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流量測量及流量傳感器的現(xiàn)狀

流量參數(shù)可謂工業(yè)生產(chǎn)過程、科學實驗計量和進行各種經(jīng)濟核算所必須的重要參數(shù)，是能源計量的重要組成部分。

特別是在熱電廠、石油、礦山、冶金、航空、機械等領域，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。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，流量傳感器在國民經(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、計算機技術和通信網(wǎng)絡技術的融入下，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，它的結構比較簡單，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，推動轉子旋轉，2個驅動齒輪相互改變主從驅動關系作連續(xù)的、沒有死點的不等速旋轉運動。得知轉子的旋轉速度，就可以求出流體的流量。

理論上，這種類型流量計的測量精度與流體的種類、黏度、密度等屬性無關。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動，渦輪的轉速與流體的流量成正比。通過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；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、動量式

動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)展起來的產(chǎn)品，常用來測量較高黏度油料的流量。它的主體是一個圓盤型靶，液體流動時，流動質點沖擊在靶上，使靶產(chǎn)生微小的位移，這個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(xiàn)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

卡門渦街流量傳感器[8]是2O世紀70年代發(fā)展起來的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。

7、電磁式

電磁流量傳感器是隨著電子技術的應用而發(fā)展起來的新型流量儀表，現(xiàn)已廣泛應用于各種導電液體的流量測量領域。

根據(jù)法拉第電磁感應定律，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均可應用。

適合于易燃、易爆、腐蝕性強的介質。但它在某些方面也有局限性；被測介質必須是導電液體，電導率大于10-3S/m；不能用來測量鐵磁性介質的流量；信號易受外磁場干擾。

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）是基于玻耳帖電動勢原理和溫差電動勢原理，傳感器自身溫度僅15K，沒有熱紊亂。敏感元件上涂有保護膜，抗污染腐蝕能力強，壽命長，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。

玻耳帖效應

9、光纖式

光纖流量傳感器是將光纖技術與流量傳感器組合到一起，使流量信息經(jīng)過傳感器后在光纖發(fā)訊頭處轉換成光信號。再經(jīng)光纖傳輸?shù)胶罄m(xù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)遠距離傳輸，便于實現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡化管理，1臺微機即可以管理監(jiān)控多個傳感器。這樣既保持了原傳感器的優(yōu)勢又融入了光纖傳輸線路抗干擾的優(yōu)點。

10、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，即流體中有固體粒子或氣泡等兩相介質。

11、質量式

科理奧利質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，利用流體力學的原理，建立流體質量流量與流體作用力之間的函數(shù)關系。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，測量誤差增大。

12、激光式

多普勒傳感器，將激光技術引入到流量測量中，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、質量流量之間的函數(shù)關系，從而獲得流體流速、流量。

熱式流量傳感器主要有熱線式、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、質量的關系實現(xiàn)流量的測量；表面熱阻式，就是把熱源放在管道的外側，加熱管內流體，通過測量流體熱量的變化求出質量流量。

雖然由于電子技術的飛速發(fā)展和各種補償技術不斷提高，使熱線式流量傳感器的精度大大提高，測量范圍擴大。

利用熱力學原理對流道中的氣體介質進行流量檢測，具有很好的精度與重復性。

根據(jù)流體的特性來選擇流量傳感器

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、結垢、臟污類的流體

如果要測量這類流體需要選用有轉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。

（不同的流體特性和環(huán)境工況，所對應的流量傳感器是不同的。）