自动检测技术及仪表课程设计

课程设计报告

流量传感器原理、结构线路及其应用

学 院： 姓 名：学 号：专业班级：指导老师：第二大组

摘要：

流量传感器用于监测流速，而流量计总是利用固定的管道横截面测定流量或者流体质量。在实际应用中，要求液体或气体介质有一个恰当的稳定的值的过程应用大量存在。通过模拟量或开关量输出信号，流量传感器可指示流体状态。(输出方式取决于是连续量检测还是限定值的检测)，每个应用对流量传感器技术都有不同的要求。将来，预检测和智能传感器将是必不可少的，他们将用来避免设备损毁、不必要的停机时间和更换元器件带来的相关损失(状态监测)。

目前，流量测量方法和仪表的种类繁多，可供工业用的流量仪表种类达60种之多。广泛应用于化工化纤、食品、造纸、制糖、矿冶、给排水、环保、钢铁、石油、制药等工业领域中。

关键词：

流量传感器 监测流速 超声波流量计 智能仪表 呼吸机

目录

1. 流量传感器概述及工作原理 ......................................................... 1

1.1 流量传感器概述 ......................................................................... 1

1.2 流量传感器工作原理.................................................................. 1

2. 流量传感器的基本分类................................................................. 3

2.1 智能流量计................................................................................. 3

2.2 水处理液体涡轮流量计 .............................................................. 7

2.3 空气流量计................................................................................. 8

2.4 涡街流量计............................................................................... 10

2.5 电磁流量计............................................................................... 12

3. 流量传感器的选用 ...................................................................... 14

4. 流量传感器的应用——呼吸机 ................................................... 16

4.1 概述 .......................................................................................... 16

4.2 应用 .......................................................................................... 16

4.3 技术特点 .................................................................................. 16

总结 .................................................................................................. 20

参考文献........................................................................................... 20

1. 流量传感器概述及工作原理

1.1 流量传感器概述

流量传感器是一种流速监测装置，一般叫流量计，指示被测流量和(或)在选定的时间间隔内流体总量的仪表。主要功能是当流速未达到设定的流速阀值时发出检测信号，经计算机控制，进行报警或启动连锁保护系统，保护关键设备，能够以及时制止在生产中的突发事故，对生产安全和企业经济效益，有不可估量的实际作用。目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片式、热线式、量芯式、热膜式、卡门涡旋式等几种。

流量传感器用于监测流速，而流量计总是利用固定的管道横截面测定流量或者流体质量。在实际应用中，要求液体或气体介质有一个恰当的稳定的值的过程应用大量存在。通过模拟量或开关量输出信号，流量传感器可指示流体状态。(输出方式取决于是连续量检测还是限定值的检测)。每个应用对流量传感器技术都有不同的要求。将来，预检测和智能传感器将是必不可少的，他们将用来避免设备损毁、不必要的停机时间和更换元器件带来的相关损失(状态监测)。

1.2 流量传感器工作原理

流量传感器是热销的传感器之一，为保证制造业无故障检测及检测结果的可靠性，许多过程都需要液体或气体介质的流入和流出量保持一致。在自动化生产过程中，除了压力和温度，流量的测量也是非常重要的。根据对流量进行持续监控或限值监控的要求，流量传感器的输出信号可以选择为对应当前流速的模拟量或开关量。每一种应用对于流量传感器都有特殊的要求。

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流量传感器主要应用于制造业

各种测量原理

不同物理原理的电子式或机械式流量监控有各具优势的测量方式。如根据热传导原理，介质的流速不同，则产生的热量不同。在线传感器根据已知管道的横截面来确定流量——首先检测流速，然后根据流速计算流量。图尔克FTCI系列流量传感器可显示当前流量，性能稳定，但不同的介质导热系数不同，它通常仅适用于水或加入乙二醇的混合液。依据克利奥利原理进行液体和气体流量检测的质量流量计价格昂贵。当介质流过弯管处时，质量流量计使其产生振荡，并测量由此产生的克利奥利力。质量流量计的优点是测量精度高，动态测量范围，低压力损失，同时适用于气体和液体。

流量传感器测量原理：热传导原理，FTCI；电磁感应原理，FCMI；涡街原理FCVI。

超声波流量测量主要有两种方法：多普勒法，即利用介质反射声波使频率发生改变，声源和接收声波的介质相对运动时产生频差。运行时间法，即声速叠加介质流速，若超声波与水流方向一致，则运行时间短，反之运行时间就长，流速

