一文看懂流量傳感器及其發(fā)展現狀

　　流量參數可謂工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、科學(xué)實(shí)驗計量和進(jìn)行各種經(jīng)濟核算所必須的重要參數，是能源計量的重要組成部分。

　　特別是在熱電廠(chǎng)、石油、礦山、冶金、航空、機械等領(lǐng)域，通過(guò)流體流量的測量，人們可以了解掌握流動(dòng)過(guò)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、工業(yè)自動(dòng)化程度越來(lái)越高的當今時(shí)代，流量傳感器在國民經(jīng)濟中的作用越來(lái)越明顯。

　　流量傳感器的精度高低、穩定性好壞及適應工作環(huán)境能力的大小、智能化水平和性能價(jià)格比高低等指標極大地影響著(zhù)社會(huì )各行業(yè)的發(fā)展。

　　而現今向數字化、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展是流量傳感器將來(lái)發(fā)展的必然趨勢，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(lèi)及特點(diǎn)

　　流量傳感器品種繁多，傳統原理的儀表和新型的儀表，在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的融入下，不斷推陳出新。新測量原理的研究開(kāi)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較早，它的結構比較簡(jiǎn)單，相當于用一個(gè)精密的標準容器對被測流體進(jìn)行連續計量。被測流體流過(guò)時(shí)，推動(dòng)轉子旋轉，2個(gè)驅動(dòng)齒輪相互改變主從驅動(dòng)關(guān)系作連續的、沒(méi)有死點(diǎn)的不等速旋轉運動(dòng)。得知轉子的旋轉速度，就可以求出流體的流量。

　　理論上，這種類(lèi)型流量計的測量精度與流體的種類(lèi)、黏度、密度等屬性無(wú)關(guān)。測量誤差一般為±（0.2%～O.5%）R，可作為工業(yè)流量計量的標準儀表。但當被測管道直徑較大時(shí)，儀表本體顯得過(guò)于笨重。

　　2、渦輪式

　　渦輪流量傳感器是近30年發(fā)展起來(lái)的速度式測量?jì)x表。其工作原理是將渦輪置于被測流體中，液體流動(dòng)沖擊渦輪葉片轉動(dòng)，渦輪的轉速與流體的流量成正比。通過(guò)磁電轉換裝置將渦輪的轉速轉換為相應的電信號輸出。

　　渦輪流量傳感器具有測量精度高、測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)；但由于渦輪必須安裝在管道內，對被測流體的清潔度要求較高；流體的溫度、黏度、密度對測量精度影響較大；轉動(dòng)部件會(huì )帶來(lái)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(cháng)，應用十分廣泛，生產(chǎn)已標準化，種類(lèi)也很多。如：孔板、音速?lài)娮?、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流體流過(guò)內置于管道中的節流件時(shí)，其前后會(huì )出現一個(gè)與流量有關(guān)的壓力差值，通過(guò)測量壓差值就可獲得流量值。

　　其特點(diǎn)是節流件的機加工精度高，安裝要求嚴格，其前后必須有足夠長(cháng)的直管道，保證流體流態(tài)穩定；流體壓損大；對于低流速流體，產(chǎn)生的差壓小，誤差增大；不適于脈動(dòng)的流體測量。

　　4、動(dòng)量式

　　動(dòng)量式流量計中最為典型的是靶式流量計，是20世紀60年代發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)品，常用來(lái)測量較高黏度油料的流量。它的主體是一個(gè)圓盤(pán)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

　　轉子流量傳感器的出現較早，但廣泛應用于工業(yè)測量是在近幾十年。它具有靈敏度高、結構簡(jiǎn)單、直觀(guān)、壓損小、測量范圍大、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)的轉子組成，傳感器垂直安裝在測量管道上，被測流體由下向上流動(dòng)，推動(dòng)轉子，轉子懸浮的高度就是流量大小的量度。

