传感器原理及应用第15章-流量传感器.pptx

第第15章章 流量传感器流量传感器15.8 质量流量计质量流量计 15.9 靶式流量计靶式流量计 15.10 均速管流量计均速管流量计 15.11 容积式流量计容积式流量计 15.12 弯管流量计弯管流量计 15.13 转子流量计转子流量计 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.14 相关流量计相关流量计 15.15 流量标准装置流量标准装置 15.16 智能化流量积算仪智能化流量积算仪 15.17 流量检测仪表的选用流量检测仪表的选用 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15 15 流量检测流量检测15.1 概述概述瞬时流量瞬时流量:单位时间内流过管道某一截面的流体数量。单位时间内流过管道某一截面的流体数量。累累积积流流量量:在在某某一一段段时时间间间间隔隔内内流流过过管管道道某某一一截截面面的的流流体体量量的的总总和和,即即瞬瞬时时流流量量在在某某一一段段时时间间内内的的累累积积值值,称为称为总量总量。瞬时流量有瞬时流量有体积流量和质量流量体积流量和质量流量。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 （1）体体积积流流量量q qv v 单单位位时时间间内内通通过过某某截截面面的的流流体体的的体体积积,单位为单位为m m3 3/s/s。qv=用流体的平均流束用流体的平均流束V V表示表示,体积流量可写成体积流量可写成 qv=vA （2）质量流量质量流量q qm m 单位时间内通过某截面的单位时间内通过某截面的流体的质量流体的质量,qm=用平均流速表示用平均流速表示,则为则为第第15章章 流量传感器流量传感器从测量方法上可分为三大类。从测量方法上可分为三大类。15 15 流量检测流量检测传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器（1）速度式）速度式 通通过过测测量量流流体体在在管管路路内内已已知知截截面面流流过过的的流流速速大大小小实实现流量测量。现流量测量。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 管管道道中中流流量量敏敏感感元元件件（如如孔孔板板、转转子子、涡涡轮轮、靶靶子子、非非线线性性物物体体等等）把把流流体体的的流流速速变变换换成成压压差差、位位移移、转转速速、冲冲力力、频频率率信信号号来来间间接接测测量量流量。流量。如如:差差压压式式、转转子子、涡涡轮轮、电电磁磁、旋旋涡涡和和超超声声波等流量传感器。波等流量传感器。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器（2 2）容积式）容积式 根根据据已已知知容容积积的的容容室室在在单单位位时时间间内内所所排排出出流流体体的的次次数数来测量流体的瞬时流量和总量。来测量流体的瞬时流量和总量。有有椭椭圆圆齿齿轮轮、旋旋转转活活塞塞式式和和刮刮板板等等流流量量传传感感器器。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 （3 3）质量式质量式 一一种种是是根根据据质质量量流流量量与与体体积积流流量量的的关关系系,测测出出体体积积流流量量再再乘乘被被测测流流体体密密度度的的间间接接质质量量流流量量传传感器感器,常常用用的的温温度度、压压力力自自动动补补偿偿的的补补偿偿式式质质量量流流量传感器。量传感器。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 另一种另一种是直接测量流体质量流量的是直接测量流体质量流量的直接式质量直接式质量流量传感器流量传感器.如如热式、惯性力式、动量矩式质量流量热式、惯性力式、动量矩式质量流量传感器传感器等。等。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器利利用用管管路路内内的的节节流流装装置置,将将管管道道中中流流体体的的瞬瞬时时流流量量转转换成节流装置前后的压力差。换成节流装置前后的压力差。15.2 节流式流量计节流式流量计节流式流量计又称差压式流量计节流式流量计又称差压式流量计 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2 节流式流量计节流式流量计节流式流量计测量系统主要由节流装置、节流式流量计测量系统主要由节流装置、引压导管和差压变送器（或流量变送器）等组成引压导管和差压变送器（或流量变送器）等组成 节流装置引压导管差压变送器（或流量变送器）qvppIo传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 节节流流装装置置的的作作用用是是把把被被测测流流体体的的流流量量转转换换成成压压差差信号信号,差压计差压计则对压差进行测量并显示测量值则对压差进行测量并显示测量值,差差压压变变送送器器能能把把差差压压信信号号转转换换为为与与流流量量对对应应的的标标准准电电信信号号或或气气信信号号,以以供供显显示示、记记录录或或控控制制。