC系列压力传感器的实物图：

⑵26PC系列压力传感器的内部结构图：

⑶26PC系列压力传感器的特

点

1.专利的导电密封弹性连接

系统消除了传统的导线粘结

和带状连接，增加了介质的测量兼+容性。

2.专利的Snap-together 结构导致了多样化的测量孔形式

3.最低价格的带温度补偿和校整的小型封装压力传感器

4.不同的引脚可选（1x4 或2x2）

5.可以测量负压和正压

6.激光刻蚀电阻保证极好的器件一致性