第八九讲流量传感器

第八、九讲流量检测第八、九讲流量检测

流量的测量方法差压式流量计容积式流量计速度式流量计浮子式流量计电磁流量计质量流量的测量（一）、流量的定义

在工业自动化生产过程中，特别是化工、制药和供水等过程控制中，流量是必须测量和控制的物理量。一、流量的测量方法1、流量：单位时间内流过管道某横截面的流体数量，也称为瞬时流量。瞬时流量有体积流量和质量流量之分。体积流量：质量流量：

第八、九讲流量检测注意：用体积流量表征流体时，必须同时给出流体的压力和温度，因为流体的体积在不同的压力和温度下，是不同的。2、总量：指在一段时间内流过管道某横截面的流体数量，也称为累积流量。3、平均流量：流体的总量除以流体流过的时间间隔。

第八、九讲流量检测一、流量的测量方法（二）、流量的测量方法第八、九讲流量检测一、流量的测量方法流体的状态（如介质的温度，压力等）及流体的黏度、腐蚀性、导电性也不同，很难用同一种方法或原理测量不同的流体的流量。某些场合的流体时高温、高压的，某些场合是气液两相或液固两相的混合流体。根据测量方法不同分为速度式、容积式和质量式三类。

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，至今无任何一类流量传感器可与之相比。第八、九讲流量检测二、差压式流量计（一）、差压式流量计的组成及测量原理

1、组成节流装置：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）第八、九讲流量检测二、差压式流量计第八、九讲流量检测二、差压式流量计2、测量原理

当流体流通面积突然缩小后，在缩小面积前和缩小面积处，会产生和流体流量成正比的压差。测量这个压差就可以得到流量大小。流量越大，输出的压差就越大差压计流经节流件产生的压差第八、九讲流量检测二、差压式流量计流体微团流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生压差，流体流量越大，产生的压差越大。这种测量方法是以流体流动的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程）为基础。第八、九讲流量检测二、差压式流量计3、节流装置第八、九讲流量检测二、差压式流量计①、标准节流装置第八、九讲流量检测二、差压式流量计常用节流件形式孔板：比较容易制造，但是节流损失比较大。喷嘴：节流损失小，但加工难度大。第八、九讲流量检测二、差压式流量计标准孔板标准喷嘴第八、九讲流量检测二、差压式流量计第八、九讲流量检测二、差压式流量计②、取压装置

标准孔板可采用角接取压，法兰取压标准喷嘴采用角接取压第八、九讲流量检测二、差压式流量计③、节流件配套的仪表

第八、九讲流量检测三、容积式流量计（一）、容积式流量计的结构和工作原理结构：容积式流量计内部有一个已标定容积的计量室，容积是在仪表壳体与旋转体之间形成的。

工作原理：旋转体转动，使流体从流入口流向排出口，当流体经过仪表时，利用仪表入口和出口之间产生的压力差，推动旋转体转动，将流体从计量室中容积V0，一份一份地推送出去。椭圆齿轮流量计根据旋转体的结构不同，分为腰轮式流量计刮板式流量计第八、九讲流量检测（二）、椭圆齿轮流量计的结构和工作原理三、容积式流量计第八、九讲流量检测三、容积式流量计第八、九讲流量检测三、容积式流量计第八、九讲流量检测三、容积式流量计（三）、椭圆齿轮流量计的特点

优点：由于是借助于固定的容积来计量流量，与流体的流动状态及黏度无关。若保证加工精度，且各运动部件的配合紧密，使用中不腐蚀和磨损，测量精度可很高，一般为0.5%—1%，较好时可达0.2%。缺点：对流体的清洁度要求较高。另外，齿轮容易磨损。第八、九讲流量检测三、容积式流量计（四）、应有领域第八、九讲流量检测三、容积式流量计四、速度式流量计第八、九讲流量检测速度流量计是液体冲击叶轮或涡轮旋转时，瞬时流量和速度成正比，一段时间内的转数与该时间段的累积总流量成正比。常用的有涡街流量计、电磁流量计和超声波流量计。

涡街基本原理：流体流经阻挡体或者是特制的元件时，产生了流动振荡，通过测定其振荡频率（与流速或流量有确定的关系）来反映通过的流量。根据涡街基本原理制作的流量传感器称为流体振动传感器。

涡街流量传感器

流体振动传感器有旋进流量传感器射流流量传感器第八、九讲流量检测四、速度式流量计

（一）工作原理在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列，涡列的形成与流体雷诺数有关。第八、九讲流量检测四、速度式流量计根据卡曼涡街原理，有如下关系式斯特劳哈尔数St主要与旋涡发生体的形状和雷若数有关，形状确定后，在一定雷若数范围内St为常数。涡列频率斯特劳哈尔数涡列发生体两侧流体的平均流速涡列发生体迎流面的最大宽度管道内流体体积流量涡列发生体两侧的流通截面积,……..管道圆形面积第八、九讲流量检测四、速度式流量计

