1、传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程2008年3月1第第13讲流量检测讲流量检测Flow transducer/sensor 2传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程基本概念基本概念 流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的流量就是在单位时间内流体通过一定截面积的量。量。这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量这个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量 Qv，简称体积流量；，简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量用流量的质量来表示称为瞬时质量流量 Qm，简称质量流量。简称质量流量。0limvtdVVQdtt 0limmvtdmmQQdtt 0tvVQ t0tmmQ t3传感器与检
2、测技术教程传感器与检测技术教程n对在一定通道内流动的流体的流量进行测量统称为流量检测。n流量测量的流体是多样化的，如测量对象有气体、液体、混合流体；流体的温度、压力、流量均有较大的差异，要求的测量准确度也各不相同。n因此，流量测量的任务就是根据测量目的，被测流体的种类、流动状态、测量场所等测量条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量量值的正确传递。4传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程流量计类型流量计类型 n测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表流量计是工业测量中重要的仪表之一。n为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。从不同的角度出发，流量计有不
3、同的分类方法。n常用的分类方法有两种：n一、按流量计采用的测量原理进行归纳分类n二、按流量计的结构原理进行分类5传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程一、按测量原理分类一、按测量原理分类(1)力学原理：l利用伯努利定理的差压式、转子式；l利用动量定理的冲量式、可动管式；l利用牛顿第二定律的直接质量式；l利用流体动量原理的靶式；l利用角动量定理的涡轮式；l利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；l利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。6传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程(2)电学原理：l 电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等(3)声学原理：l 超声波式、声学式(冲击波式)等(4
4、)热学原理：l 有热量式、直接量热式、间接量热式(5)光学原理：l 激光式、光电式(6)原于物理原理：l 核磁共振式、核幅射式(7)其它原理：l 有标记原理(示踪原理、核磁共振原理)、相关原理等7传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程二、按流量计结构原理分类二、按流量计结构原理分类n1容积式流量计n2叶轮式流量计n3差压式流量计(变压降式流量计)n4变面积式流量计(等压降式流量计)n5动量式流量计n6冲量式流量计n7电磁流量计n8超声波流量计n9流体振荡式流量计n10质量流量计8传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程主要内容主要内容n5.1流量的检测方法n5.2差压式流量计n5.3容积式流
5、量计n5.4速度式流量计n5.5振动式流量计n5.6电磁流量计n5.7超声流量计n5.8质量流量的测量9传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程弯管流量计弯管流量计 n当流体通过弯管传感器时，由于流体受到传感器的束缚，迫使流体按照弯管的曲率在管道中作类似的圆周运动，流体产生的离心力使传感器的内外侧壁产生压力差nP（P1-P2）。n弯管流量计按安装方式可分为L型、S型；按管形状可分为圆管型弯管流量计、方管型弯管流量计。n弯管流量计特点：适用的测量范围广，重现性和测量精度高，无附加压力损失，耐磨性能好、使用寿命长，对直管段要求不高（满足前5D后2D）；可采用直接焊接式安装，减轻了现场维护工作量，运
6、行费用低，可实现温压在线补偿。10传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程11传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.1流量的检测方法流量的检测方法n5.1.1节流差压法n5.1.2容积法n5.1.3速度法n5.1.4流体阻力法n5.1.5流体振动法n5.1.6质量流量测量12传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.2差压式流量计差压式流量计n5.2.1节流装置的工作原理n5.2.2流量方程n5.2.3流量系数的确定n5.2.4标准节流装置n5.2.5取压方式n5.2.6差压计n5.2.7标准节流装置的安装要求n5.2.8差压式流量计的使用13传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n
7、是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸气流量的最常用的一种流量仪表。n据调查统计，在炼钢厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有(7080)左右是节流式流量计。在整个工业生产领域中，节流式流量计也占流量仪表总数的一半以上。概述概述14传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程节流式流量计广泛应用的主因为：节流式流量计广泛应用的主因为：n结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定准确度。能满足工程测量的需要n有很长的使用历史，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。只要按标准设计加工的节流式流量计，不需要进行实际标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量。15传感器与检测技术教程传感器
