流量傳感器

流量傳感器的寫法

流量傳感器介紹

空氣流量傳感器是測定吸入發(fā)動機的空氣流量的傳感器。電子控制汽油噴射發(fā)動流量傳感器機為了在各種運轉工況下都能獲得濃度的混合氣，必須正確地測定每一瞬間吸入發(fā)動機的空氣量，以此作為ECU計算(控制)噴油量的主要依據。如果空氣流量傳感器或線路出現故障，ECU得不到正確的進氣量信號，就不能正常地進行噴油量的控制，將造成混合氣過濃或過稀，使發(fā)動機運轉不正常。

種類

用以測量管路中流體流量（單位時間內通過的流體體積）的儀表。有轉子流量計、節(jié)流式流量計、細縫流量計、容積流量計、電磁流量計、超聲波流量計等。

流量測量方法和儀表的種類繁多，分類方法也很多。至今為止，可供工業(yè)用的流量儀表種類達60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。

這60多種流量儀表，每種產品都有它特定的適用性，也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類；按測量目的又可分為總量測量和流量測量，其儀表分別稱作總量表和流量計。

總量表測量一段時間內流過管道的流量，是以短暫時間內流過的總量除以該時間的商來表示，實際上流量計通常亦備有累積流量裝置，做總量表使用，而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此，以嚴格意義來分流量計和總量表已無實際意義。

按測量原理分有力學原理、熱學原理、聲學原理、電學原理、光學原理、原子物理學原理等。

按照目前、最廣泛的分類法，即分為：容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計、電磁流量計、流體振蕩流量計中的渦街流量計、質量流量計和插入式流量計、探針式流量計，來分別闡述各種流量計的原理、特點、應用概況及國內外的發(fā)展情況。

1、差壓式流量計

差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。

差壓式流量計由一次裝置（檢測件）和二次裝置（差壓轉換和流量顯示儀表）組成。通常以檢測件形式對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里流量計、均速管流量計等。

二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器及流量顯示儀表。它已發(fā)展為三化（系列化、通用化及標準化）程度很高的、種類規(guī)格龐雜的一大類儀表，它既可測量流量參數，也可測量其它參數（如壓力、物位、密度等）。

差壓式流量計的檢測件按其作用原理可分為：節(jié)流裝置、水力阻力式、離心式、動壓頭式、動壓頭增益式及射流式幾大類。

檢測件又可按其標準化程度分為二大類：標準的和非標準的。

所謂標準檢測件是只要按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經實流標定即可確定其流量值和估算測量誤差。

非標準檢測件是成熟程度較差的，尚未列入國際標準中的檢測件。

差壓式流量計是一類應用最廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來，由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數逐漸下降，但目前仍是最重要的一類流量計。

優(yōu)點：

（1）應用最多的孔板式流量計結構牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；

（2）應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之相比擬；

（3）檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產，便于規(guī)模經濟生產。

缺點：

（1）測量精度普遍偏低；

（2）范圍度窄，一般僅3：1~4：1；

（3）現場安裝條件要求高；

（4）壓損大（指孔板、噴嘴等）。

注：一種新型產品：引進美國航天航空局而開發(fā)的平衡流量計，這種流量計的測量精度是傳統(tǒng)節(jié)流裝置的5-10倍，壓力損失1/3。壓力恢復快2倍，最小直管段可以小至1.5D，安裝和使用方便，大大減少流體運行的能力消耗。

應用概況：

差壓式流量計應用范圍特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種對象都有應用，如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等；工作狀態(tài)方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾mm到幾m；流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4~1/3。

2、浮子流量計

浮子流量計，又稱轉子流量計，是變面積式流量計的一種，在一根由下向上擴大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動力承受的，從而使浮子可以在錐管內自由地上升和下降。

浮子流量計是僅次于差壓式流量計應用范圍最寬廣的一類流量計，特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。

80年代中期，日本、西歐、美國的銷售金額占流量儀表的15[%]~20[%]。中國產量1990年估計在12~14萬臺，其中95[%]以上為玻璃錐管浮子流量計。

特點：

（1）玻璃錐管浮子流量計結構簡單，使用方便，缺點是耐壓力低，有玻璃管易碎的較大風險；

（2）適用于小管徑和低流速；

（3）壓力損失較低。

3、容積式流量計

容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度的一類。它利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據測量室逐次重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量。

容積式流量計按其測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、旋轉活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計、液封轉筒式流量計、濕式氣量計及膜式氣量計等。