（二）、组成涡街流量传感器由传感器和转换器组成。传感器部分包括：旋涡发生体（阻流体）；检测元件；仪表表体等。

转换器包括：前置放大器；滤波整形电路；D/A转换电路；输出接口电路、端子、支架和防护罩等。第八、九讲流量检测四、速度式流量计

（三）、旋涡频率的检测旋涡检测器的任务是一方面使流体绕过检测器时，在其后能形成稳定的涡列，另一方面能准确地检测出旋涡产生的频率。目前使用的旋涡检测器主要有两种形式：圆柱形和三角柱体。第八、九讲流量检测四、速度式流量计

（四）、涡街流量计的特点

优点：使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；结构简单。

缺点：流体流速分布情况和脉动情况影响测量准确度，适用于紊流流速分布变化比较小的情况。五、电磁式流量计第八、九讲流量检测

（一）、工作原理

电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应原理来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表。

由电磁流量传感器和电磁流量转换器组成。把传感器输出的电压信号转换成0-10mA电流五、电磁式流量计第八、九讲流量检测在管道两端安装一对电极，当由导电液体流过时，两电极之间将产生感应电动势：从而体积流量为五、电磁式流量计电磁流量传感器按激磁方式分为直流激磁和交流激磁。直流激磁用于测量液体金属表面。交流激磁是用50Hz工频市电激磁，产生正弦波交变磁场。第八、九讲流量检测五、电磁流量计第八、九讲流量检测（二）应用五、电磁流量计（三）、特点

1、电磁流量传感器不能测量电导率很低的液体。如石油制品和有机溶剂等。

2、不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。

3、通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能测量较高温度的液体。第八、九讲流量检测六、浮子式流量计第八、九讲流量检测在工业生产中经常遇到小流量的测量，因流体的流速低，要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。差压式流量计对管径小于50mm、低雷诺数的流体的测量精度是不高的。此时可采用而转子流量计来测量，流量可小到每小时几升。六、浮子式流量计第八、九讲流量检测

工作原理差压式流量计是恒节流面积，变压降来反映流量的大小。而转子流量计，采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。六、浮子式流量计第八、九讲流量检测第八、九讲流量检测六、浮子式流量计故：转子流量计是以定压降、变节流面积法测量流量的。第八、九讲流量检测六、浮子式流量计第八、九讲流量检测六、浮子式流量计第八、九讲流量检测六、浮子式流量计

1、锥形管是玻璃的，直接目视转子的位置。2、在转子内安装磁铁，锥形管外安装磁环随转子上下移动，触发显示。转子位置信号的引出：12六、浮子式流量计第八、九讲流量检测3、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，可确定转子位置。4、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。六、浮子式流量计第八、九讲流量检测

转子流量计的特点

1、转子流量计主要适合于检测中小管径、较低雷诺数的中小流量；

2、流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；

3、转子流量计必须垂直安装，流体流向必须自下而上；六、浮子式流量计第八、九讲流量检测六、浮子式流量计第八、九讲流量检测第八、九讲流量检测七、质量流量计第八、九讲流量检测七、质量流量计速度式、容积式流量计，测的是体积流量。但是在工业生产中，由于物料平衡、热平衡及储存，经济核算等所需要的都是质量流量。

质量流量计大致分为三类：

①直接式：即直接由检测元件检测与质量流量成比例的量。检测元件直接反应出质量流量。

②间接式：即用体积流量计和密度计组成的仪表来测量出体积流量和流体密度，通过运算得出质量流量。

第八、九讲流量检测七、质量流量计

③补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，计算出流体的密度。从而计算出流体的质量流量。1、基本工作原理：

将充水软管（水不流动）两端悬挂，使其中段下垂成U形，静止时，U形的两管处于同一平面，并垂直于地面，左右摆时，两管同时弯曲，仍然保持在同一曲面。

直接式——科里奥利力质量流量计若将软管与水源相接，使水由一端流入，从另一端流出（如图b和c）。当U形管受外力作用向左右摆动时，它将发生扭曲。扭曲的方向总是出水侧的摆动要早于入水侧。

七、质量流量计第八、九讲流量检测随着质量流量的增加，这种现象变得更加明显，出水侧摆动相位超前于入水侧更多。

这就是科氏力质量流量的检测原理，它利用两管的振动（摆动）相位差来反映流经该U形管的质量流量。七、质量流量计第八、九讲流量检测现场显示远传质量流量计2、科里奥利力质量流量计

利用科氏力构成的质量流量计，有直管、弯管、单管、双管等多种形式。第八、九讲流量检测七、质量流量计

换能器A在外加交变电压作用下产生交变力，使两根U形管彼此一开一合地振动，相当于两根软管按相反方向不断摆动，换能器B和C用来检测两管的振动情况。由于B处于进口侧，C处于出口侧，则根据出口侧振动相位超前于进口侧的规律，C输出的交变信号的相位将超前于B某个相位。此相位差的大小与质量流量成正比。

若将这两个交流信号相位差经电路进一步转换成直流4～20mA等标准信号，就成为质量流量变送器。

双弯管型是最常见的。它由两根金属U形管组成，其