　　6、流體振蕩式

　　卡門(mén)渦街流量傳感器[8]是2O世紀70年代發(fā)展起來(lái)的基于流體振蕩原理的測量?jì)x表，近年來(lái)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??；可以用于液、氣的測量，可測量流速及質(zhì)量流量；對流態(tài)要求穩定，管道條件要求嚴格，必須在漩渦發(fā)生體前后有一定長(cháng)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(zhù)電子技術(shù)的應用而發(fā)展起來(lái)的新型流量?jì)x表，現已廣泛應用于各種導電液體的流量測量領(lǐng)域。

　　根據法拉第電磁感應定律，導電的液體通過(guò)測量?jì)x表流動(dòng)，相當于導體通過(guò)磁場(chǎng)作切割磁力線(xiàn)的運動(dòng)，由此感應出電動(dòng)勢E，這個(gè)電動(dòng)勢與平均流速成正比。電磁流量計原則上不受流體的溫度、壓力、密度和黏度等影響，且管道內部無(wú)阻擋部件和活動(dòng)部件，不會(huì )改變流體原來(lái)的狀態(tài)。流速范圍在0～102m/s均可應用。

　　適合于易燃、易爆、腐蝕性強的介質(zhì)。但它在某些方面也有局限性；被測介質(zhì)必須是導電液體，電導率大于10-3S/m；不能用來(lái)測量鐵磁性介質(zhì)的流量；信號易受外磁場(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)勢原理和溫差電動(dòng)勢原理，傳感器自身溫度僅15K，沒(méi)有熱紊亂。敏感元件上涂有保護膜，抗污染腐蝕能力強，壽命長(cháng)，由于其自身溫度不高，所以對氣體溫度要求不嚴，可以測量高溫流體，工作溫度范圍寬。

　　圖片

　　玻耳帖效應

　　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(guò)傳感器后在光纖發(fā)訊頭處轉換成光信號。再經(jīng)光纖傳輸到后續處理系統，實(shí)現遠距離傳輸，便于實(shí)現傳感器網(wǎng)絡(luò )化管理，1臺微機即可以管理監控多個(gè)傳感器。這樣既保持了原傳感器的優(yōu)勢又融入了光纖傳輸線(xiàn)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量，要求被測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)量流量傳感器應用廣泛，液體和氣體測量均可適用，20世紀70年代產(chǎn)生于美國，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關(guān)系。主要適用于液體測量，對于氣體測量則要求在高壓下，以確保質(zhì)量流量在測量范圍內，適于在管道口徑小于200mm條件下的測量，當流體壓力變化大時(shí)，測量誤差增大。

　　12、激光式

　　多普勒傳感器，將激光技術(shù)引入到流量測量中，與多普勒流量傳感器相結合。它可以測量低流速流體，抗干擾能力強，精度高，但必須在流體中注入反射粒子，這就限制了它的測量范圍。

　　13、熱線(xiàn)式

　　熱式流量傳感器為流量計量帶來(lái)了一場(chǎng)革命，實(shí)現了直接測量流體質(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(xiàn)式、熱敏電阻式、半導體集成電路式等多種，根據管道中熱元件的熱量耗散與流速、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)現流量的測量；表面熱阻式，就是把熱源放在管道的外側，加熱管內流體，通過(guò)測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)展和各種補償技術(shù)不斷提高，使熱線(xiàn)式流量傳感器的精度大大提高，測量范圍擴大。

　　F1031V流量傳感器

　　利用熱力學(xué)原理對流道中的氣體介質(zhì)進(jìn)行流量檢測，具有很好的精度與重復性。

　　根據流體的特性來(lái)選擇流量傳感器

　　選擇流量傳感器不僅需要根據自己的工況參數進(jìn)行選擇，還要參考自己所測流體的特性。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、對于具有腐蝕、結垢、臟污類(lèi)的流體

　　如果要測量這類(lèi)流體需要選用有轉動(dòng)件及有檢測件的傳感器，如果選擇超聲波和電磁類(lèi)的流量傳感器都會(huì )因腐蝕管道而帶來(lái)測量誤差。

　　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、對于特殊流體參數的流量傳感器

　　特殊的流體參數比如，壓縮性系數影響差壓式，電導率影響電磁等。

　　4、與許多物理參數(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(méi)有流動(dòng)就不存在流量。