優(yōu)點：

（1）計量精度高；

（2）安裝管道條件對計量精度沒有影響；

（3）可用于高粘度液體的測量；

（4）范圍度寬；

（5）直讀式儀表無需外部能源可直接獲得累計，總量，清晰明了，操作簡便。

缺點：

（1）結果復雜，體積龐大；

（2）被測介質種類、口徑、介質工作狀態(tài)局限性較大；

（3）不適用于高、低溫場合；

（4）大部分儀表只適用于潔凈單相流體；

（5）產生噪聲及振動。

應用概況：

容積式流量計與差壓式流量計、浮子流量計并列為三類使用量的流量計，常應用于昂貴介質（油品、天然氣等）的總量測量。

工業(yè)發(fā)達國家近年PD流量計（不包括家用煤氣表和家用水表）的銷售金額占流量儀表的13[%]~23[%]；我國約占20[%]，1990年產量（不包括家用煤氣表）估計為34萬臺，其中橢圓齒輪式和腰輪式分別約占70[%]和20[%]。

4、渦輪流量計

渦輪流量計，是速度式流量計中的主要種類，它采用多葉片的轉子（渦輪）感受流體平均流速，從而且推導出流量或總量的儀表。

一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成，也可做成整體式。

渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質量流量計稱為流量計中三類重復性、精度的產品，作為十大類型流量計之一，其產品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產的規(guī)模。

優(yōu)點：

（1）高精度，在所有流量計中，屬于最精確的流量計；

（2）重復性好；

（3）元零點漂移，抗干擾能力好；

（4）范圍度寬；

（5）結構緊湊。

缺點：

（1）不能長期保持校準特性；

（2）流體物性對流量特性有較大影響。

應用概況：

渦輪流量計在以下一些測量對象獲得廣泛應用：石油、有機液體、無機液、液化氣、天然氣和低溫流體統(tǒng)在歐洲和美國，渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表，僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸，壓力從0.8~6.5MPa的氣體渦輪流量計，它們已成為優(yōu)良的天然氣計量儀表。

5、電磁流量計

電磁流量計是根據法拉弟電磁感應定律制成的一種測量導電性液體的儀表。

電磁流量計有一系列優(yōu)良特性，可以解決其它流量計不易應用的問題，如臟污流、腐蝕流的測量。

70、80年代電磁流量在技術上有重大突破，使它成為應用廣泛的一類流量計，在流量儀表中其使用量百分數不斷上升。

優(yōu)點：

（1）測量通道是段光滑直管，不會阻塞，適用于測量含固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、泥漿、污水等；

（2）不產生流量檢測所造成的壓力損失，節(jié)能效果好；

（3）所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；

（4）流量范圍大，口徑范圍寬；

（5）可應用腐蝕性流體。

缺點：

（1）不能測量電導率很低的液體，如石油制品；

（2）不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；

（3）不能用于較高溫度。

應用概況：

電磁流量計應用領域廣泛，大口徑儀表較多應用于給排水工程；中小口徑常用于高要求或難測場合，如鋼鐵工業(yè)高爐風口冷卻水控制，造紙工業(yè)測量紙漿液和黑液，化學工業(yè)的強腐蝕液，有色冶金工業(yè)的礦漿；小口徑、微小口徑常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物化學等有衛(wèi)生要求的場所。

6、渦街流量計

渦街流量計是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體，流體在發(fā)生體兩側交替地分離釋放出兩串規(guī)則地交錯排列的游渦的儀表。

渦街流量計按頻率檢出方式可分為：應力式、應變式、電容式、熱敏式、振動體式、光電式及超聲式等。

渦街流量計是屬于最年輕的一類流量計，但其發(fā)展迅速，目前已成為通用的一類流量計。

優(yōu)點：

（1）結構簡單牢固；

（2）適用流體種類多；

（3）精度較高；

（4）范圍度寬；

（5）壓損小。

缺點：

（1）不適用于低雷諾數測量；

（2）需較長直管段；

（3）儀表系數較低（與渦輪流量計相比）；

（4）儀表在脈動流、多相流中尚缺乏應用經驗。

7、超聲波流量計

超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束（或超聲脈沖）的作用以測量流量的儀表。

根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法（直接時差法、時差法、相位差法和頻差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。

