流量传感器及工程应用课件.ppt

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1、第5章流量传感器及工程应用5.1流量测量概述5.2差压流量传感器5.3电磁流量传感器5.4涡轮流量传感器5.5漩涡流量传感器5.6质量流量传感器5.7流量传感器工程应用案例返回主目录5.1流量测量概述5.1.1流量测量的基本概念流量通常是指单位时间内流过某一横截面积的流体数量，又称作瞬时流量。而在某一段时间间隔内流过某一横截面积的流体数量，称为总量或累积流量。流量有体积流量和质量流量之分。1.体积流量根据体积流量的定义，体积流量qv可用下式表示式中，υ为微横截面积dA上的流速；A为流体流过的横截

2、面积。(5-1)2.质量流量根据质量流量定义，质量流量可用下式表示：(5-3)如果流体在横截面积A上的流速处处相等，且为υ，则体积流量可写成(5-2)式中，υ为微横截面积dA上的流速；A为流体流过的横截面积；ρ为流体密度。如果流体在横截面积A上的流速处处相等，且为υ，则质量流量可写成(5-4)5.1.2流量检测的方法和分类1.速度式速度式流量传感器大多是通过测量流体在管路内已知截面流过的流速大小来实现流量测量的。2.容积式容积式流量传感器是根据已知容器的容室在单位时间内所排出流体的次数来测量流体

3、的瞬时流量和总量的。3.质量式质量流量传感器有两种，一种是根据质量流量与体积流量的关系，测出体积流量再乘被测流体的密度获得质量流量测量的间接式质量流量传感器；另一种是直接测量流体质量流量的直接式质量流量传感器5.2差压流量传感器5.2.1节流式流量传感器测量原理节流式流量传感器测量原理是利用管道内的节流元件，将管道内的流体瞬时流量转换成节流元件前后的压力差原理来实现流量测量的。1.节流装置节流装置由节流元件、取压装置和前后直管段组成。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管，如图5‑1所示。图5‑1

4、常用的节流元件2.流量方程式节流元件前后流速和压力分布情况如图5‑2所示。图5‑2节流元件前后流速和压力分布假定所研究的流体是定常流动的理想流体，根据伯努利方程，则在截面A、B两处，能量方程为(5-5)对于液体来说，在等温的条件下是不可压缩的，则上式可写成(5-6)根据流体流动的连续性可知(5-7)将式(5‑6)和(5‑7)联立求解可得(5-8)根据流量的定义，我们可以得到体积流量qv与压差之间的公式为(5-9)式中，为A-A截面的流通面积；为B-B截面流束的流通面积。式(5-9)需要根据节流元

5、件前后取压点位置和开孔面积进行实验修正。修正后的体积流量公式为(5-10)修正后的质量流量公式为式中，α为流量系数。(5-11)对于可压缩流体，例如各种气体及蒸气通过节流元件时，由于压力变化必然会引起密度ρ的改变，这时在公式中应引入流束膨胀系数ε，对于不可压缩性流体，则ε=1。可压缩性流体ε小于1，假设可压缩性流体密度用节流元件前的流体密度ρ1，则可压缩流体的流量公式变为(5-12)(5-13)式(5‑12)和(5‑13)称作流量公式。从流量公式可以看出，被测流量与压差的平方根成正比关系，但流量

6、与压差不呈线性关系。5.2.2常见差压流量传感器的结构差压流量传感器的结构一般由节流装置、引压导管和差压变送器三部分组成，其基本结构如图5‑3(a)所示。通常在流量检测系统中增加一个非线性补偿环节—开方器，如图5‑3(b)所示。图5‑3差压流量传感器的结构框图5.3电磁流量传感器5.3.1电磁流量传感器的工作原理电磁流量传感器的工作原理如图5-4所示。在一段不导磁、不导电的管道外面安装一对磁极，当有一定电导率的流体在管道中流动时，由法拉第电磁感应定律知，在流动介质的两端就会产生感应电动势。该感应

7、电动势E的大小为式中，B为磁感应强度；D为管道内径；υ为流体的平均流速。(5-14)图5‑4电磁流量传感器的工作原理体积流量qv为将式(5-14)代入式(5-15)得(5-16)(5-15)式中，Κ=πD/(4B)。显然，当磁感应强度B及管道内径D固定不变时，Κ为常数。式(5‑16)说明体积流量qv与两电极间的感应电动势E呈线性关系，若能测量出感应电动势E就能算出被测流体的体积流量qv。这就是它测量流量的原理。5.3.2电磁流量传感器的种类电磁流量传感器按它的励磁方式可分为直流励磁、交流正弦波励

8、磁和低频方波励磁三种。直流励磁的优点是受交流磁场干扰小，缺点是在电极上产生的直流电势引起管内被测液体的电解，产生极化现象，破坏了原来的测量条件。交流正弦波励磁一般采用工频(50Hz)交流电来产生，它的优点是能消除极化现象，输出是交流信号，放大和转换比较容易，但也会带来一系列的干扰，如90°干扰、同相干扰等。低频方波励磁交流干扰影响小，又能克服极化现象，是一种比较好的励磁方式。注：电磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量。但不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量。5.4涡轮流量传感器图5‑5涡轮流量