傳感器與檢測(cè)技術(shù)第4章流量傳感器

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1、第4章 流量檢測(cè)技術(shù),,4.1 概述 4.2 差壓式流量計(jì) 4.3 容積式流量計(jì) 4.4 速度式流量計(jì) 4.5 質(zhì)量式流量計(jì) 4.6 流量計(jì)的選用,內(nèi)容提要,本章介紹了流量的基本概念，流量的檢測(cè)方法，常用流量計(jì)的分類、性能和主要參數(shù)； 重點(diǎn)講述了壓差式流量計(jì)、容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)的檢測(cè)原理、主要特點(diǎn)及適用范圍等；對(duì)壓差式流量計(jì)的安裝使用與容積式流量計(jì)的安裝使用也作了一定的闡述， 最后介紹了選用流量計(jì)應(yīng)考慮的因素以及選型步驟。 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求掌握針對(duì)不同被測(cè)介質(zhì)而選用對(duì)應(yīng)流量計(jì)的方法和流量計(jì)的安裝使用。,4.1 概述,4.1.1 流量檢測(cè)基礎(chǔ) 流量，是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某截面流體的體

2、積（稱為體積流量）或質(zhì)量（稱為質(zhì)量流量），在一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體量就是流體總量，即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積累。 測(cè)量流量的計(jì)量器具稱為流量計(jì)，通常由一次裝置和二次儀表組成。,,一次裝置安裝于流體導(dǎo)管內(nèi)部或外部，根據(jù)流體與一次裝置相互作用的物理定律，產(chǎn)生一個(gè)與流量有確定關(guān)系的信號(hào)。一次裝置又稱為流量傳感器。 二次儀表接受一次裝置的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成流量輸出信號(hào)或顯示信號(hào)。 由于用于流量測(cè)量的一次裝置與二次儀表通常配套使用，所以將傳感器與二次儀表通稱為流量計(jì)。,流量計(jì)的分類,分為: 瞬時(shí)流量計(jì) 累積式流量計(jì),流量的計(jì)量單位,體積流量的計(jì)量單位為米3/秒（m3/s）； 質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克/秒（kg/s）

3、； 累積體積流量的計(jì)量單位為米3（m3）； 累積質(zhì)量流量的計(jì)量單位為千克（kg）。 除這些計(jì)量單位外，工程上還使用米3/時(shí)（m3/h）、升/分（L/min）、噸/小時(shí)（t/h）、升（L）、噸（t）等作為流量計(jì)量單位。,4.1.2 流量的檢測(cè)方法,按測(cè)量對(duì)象劃分:封閉管道用和明渠用兩大類。 按測(cè)量目的分:總量測(cè)量和流量測(cè)量 其儀表分別稱作總量表和流量表。 按測(cè)量原理分:力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。,,4.1.3 流量計(jì)的分類,表4-1 常用流量計(jì)分類及性能,,,,,,,,,,,,,,,,,4.1.4 流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù),1. 流量范圍 指流量計(jì)可測(cè)的最大流量與最小

4、流量的范圍。 2. 量程和量程比 流量范圍內(nèi)最大流量與最小流量值之差稱為流量計(jì)的量程。 最大流量與最小流量的比值稱為量程比。 3. 允許誤差和精度等級(jí) 流量計(jì)在規(guī)定的正常工作條件下允許的最大誤差，稱為該流量計(jì)的允許誤差。 4. 壓力損失 通常用流量計(jì)的進(jìn)、出口之間的靜壓差來(lái)表示。,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.2 差壓式流量計(jì),4.2.1 節(jié)流式流量計(jì) 4.2.2 靶式流量計(jì) 4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 4.2.4 差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求 4.2.5 差壓式流量計(jì)的使用,4.2.1 節(jié)流式流量計(jì),節(jié)流式流量計(jì)：是在管道中安裝某種節(jié)流元件，當(dāng)流體流過(guò)節(jié)流元件時(shí)，產(chǎn)生壓力差，通過(guò)測(cè)