引压导管引压导管将节流装置前后产生的差压传送给将节流装置前后产生的差压传送给差压变送器（或流量变送器）差压变送器（或流量变送器）15.2 节流式流量计节流式流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2 节流式流量计节流式流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 1 1节流装置节流装置是是差差压压式式流流量量传传感感器器的的流流量量敏敏感感检检测测元元件件,安安装装在在流流体流动的管道中的阻力元件。体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。喷嘴、文丘里管。工业生产过程中常采用孔板工业生产过程中常采用孔板。15.2 节流式流量计节流式流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2 节流式流量计节流式流量计孔板孔板 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管 1 1节流装置节流装置传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2 节流式流量计节流式流量计1 1节流装置节流装置标准孔板是最为简单和典型的标准节流装置标准孔板是最为简单和典型的标准节流装置 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2.2 节流原理与流量方程式节流原理与流量方程式15.2.2.1 15.2.2.1 节流原理节流原理流体在装有节流装置的管道中流动时，流体在装有节流装置的管道中流动时，会在节流装置前后的管壁处产生静压力差，会在节流装置前后的管壁处产生静压力差，这种现象称为这种现象称为节流原理节流原理 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器用用节节流流元元件件测测量量流流量量时时,流流体体流流过过节节流流装装置置前前后后产产生生压力差压力差p(p=pp(p=p1 1-p-p2 2),),流过的流量越大流过的流量越大,节流装置前后的压差也越大节流装置前后的压差也越大,流量与压差之间存在一定关系流量与压差之间存在一定关系.15.2.2 节流原理与流量方程式节流原理与流量方程式15.2.2.1 15.2.2.1 节流原理节流原理通过检测节流装置前后管壁处的静压差通过检测节流装置前后管壁处的静压差p就能得知流体的流量大小就能得知流体的流量大小 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）p2节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 （2 2）流流量量方方程程式式 假假设设节节流流件件上上游游入入口口前前的的流流速速为为V V1010,密密度度为为1 1,静静压压为为p p1010,流流过过节节流流件件时时的的流流速速、密密度度和和静静压压分分别别为为V V2020、2 2和和p p2020,对对于于不不可可压压缩缩理理想想流流体体,能能量量方方程程为为:流体的流体的连续方程连续方程为为:A A1 1V V1 1=A=A2 2V V2 2 联立求解得到流量与压差之间的联立求解得到流量与压差之间的流量方程式流量方程式为为:体积流量体积流量 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器质量流量质量流量为为流流量量系系数数。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 对于可压缩流体对于可压缩流体,压力变化必然会引起密压力变化必然会引起密度度的改变的改变,在公式中应引入流束膨胀系数在公式中应引入流束膨胀系数,公式应变为公式应变为:15.2.2 节流原理与流量方程式节流原理与流量方程式传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2.3 取压方式取压方式不同的节流装置应采用不同的取压方式不同的节流装置应采用不同的取压方式 标准孔板的取压方式有角接取压、标准孔板的取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压（法兰取压和径距取压（D-D/2取压），取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压，流向流向流向环室取压环室取压 单独钻孔取压单独钻孔取压 法兰取压法兰取压 标准孔板的几种取压方式标准孔板的几种取压方式 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器1515配标准节流装置的差压计配标准节流装置的差压计被被测测流流量量与与压压差差pp成成平平方方根根关关系系,对对于于直直接接配配用用差差压压计计显显示示流流量量时时,流流量量标标尺尺是是非非线线性性的的,为为了了得得到到线线性刻度性刻度,可加开方运算电路。