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可由运行时间差运算得来。另一个重要原理是涡流频率法，也称涡街原理，即流体中放置阻流体而形成卡曼涡街，在有一定流量的情况下，阻流体两侧形成规则漩涡。图尔克FCVI涡街流量计能够敏锐感知介质压力及温度的变化，因此非常适合进行过程及冷水回路的控制，尤其适合水的监测。差压法基于柏努利原理——管道交叉部分狭窄，形成管口，由于管道系统中任意位置流量相同，因此形成压降，根据柏努利原理可计算出流量。

根据检测的方式，亦可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

2. 流量传感器的基本分类

流量传感器现目前广泛的分为智能传感器、涡轮流量计、空气流量计、涡街流量计、电磁流量计等类。

2.1 智能流量计

2.1.1 LUGB-90型智能流量计

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一、概述

LUGB-90型智能涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点；广泛应用于封闭工业管道中液体、气体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。

二、功能特点及技术参数

1、测量介质：气体、液体、蒸汽；

2、双排液晶同时显示累计流量和瞬时流量；

3、内部锂电池供电，无需外部电源；

4、微功耗设计，两节+3V锂电池可连续工作一年半以上；

5、传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高；

6、传感器内无可动部件，结构简单而牢固，压损小、维扩量小、使用寿命长；

7、范围度宽达10：1~15：1；

8、测量范围：正常工作范围，雷诺数为20，000-7，000，000；输出信号不受液体温度、压力、粘度及组份影响。测量可能范围，雷诺数8，000-7，000，000；

9、精度等级：液体，指示值的±1.0%；气体，指示值的±1.0%；蒸汽，指示值的±1.5%。10、输出信号：a.OC门脉冲输出； b.电流4-20mA(两线制/三线制)；

11、电源电压：+24VDC(需要信号输出时提供)；

12、介质温度：普通型a.-40℃～+130℃；b.-10℃～+250℃；

13、工作压力：0-2.5Mpa，法兰夹持连接(注：应用户要求，可提供其它压力等级，需定做)；

14、压力损失：ΔPΔP=1.079*10-6*ρ*v2(式中：ΔP：压力损失kpa；ρ：被测介质的密度kg/m3；V：被测介质的流速m/s)；

15、壳体材料：碳钢；不锈钢（1Cr18Ni9Ti）；

16、规格（管道内径）20、25、32、40、50、65、80、125、150、200、250、300(大于DN300口径为插入式)；

17、环境温度-25℃～+55℃；湿度≤85%RH；

18、防爆类型：隔爆型；防爆标志；iaIIcT4；

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概述

ZBWJ-90/99型智能文丘利涡街流量计是一种具有国际先进水平的流体振动式新型流量计。它具有功耗低、测量精度高、量程范围宽、管道安装要求低、压损小、抗扰动性能强、操作简单等优点，主要应用于工业管道中天然气、煤气、氨气、压缩空气等多种气体工况体积和标况体积的流量计

2.1.3 LED-99系列智能电磁流量计

概述

LED-99系列智能电磁流量计是一种电磁感应式流量仪表，是集信号检测及微电子智能化技术于一体的高新机电产品。它分为现场显示型(一体型)和远传显示型(分体式)两大类，它能测量导电液体介质，包括酸、硷、盐等强腐蚀性液体和纸浆、泥浆、废污水及固液两相悬浮液的体积流量。该产品广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品、造纸等行业及环保、市政管理、水利建设、河流疏通等领域。