8、与检测技术教程5.2.1节流装置的工作原理节流装置的工作原理12ppp 孔板孔板节流现象节流现象12pppQ 16传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图所示，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。n这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。n压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。17传感器与
9、检测技术教程传感器与检测技术教程11pp18传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n两点结论：l1.流束收缩：流体静压 p1 升高l2.静压差 p 的产生：流量愈大，节流装置两端的压差p也愈大。19传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.2.2流量方程流量方程流量方程式以伯努利方程和流体的连续方程为依流量方程式以伯努利方程和流体的连续方程为依据。据。对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化而引入流束膨胀系数的变化而引入流束膨胀系数 进行修正采用节流件前进行修正采用节流件前的流体密度的流体密度 ，由此流量公式可更表示为：，由此流量公式可更表示为
10、：224vQDp224mQDp20传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 任取一管段，设截面、截面处的面积、流体密度和截面上流体的平均流速分别为 A1、和 A2、。22v连续性方程示意图11v1 11222v Av A(1)连续性方程121122v Av A理想流体21传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 当理想流体在重力作用下在管内定常流动时，对于管道中任意两个截面和有如下关系式（伯努利方程）：221122121222pvpvgZgZ21,ZZ21,pp12,v vg:重力加速度；重力加速度；:截面截面和和相对基准线的高度；相对基准线的高度；:截面截面和和上流体的静压力；上流体的静压力
11、；:截面截面和和上流体的平均流速。上流体的平均流速。(2)伯努利方程 Bernoulli Equation伯努利方程示意图压力能动能重力势能22传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程22112212221 12 22244pvpvvDvd212412()1()vppdD22012422012412()41()12()41()vmQv FdppdDQvFdppdD23传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程411()dD令：令：22201222201222()442()244vmQv FdppdpQvFdppdp对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的变化对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体
12、密度的变化而引入流束膨胀系数而引入流束膨胀系数 进行修正采用节流件前的流体进行修正采用节流件前的流体密度密度 ，由此流量公式可更一般的表示为：，由此流量公式可更一般的表示为：224vQDp224mQDp24传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.2.4标准节流装置标准节流装置n1标准节流装置的适用条件 流体必须是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的、单相的，或者可认为是单相的流体。流体必须充满管道和节流装置且连续流动，流经节流件前流动应达到充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转，流经节流件时不发生相变。流动是稳定的或随时间缓变的。25传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程标准孔板标准孔板标
13、准孔板是一块具有与管道标准孔板是一块具有与管道同心圆形开孔的圆板，迎流一侧同心圆形开孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角入口边缘的圆筒形是有锐利直角入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口呈扩散的锥形。孔，顺流的出口呈扩散的锥形。优点优点：结构简单，加工方便，：结构简单，加工方便，价格便宜。价格便宜。缺点缺点：压力损失较大，测量：压力损失较大，测量精度较低，只适用于洁净流体介精度较低，只适用于洁净流体介质，测量大管径高温高压介质时，质，测量大管径高温高压介质时，孔板易变形。孔板易变形。标准孔板 1标准节流元件的结构形式标准节流元件的结构形式26传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程标准孔板 法兰取压标准孔板
14、 焊接式孔板 节流装置节流装置-孔板孔板27传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程28传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程环室取压标准孔板径距取压标准孔板双重孔板圆缺孔板孔板类结构示意图孔板类结构示意图29传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 标准喷嘴是一种以管道轴线为中心线的旋转对称体，主要由入口圆弧收缩部分与出口圆筒形喉部组成，有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种型式。ISA1932喷嘴标准喷嘴标准喷嘴30传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程31传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程喷嘴类结构示意图喷嘴类结构示意图长径喷嘴ISA1932喷嘴文丘利喷嘴 1/4圆喷嘴32传感器与
15、检测技术教程传感器与检测技术教程文丘利管文丘利管 Venturi tube文丘里管有两种标准型式：文丘里管有两种标准型式：经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失经典文丘里管与文丘里喷嘴。文丘里管压力损失最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，最低，有较高的测量精度，对流体中的悬浮物不敏感，可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量可用于污脏流体介质的流量测量，在大管径流量测量方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本方面应用的较多。但尺寸大、笨重，加工困难，成本高，一般用在有特殊要求的场合。高，一般用在有特殊要求的场合。33传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程34传感器