可加开方运算电路。差差压压流流量量变变送送器器应应带带有有开开方方运运算算,使使变变送送器器输输出出电电流流与流量成线性关系与流量成线性关系,传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器由节流装置、差压引压导管及差压计或差压变送由节流装置、差压引压导管及差压计或差压变送器等组成。器等组成。15.2.4 节流式流量测量系统节流式流量测量系统 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2.4 节流式流量测量系统节流式流量测量系统 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 节节流流装装置置是是将将被被测测流流体体的的流流量量值值变变换换成成差差压压信信号号pp，由由压压力力信信号号管管路路输输送送到到差差压压变变送送器器(或或差差压压计计)。被被测测流流量量与与差差压压pp成成平平方方根根关关系系，是是非非线线性性的的，为为了了得得到到线线性性刻刻度度，可可加加开开方方运运算算电电路路或或加加开开方方器。器。差差压压流流量量变变送送器器带带有有开开方方运运算算，变变送送器器的的输输出出电电流就与流量成线性关系。流就与流量成线性关系。显示仪表显示流量的大小。显示仪表显示流量的大小。15.2.4 节流式流量测量系统节流式流量测量系统 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2.5 节流式流量计的应用问题节流式流量计的应用问题 节流装置前后必须有足够长的直管段，节流装置前后必须有足够长的直管段，一般节流件前为一般节流件前为1020D，节流件后为，节流件后为5D（D为管道内径）。为管道内径）。节流装置的几何尺寸必须符合设计要求节流装置的几何尺寸必须符合设计要求 节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，节流装置的开孔必须与管道的轴线同心，且节流装置前后长度为且节流装置前后长度为2D的管道内不得有的管道内不得有任何凸出物（如测温装置等）任何凸出物（如测温装置等）孔板安装方向必须正确，即流体从圆柱形一侧流入，孔板安装方向必须正确，即流体从圆柱形一侧流入，从圆锥形一侧流出。如果装反，则显示值比实际值偏小从圆锥形一侧流出。如果装反，则显示值比实际值偏小 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.2.5 节流式流量计的应用问题节流式流量计的应用问题 导压管路应尽量短，其走向必须符合有关规范要求，导压管路应尽量短，其走向必须符合有关规范要求，必要时必须安装集气器、排气阀或排污阀等必要时必须安装集气器、排气阀或排污阀等 被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，被测介质应充满管道，流速应尽量平稳，且通过节流装置时不发生相变且通过节流装置时不发生相变 被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体被测介质在节流装置前后应始终保持单向流体 使用中要保证导压管路畅通，并不得泄漏，使用中要保证导压管路畅通，并不得泄漏，要根据待测介质定期进行排气或排污要根据待测介质定期进行排气或排污 测量如人工煤气等易引起节流装置几何尺寸变化测量如人工煤气等易引起节流装置几何尺寸变化甚至堵塞的介质流量时，必须进行定期清刷甚至堵塞的介质流量时，必须进行定期清刷 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 根据法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量根据法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。当当有有一一定定电电导导率率的的流流体体在在管管道道中中流流动动时时就就切切割割磁磁力力线线。15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 在在导导体体（流流动动介介质质）的的两两端端也也会会产产生生感感应应电电动动势势,大大小小与与磁磁感感应应强强度度、管管径径大大小小、流流体体流流速大小有关速大小有关。