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流量传感器的工作原理及分类

      在工业应用中,水或气体流量的测量是控制不同工艺以及机械达到最佳性能和效率水平时非常重要的过程。因此,流量可以定义为物质在指定横截面上每单位时间移动的体积(或面积),并在特定的压力和温度下进行特征化。用于测量流量的传感器称为流量传感器。因此,流量测量在化学和石油等各种行业中至关重要。

什么是流量传感器?

      流量传感器是一种用于测量管道中液体流速和气体流速变化的电子设备。这些传感器主要利用电气和机械原理来测量流体的物理属性变化并测量其流量。因此,测量流量主要依赖于流体的物理属性。

      流量传感器的工作原理基于伯努利原理。伯努利原理指出,流量计的压力降与流速的平方成正比。确定流量的最常见方法是利用管道截面上的压力降。

流量传感器的分类:

      流量传感器分为以下三种类型:

      1、体积式流量传感器:这种类型的流量传感器是通过计量被测流体通过传感器时所占据的空间来测量流量。它们适用于测量粘稠液体的流量,例如液态化工品或粘稠油。

      2、质量式流量传感器:质量流量传感器是通过测量被测流体通过传感器的质量来测量流量。它们适用于测量气体或液体的流量,无需考虑其密度或压力变化。

      3、速度式流量传感器:速度流量传感器是通过测量被测流体通过传感器时的速度来计算流量。这些传感器通常依赖于测量压降或测量流体在管道中的速度分布。它们适用于测量液体或气体的流速,如水流或空气流动。

体积式流量传感器:

      体积式流量传感器是一种利用已知体积的流体流经并推动旋转部件来计量流量的传感器。当旋转组件完成一次完整的旋转时,就可以确认已通过传感器的流体体积。对于每个单位时间内发生的旋转次数进行计数,就可确定每个单位时间流经的流体体积。由于流体直接驱动组件运动,因此旋转速度与流量速率成正比。

体积式流量传感器.png

      与其他类型的传感器相比,这种类型的流量传感器非常独特,因为它们直接测量液体通过装置时的体积。其他类型的流量传感器不直接测量流量速率,而是测量压力,然后用于推导流量速率。

      这些流量传感器能够在广泛的液体粘度范围内工作;它们需要较少的维护,并且提供电子和机械接口。这些传感器通常用于测量汽油、油、液压液和水以及家用气表。

质量式流量传感器:

      质量式流量传感器通过确定每个单位时间内的质量来测量流体或气体通过管道的流速或流量。这些传感器广泛应用于汽车中,用于测量进入内燃机进气系统的进气空气。它们通过测量加热表面向流动液体的能量传递来工作。这些传感器通常分为两种类型:热式质量流量计和科里奥利质量流量计。

质量式流量传感器.png

      质量式流量传感器的优点是液体流量可以高精度地直接测量,适用于大范围的流体,如高粘性流体,并且可以进行双向流量测量。

速度式流量传感器:

      速度式流量传感器用于通过简单地确定流过传感器的流体的速度来检测液体流速。这些类型的传感器有机械、电磁和超声波等不同类型。

速度式流量传感器.png

机械式速度流量传感器:

      在机械式速度流量传感器中,将旋转的机械部件(例如桨轮)安装在流体通过路径上。当流体流动时,桨轮会旋转,其旋转情况可以由传感器(例如红外线传感器、磁线圈或霍尔效应传感器)很容易地检测到。流量传感器的电子装置将旋转数转换为输出信号(例如矩形波或正弦波信号),就可以很容易的计算出每单位时间输出的体积。

机械式速度流量传感器.png

      机械式速度流量传感器广泛适用于流体的测量,其优点是紧凑、价格便宜、工作原理简单,而且需要的能量非常小。机械式速度流量传感器的缺点是:传感器使用的是活动部件,可能会积聚被测液体中的污染物,从而影响其运行并需要维护。

电磁流量传感器:

      电磁流量传感器也称为磁动流传感器/ EMF流传感器,它们的工作原理是基于法拉第感应定律。电磁流量传感器的主要结构是一个线圈,当被测液体流过线圈里感应出一个磁场,然后利用电路测定由导电液体流经磁场产生的感应电压。感应电压与管道内液体的速度成正比。如果我们知道速度和管道横截面的尺寸,就可以将测量到的速度转换为体积流量。

电磁流量传感器.png

      电磁流量传感器适用于含有一定污染物的流体,它不适用于非导电流体,如蒸汽、气体或油。这类流量传感器不适用于真空条件、具有磨蚀特性的流体和可能含有铁磁性粒子的流体。

超声波流量传感器:

      超声波流量传感器主要有两种不同的工作原理。主要的工作原理是,由超声波换能器组产生一个信号,该信号从两个位置引导到被测流体中。发射器产生的每个信号都可以通过一组反射镜反射回另一个换能器的接收器。换能器和反射镜的方向为:一个信号顺着流体的流动路径传输,而另一个信号逆着流体的流动路径传输。接收器电子设备只需测量每个信号的传输时间,并测量两者之间的时间变化。一旦流体不运动,那么每个信号的传输时间都是相似的。当流体运动时,信号随流体流动而移动,这将具有较少的传输时间,因此信号的两个传输时间之间的变化反映了流体的速度。

超声波流量传感器传感器.png

      第二种工作原理是,将超声波信号简单地引导到被测液体中,并由接收器接收。在零流量状态下,超声波频率不变。由于多普勒效应,一旦流体运动,频率就会发生变化。这种效应相对于流体的速度是线性的。因此,检测到超声波频率的变化就可以计算出流体的流速。超声波流量传感器适用于导电和非导电液体,也适用于高压和高温流体。


如果需要给传感器增加无线传输功能,可以通过增加无线物联网控制器实现。
● 内置电池或外接5V电源供电
● 无线传输方式支持4G、NB、WIFI、LORA
● 支持所有传感器接口

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