一文看懂流量傳感器及其發(fā)展現(xiàn)狀
流量參數(shù)可謂工業(yè)生產(chǎn)過程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)量和進(jìn)行各種經(jīng)濟(jì)核算所必須的重要參數(shù),是能源計(jì)量的重要組成部分。
特別是在熱電廠、石油、礦山、冶金、航空、機(jī)械等領(lǐng)域,通過流體流量的測(cè)量,人們可以了解掌握流動(dòng)過程、進(jìn)行生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制、實(shí)行能源管理。尤其是在能源危機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化程度越來越高的當(dāng)今時(shí)代,流量傳感器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用越來越明顯。
流量傳感器的精度高低、穩(wěn)定性好壞及適應(yīng)工作環(huán)境能力的大小、智能化水平和性能價(jià)格比高低等指標(biāo)極大地影響著社會(huì)各行業(yè)的發(fā)展。
而現(xiàn)今向數(shù)字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是流量傳感器將來發(fā)展的必然趨勢(shì),因此大力研究生產(chǎn)高質(zhì)量的流量傳感器是十分必要的。
流量傳感器的種類及特點(diǎn)
流量傳感器品種繁多,傳統(tǒng)原理的儀表和新型的儀表,在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融入下,不斷推陳出新。新測(cè)量原理的研究開發(fā)方興未艾,有些尚處于萌芽狀態(tài),有些接近實(shí)用階段。
1、容積式
容積式流量傳感器出現(xiàn)較早,它的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,相當(dāng)于用一個(gè)精密的標(biāo)準(zhǔn)容器對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)計(jì)量。被測(cè)流體流過時(shí),推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),2個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪相互改變主從驅(qū)動(dòng)關(guān)系作連續(xù)的、沒有死點(diǎn)的不等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。得知轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度,就可以求出流體的流量。
理論上,這種類型流量計(jì)的測(cè)量精度與流體的種類、黏度、密度等屬性無關(guān)。測(cè)量誤差一般為±(0.2%~O.5%)R,可作為工業(yè)流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。但當(dāng)被測(cè)管道直徑較大時(shí),儀表本體顯得過于笨重。
2、渦輪式
渦輪流量傳感器是近30年發(fā)展起來的速度式測(cè)量?jī)x表。其工作原理是將渦輪置于被測(cè)流體中,液體流動(dòng)沖擊渦輪葉片轉(zhuǎn)動(dòng),渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的流量成正比。通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸出。
渦輪流量傳感器具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn);但由于渦輪必須安裝在管道內(nèi),對(duì)被測(cè)流體的清潔度要求較高;流體的溫度、黏度、密度對(duì)測(cè)量精度影響較大;轉(zhuǎn)動(dòng)部件會(huì)帶來軸承的磨損,影響傳感器的使用壽命。
3、差壓式
差壓式流量傳感器生產(chǎn)歷史較長(zhǎng),應(yīng)用十分廣泛,生產(chǎn)已標(biāo)準(zhǔn)化,種類也很多。如:孔板、音速噴嘴、均速管、文丘里管等流量傳感器。差壓式流量傳感器工作原理是利用當(dāng)流體流過內(nèi)置于管道中的節(jié)流件時(shí),其前后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與流量有關(guān)的壓力差值,通過測(cè)量壓差值就可獲得流量值。
其特點(diǎn)是節(jié)流件的機(jī)加工精度高,安裝要求嚴(yán)格,其前后必須有足夠長(zhǎng)的直管道,保證流體流態(tài)穩(wěn)定;流體壓損大;對(duì)于低流速流體,產(chǎn)生的差壓小,誤差增大;不適于脈動(dòng)的流體測(cè)量。
4、動(dòng)量式
動(dòng)量式流量計(jì)中最為典型的是靶式流量計(jì),是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的產(chǎn)品,常用來測(cè)量較高黏度油料的流量。它的主體是一個(gè)圓盤型靶,液體流動(dòng)時(shí),流動(dòng)質(zhì)點(diǎn)沖擊在靶上,使靶產(chǎn)生微小的位移,這個(gè)位移量反映了流量的大小。
5、變面積式
轉(zhuǎn)子流量傳感器的出現(xiàn)較早,但廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量是在近幾十年。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直觀、壓損小、測(cè)量范圍大、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
它由一個(gè)錐形管和一個(gè)置于錐形管中可以上下自由移動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成,傳感器垂直安裝在測(cè)量管道上,被測(cè)流體由下向上流動(dòng),推動(dòng)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子懸浮的高度就是流量大小的量度。
6、流體振蕩式
