流量傳感器的工作原理及應用

更新時間：2023-09-11

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流量的準確測量非常地重要，利用流量傳感器監(jiān)測計量被測管路中的液體或氣體流量，在工業(yè)控制和民用設施領域中被廣泛地應用。

流量傳感器

流量是工業(yè)生產(chǎn)中一個重要參數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多原料、半成品、成品都是以流體狀態(tài)出現(xiàn)的。流體的流量就成了決定產(chǎn)品成分和質(zhì)量的關鍵，也是生產(chǎn)成本核算和合理使用能源的重要依據(jù)。此外，為了保證制造業(yè)檢測及檢測結(jié)果的可靠性，許多過程都需要液體或氣體介質(zhì)的流入和流出量保持一致，在自動化生產(chǎn)過程中除了壓力和溫度，流量的測量也非常的重要。因此流量的測量和控制是生產(chǎn)過程自動化的重要環(huán)節(jié)。

流量傳感器是能感受流體流量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器，將傳感器放在流體的通路中，由流體對傳感器和傳感器對流體的相互作用測出流量的變化。按照流量的定義，主要應用于氣體和液體流量的檢測。

流量傳感器的分類：

流量傳感器可按不同的檢測方式，分為以下幾種，且由相應的傳感器執(zhí)行工作：

電磁式檢測方式：電磁流量傳感器

機械式檢測方式：

1.容積流量傳感器

2.渦街流量傳感器

3.渦輪流量傳感器

聲學式檢測方式：超生波流量傳感器

節(jié)流式檢測方式：差壓流量傳感器

下面我們來說說以上各種傳感器的不同之處：

一、電磁流量傳感器：

定義：

電磁流量傳感器是由直接接觸管道介質(zhì)的傳感器和上端信號轉(zhuǎn)換兩部分構(gòu)成。它是基于法拉第電磁感應定律工作的，用來測量電導率大于5μs/cm的導電液體的流量，是一種測量導電介質(zhì)流量的儀表。除了可以測量一般導電液體的流量外，還可以用于測量強酸、強堿等強腐蝕性液體和均勻含有液固兩項懸浮的液體，如泥漿、礦漿、紙漿等。

原理：

電磁流量傳感器的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。在電磁流量傳感器中，測量管內(nèi)的導電介質(zhì)相當于法拉第試驗中的導電金屬桿，上下兩端的兩個電磁線圈產(chǎn)生恒定電磁場當有導電介質(zhì)流過時，則會產(chǎn)生感應電壓。管道內(nèi)部的兩個電極測量產(chǎn)生的感應電壓。測量管道通過不導電的內(nèi)襯（橡膠，特氟龍等）實現(xiàn)與流體和測量電極的電磁隔離。

導電液體在磁場中作切割磁力線運動時，導體中產(chǎn)生感應電勢，感應電勢E為：

E=KBVD

式中：K---儀表常數(shù)

B---磁感應強度

V---測量管道截面內(nèi)的平均流速

D---測量管道截面的內(nèi)徑

感應電勢大小與磁感應強度、管徑大小、流體流速大小有關。

二、容積式流量傳感器

定義：

容積式流量傳感器又稱定排量流量傳感器，簡稱PD流量傳感器，在流量儀表中精度最高的一類。它的機械測量元件把流體連續(xù)不斷的分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。

原理：

容積式流量測量是采用固定的小體積來反復計量通過流量傳感器的流體體積。所以在容積式流量計傳感器內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標準體積的空間，通過稱其為容積式流量傳感器的“計量空間"或“計量室"。這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量傳感器轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成。容積式流量傳感器的工作原理為：流體通過流量傳感器，就會在傳感器進出口之間產(chǎn)生一定的壓力差。流量傳感器的轉(zhuǎn)動部件（簡稱“轉(zhuǎn)子"）在這個壓力差作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流量由入口排向出口。在這個過程中，流體一次次地充滿流量傳感器的“計量空間"，然后又不斷的被送往出口。在給定流量傳感器條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可以得到通過流量傳感器的流體體積的累積值。

三、渦街流量傳感器

定義：

渦街流量傳感器是基于卡門渦街原理研制出來的。在流體中設置三角柱型旋渦發(fā)生體，則從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。

原理：

在流體中安放一個非流線型旋渦發(fā)生體，使流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分離，釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的旋渦，且在一定范圍內(nèi)旋渦分離頻率與流量成正比的流量傳感器。通過測量旋渦的頻率，根據(jù)相關公式就能計算出流體的流量。

渦街流量傳感器主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測量，如氣體、液體、蒸汽等多種介質(zhì)。其特點是壓力損失小，量程范圍大，精度高，在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。無可動機械零件，因此可靠性高，維護量小。儀表參數(shù)能長期穩(wěn)定。

四、渦輪流量傳感器

定義：

渦輪流量傳感器類似于葉輪式水表，是一種速度式流量傳感器。將渦輪葉輪、螺旋槳等元件置于流體中，利用渦輪的速度與平均體積流量的速率成正比，螺旋槳轉(zhuǎn)速與流體速度成正比的原理，構(gòu)成的能量轉(zhuǎn)換器件。

原理：

渦輪流量傳感器是在管道中安裝一個可自由轉(zhuǎn)動的葉輪，流體流過葉輪使葉輪旋轉(zhuǎn)，流量越大，流速越高，則動能越大，葉輪轉(zhuǎn)速也越高。測量出葉輪的轉(zhuǎn)速或頻率，就可確定流過管道的流體流量和總量。

特點：

渦輪流量傳感器是一種速度式儀表，它具有精度高，重復性好，結(jié)構(gòu)簡單，運動部件少，耐高壓，測量范圍寬，體積小，重量輕，壓力損失小，維修方便等優(yōu)點，用于封閉管道中測量低粘度氣體的體積流量和總量。在石油，化工，冶金，城市天燃氣管網(wǎng)等行業(yè)中具有廣泛的使用價值。

五、超聲波流量傳感器

定義：

超聲波流量傳感器是使用壓電材料鎬鈦酸鉛晶體制成的，能將電能轉(zhuǎn)換成聲能的元件。是通過檢測流體流動時對超聲束（或超聲脈沖）的作用，以測量體積流量的儀表。

原理：

當超聲波束在流體中傳播時，流體的流動將會使傳播時間發(fā)生微小的變化，并且傳播時間的變化正比于液體的流速，由此就能測出流體的流速，在根據(jù)管道口徑就能計算出流量大小。

特點：

目前的工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量傳感器隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不便這些缺點，它均可避免。因為各類超聲波流量傳感器均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量傳感器隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量傳感器比相同功能其它類型流量傳感器的功能價格比越*。超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。

六、差壓流量傳感器

定義：

差壓式流量傳感器是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和檢測與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

原理：

充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流量流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小

隨著流量傳感器的不斷發(fā)展，越來越多類型的流量傳感器在逐步問世，他們各有各的優(yōu)勢也各有各的缺憾，用戶在選取流量傳感器的時候，應該根據(jù)自身的需要選擇合適的傳感器。