即即15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器体体积积流流量量q qv v与与流流体体的的流流速速v v关关系系为为 可得可得:15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器两电极间的感应电动势两电极间的感应电动势E E与流量与流量q qV V成线性关系成线性关系,通通过过测测量量感感应应电电动动势势E E来来间间接接测测量量被被测测流流体体的的流流量量q qV V值。值。15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 电电磁磁流流量量传传感感器器产产生生的的感感应应电电动动势势信信号号是是很很微微小的小的,须通过电磁流量转换器来显示流量。须通过电磁流量转换器来显示流量。15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 常常用用的的电电磁磁流流量量转转换换器器能能把把传传感感器器的的输输出出感感应应电电动动势势信信号号放放大大并并转转换换成成标标准准电电流流（0-10 0-10 mAmA或或4-20 4-20 mAmA）信信号号或或一一定定频频率率的的脉脉冲冲信信号号,配配合合单单元元组组合合仪仪表表或或计计算算机机对对流流量量进进行行显显示示、记记录、运算、报警和控制等录、运算、报警和控制等 电磁流量传感器电磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量只能测量导电介质的流体流量。15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.1 基本原理基本原理传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.2 电磁流量计测量系统电磁流量计测量系统由传感器和转换器两部分组成，再加上流量显示、由传感器和转换器两部分组成，再加上流量显示、记录或累积仪即可构成电磁流量计测量系统记录或累积仪即可构成电磁流量计测量系统 传感器转换器显示、记录或累积仪传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.3 电磁流量计电磁流量计15.3.2 电磁流量计测量系统电磁流量计测量系统传感器传感器安装在工艺管道上，安装在工艺管道上，其作用是将流经管道的液体流量线性地其作用是将流经管道的液体流量线性地变换成感应电动势，并将此信号传送到转换器变换成感应电动势，并将此信号传送到转换器 转换器转换器是将传感器送来的感应电动势进行处理后是将传感器送来的感应电动势进行处理后变成统一的标准信号变成统一的标准信号4 420mA DC20mA DC输出输出；显示、记录或累积仪显示、记录或累积仪接收转换器送来的接收转换器送来的420mA DC信号信号,实现对被测流体流量的指示、记录或积算实现对被测流体流量的指示、记录或积算 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.3.3 电磁流量计的应用问题电磁流量计的应用问题15.3.3.1 待测液体常见问题及解决办法待测液体常见问题及解决办法 含有气泡含有气泡 非满管非满管 电导率剧变电导率剧变 电导率太低电导率太低 流速问题流速问题 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.3.3 电磁流量计的应用问题电磁流量计的应用问题15.3.3.2 15.3.3.2 选型及安装应考虑的问题选型及安装应考虑的问题 空间电磁波干扰问题空间电磁波干扰问题 待测液体非对称流动待测液体非对称流动 电极及衬里材料选择问题电极及衬里材料选择问题 励磁稳定性问题励磁稳定性问题 混合相流体流量测量问题混合相流体流量测量问题 电极与励磁线圈对称性问题电极与励磁线圈对称性问题 传感器接地传感器接地 连接电缆问题连接电缆问题 安装点振动问题安装点振动问题传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计利用流体振荡原理工作利用流体振荡原理工作 两种：一种是应用自然振荡的卡曼漩涡列原理；两种：一种是应用自然振荡的卡曼漩涡列原理；另一种是应用强迫振荡的漩涡漩进原理另一种是应用强迫振荡的漩涡漩进原理 前者称为卡曼涡街流量传感器（或涡街流量传感器），前者称为卡曼涡街流量传感器（或涡街流量传感器），后者称为漩进漩涡流量传感器。后者称为漩进漩涡流量传感器。