優(yōu)點：

（1）可做非接觸式測量；

（2）為無流動阻撓測量，無壓力損失；

（3）可測量非導電性液體，對無阻撓測量的電磁流量計是一種補充。

缺點：

（1）傳播時間法只能用于清潔液體和氣體；而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體；

（2）多普勒法測量精度不高。

應用概況：

（1）傳播時間法應用于清潔、單相液體和氣體。典型應用有工廠排放液、：怪液、液化天然氣等；

（2）氣體應用方面在高壓天然氣領域已有使用良好的經驗；

（3）多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體，例如：未處理污水、工廠排放液、臟流程液；通常不適用于非常清潔的液體。

8、科里奧利質量流量計

科里奧利質量流量計（以下簡稱CMF）是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力原理制成的一種直接式質量流量儀表。

我國CMF的應用起步較晚，近年已有幾家制造廠自行開發(fā)供應市場；還有幾家制造廠組建合資企業(yè)或引用國外技術生產系列儀表。

9、熱式氣體質量流量計

熱式流量計傳感器包含兩個傳感元件，一個速度傳感器和一個溫度傳感器。它們自動地補償和校正氣體溫度變化。儀表的電加熱部分將速度傳感器加熱到高于工況溫度的某一個定值，使速度傳感器和測量工況溫度的傳感器之間形成恒定溫差。當保持溫差不變時，電加熱消耗的能量，也可以說熱消散值，與流過氣體的質量流量成正比。

熱式氣體質量流量計即MassFlowMeter（縮寫為MFM），它是氣體流量計量中新型儀表，區(qū)別于其它氣體流量計不需要進行壓力和溫度修正，直接測量氣體的質量流量，一支傳感器可以做到量程從極低到高量程。它適合單一氣體和固定比例多組份氣體的測量。

熱式氣體質量流量計是用于測量和控制氣體質量流量的新型儀表?？捎糜谑?、化工、鋼鐵、冶金、電力、輕工、醫(yī)藥、環(huán)保等工業(yè)部門的空氣、烴類氣體、可燃性氣體、煙道氣體的監(jiān)測。

特點：

（1）可靠性高，重復性好，測量精度高，壓損??；

（2）無活動部件，量程比寬，響應速度快，無須溫壓補償。

應用：

（1）工業(yè)管道中氣體質量流量測量；

（2）煙囪排出的煙氣流速測量；

（3）煅燒爐煙道氣流量測量；

（4）燃氣過程中空氣流量測量；

（5）壓縮空氣流量測量；

（6）半道體芯片制造過程中氣體流量測量；

（7）污水處理中氣體流量測量；

（8）加熱通風和空調系統(tǒng)中的氣體流量測量；

（9）熔劑回收系統(tǒng)氣體流量測量；

（10）燃燒鍋爐中燃燒氣體流量測量；

（11）天然氣、火炬氣、氫氣等氣體流量測量；

（12）啤酒生產過程中二氧化碳氣體流量測量；

（13）水泥、卷煙、玻璃廠生產過程中氣體質量流量測量。

10、明渠流量計

與前述幾種不同，它是在非滿管狀敞開渠道測量自由表面自然流的流量儀表。

非滿管態(tài)流動的水路稱作明渠，測量明渠中水流流量的稱作明渠流量計（openchannelflowmeter）。

明渠流量計除圓形外，還有U字形、梯形、矩形等多種形狀。

明渠流量計應用場所有城市供水引水渠；火電廠引水和排水渠、污水治理流入和排放渠；工礦企業(yè)水排放以及水利工程和農業(yè)灌溉用渠道。有人估計1995臺，約占流量儀表整體的1.6[%]，但是國內應用尚無估計數據。

研發(fā)

1、靜電流量計（electrostaticflowmeter）

日本東京技術學院研制適用于石油輸送管線低導電液體流量測量的靜電流量計。

靜電流量計的金屬測量管絕緣地與管系連接，測量電容器上靜電荷便可知道測量管內的電荷。他們分別作了內徑4~8mm銅、不銹鋼等金屬和塑料測量管儀表的實流試驗，試驗表明流量與電荷之間接近于線性。

2、復合效應流量儀表（combinedeffectsmeter）

該儀表的工作原理是基于流體的動量和壓力作用于儀表腔體產生的變形，測量復合效應的變形求取流量。本儀表由美國GMI工程和管理學院開發(fā)，已申請兩項專利。

3、轉速表式流量傳感器（tachmetricflowratesensor）

它是由俄羅斯科學工程中心工業(yè)儀表公司開發(fā)，是基于懸浮效應理論研制的。該儀表已在若干現場成功的應用（例如在核電站安裝2000余臺測量熱水流量，連續(xù)使用8年），且還在改進以擴大應用領域。