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一、概述

SB-2100智能流量积算仪是一种智能流量显示仪表，可与我厂任何一种流量计配套使用，具有使用简单，精确度高、性能稳定、抗干扰性强，显示直观等优点；

二、功能特点及技术参数

1、三排液晶显示累积流量、瞬时流量、累积热量、瞬时热量、差压、频率、密度、压力、温度、当前时间及来停电查询；

2、具有温度、压力自动补偿密度功能及多种流量运算模式；

3、具有断电保护功能，可长期保存数据；

4、自动修复功能，软、硬件都配置看门狗；

5、流量信号输入:0~5000Hz(V低≤1V，V高≥5V)、0~10mA、4~20mA；

6、压力信号输入:0~10mA、4~20mA；

7、温度信号输入:0~10mA、4~20mA或PT100；

8、信号输出:4~20mA；

9、测量精度:模拟量优于0.2%，频率量优于0.1%；

10、工作电源:AC220V±15%；

11、环境温度:-30~+55℃，环境湿度:5~95%RH；

12、外形尺寸:160*80*150(宽*高*深，单位:mm)；

13、开空尺寸:152*76(宽*高，单位:mm)；

2.1.5 Lwgy智能液体涡轮流量计

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一、用途：

LWGY涡轮流量传感器与显示仪表配套组成涡轮流量计。传感器具有精度高，重复性好，寿命长操作简单等特点。可广泛应用于石油，化工，冶金，造纸等行业测量液体的体积瞬时流量和体积总量。

二、特点：

★压力损失小，叶轮具有防腐功能。

★具有较高的抗电磁干扰和抗震动能力，性能可靠工作寿命长。

★采用先进的超低功耗单片微机技术，整机功能强，功耗低，性能优越。具有非线性精度补偿功能的智能流量显示器。修正公式精度优于±0.02%。

★仪表系数可由按键在线设置，并可显示在LCD屏上，LCD屏直观清晰，可靠性高。

★采用EEPROM对累积流量、仪表系数进行掉电保护。保护时间大于10年。

仪表结构安装方式

2.2 水处理液体涡轮流量计

水处理涡轮流量表（计） 水处理专用涡轮流量传感器

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一、 概述：

LWGY型涡轮流量传感器（以下简称传感器）与显示仪表配套组成涡轮流量表（计）。可测量液体的瞬时流量和累计体积总量，也可以对液体定量控制。传感器具有精度高寿命长操作维护简单等特点，广泛用于工矿、石油、化工、冶金、造纸等行业。因传感器全部采用非金属材料在水处理行业上使用尤为适用。是流量计量和节能的理想仪表。

2、传感器适用于无纤维、颗粒等杂质的液体。

二、 工作原理：

被测液体流经传感器时，传感器内叶轮借助于液体的动能而旋转。此时叶轮叶片使检出装置中的磁路磁阻发生周周期性变化，因而在检出线圈两端感应出与流量成正比的电脉冲信号，经前置放大器放大后送至显示仪表。 在测量范围内，传感器的流量脉冲频率与体积流量成正比，这个比值即为仪表系数用K表示: K=f/Q或K＝V/N

式中：f－流量信号频率（Hz）；

Q－体积流量（m3/h或L/h）；

N－脉冲数；

V－体积总量（m3/L）。

2.3 空气流量计

2.3.1 LWGO气体涡轮流量计

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LWGQ型气体涡轮流量传感器是一种高精度的气体流量传感器，可解决多种流量计无法测量的气体小流量。它与相应的信号转换器结合可实现流量信号的传输，与相应的流量积算仪相配可实现瞬时流量和累积流量的显示与控制。广泛用于石油、化工、冶金、科研等领域的一般气体、天然气、煤气等气体计量与控制系统

主要特点：

高精度：测量精度可达1%，1.5%，2.5%，特殊定做可达0.5%

测量介质：气体

低流速：可用于较难测量的低流速1.5m/s的情况下

显示：可选配XS型分体显示表，显示瞬时流量与累积流量

多种输出：脉冲、4－20MA

2.3.2 腐性气体涡流流量计

冲

信

号

或

4~20mA)

防腐型气体涡轮流量传

感

器

脉防腐型气体涡轮流量计现场显示((

)

一、用途：

防腐专用气体涡轮流量计是一种速度式仪表。它具有精度高、重复性好、结构简单、测量范围宽、体积小、重量轻、压力损失小、维修方便等特点。可广泛应用于石油、化工、冶金、等行业。由于流量计与被测介质接触部分均选用防腐材料，因此流量计特别适用于有腐蚀性气体的计量。

二、工作原理：

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气体涡轮流量计是将涡轮置于被测流体中，当气体流经流量计时，在特殊结构整流器的作用下使气体得到整流并加速。叶轮利用气体作用到叶轮上的力而转动，此时叶轮上的叶轮片使磁路磁阻发生周期性变化。在一定流量范围内叶轮的角速度和流量成正比。

三、特点：

测量范围宽，下限流速低于0.5m/s，压力损失小，叶轮抗冲击能力强； 接触被测介质部分全部采用非金属材料（轴承采用防腐陶瓷轴承）； 特别适用于测量较强腐蚀性的气体（如氯气、二氧化硫、硫化氢等）； 具有较高的抗电磁干扰和抗震动能力，采用全密封隔离保护自润滑轴承，性能可靠工作寿命长；