16、与检测技术教程传感器与检测技术教程35传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程文丘利管结构图文丘利管结构图文丘利喷嘴文丘利喷嘴经典文丘利管经典文丘利管36传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程37传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n节流装置的标准节流装置的标准n国际标准国际标准 ISO 5167n国家标准国家标准 GB 2624n使用标准节流装置，流体的性质和状态必须满足使用标准节流装置，流体的性质和状态必须满足下列条件：下列条件：必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、必须是牛顿流体，即在物理上
17、和热力学上是均匀的、单相的。单相的。流经节流件时不发生相交流经节流件时不发生相交流量不随时间变化或变化非常缓慢流量不随时间变化或变化非常缓慢在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋在流经节流件以前，流束是平行于管道轴线的无旋流。流。38传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.2.5取压方式取压方式n根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压五种:节流装置的取压方式节流装置的取压方式39传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程目前广泛采用的是目前广泛采用的是角接取压法角接取压法，其次是，其次是法兰取法兰取压法压法。角接取压法比较简便，容易实现环
18、室取压，。角接取压法比较简便，容易实现环室取压，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，测量精度较高。法兰取压法结构较简单，容易装配，计算也方便，但精度较角接取压法低些。计算也方便，但精度较角接取压法低些。角接取压装置角接取压装置 法兰取压装置法兰取压装置 40传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 5.3容积式流量计容积式流量计n容积式流量测量是采用固定的小容积来反复计量通过流量计的流体体积n所以，在容积式流量计内部必须具有构成一个标准体积的空间，通常称其为容积式流量计的“计量空间”或“计量室”n这个空间由仪表壳的内壁和流量计转动部件一起构成 41传感器与检测技术教程传感器与检测技术
19、教程n容积式流量计的工作原理为：n流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生一定的压力差流量计的转动部件(简称转子)在这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口排向出口在这个过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口n在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数就可以得到通过流量计的流体体积的累积值42传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.3.1椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计n这种流量计的壳体内装有两个转子，直接或间接地相互啮合，在流量计进口与出口之间的压差作用下产生转动。n通过齿轮的旋转，不断地将充满在齿轮与壳体之间的“计量空间计量空间”
20、中的流体排出。n通过测量齿轮转动次数，可得到通过流量计的流体量。43传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程44传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程242()VQnvn Rab可计算出排出的流体总量为可计算出排出的流体总量为 式中：式中：n齿轮的转动次数；齿轮的转动次数；a，b 椭圆齿轮的长半袖，短半铀；椭圆齿轮的长半袖，短半铀；椭圆齿轮的厚度。椭圆齿轮的厚度。45传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.3.2腰轮流量计腰轮流量计n腰轮流量计又称罗茨流量计，其工作原理与椭圆齿轮流量计相同。腰轮流量计的转子是一对不带齿的腰形轮，在转动过程依靠套在壳体外的与腰轮同轴上的啮合齿轮来完成驱动。
21、腰轮流量计46传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程47传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.3.3旋转活塞式流量计旋转活塞式流量计n旋转活塞位于固定的内外圈3，4之间，活塞的轴6靠着导辊5滚动，中间隔板1将计量空间分成两部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，当活塞依箭头方向运动时与隔板1成直线运动。n活塞在进出口流体压力差的作用下，始终与内外圆桶壁紧密接触旋转，交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出，通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量。48传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n优点：通流能力较大的。n缺点：工作过程会有一定的泄漏，所以准确度较低。49传感器与检测技术教程传感器与
22、检测技术教程50传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程51传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.3.4刮板式流量计刮板式流量计n转子在流量计进、出口差压作用下转动，每当相邻两刮板进入计量区时均伸出至壳体内壁且只随转子旋转而不滑动，形成具有固定容积的测量室，当离开计量区时，刮板缩入槽内，流体从出口排出，同时后一刮板又与其另一相邻刮板形成测量室。n转子旋转一周，排出4份固定体积的流体，由转子的转数就可以求得被测流体的流量。52传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程刮板式流量计原理图刮板式流量计原理图53传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.4速度式流量计速度式流量计n5.4.1叶轮