發(fā)展

1、科里奧利質量流量計（CMF）：國外已發(fā)展30余系列，各系列開發(fā)在技術上著眼點在于流量檢測測量管結構上設計創(chuàng)新；提高儀表零點穩(wěn)定性和精確度等性能；增加測量管撓度，提高靈敏度；改善測量管應力分布，降低疲勞損壞，加強抗振動干擾能力等。

2、電磁流量計（EMF）：從50年代初進入工業(yè)應用以來，使用領域日益擴展，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占16[%]~20[%]。

我國近年發(fā)展迅速，1994年銷售估計為6500~7500臺。國內已生產口徑為2~6m的ENF，并有實流校驗口徑3m的設備能力。

3、渦街流量計（USF）：在60年代后期進入工業(yè)應用，80年代后期起在各國流量儀表銷售金額中已占4[%]~6[%]。1992年世界范圍估計銷售量為3.54.8萬臺，同期國內產品估計在8000~9000臺。

4、威力巴流量計：采用了完全符合空氣動力學原理的工程結構設計，是一種在精度、功效及可靠方面達到了無比卓越程度的傳感元件。

原理

流量傳感器是新世聯熱銷的傳感器之一，歡迎來電咨詢流量傳感器具體的工作原理與流量傳感器應用解決方案等。以下是流量傳感器的工作原理大概：

為保證制造業(yè)無故障檢測及檢測結果的可靠性，許多過程都需要液體或氣體介質的流入和流出量保持一致。在自動化生產過程中，除了壓力和溫度，流量的測量也是非常重要的。根據對流量進行持續(xù)監(jiān)控或限值監(jiān)控的要求，流量傳感器的輸出信號可以選擇為對應當前流速的模擬量或開關量。每一種應用對于流量傳感器都有特殊的要求。

流量傳感器主要應用于制造業(yè)

各種測量原理

不同物理原理的電子式或機械式流量監(jiān)控有各具優(yōu)勢的測量方式。如根據熱傳導原理，介質的流速不同，則產生的熱量不同。在線傳感器根據已知管道的橫截面來確定流量——首先檢測流速，然后根據流速計算流量。圖爾克FTCI系列流量傳感器可顯示當前流量，性能穩(wěn)定，但不同的介質導熱系數不同，它通常僅適用于水或加入乙二醇的混合液。依據克利奧利原理進行液體和氣體流量檢測的質量流量計價格昂貴。當介質流過彎管處時，質量流量計使其產生振蕩，并測量由此產生的克利奧利力。質量流量計的優(yōu)點是測量精度高，動態(tài)測量范圍，低壓力損失，同時適用于氣體和液體。

流量傳感器測量原理：熱傳導原理，FTCI；電磁感應原理，FCMI；渦街原理FCVI。

超聲波流量測量主要有兩種方法：多普勒法，即利用介質反射聲波使頻率發(fā)生改變，聲源和接收聲波的介質相對運動時產生頻差。運行時間法，即聲速疊加介質流速，若超聲波與水流方向一致，則運行時間短，反之運行時間就長，流速可由運行時間差運算得來。另一個重要原理是渦流頻率法，也稱渦街原理，即流體中放置阻流體而形成卡曼渦街，在有一定流量的情況下，阻流體兩側形成規(guī)則漩渦。圖爾克FCVI渦街流量計能夠敏銳感知介質壓力及溫度的變化，因此非常適合進行過程及冷水回路的控制，尤其適合水的監(jiān)測。差壓法基于柏努利原理——管道交叉部分狹窄，形成管口，由于管道系統(tǒng)中任意位置流量相同，因此形成壓降，根據柏努利原理可計算出流量。

基于電磁感應原理進行流量監(jiān)測的流量計適合檢測所有電導率大于15μS/cm的可導電液體。在磁場中，運動的帶電粒子產生電壓，其大小與介質的平均流速成正比，FCMI電磁流量計測量精度為測量值的2[%]，流體中不存在機械可移動部件，另外，彎管處無需減小管徑，因此不會產生壓力損失。