5、量壓力差，就可實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。 節(jié)流式流量傳感器主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變壓器）和顯示儀表。,,節(jié)流裝置是流量敏感檢測(cè)元件，是安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件，其直徑比管徑小。如孔板、噴嘴、文丘利管。 節(jié)流裝置的作用：把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)； 壓差計(jì)的作用:對(duì)壓差進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值； 差壓變送器的作用:能把差壓信號(hào)傳換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、記錄或控制。,,,1. 測(cè)量原理,節(jié)流式流量計(jì)的工作原理示意如圖4-1所示。,,圖4-1 節(jié)流流量計(jì)工作原理示意圖,,靜壓：流體分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力； 動(dòng)壓：流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力，只要管道內(nèi)流體流動(dòng)就具有

6、一定的動(dòng)壓； 全壓=靜壓+動(dòng)壓,孔板前后流體的速度與壓力的分布圖,,靜壓差的大小p與流過(guò)管道的流體體積流量QV之間的關(guān)系為 （4-1） 式中，為實(shí)驗(yàn)方法所確定的流量系數(shù)； 為流體膨脹校正系數(shù)（可壓縮流體1，不可壓縮流體1）； S0為節(jié)流裝置收縮最厲害的截面面積（）； 為流體密度（kg/m3）。,,,2. 主要特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn):具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、工作可靠、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、價(jià)格便宜、使用方便； 缺點(diǎn)：易受流體密度的影響，管道中有壓力損失，只適用于對(duì)潔凈流體的測(cè)量。 3. 適用范圍 廣泛用于石油、化工、冶金、電力、輕紡等行業(yè)。適用于對(duì)液體、蒸汽、氣體的流量測(cè)量

7、。,節(jié)流式流量計(jì)外形如圖4-2所示。,,圖4-2 節(jié)流式流量計(jì)外形,4.2.2 靶式流量計(jì),,圖 靶式流量計(jì),1. 測(cè)量原理,（4-2） 式中：QV為體積流量（m3/s）；為直徑比，d/D； D為測(cè)量管內(nèi)徑（m）；d為靶直徑（m）； 為流體密度（g/m3）； F為靶受到的力（N）； 為流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。,,,2. 主要特點(diǎn) 靶式流量計(jì)與節(jié)流式相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要安裝引壓管和其他輔助管件，安裝維護(hù)方便和不易堵塞等特點(diǎn)；壓力損失一般低于節(jié)流式流量計(jì)，約為孔板壓力損失的一半。 3. 適用范圍 靶式流量計(jì)可用于測(cè)量液體、氣體和蒸汽的流量，尤其可用于測(cè)量高粘度的液體。 例如用于重油、

8、瀝青、含固體顆粒的漿液及腐蝕性介質(zhì)的流量測(cè)量。,4.2.3 轉(zhuǎn)子流量計(jì),,圖4-5 轉(zhuǎn)子流量傳感器測(cè)流量原理圖,1. 工作原理,轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的位置（高度）與被測(cè)流體的體積流量有關(guān)，他們的關(guān)系可用下式表示 （4-3） 式中，為轉(zhuǎn)子對(duì)流體的阻力系數(shù)； df為轉(zhuǎn)子的最大直徑（m）； H為轉(zhuǎn)子高度（m）；為錐形管的錐角（rad）；g為重力加速度；pf為轉(zhuǎn)子的密度（kg/m3）；為流體的密度（kg/m3）；Sf為轉(zhuǎn)子最大的橫截面積（）。,,,2. 主要特點(diǎn) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)按錐形管制造材料的不同有玻璃管和金屬管兩大類. 3. 適用范圍 轉(zhuǎn)子流量計(jì)適合測(cè)量較小的流量，如可測(cè)量氣體或液體的