23、式流量计n5.4.2涡轮式流量计54传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.4.1叶轮式流量计叶轮式流量计n叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量的大小。n典型的叶轮式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以是机械传动输出式或电脉冲输出式。n一般机械式传动输出的水表准确度较低，误差约2，但结构简单，造价低，国内已批量生产，并标准化、通用化和系列化。n电脉冲信号输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差为0.20.5。55传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程叶轮式流量计叶轮式流量计56传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.4.2涡轮
24、式流量计涡轮式流量计n 在一定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正比，通过磁电转换装置将涡轮转速变成电脉冲信号，以推导出被测流体的瞬时流量和累积流量。涡轮流量计结构57传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程utgus涡轮叶片速度分解 u 流体平均流速；Rus 叶片的切向速度；Rutgn22sun 涡轮转速。与流量的关系曲线(2)流量方程流量方程 58传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n涡轮流量计的特点和使用l优点：其测量精度高，复现性和稳定性均好；量程范围宽，量程比可达(1020):1,刻度线性；耐高压，压力损失；对流量变化反应迅速，可测脉动流量；抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机
25、相连。l缺点：制造困难，成本高。l场合：通常涡轮流量计主要用于量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。59传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 5.5振动式流量计振动式流量计n5.5.1旋涡流量计n5.5.2旋进式旋涡流量计60传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程卡门涡街Re=10061传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.5.1旋涡流量计旋涡流量计n卡门涡街Karman Vortex Street l在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡。开始时，这两列线涡分别保持自身的运动前进，接着它们互相干
26、扰，互相吸引，而且干扰越来越大，形成非线性的所谓涡街。62传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程数值模拟得到的卡门涡街形成过程示意图数值模拟得到的卡门涡街形成过程示意图 n著名的美籍匈牙利力学家T.von卡门曾最先对出现在圆柱绕流尾流区的两组这种规则排列的线涡作了深入分析，后人便把它们称为卡门涡街。63传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程64传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程卡门涡街是卡门涡街是粘性不可压缩流体动力学粘性不可压缩流体动力学所所研究的一种现象。流体绕流高大烟囱、高层研究的一种现象。流体绕流高大烟囱、高层建筑、电线、油管道和建筑、电线、油管道和换热器换热器的管束时都会的
27、管束时都会产生卡门涡街。产生卡门涡街。rvfSd有如下关系式有如下关系式 式中式中v 旋涡发生体两侧平均流速，旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr 斯特劳哈尔数；斯特劳哈尔数；d 漩涡发生体宽度漩涡发生体宽度65传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程正常范围与雷诺数的关系66传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程雷诺数雷诺数雷诺数是流体流动的惯性力与粘滞力之比，表示为：Rev LvLRe 雷诺数（无量纲数）；v 流动横截面的平均流速，（m/s）；动力粘度，（NS/m2）；L 特征长度，（m）；流体的密度，(kg/m3)；运动粘度，（m2/S）。67传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程其
28、体积流量方程式为其体积流量方程式为:21 1.254vtD fddQvASD 漩涡产生的频率；v流体流速；d直径漩涡发生体的特征尺寸；St斯特罗哈尔数；D 管道内径；A 在漩涡发生体处的流通截面积。68传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程涡街流量计69传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n漩涡频率的测量图l 上图为三角柱体涡街检测器原理示意图，在三角柱体的迎流面对称地嵌入两个热敏电阻组成桥路的两臂，以恒定电流加热使其温度稍高于流体，在交替产生的漩涡的作用下，两个电阻被周期地冷却，使其阻值改变，阻值的变化由桥路测出，即可测得漩涡产生频率，从而测出流量。70传感器与检测技术教程传感器与检测
29、技术教程n涡街流量计的特点n优点:l 涡街流量计测量精度较高；量程比宽,可达30:1；使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便；测量几乎不受流体参数变化的影响，用水或空气标定后的流量计无须校正即可用于其它介质的测量；易与数字仪表或计算机接口,对气体、液体和蒸汽介质均适用。n缺点:l 流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，因此适用于紊流流速分布变化小的情况，并要求流量计前后有足够长的直管段。71传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.5.2旋进式旋涡流量计旋进式旋涡流量计72传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 5.6电磁流量计电磁流量计n5.6.1电磁流量计的工作原理n5.6.