水流量傳感器原理

流量傳感器水流量傳感器主要由銅閥體、水流轉子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成(見圖1)。它裝在熱水器的進水端用于測量進水流量。當水流過轉子組件時,磁性轉子轉動,并且轉速隨著流量成線性變化?；魻栐敵鱿鄳拿}沖信號反饋給控制器,由控制器判斷水流量的大小,調節(jié)控制比例閥的電流,從而通過比例閥控制燃氣氣量,避免燃氣熱水器在使用過程中出現夏暖冬涼的現象。水流量傳感器從根本上解決了壓差式水氣聯動閥啟動水壓高以及翻板式水閥易誤動作出現干燒等缺點。它具有反映靈敏、壽命長、動作迅速、安全可靠、連接方便利啟動流量超低(1．5L/min)等優(yōu)點,深受廣大用戶喜愛。

水流轉子組件主要由渦輪開關殼、磁性轉子、制動環(huán)組成。使用水流開關方式時,其性能優(yōu)于機械式壓差盤結構,且尺寸明顯縮校當水流通過渦輪開關殼,推動磁性轉子旋轉,不同磁極靠近霍爾元件時霍爾元件導通,離開時霍爾元件斷開。由此,可測量出轉子轉速。根據實測的水流量、轉子轉速和輸出信號(電壓)的曲線,便可確定出熱水器的啟動水壓,以及啟動水壓相對應的啟動水流量與轉子的啟動轉速。由控制電路,便可實現當轉子轉速大于啟動轉速時熱水器啟動工作；在轉速小于啟動轉速時,熱水器停止工作。這樣熱水器啟動水壓一般設定在0．01MPa,啟動水流量為3～5L/min(需滿足熱水器標準對溫升的限制)。另外,由于水在永磁材料磁場切割下,變成磁化水,水中的含氧量增加,使人洗浴后感覺清爽。制動環(huán)的作用是停水時,制止高速旋轉的磁性轉子轉動,終止脈沖信號輸出?？刂破鹘邮詹坏矫}沖信號,立即控制燃氣比例閥關閥,切斷氣源,防止干燒。

2基本原理

水流量傳感器是利用霍爾元件的霍爾效應來測量磁性物理量。在霍爾元件的正極串入負載電阻,同時通上5V的直流電壓并使電流方向與磁場方向正交。當水通過渦輪開關殼推動磁性轉子轉動時,產生不同磁極的旋轉磁場,切割磁感應線,產生高低脈沖電平。由于霍爾元件的輸出脈沖信號頻率與磁性轉子的轉速成正比,轉子的轉速又與水流量成正比,根據水流量的大小啟動燃氣熱水器。其脈沖信號頻率的經驗公式見式(1)。

f=8．1q-3(1)

式中：f—脈沖信號頻率,H2

q—水流量,L/min

由水流量傳感器的反饋信號通過控制器判斷水流量的值。根據燃氣熱水器機型的不同,選擇的啟動流量,可實現超低壓(0．02MPa以下)啟動。

3水流量傳感器與水氣聯動閥的比較

壓差式水氣聯動閥的缺點是啟動水壓高,而要想降低啟動水壓就需要犧牲一定的穩(wěn)流特性(水壓波動時的流量穩(wěn)定能力)。

為了能使兩者兼顧,唯有加大水閥膜片,但這樣隨著閥體的增大成本會升高,且水流啟動壓力指標也不能做得太低。對水流量傳感器,在出水端增加穩(wěn)流組件,利用穩(wěn)流。形圈的幾何尺寸及物理性能,通過試驗成功開發(fā)了適用于不同容量熱水器的穩(wěn)流組件,具有很好的穩(wěn)流特性(進水壓力在0．1～0．5MPa變化時,出水量變化在3L/min以內),保證進水壓力變化時,保持流量在一定范圍內,達到恒溫效果。

比較壓差式水氣聯動閥與水流量傳感器,可以看出,前者是機械式,結構較復雜,體積大,但控制電路簡單；后者是電氣式,結構相對簡單,體積小,但控制電路復雜。更為重要的是前者啟動水壓較高,水路系統(tǒng)阻力較大,不宜用在10L/min以上的大容量熱水器AZ；而后者啟動水壓低,水路系統(tǒng)阻力小,在10L/min以上的大容量熱水器上已普遍采用。

4結語

近年來,采用水流量傳感器測量流量在強排式數碼恒溫燃氣熱水器中被大量應用的事實證明,采用水流量傳感器具有結構簡單、可靠性高、測量范圍廣等特點。如果能配合燃氣比例閥的氣量比例調節(jié),就可以實現燃氣熱水器在燃燒過程的全自動控制。