9、流量（粘度大的液體除外），比較適合于實(shí)驗(yàn)室或儀器裝置中的流量指示和監(jiān)視。,,圖4-6 轉(zhuǎn)子流量計(jì)外形,4.2.4 差壓式流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的安裝要求, 安裝時(shí)，必須保證節(jié)流件的開(kāi)孔和管道同心，節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。在節(jié)流件的上下游，必須配有一定長(zhǎng)度的直管段。 導(dǎo)壓管盡量按最短距離敷設(shè)在350m之內(nèi)。為了不致在此管路中積聚氣體和水分，導(dǎo)壓管應(yīng)垂直安裝。水平安裝時(shí)，其傾斜率不應(yīng)小于1:10，導(dǎo)壓管為直徑1012mm的銅、鋁或鋼管。,, 測(cè)量液體流量時(shí)，應(yīng)將差壓計(jì)安裝在低于節(jié)流裝置處。若一定要裝在上方時(shí)，應(yīng)在連接管路的最高點(diǎn)處安裝帶閥門(mén)的集氣器，在最低點(diǎn)處安裝帶閥門(mén)的沉降器，以便排出導(dǎo)壓管內(nèi)

10、的氣體和沉積物，如圖4-7所示。,,圖4-7 測(cè)量液體時(shí)差壓計(jì)安裝 1節(jié)流裝置；2沉降器；3集氣器,, 測(cè)量氣體流量，最好將差壓計(jì)裝在高于節(jié)流裝置處。如一定要安裝在下面，在連接導(dǎo)管的最低處安裝沉降器，以便排除冷凝液及污物，如圖4-8所示。,,圖4-8 測(cè)量氣體時(shí)差壓計(jì)安裝 1差壓計(jì)；2沉降器,, 測(cè)量粘性的、腐蝕性的或易燃的液體流量時(shí)，應(yīng)安裝隔離器，如圖4-9所示。隔離器的用途是保護(hù)差壓計(jì)不受被測(cè)流體的腐蝕和沾污，隔離器是兩個(gè)相同的金屬容器，容器內(nèi)充滿化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并與被測(cè)流體不相互作用和溶融的液體，差壓計(jì)同時(shí)充滿隔離液。,,圖4-9 測(cè)量腐蝕性液體時(shí)儀表安裝,1差壓計(jì)；2節(jié)流裝置；3沖洗閥；4

11、導(dǎo)壓管；5隔離器；6沉降器；7排水閥；8平衡閥,, 測(cè)量蒸汽流量時(shí)，差壓計(jì)和節(jié)流裝置之間的相對(duì)配置和測(cè)量液體流量相同。為保證導(dǎo)壓管中的冷凝水處于同一水平面上，在靠近節(jié)流裝置處安裝冷凝器。冷凝器是為了使差壓計(jì)不受700C以上高溫流體的影響，并能使蒸汽的冷凝液處于同一水平面上，以保證測(cè)量精度。如圖4-10所示。,,圖4-10 測(cè)量蒸汽流量時(shí)安裝 1冷凝器；2沉降器；3差壓計(jì),4.2.5 差壓式流量計(jì)的使用,1. 測(cè)量液體流量 2. 測(cè)量氣體流量 3. 測(cè)量蒸汽,,4.3 容積式流量計(jì),4.3.1 橢圓齒輪流量計(jì) 4.3.2 腰輪流量計(jì) 4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì) 4.3.4 刮板式流量計(jì) 4.3

12、.5 容積式流量計(jì)的安裝與使用,,原理：利用機(jī)械測(cè)量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分，根據(jù)測(cè)量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體體積總量。 優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量精度高，被測(cè)流體粘度影響小，不要求前后有直管段等。,4.3.1 橢圓齒輪流量計(jì),計(jì)量齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu),,圖4-11 橢圓齒輪流量計(jì)示意圖,4.3.2 腰輪流量計(jì),各測(cè)量元件不接觸運(yùn)行磨損小,,圖4-12 腰輪流量計(jì)原理示意圖,,,圖4-13 腰輪流量計(jì)外形,腰輪流量計(jì)的型號(hào)表示,,腰輪流量計(jì)管道安裝形式,,4.3.3 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì),活塞的轉(zhuǎn)數(shù),,圖4-14 旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)原理圖,4.3.4 刮板式流量計(jì),,圖

