流量传感器之各种流量计类型和原理

只看该作者 · 2023-2-22 21:31

本帖最后由王小琪于 2023-2-22 21:27 编辑

流量计是指示被测流量或在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道或明渠中流体流量的一种仪表。下面介绍下各种流量计及其原理
一、电磁流量计
原理：电磁流量计利用法拉第感应定律来检测流量
按照法拉第感应定律，磁场内流动的导电液体会产生电动势（电压），此电动势与管道内径、磁场强度以及平均流速都成比例。换句话说，在磁场中流动的液体的流速会转换成电。（E 与 V × B × D 成比例）

在电磁流量计内部有一个产生磁场的电磁线圈，以及用于捕获电动势（电压）的电极。正是由于这一点，电磁流量计才可以在管道内似乎什么也没有的情况下仍然可以测量流量。
随着流量变化，电极捕获的电动势（电压）也会按如下所述变化。

优点：
1、不易受液体的温度、压力、密度或粘度的影响
2、能够检测包含污染物（固体、气泡）的液体
3、没有压力损失
4、没有可动部件（提高可靠性）

缺点：
1、无法检测不导电的气体与液体
2、需要一段不长的直管

二、卡门涡流流量计
原理：利用的是西奥多 · 冯 · 卡门 (Theodore von Karman) 于 1912 年从理论上证明的一个定律。在流动的流体中存在柱状障碍物（涡流发生体）时，将会在下游生成交替涡流。
流体的流速与涡流频率互成比例。因此，检测涡流脉冲数量便能够测出流量。主要检测方法是使用压电元件来感测涡流振动。不过使用超声波来检测涡流振动更为可靠。

优点：
1、可以检测液体、气体以及蒸汽
2、由于没有电极，因此具有耐化学性优异的特点
3、量程大、精度高
4、没有机械可动部件

缺点：
1、由于它会限制流道，因此将发生压力损失
2、水垢与包含固体的液体会造成堵塞
3、对高粘度流体不适用
4、对管道振动敏感
5、需要一段直管

三、热流量计
原理：流体接触到加热后的物体时，会从物体上带走热量，流体的温度得以升高。热流量计利用这个原理来测量流量。热流量计可以分为两类：
(1) 温差测量法
在流体中安装一个加热器，在上游与下游两个点测量流体温度。然后根据这两点之间的温差得出流量。这主要用在流量低的应用场合。
(2) 功耗测量法
在流体中安装一个加热器，在上游与下游两个点测量流体温度。通过对加热器进行控制，使这两个点之间的温差保持恒定。流量根据维持这个
温度所需的功率得出。

优点：
1、能够检测气体
2、基本没有压力损失
3、可以对质量流量进行测量
缺点：
1、流体的温度变化时会产生误差
2、设置与流体的类型和成分相匹配的规范比较困难
3、温度传感器或加热元件上有沉淀物 / 积垢时会产生误差

四、超声波流量计
原理：还有一类流量计使用超声波传感器。其中普遍的形式是利用称为传播时间或飞行时间的原理。
[ 传播时间流量计 ]
超声波按照倾斜角度横穿过管道中的流体后被交替接收 / 发送。穿过水前进的超声波与水的流向相反时，传播速度将变慢；相反，与水的流向
相同时，传播速度将变快。这两个超声波的传播时间差将被换算成流量。

优点：
1、没有压力损失
2、具有能够从管路外面进行检测的类型
缺点：
1、需要一段较长的直管
2、含有较大固体物的液体将会导致故障
3、有很多气泡时无法测试

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