15.4.1 测量原理测量原理hLdvhLdvDD卡曼漩涡原理卡曼漩涡原理 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.1 测量原理测量原理在管道中垂直于流体流动方向插入一根非流线形的在管道中垂直于流体流动方向插入一根非流线形的阻流体（也叫漩涡发生体），阻流体（也叫漩涡发生体），阻流体的下游两侧有时会交替出现漩涡阻流体的下游两侧有时会交替出现漩涡 该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）该漩涡列称为卡曼涡列（也称为涡街）当两列漩涡的间距当两列漩涡的间距h与同列中相邻漩涡的间距与同列中相邻漩涡的间距L满足满足h/L=0.281（对于圆柱体）条件时，（对于圆柱体）条件时，卡曼涡列才是稳定的卡曼涡列才是稳定的 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.1 测量原理测量原理每一列漩涡产生的频率每一列漩涡产生的频率f与流速与流速v、圆柱体直径、圆柱体直径d的关系为的关系为 St与雷诺数的关系与雷诺数的关系 当雷诺数在当雷诺数在500150000范围内时，范围内时，斯特罗哈尔系数基本上是一个常数斯特罗哈尔系数基本上是一个常数 可以认为频率可以认为频率f只受流速只受流速v和和漩涡发生体的特征尺寸漩涡发生体的特征尺寸d的影响的影响 当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速当测得漩涡的频率后，就可得到流体的流速v，进而求得流体的体积流量进而求得流体的体积流量qv 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量可采用热、电、声等多种方法，可采用热、电、声等多种方法，如：热敏检测法、应力检测法、电容检测法、如：热敏检测法、应力检测法、电容检测法、超声检测法等，超声检测法等，这些方法是利用敏感元件把漩涡处的压力、这些方法是利用敏感元件把漩涡处的压力、流速及密度等的周期性变化转换为周期性流速及密度等的周期性变化转换为周期性的电信号，然后经放大整形等处理后得到方波脉冲，的电信号，然后经放大整形等处理后得到方波脉冲，最后由二次仪表显示、记录或累积。最后由二次仪表显示、记录或累积。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量导 压孔铂电阻丝圆柱形漩涡发生体热敏电阻三角柱形漩涡发生体圆柱体漩涡检测方法圆柱体漩涡检测方法,它是根据漩涡发生处流体的流速它是根据漩涡发生处流体的流速与压力会周期性变化的特征工作的与压力会周期性变化的特征工作的 通过测量铂电阻丝的电阻阻值变化频率即可求通过测量铂电阻丝的电阻阻值变化频率即可求得被测流量的大小。电阻阻值变化可用电桥来测量。得被测流量的大小。电阻阻值变化可用电桥来测量。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量三角柱漩涡发生体的漩涡频率检测原理三角柱漩涡发生体的漩涡频率检测原理 埋在三角柱正面的两只热敏电阻（负温度系数）埋在三角柱正面的两只热敏电阻（负温度系数）与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以与其它两只固定电阻构成一个电桥，电桥通以恒定电流使热敏电阻的温度升高。恒定电流使热敏电阻的温度升高。每产生一个漩涡，与漩涡在同一侧的热敏电阻的阻值每产生一个漩涡，与漩涡在同一侧的热敏电阻的阻值就减小一次，上、下两侧漩涡交替有规律出现，就减小一次，上、下两侧漩涡交替有规律出现，上、下两个热敏电阻的阻值交替变化。上、下两个热敏电阻的阻值交替变化。电桥的输出电压变化频率就为双侧漩涡频率，电桥的输出电压变化频率就为双侧漩涡频率，通过测量电桥的输出电压的变化频率，通过测量电桥的输出电压的变化频率，即可求得被测流量的大小即可求得被测流量的大小 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量 把把铂铂热热电电阻阻丝丝用用电电流流加加热热到到比比流流体体温温度度高高出出某某个个温温度度，流流体体通通过过铂铂热热电电阻阻丝丝时时，带带走走它它的的热热量，从而改变它的电阻值，量，从而改变它的电阻值，此此电电阻阻值值的的变变化化与与发发出出漩漩涡涡的的频频率率相相对对应应，便可检测出与流速成比例的频率。便可检测出与流速成比例的频率。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量 埋埋在在三三角角柱柱正正面面的的两两只只热热敏敏电电阻阻与与其其它它两两只只固固定定电电阻阻构构成成一一个个电电桥桥，电电桥桥通通以以恒恒定定电电流流使使热热敏电阻的温度升高。敏电阻的温度升高。由由于于产产生生漩漩涡涡处处的的流流速速较较大大，使使热热敏敏电电阻阻的的温度降低，阻值改变，电桥输出信号。温度降低，阻值改变，电桥输出信号。随随着着漩漩涡涡交交替替产产生生，电电桥桥输输出出一一系系列列与与漩漩涡涡发生频率相对应的电压脉冲。发生频率相对应的电压脉冲。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.2 漩涡频率的测量漩涡频率的测量 漩涡式流量传感器在管道内没有可动部件，使用漩涡式流量传感器在管道内没有可动部件，使用寿命长，线性测量范围宽，几乎不受温度、压力、寿命长，线性测量范围宽，几乎不受温度、压力、密度、粘度等变化的影响，压力损失小，密度、粘度等变化的影响，压力损失小，传感器的输出是与体积流量成比例的脉冲信号，传感器的输出是与体积流量成比例的脉冲信号，这种传感器对气体、液体均适用。