13、4-15 凸輪式刮板流量計(jì)原理圖,4.3.5 容積式流量計(jì)的安裝與使用,安裝時(shí)要注意被測(cè)流體的流動(dòng)方向應(yīng)與流量計(jì)外殼上的流向標(biāo)志一致。 容積式流量計(jì)只能測(cè)量單相潔凈的流體，安裝前必須先清洗上游管線，在流量計(jì)上游要安裝過(guò)濾器，以免雜質(zhì)進(jìn)入流量計(jì)內(nèi)，卡死或損壞測(cè)量元件；當(dāng)測(cè)量含氣液體或易氣化的液體時(shí)，還應(yīng)考慮加裝消氣器；調(diào)節(jié)流量的閥門(mén)應(yīng)位于流量計(jì)下游，為維護(hù)方便需設(shè)置旁通管路。 容積式流量計(jì)在使用過(guò)程中被測(cè)流體應(yīng)充滿管道，并工作在規(guī)定的流量范圍內(nèi)；當(dāng)粘度、溫度等參數(shù)超過(guò)規(guī)定范圍時(shí)應(yīng)對(duì)流量值進(jìn)行修正；流量計(jì)需定期清洗和檢定。,,4.4 速度式流量計(jì),4.4.1 渦輪流量計(jì) 4.4.2 葉輪式流量計(jì)

14、4.4.3 渦街流量計(jì) 4.4.4 電磁流量計(jì) 4.4.5 超聲波流量計(jì),速度式流量計(jì)的工作原理,原理：利用測(cè)量管道內(nèi)流體的速度來(lái)測(cè)量流量。 若測(cè)得管道截面上的平均速度，則流體的體積流量=平均流速管道截面積 體積流量：當(dāng)流體以體積表示時(shí)稱為體積流量。 質(zhì)量流量：當(dāng)流體以質(zhì)量表示時(shí)稱為質(zhì)量流量。,4.4.1 渦輪流量計(jì),1. 工作原理 基于流體動(dòng)量矩守恒原理工作 流量渦輪磁電轉(zhuǎn)換裝置前置放大顯示儀表,將渦輪轉(zhuǎn)速電脈沖信號(hào),轉(zhuǎn)速,脈沖,,,圖4-16 渦輪流量計(jì) 1導(dǎo)流器；2殼體；3支承；4渦輪；5磁電轉(zhuǎn)換器,渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu),渦輪流量計(jì)主要由殼體、導(dǎo)流器、支承、渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器組成。 渦輪是測(cè)量

15、元件，由導(dǎo)磁性較好的不繡鋼制成，根據(jù)流量計(jì)直徑的不同，其上裝有28片螺旋形葉片，裝在摩擦力很小的軸承上； 導(dǎo)流器由導(dǎo)向片及導(dǎo)向座組成，用以導(dǎo)直流體； 磁電轉(zhuǎn)換裝置由線圈和磁鋼組成，安裝在流量計(jì)殼體上。,2. 主要特點(diǎn),渦輪流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)： 具有測(cè)量精度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好、量程范圍寬、耐高壓、對(duì)流量變化反應(yīng)迅速等特點(diǎn)，輸出為脈沖信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳。 缺點(diǎn)：是制造困難、成本高。 由于渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易損，降低了長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響使用壽命。,3. 適用范圍,渦輪流量計(jì)可用于測(cè)量氣體、液體流量。 注意事項(xiàng)：被測(cè)介質(zhì)潔靜，不適用于對(duì)粘度大的液體測(cè)量，主要用于精度要求高、流量變

16、化快的場(chǎng)合，還用作標(biāo)定其他流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)儀表。 渦輪流量計(jì)應(yīng)水平安裝，并保證其前后有一定的直管段。 要求被測(cè)流體粘度低，腐蝕性小，不含雜質(zhì)，以減小軸承磨損，一般應(yīng)在流量計(jì)前加裝過(guò)濾裝置。 如果被測(cè)液體易氣化或含有氣體時(shí)，要在流量計(jì)前裝消氣器。 液體介質(zhì)密度和粘度的變化對(duì)流量示值有影響，必要時(shí)應(yīng)做修正。,4.4.2 葉輪式流量計(jì),（a）原理圖 （b）IC卡水表 圖4-17 葉輪式流量計(jì),,4.4.3 渦街流量計(jì),1. 測(cè)量原理 漩渦發(fā)生體：在均勻流動(dòng)的流體中，垂直地插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體。 形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、T形柱等。 卡門(mén)渦街：在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交

