传感器在工程检测中的应用 15.1 温度测量 15.2 压力测.PPT

15.3 流量测量 15.3.1 流量概述 流量是工业生产中一个重要参数。工业生产过程中，很多原料、半成品、成品都是以流体状态出现的。流体的流量就成为决定产品成分和质量的关键， 也是生产成本核算和合理使用能源的重要依据。因此流量的测量和控制是生产过程自动化的重要环节。  单位时间内流过管道某一截面的流体数量，称为瞬时流量。 瞬时流量有体积流量和质量流量之分。而在某一段时间间隔内流过管道某一截面的流体量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累积值，称为总量或累积流量。瞬时流量有体积流量和质量流量之分。 （1） 体积流量qv 单位时间内通过某截面的流体的体积， 单位为m3/s。根据定义，体积流量可用下式表示： 式中，v为截面A中某一面积元dA上的流速。  如果流体在该截面上的流速处处相等，则体积流量可写成 qv=vA （2） 质量流量qm 单位时间内通过某截面的流体的质量， 单位为kg/s。根据定义，质量流量可用下式表示： 则有 qm=ρqv=ρvA 流体的密度受流体的工作状态（如温度、 压力）影响。 对于液体，压力变化对密度的影响非常小，一般可以忽略不计。 温度对密度的影响要大一些，一般温度每变化10℃时，液体密度的变化约在1%以内，所以当温度变化不是很大，测量准确度要求不是很高的情况下，往往也可以忽略不计。对于气体，密度受温度、 压力变化影响较大，如在常温常压附近，温度每变化10℃，密度变化约为3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。 因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力。为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流量换算成标准状态下（温度为20℃，压力为101 325 Pa）的体积流量，用符号qVN表示，单位符号为Nm3/s。 生产过程中各种流体的性质各不相同，流体的工作状态及流体的粘度、腐蚀性、导电性也不同，很难用一种原理或方法测量不同流体的流量。尤其工业生产过程，其情况复杂，某些场合的流体是高温、高压，有时是气液两相或液固两相的混合流体。所以目前流量测量的方法很多，测量原理和流量传感器（或称流量计）也各不相同，从测量方法上一般可分为以下三大类。 ① 速度式: 速度式流量传感器大多是通过测量流体在管路内已知截面流过的流速大小来实现流量测量的。 ② 容积式: 容积式流量传感器是根据已知容积的容室在单位时间内所排出流体的次数来测量流体的瞬时流量和总量的。 常用的有椭圆齿轮、 旋转活塞式和刮板等流量传感器。 ③ 质量式：质量流量传感器有两种，一种是根据质量流量与体积流量的关系，测出体积流量再乘被测流体的密度的间接质量流量传感器，如工程上常用的采取温度、压力自动补偿的补偿式质量流量传感器。另一种是直接测量流体质量流量的直接式质量流量传感器，如热式、惯性力式、动量矩式等质量流量传感器。 ? 15.3.2 差压式流量传感器 差压式流量传感器又称节流式流量传感器，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。差压式流量传感器流量测量系统主要由节流装置和差压计（或差压变送器）组成，如图15-36所示。节流装置的作用是把被测流体的流量转换成压差信号，差压计则对压差信号进行测量并显示测量值，差压变送器能把差压信号转换为与流量对应的标准电信号或气信号，以供显示、记录或控制。  差压式流量传感器发展较早，技术成熟而较完善，而且结构简单，对流体的种类、温度、压力限制较少， 因而应用广泛。 图15-36 差压式流量传感器流量测量系统 1. 节流装置 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、 喷嘴、 文丘里管。 它们的结构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等均已标准化， 故又称标准节流元件，如图15-37所示。 其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便，在工业生产过程中常被采用。  标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计、加工、安装， 无需检测和标定，可以直接投产使用，并可保证流量测量的精度。 图15-37 标准节流元件 (a) 孔板； (b) 喷嘴； (c) 文丘里管 2. 测量原理与流量方程式 （1） 测量原理 在管道中流动的流体具有动压能和静压能， 在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差Δp(Δp=p1-p2)，且流过的流量越