传感器与检测技术4.ppt

,6.1流量检测基本概念,6.1.1流量的概念和单位定义：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。,体积流量用流体的体积来表示（qv）,瞬时质量流量用流量的质量来表示（qm），简称质量流量,累积流量：一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。,累积体积流量,累积质量流量,6.1.2流量检测方法及流量计分类,6.1.2.1流量检测方法及流量计分类检测方法：体积流量检测，质量流量检测。流量计：由流量传感器和二次仪表构成。,6.1.2.2流量计的测量特性,1）粘性,衡量流体粘性大小的物理量称为粘度。,2）层流和紊流,层流：流体在细管中流动的流线平行于管轴时的流动。紊流：流体在细管中流动的流线相对混乱的流动。,利用雷诺数可以判断流动的形式。,在层流流动状态时，流量与压力降成正比；在紊流流动状态时，流量与压力降的平方根成正比。,雷诺数,雷诺数是表征流体流动时惯性力与粘性力之比。利用细管直径d，可求出雷诺数Rd：Rd2320时为层流，Rd2320时为紊流。,3）流体流动的连续性方程,流体在管道内作稳定流动的情况：,即流体在稳定流动，且不可压缩时，流过各截面流体的体积为常量。因此利用上式，很方便的求出流体流过管道不同截面时的流速。,4）流量范围及范围度,指可测最大流量和最小流量所限定的范围。在这个范围内，仪表在正常使用条件下示值误差不超过最大允许误差。,5）测量精确度和误差,6）压力损失,6.2体积流量检测方法,6.2.1容积式流量计,一定时间间隔测量体积总量：,构成：测量室、运动部件、传动和显示部件,腰轮流量计,流体总量:,6.2.2差压式流量计,二、组成,一、基本原理在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值可以求得流体流量。,6.2.2.1节流式流量计,节流装置：产生差压，主体是一个局部收缩阻力件，改变流体流通截面，从而在节流元件前后形成压力差。,根据伯努利方程，对截面II、处沿管中心的流体有以下能量关系：,根据流体的连续性方程得：,对流量的修正,标准节流装置示意,节流装置取压方式,角接取压,法兰取压,6.2.2.2均速管流量计,流体流经均速管产生与流量有确定关系的差压信号。均速管的实用流量方程式：D为管道内径。k为均速管流量系数，由实验确定。,均速管流量计结构图,6.2.2.3弯管流量计,流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成差压，此差压的平方根与流体流量成正比。弯管流量计的流量方程式：,弯管流量计示意,6.2.2.4靶式流量计,靶：管流中垂直于流动方向安装的圆盘形阻挡件流体经过时对靶产生作用力，此作用力与流速有一定关系。以直径比表示流量公式：,靶式流量计结构原理1力平衡转换器；2密封膜片；3杠杆；4靶；5测量导管,6.2.2.5浮子流量计,1）测量原理及结构浮子的力平衡公式：,浮子流量计测量原理,代入节流流量方程式得：,A0为环隙面积，与浮子高度h对应对于小锥度锥形管，近似有,电远传浮子流量计工作原理1浮子；2锥形管；3连动杆；4铁心；5差动线圈,6.2.3速度式流量计,原理：均基于与流体流速有关的各种物理现象。6.2.3.1涡轮流量计利用安装在管道中可以自由转动的叶轮感受流体的速度变化。流量方程式f：信号脉冲频率；：仪表常数,涡轮流量计结构示意1-导流体；2-轴承；3-涡轮；4-壳体；5-信号放大器,6.2.3.2涡街流量计,原理：流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的漩涡列，漩涡的产生频率与流体流速有着确定的关系。构成：漩涡发生体。,卡门涡街,流体的体积流量为：,漩涡产生频率:,d：漩涡发生体的特征尺寸St：斯特罗哈尔数,K：仪表系数,旋涡频率检测原理,圆柱形旋涡发生体常用铂热电阻丝检测频率；三棱柱形旋涡发生体则采用热敏电阻或压电晶体检测频率。,旋涡频率的检测,旋涡发生体和检测方式一览表,6.2.3.3电磁流量计,原理：导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关。感应电势:流量方程式：,电磁流量计的构成,直流励磁,直流励碰方式用直流电产生磁场或采用永久磁铁，它能产生一个恒定的均匀磁场。,优点:受交流电磁场干扰影响很小。,缺点：流体极化。电解质在电场中被电解，正负电极分别校相反极性的离子所包围，严重影响仪表的正常工作。,适用非电解质液体。,交流励磁,采用工频(50Hz)电源交流励磁方式。优点：消除了电极表面的极化干扰。由于磁场是交变的，所以输出信号也是交变信号。,磁感应强度为：,感应电动势为：,被测体积流量为：,。,6.2.3.4超声流量计,原理：超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速。传播速度差法：超声波在流体中顺流传播与逆流传播的速度不同。时间差法相差法频差法,超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、空气传导探头以及其他专用探头等。,各种超声波探头,常用频率范围：0.510MHz，常见晶片直径：530mm,接触式直探头（纵波垂直入射到被检介质）,外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止压电晶片磨损。,保护膜,接插件,频差法不受声速影响，不必考虑流体温度变化对声速的影响。,频差法：,6.3.1间接式质量流量测量方法,根据质量流量和体积流量的关系，组合多种仪表测量不同参数可实现质量流量测量。,6.3质量流量检测方法,一、原因,二、分类：直接法、间接法、补偿法。,体积流量计+密度计,体积流量计与体积流量计,温度、压力补偿式质量流量计,一般低压气体（干）,6.3.2直接式质量流量计,直接式质量流量常用检测方法：差压式质量流量计、涡轮式质量流量计、动量式质量流量计、热式质量流量计、科里奥利式质量流量计等,6.3.2直接式质量流量计,6.3.2.1科里奥利质量流量计原理：流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力。,当质量为m的质点以速度在对p轴作角速度旋转的管道内移动时，质点受到两个分量的加速度及其力。法向加速度：即向心力加速度r，其量值等于2r，方向朝向P轴。切向加速度：即科里奥利加速度t，其量值等于2，方向与垂直。,当密度为的流体在旋转管道中以恒定速度流动时，任何一段长度x的管道都将受到一个Fc的切向科里奥利力。,由于质量流量为qm=A，所以,直接或间接测量在旋转管道中流动流体产生的科里奥利力就可以测的得质量流量，这是科里奥利质量流量计的基本原理。通过旋转运动产生科里奥利力是困难的，目前产品均代之以管道振动产生的,流量方程式,6.3.2.2热式质量流量计,原理：利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。流量方程式：,6.3.2.3冲量式流量计,原理：冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换放大输出与质量流量成比例的标准信号。,冲量式流量计工作原理1冲板；2冲板轴；3物料；4输送机,对象：自由下落的固体粉料的质量流量。,水平分力：,6.4.1液体流量标准装置,标准容积法流量标准装置1水池