这种传感器对气体、液体均适用。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.3 漩涡流量计测量系统漩涡流量计测量系统 由传感器、转换器及显示由传感器、转换器及显示/记录仪等组成记录仪等组成 传感器传感器主要包括漩涡发生体和漩涡检测器，主要包括漩涡发生体和漩涡检测器，用于把待测流量转换成相应的频率信号用于把待测流量转换成相应的频率信号 转换器转换器是将变送器输出的频率信号进行放大是将变送器输出的频率信号进行放大及整形等处理，最后输出及整形等处理，最后输出420mA DC标准信号标准信号 显示显示/记录仪记录仪接收转换器的输出信号，接收转换器的输出信号，显示显示/记录待测流量的大小。记录待测流量的大小。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.4 涡街式流量计涡街式流量计15.4.4 应用问题应用问题15.4.4.1 仪表选型问题仪表选型问题15.4.4.2 安装问题安装问题传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.5 涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，是一种速度式流量计是一种速度式流量计 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器涡轮流量计涡轮流量计流流体体流流过过叶叶轮轮使使叶叶轮轮旋旋转转,流流量量越越大大,流流速速越越高高,则则动能越大动能越大,叶轮转速也越高。叶轮转速也越高。测测量量出出叶叶轮轮的的转转速速或或频频率率,就就可可确确定定流流过过管管道道的的流流体体流量和总量。流量和总量。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.5 涡轮流量计涡轮流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器测测量量时时,当当流流体体通通过过涡涡轮轮叶叶片片与与管管道道间间的的间间隙隙时时,流流体体对对叶叶片片前前后后产产生生压压差差推推动动叶叶片片,使使涡涡轮轮旋旋转转,在在涡涡轮轮旋旋转转的的同同时时,高高导导磁磁性性的的涡涡轮轮叶叶片片周周期期性性地地改改变变磁磁电电系系统统的的磁磁阻阻值值,使使通通过过线线圈圈的的磁磁通通量量发发生生周周期期性性的的变变化化,在在线线圈圈两两端端产产生生感感应应电电势势,经经过过放放大大和和整整形形,可可得到足以可测出频率的得到足以可测出频率的方波脉冲方波脉冲,将脉冲将脉冲送入计数器就可求得累积总量送入计数器就可求得累积总量。15.5 涡轮流量计涡轮流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.5 涡轮流量计涡轮流量计涡轮叶片及流体的速度分析涡轮叶片及流体的速度分析 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 设设流流体体速速度度V V平平行行于于轴轴向向,叶叶片片的的切切线线速速度度u u垂垂直直于于v,v,若叶片的倾斜角为若叶片的倾斜角为,便可写出便可写出 u=ru=rc c=v tg=v tg或或 n-n-为涡轮的转速为涡轮的转速;-为涡轮的角速度。为涡轮的角速度。15.5 涡轮流量计涡轮流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器叶叶片片缝缝隙隙间间的的有有效效流流通通面面积积为为A,瞬瞬时时体体积积流流量量为为 15.5 涡轮流量计涡轮流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器 涡涡轮轮上上叶叶片片总总数数为为Z,线线圈圈输输出出脉脉冲冲频频率率f就就是是150nZ HZ,可得可得 15.5 涡轮流量计涡轮流量计传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计非接触式流量测量仪表，非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的。15.6.1 超声波流量计的特点超声波流量计的特点优点：非接触测量优点：非接触测量 结果不受被测流体粘度、电导率及腐蚀性结果不受被测流体粘度、电导率及腐蚀性等因素的影响，可测各种气体和液体的流量，等因素的影响，可测各种气体和液体的流量，适应范围广。适应范围广。