17、替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動(dòng)，在下游形成兩列不對(duì)稱的漩渦列，稱之為“卡門(mén)渦街”，如圖4-18所示。,,當(dāng)漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后，可以通過(guò)測(cè)量漩渦產(chǎn)生頻率來(lái)測(cè)量流體的流量。,,圖4-18 圓柱漩渦發(fā)生器,,,,圖4-19 三角柱渦街檢測(cè)器,2. 主要特點(diǎn),渦街流量計(jì)在管道內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，壓力損失小，水平或垂直安裝均可，安裝與維護(hù)比較方便； 測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)（溫度、壓力、密度、粘度）變化的影響，用水或空氣標(biāo)定后的流量計(jì)無(wú)須校正即可用于其他介質(zhì)的測(cè)量；其輸出是與體積流量成比例的脈沖信號(hào)，易與數(shù)字儀表或計(jì)算機(jī)相連接。,3. 適用范圍,渦街流量計(jì)實(shí)際是通過(guò)測(cè)量流速測(cè)流量的，流體流速分

18、布情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度 因此適用于紊流流速分布變化小的情況，并要求流量計(jì)前后有足夠長(zhǎng)的直管段。,,,圖4-20 渦街流量計(jì)外形,4.4.4 電磁流量計(jì),1. 測(cè)量原理 它是基于電磁感應(yīng)原理制成的一種傳感器,,圖4-21 電磁流量計(jì)原理圖,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為管道內(nèi)徑；u為流體平均流速。,,被測(cè)導(dǎo)電流體切割磁力線時(shí),電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E,即E u,,,,2. 主要特點(diǎn),電磁流量計(jì)的測(cè)量導(dǎo)管中無(wú)阻力件，壓力損失極小，且不受被測(cè)介質(zhì)的物理性質(zhì)（如溫度、壓力、粘度）的影響；此外電磁流量計(jì)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高。 電磁流量計(jì)的安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動(dòng)和交直流強(qiáng)磁場(chǎng)，要選擇在任何時(shí)候測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)都能充滿

19、液體。在垂直安裝時(shí)，流體要自下而上流過(guò)儀表，水平安裝時(shí)兩個(gè)電極要在同一平面上。 電磁流量計(jì)的選擇要根據(jù)被測(cè)流體情況確定合適的內(nèi)襯和電極材料。其測(cè)量準(zhǔn)確度受導(dǎo)管的內(nèi)壁，特別是電極附近結(jié)垢的影響，使用中應(yīng)注意維護(hù)清洗。,3. 適用范圍,適用于含有顆粒、懸浮物、腐蝕性介質(zhì)、脈動(dòng)流量等流體的流量。 被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電的液體，不能用于氣體、蒸汽及石油制品的流量測(cè)量。,圖4-22 電磁流量計(jì)外形,4.4.5 超聲波流量計(jì),1. 超聲波檢測(cè)的物理基礎(chǔ) 1）聲波：其頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波 次聲波：低于16 Hz的機(jī)械波 超聲波：高于2104 Hz的機(jī)械波 微波：頻率在3108310

20、11 Hz之間的波,,,聲波的頻率界限圖,2) 特點(diǎn),超聲波的特點(diǎn)：頻率高、衍射不嚴(yán)重、定向傳播好、聲強(qiáng)比一般聲波強(qiáng)、傳播中衰減小、穿透本領(lǐng)大等特點(diǎn)。 且碰到雜質(zhì)或媒質(zhì)的反界面產(chǎn)生反射顯著，而發(fā)射和接收又較容易。 在超聲波檢測(cè)技術(shù)中主要利用它的反射、折射、衰減等物理性質(zhì)。,2.超聲波傳感器的工作原理,壓電式超聲波傳感器 磁致伸縮式超聲波傳感器,,,,1)壓電式超聲波傳感器,利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來(lái)工作的。 逆壓電效應(yīng)：在晶體切片的兩對(duì)面上加交變電場(chǎng)（或電壓），晶體切片就產(chǎn)生伸長(zhǎng)與縮短的現(xiàn)象。 發(fā)生器:利用逆壓電效應(yīng)的原理 接收器:利用正壓電效應(yīng)原理,石英晶體 壓電陶瓷,,電能,機(jī)械能,,,

