传感器与检测技术（第5版）课件 第7章 流量检测.ppt

1.传播时间法声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速的关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数分类：时差法、相位差法频差法。传播时间法原理图7.6.1传播时间法原理（1）流速方程式超声波顺流从换能器A发送到换能器B的传播速度c被流体流速υm所加快，在管道中流动的速度进行矢量分解为反之，超声波逆流从换能器B传送到换能器A的传播速度则被流体流速υm减慢，在管道中流动的速度进行矢量分解为（1）流速方程式流体在两个超声探头之间传播的路程为：从而有流体在两个超声探头之间传播的时间为：（1）流速方程式这样就得到了两个接收信号间的时间间隔为：整理上面两式，得：（1）流速方程式这样就得到了两个接收信号间的时间间隔为：整理上面两式，得：（1）流速方程式由于流体的速度相对于声波在流体中传播的速度是非常微小的，可将上式做近似处理，得：（1）流速方程式得到流体的流速公式：测量气体这种计算方法对于液体流速的测量来说是可行的但是，在气体超声流量计中，由于超声波在气体中的声速较小，舍去项中的将给顺逆流时间差的准确测量带来较大误差设声速为340m/s，流体速度为30m/s,为45°，那么，这一项的误差（2）流量方程式测量和计算的流速是声道上的线平均流速，计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，差异取决于流速分布状况 因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。体积流量qv为：式中，K——流速分布修正系数，K=Vm/VDN——管道内径。K是单声道通过管道中心的流速（分布）修正系数。管道雷诺数ReD变化K值将变化，仪表范围度为10时，K值变化约为1％；范围度为100时，K值约变化2％。流动从层流转变为紊流时，K值要变化约30％。所以要精确测量时，必须对K值进行动态补偿。2.多普勒（效应）法 多普勒（效应）法是利用在静止（固定）点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。多普勒法超声波流量计原理图（1）流速方程式 超声换能器A向流体发出频率为fA的超声波，经照射域内液体中散射体，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波，其值为：多普勒频移fd正比于散射体流动速度：（2）流量方程式流量方程式形式上与式（7.6.4）相同Kd是散射体的“照射域”在管中心附近的系数；其值不适用于在大管径或含较多散射体达不到管中心附近就获得散射波的系数。（3）液体温度影响的修正流体声速c是温度的函数，液温变化会引起误差。固体的声速温度变化影响比液体小一个数量级，即流体声速c用声楔的声速c0取代，以减小用液体声速时的影响。声楔的射角cosθ=sinφ,sinφ/c＝sinφ0/c0（4）散射体的影响多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。3.组成组成：超声换能器（超声流量传感器）＋转换器转换器在结构上分：固定盘装式和便携式7.6超声流量计7.6.1工作原理及组成7.6.2选用与安装考虑要点涡轮流量计结构(1)壳体（表体）：承受被测流体的压力、固定安装检测部件和连接管道壳体采用不导磁不锈钢或硬铝合金制造。(2)导向体：对流体起导向整流以及支撑叶轮的作用，通常选用不导磁不锈钢或硬铝材料制作。(3)涡轮（叶轮）：流量计的检测元件，高导磁性材料。 叶轮有直板叶片、螺旋叶片和丁字形叶片等几种。叶轮的动平衡直接影响仪表性能和使用寿命。(4)轴与轴承：支撑叶轮旋转(5)信号检测器：国内常用变磁阻式涡轮流量计原理当流体通过管道时，冲击管道中心涡轮叶片，对涡轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转。在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比。由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量。涡轮的转速通过装在外壳上的检测线圈来检测。涡轮流量计的流量方程为体积流量f－流量计输出信号的频率，Hz；

K－流量计的仪表系数，P/m3。仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。涡轮流量计特性曲