卡門渦街流量傳感器[8]是2O世紀(jì)70年代發(fā)展起來的基于流體振蕩原理的測(cè)量?jī)x表,近年來發(fā)展迅速,它利用插入到流體中漩渦發(fā)生體產(chǎn)生的漩渦頻率與流速有確定關(guān)系的原理,獲得流量。其特點(diǎn)是流體壓損?。豢梢杂糜谝?、氣的測(cè)量,可測(cè)量流速及質(zhì)量流量;對(duì)流態(tài)要求穩(wěn)定,管道條件要求嚴(yán)格,必須在漩渦發(fā)生體前后有一定長(zhǎng)度的直管段,價(jià)格比較高。
7、電磁式
電磁流量傳感器是隨著電子技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的新型流量?jī)x表,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種導(dǎo)電液體的流量測(cè)量領(lǐng)域。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,導(dǎo)電的液體通過測(cè)量?jī)x表流動(dòng),相當(dāng)于導(dǎo)體通過磁場(chǎng)作切割磁力線的運(yùn)動(dòng),由此感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)E,這個(gè)電動(dòng)勢(shì)與平均流速成正比。電磁流量計(jì)原則上不受流體的溫度、壓力、密度和黏度等影響,且管道內(nèi)部無阻擋部件和活動(dòng)部件,不會(huì)改變流體原來的狀態(tài)。流速范圍在0~102m/s均可應(yīng)用。
適合于易燃、易爆、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)。但它在某些方面也有局限性;被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電液體,電導(dǎo)率大于10-3S/m;不能用來測(cè)量鐵磁性介質(zhì)的流量;信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾。
8、玻耳帖式
玻耳帖式低流速氣體傳感器(流速大于2×10-2m/s)是基于玻耳帖電動(dòng)勢(shì)原理和溫差電動(dòng)勢(shì)原理,傳感器自身溫度僅15K,沒有熱紊亂。敏感元件上涂有保護(hù)膜,抗污染腐蝕能力強(qiáng),壽命長(zhǎng),由于其自身溫度不高,所以對(duì)氣體溫度要求不嚴(yán),可以測(cè)量高溫流體,工作溫度范圍寬。
圖片
玻耳帖效應(yīng)
9、光纖式
光纖流量傳感器是將光纖技術(shù)與流量傳感器組合到一起,使流量信息經(jīng)過傳感器后在光纖發(fā)訊頭處轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。再經(jīng)光纖傳輸?shù)胶罄m(xù)處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,便于實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)化管理,1臺(tái)微機(jī)即可以管理監(jiān)控多個(gè)傳感器。這樣既保持了原傳感器的優(yōu)勢(shì)又融入了光纖傳輸線路抗干擾的優(yōu)點(diǎn)。
10、超聲波式
超聲波流量傳感器是依據(jù)超聲波在流體中傳播時(shí)會(huì)載帶流體流速信息的原理,適用于兩相流流體測(cè)量,要求被測(cè)流體含有一定量的能反向超聲波的介質(zhì),即流體中有固體粒子或氣泡等兩相介質(zhì)。
11、質(zhì)量式
科理奧利質(zhì)量流量傳感器應(yīng)用廣泛,液體和氣體測(cè)量均可適用,20世紀(jì)70年代產(chǎn)生于美國(guó),利用流體力學(xué)的原理,建立流體質(zhì)量流量與流體作用力之間的函數(shù)關(guān)系。主要適用于液體測(cè)量,對(duì)于氣體測(cè)量則要求在高壓下,以確保質(zhì)量流量在測(cè)量范圍內(nèi),適于在管道口徑小于200mm條件下的測(cè)量,當(dāng)流體壓力變化大時(shí),測(cè)量誤差增大。
12、激光式
多普勒傳感器,將激光技術(shù)引入到流量測(cè)量中,與多普勒流量傳感器相結(jié)合。它可以測(cè)量低流速流體,抗干擾能力強(qiáng),精度高,但必須在流體中注入反射粒子,這就限制了它的測(cè)量范圍。
13、熱線式
熱式流量傳感器為流量計(jì)量帶來了一場(chǎng)革命,實(shí)現(xiàn)了直接測(cè)量流體質(zhì)量流量的目的。它利用傳熱學(xué)和流體力學(xué)理論,采用熱平衡原理,建立熱敏元件熱量損失與流體流速、質(zhì)量流量之間的函數(shù)關(guān)系,從而獲得流體流速、流量。
熱式流量傳感器主要有熱線式、熱敏電阻式、半導(dǎo)體集成電路式等多種,根據(jù)管道中熱元件的熱量耗散與流速、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量;表面熱阻式,就是把熱源放在管道的外側(cè),加熱管內(nèi)流體,通過測(cè)量流體熱量的變化求出質(zhì)量流量。
雖然由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展和各種補(bǔ)償技術(shù)不斷提高,使熱線式流量傳感器的精度大大提高,測(cè)量范圍擴(kuò)大。
F1031V流量傳感器
利用熱力學(xué)原理對(duì)流道中的氣體介質(zhì)進(jìn)行流量檢測(cè),具有很好的精度與重復(fù)性。
根據(jù)流體的特性來選擇流量傳感器
選擇流量傳感器不僅需要根據(jù)自己的工況參數(shù)進(jìn)行選擇,還要參考自己所測(cè)流體的特性。流體的特性也是影響流量傳感器選擇的一個(gè)重要因素。
1、對(duì)于具有腐蝕、結(jié)垢、臟污類的流體
如果要測(cè)量這類流體需要選用有轉(zhuǎn)動(dòng)件及有檢測(cè)件的傳感器,如果選擇超聲波和電磁類的流量傳感器都會(huì)因腐蝕管道而帶來測(cè)量誤差。
2、粘性液體粘性相差較大的流體
這種情況您需要選擇容積式流量傳感器,,而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量傳感器。
3、對(duì)于特殊流體參數(shù)的流量傳感器
特殊的流體參數(shù)比如,壓縮性系數(shù)影響差壓式,電導(dǎo)率影響電磁等。
4、與許多物理參數(shù)(如壓力、溫度、物位、成分)不同的是,流量必須以流體流動(dòng)為前提,沒有流動(dòng)就不存在流量。
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