21、正壓電效應(yīng),逆壓電效應(yīng),2)磁致伸縮式超聲波傳感器,利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)原理工作的 發(fā)生器 磁致伸縮效應(yīng)：是指鐵磁體在被外磁場(chǎng)磁化時(shí)，其體積和長(zhǎng)度將發(fā)生變化的現(xiàn)象。 接受器 壓磁效應(yīng)：鐵磁材料受到機(jī)械力的作用，它的內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變，導(dǎo)致導(dǎo)磁率發(fā)生變化，產(chǎn)生壓磁效應(yīng)。,,鎳、鐵鈷釩合金、含鋅鎳的鐵氧體,超聲波傳感器的應(yīng)用,當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。 透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等。 超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。,超聲波傳感器應(yīng)用舉例,,,,,,質(zhì)量檢查,緊固件的安裝錯(cuò)誤

22、檢測(cè),,,,疊放高度測(cè)量,,,物件放置錯(cuò)誤檢測(cè),,,透明塑料張力控制,,,機(jī)械手定位,,,紙卷直徑檢測(cè),,,平整度測(cè)量,(1)超聲波流量傳感器原理,(測(cè)量流量原理分類) 時(shí)差法測(cè)流量 相位差法測(cè)流量 頻率差法測(cè)流量,,傳播速度法,,,圖4-23 超聲測(cè)速原理,時(shí)差法,當(dāng)R1按順流方向、R2按逆流方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波到達(dá)接收器T1和T2所需的時(shí)間t1和t2與流速之間的關(guān)系為 （4-5） 由于流體的流速相對(duì)聲速而言很小，即c u，因此時(shí)差 （4-6） 而流體流速 （4-7）,,,相差法,設(shè)超聲波換能器向流體連續(xù)發(fā)射形式為s(t)=Asin(t+0

23、)的超聲波脈沖，式中為超聲波的角頻率。 按順流和逆流方向收到的信號(hào)相位分別為 1t1+0 2 t2+0 （4-8） 則順流和逆流接收的信號(hào)之間有相位差 21t2ft （4-9） 式中，f為超聲波振蕩頻率 則流體的流速 （4-10）,頻差法,頻差法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的循環(huán)頻率之差來(lái)測(cè)量流量的。 順流時(shí)脈沖循環(huán)頻率和逆流時(shí)脈沖循環(huán)頻率分別為 （4-11） 順流和逆流時(shí)的聲脈沖循環(huán)頻差為 （4-12） 所以流體流速 （4-13）,,同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用,（參考北京菲波儀表有限公司資料）,

24、,2）主要特點(diǎn) 超聲波流量計(jì)可以從管道外部進(jìn)行測(cè)量； 測(cè)量結(jié)果不受被測(cè)流體的粘度、導(dǎo)電率的影響； 其輸出信號(hào)與被測(cè)流體的流量成線性關(guān)系。 3）適用范圍 可測(cè)各種液體和氣體的流量,,超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用,(2)超聲波多普勒測(cè)量車速,,超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速,風(fēng),,風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小,(3)超聲波測(cè)距,空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。,,,,,,,,,,,,(4)超聲波測(cè)厚,石料測(cè)厚,超聲波的衰減,聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。 其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律滿足以下函數(shù)關(guān)系：,,,式中:,,、,, 聲波在距聲源x處的聲壓和

