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技術(shù)文章
測量流體流量的儀表統(tǒng)稱為流量計或流量表．流量儀表是一種重要的記錄儀表．廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活 中的各個方面，近年來隨著工業(yè)生 產(chǎn)的發(fā)展，對流量測量的準確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術(shù)日新月異．為了適應(yīng)各種用途， 各種類型的流量計相繼問世。
流量測量在工業(yè)生產(chǎn)和過程控制中占有重要地位。由于流體性質(zhì)、流動狀態(tài)、流動條件以及感測機理的復雜性，造成了如今流量測量儀表的多樣性、性和價格差異的懸殊性。作為其核心部分的流量傳感器種類繁多而且發(fā)展較快。
流量計是能源計量的重要組成部分。特別是在熱電廠、石油、冶金、機械等領(lǐng)域， 通過流體流量的測量，人們可以了解掌握流動過程、進行生產(chǎn)工藝的自動控制、實行能源管理。從而可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，尤其是在能源危機、工業(yè)自動化程度越來越高的當今時代，流量儀表在國民經(jīng)濟中的作用越來越明顯。
流量傳感器的精度高低、穩(wěn)定性好壞及適應(yīng)工作環(huán)境能力的大小、智能化水平和性能價格比高低等指標極大地影響著社會各行業(yè)的發(fā)展。而現(xiàn)今向數(shù)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。
流量傳感器的種類及特點
流量傳感器品種繁多，傳統(tǒng)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發(fā)方興未艾，有些尚處于萌芽狀態(tài)，有些接近實用階段。
1、容積式
容積式流量傳感器出現(xiàn)較早，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，相當于用一個精密的標準容器對被測流體進行連續(xù)計量。被測流體流過時，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，2個驅(qū)動齒輪相互改變主從驅(qū)動關(guān)系作連續(xù)的、沒有死點的不等速旋轉(zhuǎn)運動。得知轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，就可以求出流體的流量。理論上，這種類型流量計的測量精度與流體的種類、黏度、密度等屬性無關(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，儀表本體顯得過于笨重。
2、渦輪式
渦輪流量傳感器是近30年發(fā)展起來的速度式測量儀表。其工作原理是將渦輪置于被測流體中，液體流動沖擊渦輪葉片轉(zhuǎn)動，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的流量成正比。通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)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；但由于渦輪必須安裝在管道內(nèi)，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(zhuǎn)動部件會帶來軸承的磨損，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，應(yīng)用十分廣泛，生產(chǎn)已標準化，種類也很多。如：孔板、音速噴嘴、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內(nèi)置于管道中的節(jié)流件時，其前后會出現(xiàn)一個與流量有關(guān)的壓力差值，通過測量壓差值就可獲得流量值。其特點是節(jié)流件的機加工精度高，安裝要求嚴格，其前后必須有足夠長的直管道，保證流體流態(tài)穩(wěn)定；流體壓損大；對于低流速流體，產(chǎn)生的差壓小，誤差增大；不適于脈動的流體測量。
4、變面積式
轉(zhuǎn)子流量傳感器的出現(xiàn)較早，但廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量是在近幾十年。它具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、直觀、壓損小、測量范圍大、價格便宜等優(yōu)點。
它由一個錐形管和一個置于錐形管中可以上下自由移動的轉(zhuǎn)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，推動轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子懸浮的高度就是流量大小的量度。
5、流體振蕩式
卡門渦街流量傳感器是基于流體振蕩原理的測量儀表，近年來發(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。其特點是流體壓損小；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(wěn)定，管道條件要求嚴格，必須在漩渦發(fā)生體前后有一定長度的直管段，價格比較高。主要應(yīng)用于鍋爐蒸汽 空壓機壓縮空氣，導熱油的測量。