可测大口径管道内的流体流量，甚至包括河流流量；可测大口径管道内的流体流量，甚至包括河流流量；输出信号与流量呈线性关系输出信号与流量呈线性关系 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计缺点缺点：结构比较复杂，成本较高：结构比较复杂，成本较高 超声波在流体中的传播速度会随流体温度变化而变化，超声波在流体中的传播速度会随流体温度变化而变化，对测量结果产生较大影响，必要时应予以补正对测量结果产生较大影响，必要时应予以补正 流体中的气泡或杂音会对测量结果产生较大影响流体中的气泡或杂音会对测量结果产生较大影响 15.6.2 超声波流量计测量原理超声波流量计测量原理有时差法、相差法、频差法、多普勒频移法有时差法、相差法、频差法、多普勒频移法及声速偏移法等及声速偏移法等 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.2.1 时差法时差法超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。如果在流体中设置两个超声波传感器，如果在流体中设置两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，它们既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，其距离为一个装在上游，一个装在下游，其距离为L,传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计如设顺流方向的传播时间为如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播时间为逆流方向的传播时间为t2，流体静止时的，流体静止时的超声波传播速度为超声波传播速度为c，流体流动速度为，流体流动速度为v，则有，则有15.6.2.1 时差法时差法超声波传播时间差为超声波传播时间差为传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.2.1 时差法时差法一般来说，流体的流速远小于超声波一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，在流体中的传播速度，即即cv,则从上式便可得到流体的流速，即则从上式便可得到流体的流速，即在实际应用中在实际应用中,超声波传感器安装在管道的外部超声波传感器安装在管道的外部,从管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给从管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响管路内流动的流体带来影响 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.2.1 时差法时差法此时超声波的传输时间将由下式确定此时超声波的传输时间将由下式确定当静止流体中的超声波速度已知时，当静止流体中的超声波速度已知时，只要测出时间差只要测出时间差t，即可求出流体流速，即可求出流体流速v，进而就能求得流量的大小进而就能求得流量的大小 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.2.2 相差法相差法让超声波发生器发射连续超声脉冲或让超声波发生器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲序列，周期较长的脉冲序列，则在顺流和逆流两种情况下所接收到的信号之间会则在顺流和逆流两种情况下所接收到的信号之间会产生一定的相位差产生一定的相位差 为超声波的角频率为超声波的角频率 由于由于、及、及L为已知量，这样，为已知量，这样，测出测出即可求得即可求得v，也就可计算出流量的大小，也就可计算出流量的大小。传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.2.3 频差法频差法由时差法中的有关公式，可求出顺流和逆流时由时差法中的有关公式，可求出顺流和逆流时接收器接收到的超声波频率之差接收器接收到的超声波频率之差f为为只要测得只要测得f，即可求出流速，即可求出流速v，进而求得流量大小，进而求得流量大小 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.6 超声波流量计超声波流量计15.6.3 应用问题应用问题待测流体中不能含有过多的杂质和气泡，待测流体中不能含有过多的杂质和气泡，且粘度不能太大且粘度不能太大；待测流体必须充满整个管道待测流体必须充满整个管道 必须对超声波速度进行精确的温度补偿必须对超声波速度进行精确的温度补偿 对不同管道、不同流速及不同粘度的介质对不同管道、不同流速及不同粘度的介质进行雷诺数补偿进行雷诺数补偿 传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用传感器原理及应用第第15章章 流量传感器流量传感器15.7 光纤流量计光纤流量计将一根多模光纤垂直地装入管道，将一根多模光纤垂直地装入管道，当液体或气体流经与其垂直的光纤时，当液体或气体流经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关。测出频率就可知流速振动的频率与流速有