25、聲強(qiáng)；,,、,, 聲波在聲源處的聲壓和聲強(qiáng)；,,, 聲波與聲源間的距離；, 衰減系數(shù)。,手持式超聲波測(cè)厚儀,某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo),顯示方法128*32 LCD 點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位 測(cè)量范圍：0.8200mm 示值精度：0.1mm 聲速范圍：1000 9999m/s 測(cè)量周期：2次/秒 自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：90秒 電源：二節(jié)七號(hào)（AAA）電池，可連續(xù)工作不少于72小時(shí) 使用溫度：-10C 40C 存儲(chǔ)溫度：-20C 70C 外形尺寸：108x61x25mm 重量：230g （含電池）,超聲波手持式測(cè)厚,混凝土測(cè)厚,木材測(cè)厚,小提琴 木料測(cè)厚,雙晶超聲波測(cè)厚探頭,,雙晶超聲波測(cè)厚探頭

26、（續(xù)）,,(5)超聲波測(cè)量液位和物位原理,在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。,超聲波液位計(jì)原理,1液面 2直管 3空氣超聲探頭 4反射小板 5電子開(kāi)關(guān),超聲波測(cè)量液位和物位,喇叭形 超聲發(fā)生器,,,(6)超聲防盜報(bào)警器,圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移f。,4.5 質(zhì)量流量計(jì),4.5.1 間接式質(zhì)量流量計(jì) 4.5.2 直接式質(zhì)量流量計(jì),4.5.1 間接式質(zhì)量流量計(jì),1. 節(jié)流式流量計(jì)與

27、密度計(jì)的組合 （4-14） 節(jié)流式流量計(jì)的差壓信號(hào)p正比于qv2,,圖4-25 節(jié)流式流量計(jì)與密度計(jì)結(jié)合,2. 體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合,qm=qv （4-15）,,圖4-26 體積流量計(jì)與密度計(jì)結(jié)合,3. 體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合,（4-16）,,圖4-27 體積流量計(jì)與體積流量計(jì)結(jié)合,4.5.2 直接式質(zhì)量流量計(jì),1. 熱式質(zhì)量流量計(jì) 利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，熱能隨流體一起流動(dòng)，通過(guò)測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量（溫度）變化來(lái)反映出流體的質(zhì)量流量。,,,,圖4-28 熱式質(zhì)量流量計(jì),,設(shè)cp為流體的定壓比熱，T為測(cè)得的兩點(diǎn)溫度差，根據(jù)傳熱規(guī)律，對(duì)流體

28、加熱功率P與兩點(diǎn)間溫差的關(guān)系可表示為 P qmcpT （4-17） （4-18） 設(shè)cp為流體的定壓比熱，T為測(cè)得的兩點(diǎn)溫度差，,2. 差壓式質(zhì)量流量計(jì),利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。 pAp2p1K(qvq) pBp2p3K(qvq) （4-19） 孔板A、B前后的壓差pp1p3與流體質(zhì)量流量qm= qv成正比，測(cè)出壓差p便可求出流體質(zhì)量流量。,,,4.6 流量計(jì)的選用,4.6.1 選用流量計(jì)應(yīng)考慮的因素 4.6.2 流量計(jì)選型的步驟,4.6.1 選用流量計(jì)應(yīng)考慮的因素,選用流量計(jì)一般應(yīng)從性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素五個(gè)方面進(jìn)行

29、選型。 1. 性能方面 流量計(jì)的性能主要有：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特性、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等。 2. 流體特性方面 流體特性方面主要考慮的有溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等。,3. 安裝條件方面 不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大。 4. 環(huán)境條件方面 環(huán)境條件方面主要考慮的因素有環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等。 5. 經(jīng)濟(jì)因素方面 經(jīng)濟(jì)方面只考慮流量計(jì)購(gòu)置費(fèi)是不全面的，還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用，如附件購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。,,4.6.2 流量計(jì)選型的步驟,,圖4-31 流量計(jì)選型流程,,思考題與習(xí)題,流量計(jì)主要有哪幾類？各有什么特點(diǎn)？ 簡(jiǎn)述差壓式流量計(jì)的基本構(gòu)成及使用特點(diǎn)。 簡(jiǎn)述容積式流量計(jì)的工作原理及橢圓齒輪流量計(jì)的基本結(jié)構(gòu)。 簡(jiǎn)述電磁流量計(jì)的工作原理及使用特點(diǎn)。 簡(jiǎn)述質(zhì)量流量計(jì)的基本組合形式及各自的工作原理。,