6、電磁式
電磁流量傳感器是隨著電子技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來的新型流量儀表，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種導電液體的流量測量領(lǐng)域。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導電的液體通過測量儀表流動，相當于導體通過磁場作切割磁力線的運動，由此感應(yīng)出電動勢E，這個電動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(nèi)部無阻擋部件和活動部件，不會改變流體原來的狀態(tài)。流速范圍在0～102m/s均可應(yīng)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；不能用來測量鐵磁性介質(zhì)的流量；信號易受外磁場干擾。
7、超聲波式
超聲波流量傳感器是依據(jù)超聲波在流體中傳播時會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)。
8、質(zhì)量式
科理奧利質(zhì)量流量傳感器應(yīng)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，利用流體力學的原理，建立流體質(zhì)量流量與流體作用力之間的函數(shù)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(nèi)，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，測量誤差增大。
13、熱導式
熱式流量傳感器為流量計量帶來了一場革命，實現(xiàn)了直接測量流體質(zhì)量流量的目的。它利用傳熱學和流體力學理論，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(shù)關(guān)系，從而獲得流體流速、流量。熱式流量傳感器主要有熱敏電阻式、半導體集成電路式等多種，根據(jù)管道中熱元件的熱量耗散與流速、質(zhì)量的關(guān)系實現(xiàn)流量的測量；表面熱阻式，就是把熱源放在管道的外側(cè)，加熱管內(nèi)流體，通過測量流體熱量的變化求出質(zhì)量流量。
流量儀表的發(fā)展趨勢
1）傳感器輸出信號的數(shù)字化，由于網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展正在興起，生產(chǎn)過程中的控制、管理和維護的計算機集成系統(tǒng)CMMS（Control，Management，andMaintenance System）對傳感器的信號進行處理時，要求傳感器的輸出信號必須是數(shù)字信號，可以通過現(xiàn)場總線進行傳輸。目前國外許多行業(yè)都在大力推行傳感器數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，制定傳感器輸出信號標準。所以國內(nèi)在研究開發(fā)流量傳感器時應(yīng)該有意識地設(shè)計符合這一要求的流量傳感器。
2）智能化，將敏感元件與微處理器和信號處理電路集成到一個芯片上，有數(shù)字通信口能與微機連接，可以充分利用單片機的數(shù)據(jù)處理功能，減少隨機和系統(tǒng)誤差。具有自動校準功能；具有自檢報警功能，檢查各部件狀態(tài)是否正常，以保證測量的正確性；量程可自動調(diào)節(jié)。
3）多功能化，將流量測量與溫度測量、液位測量、壓力測量等功能中的一種或多種結(jié)合在一起。采用新技術(shù)、新材料，研制新的傳感器。
4）高性能化，要求量程比寬，應(yīng)用范圍廣，可靠性高，不接觸測量，性價比高，傳感器小型化，示值不受被測介質(zhì)狀態(tài)、參數(shù)及物理特性（溫度、壓力、密度、黏度等）變化的影響，安裝維修方便，壽命長。
5）化，特殊流量傳感器的研究如大流量、小流量、高黏度、高溫流體、多相流體、高低壓氣流等。流量傳感器的研究應(yīng)與經(jīng)濟性緊密相連。發(fā)展熱式流量傳感器，利用光纖技術(shù)和光學理論發(fā)展光學式傳感器，正是大勢所趨。
選擇流量傳感器不僅需要根據(jù)自己的工況參數(shù)進行選擇，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重要因素。
1、對于具有腐蝕、結(jié)垢、臟污類的流體
如果要測量這類流體需要選用有轉(zhuǎn)動件及有檢測件的傳感器，如果選擇超聲波和電磁類的流量傳感器都會因腐蝕管道而帶來測量誤差。
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(shù)的流量傳感器
特殊的流體參數(shù)比如，壓縮性系數(shù)影響差壓式，電導率影響電磁等。
4、與許多物理參數(shù)(如壓力、溫度、物位、成分)不同的是，流量必須以流體流動為前提，沒有流動就不存在流量。
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