30、2电磁流量计的结构73传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程电磁流量计原理图NS+_74传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.6.1电磁流量计的工作原理电磁流量计的工作原理n测量原理 电磁流量计是基于法拉第电磁感应原理制成的一种流量计。当被测导电流体在磁场中沿垂直磁力线方向流动而切割磁力线时，在对称安装在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，此电势与流速成正比。流体流量方程为：2144vDUQD vUBkB 为磁感应强度；D 管道内径；v 流体平均流速；U 感应电势。75传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.6.2电磁流量计的结构电磁流量计的结构电磁流量计的结构电磁流量计的结构76
31、传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程电磁流量计实物图 77传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n电磁流量计的特点及应用l优点：压力损失小，适用于含有颗粒、悬浮物等流体的流量测量；可以用来测量腐蚀性介质的流量；流量测量范围大；流量计的管径小到1mm，大到2m以上；测量精度为0.5-1.5级；电磁流量计的输出与流量呈线性关系；反应迅速，可以测量脉动流量。l缺点：被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油制品的流量测量；流速测量下限有一定限度；工作压力受到限制。结构也比较复杂，成本较高。78传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 5.7超声流量计超声流量计n超声波测流量的作用原理有
32、传播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、相关法、流速液面法等多种方法。n时间差法测量流量n多普勒频移法测量流量79传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.7.1时间差法测量流量时间差法测量流量n时差法时差法l测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。测量超声波脉冲顺流和逆流时传播的时间差。80传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程t1按顺流方向，超声波到达接收器时间；t2按逆流方向，超声波到达接收器时间；u 流体的流速；D 管道的直径。2122222cos2cotsincosDuDutttcuc 1/sincosDtcu2/sincosDtcu22cu81传感器与检测技术教程传感器与检测
33、技术教程2tan2cutD2211tan48QuDDct声速声速 c 受温度的影响较大，并且声速的温度受温度的影响较大，并且声速的温度系数并不是常数。此外流体组成或者密度变化也系数并不是常数。此外流体组成或者密度变化也引起声速变化。引起声速变化。82传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n相差法相差法把上述时间差转换为超声波传播的相位差来把上述时间差转换为超声波传播的相位差来测量。超声波换能器向流体连续发射形式为测量。超声波换能器向流体连续发射形式为的的 超声波脉冲，式中超声波脉冲，式中 为超为超声波的角频率。声波的角频率。tft212fLcLcu4222)sin()(0tAts 按顺流方向
34、发射时收到的信号相位；011t022t 按逆流方向发射时收到的信号相位。83传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程顺流时脉冲循环频率：逆流时脉冲循环频率：脉冲循环频差：流体流速:Luctf111Luctf221Lufff221fLu2流体体积流量方程：uDkuDqv2244n频差法 是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率之差是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的循环频率之差来测量流量的。来测量流量的。84传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.7.2多普勒频移法测量流量多普勒频移法测量流量n根据多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个频
35、率的变化与两者之间的相对速度成正比。超声波多普勒流量计就是基于多普勒效应测量流量的。85传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程n超声波流量计的特点与应用l 超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示系统组成。超声波换能器通常由锆钛酸铅陶瓷等显示系统组成。超声波换能器通常由锆钛酸铅陶瓷等压电材料制成，通过电致伸缩效应和压电效应，发射压电材料制成，通过电致伸缩效应和压电效应，发射和接收超声波。换能器在管道上的配置方式如图所示和接收超声波。换能器在管道上的配置方式如图所示：超声波换能器在管道上的配置方式 86传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程UF
36、T型便携式超声波流量计 87传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程性能参数性能参数88传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 5.8质量流量的测量质量流量的测量n流体的体积是流体温度、压力和密度的函数。质量流量计的测量方法，可分为间接测量和直接测量两类。n间接式测量方法通过测量体积流量和流体密度经计算得出质量流量，这种方式又称为推导式；n直接式测量方法则由检测元件直接检测出流体的质量流量。n1推导式质量流量测量n2直接式质量流量测量89传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.8.1推导式质量流量测量推导式质量流量测量n一般是采用体积流量计和密度计或两个不同类型的体积流量计组合，实现质量
37、流量的测量。常见的组合方式主要有3种。n节流式流量计与密度计的组合流式流量计与密度计组合 22mVVQKQK Q90传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程体积流量计与密度计的组合体积流量计与密度计的组合体积流量计和密度计组合 mVQQ91传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程体积流量计与体积流量计的组合体积流量计与体积流量计的组合 节流式流量计和其它体积流量计组合 2VmVQQQ92传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程5.8.2直接式质量流量测量直接式质量流量测量n直接式质量流量计的输出信号直接反映质量流量，有许多种型式。n热式质量流量计TcPqpmpc为流体的定压比热;T两点温度差。
38、93传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程热式质量流量计示意图 电源：24VDC精度：13%F.S.流通管径：20200工作温度：-2060输出：420mA、05VDC、232接口 94传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程差压式质量流量计差压式质量流量计 差压式质量流量计是以马格努斯效应为基础的流量计，实际应用中利用孔板和定量泵组合实现质量流量测量。有双孔板和四孔板与定量泵组合两种结构。双孔板差压式质量流量计 95传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程四孔板差压式质量流量计：四孔板差压式质量流量计 96传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计 科里奥利质量流量计(简称科氏力流量计)是一种利用流体在振动管中流动而产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来测量质量流量的仪表。科氏力流量计结构有多种形式，一般由振动管与转换器组成。科氏力流量计测量原理 97传感器与检测技术教程传感器与检测技术教程 U形管受到一个力矩的作用，其管端绕R-R轴扭转而产生扭转变形，该变形量的大小与通过流量计的质量流量具有确定的关系。trKqSm28为转动角速度 转弹性模量SK Lrurtp2sin2rrr21