采用先进的超低功耗单片微机技术，整机功能强，功耗低，性能优越，具有非线性精度补偿功能的智能显示器。修正公式精度优于±0.02％。

2.4 涡街流量计

2.4.1 LUGB-99型涡街流量计

一、概述

LUGB-99型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点；广泛应用于封闭工业管道中液体、气体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。

二、主要功能特点及技术参数

1、测量介质：蒸汽、气体、液体；

2、传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高；

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3、传感器内无可动部件，结构简单而牢固，压损小、维扩量小、使用寿命长；4、范围度宽达10：1~15：1；

5、介质温度：普通型a.-40℃～+130℃；b.-10℃～+250℃；

高温型a.-10℃～+350℃；b.-10℃～+380℃；

6、工作压力：0-2.5Mpa，法兰夹持连接(注：应用户要求，可提供其它压力等级，需定做)；

7、压力损失：ΔP=ΔP=1.079*10-6*ρ*v2(式中：ΔP：压力损失kpa；ρ：被测介质的密度kg/m3；V：被测介质的流速m/s)；

8、环境温度-25℃～+55℃；湿度≤85%RH；

9、防爆类型：本安型；防爆标志；iaIIcT6。

2.4.2 LUGB-90型涡街流量计

一、概述

LUGB-90型智能涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点；广泛应用于封闭工业管道中液体、气体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。

二、功能特点及技术参数

1、测量介质：气体、液体、蒸汽；

2、双排液晶同时显示累计流量和瞬时流量；

3、内部锂电池供电，无需外部电源；

4、微功耗设计，两节+3V锂电池可连续工作一年半以上；

5、传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高；

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6、输出信号：a.OC门脉冲输出； b.电流4-20mA(两线制/三线制)；

7、电源电压：+24VDC(需要信号输出时提供)；

8、介质温度：普通型a.-40℃～+130℃；b.-10℃～+250℃；

9、工作压力：0-2.5Mpa，法兰夹持连接(注：应用户要求，可提供其它压力等级，需定做)。

2.5 电磁流量计

电磁流量计是基于法拉第电磁感应定律而制成的，只星其中切割磁力线的导体不星一般的金属，而是具有一定电导宰的液态流体或液固两相流体。被测量的导电介质在磁场中作切割磁力线运动时。导电介质中会产生感应电动势，感应电动势由一对电极检测．该电压信号V，可用下式表示：V=KBDV

K：比例常数 B：磁感应强度 D：测量管内径

v：测量曹截面内的平均流速信号v，经转换仪处理后，辅出与流量成线性关系的频宰信号o5VOC(O—5VDC)以供后位仪表积算或控制。

2.5.1 按励磁方式分类

1）直流励磁型

这种电磁流量计数量很少，只用于测量液态金属流量，如常温下的汞和高温下的液态钠、钾等。

2）交流工频励磁型

较早期的电磁流量计用50Hz工频市电励磁，由于易受电磁干扰和零点漂移等原因，现已逐渐被低频矩形励磁所代替。但在测量泥浆、矿浆等液固两相流时，低频矩形波励磁方式由于不能克服固体擦过电极表面产生的尖峰噪声，而工频交流励磁的仪表则不存在这一缺点，所以国内外尚有一些电磁流量计仍采用交流励磁方式。

3）低频矩形波励磁型

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用于低频矩形波励磁方式功耗小，零点稳定，是目前电磁流量计的主要励磁方式。其波形有“正—负”二值和“正—零—负—零”三值两种。有的电磁流量计励磁频率可以由用户设定，一般小口径仪表用较高频率，大口径仪表用较低频率。

4） 双频励磁型

励磁电流的波形是在低频矩形波上叠加高频矩形波，主要为克服二值矩形波励磁存在的浆液噪声和流动噪声，提高仪表的稳定性和响应特性。

2.5.2 按传感器和转换器的组成分类

1) 分离型

这是电磁流量计的主要型式。传感器安装在流通管道上，转换器装在仪表室内或易于安装和操作的传感器附近，距离一般为数十到数百米。其好处是转换器可远离现场恶劣环境条件，电子器件的检查、调整和测量参数的比较方便。

2) 一体型

传感器和转换器组装在一起，装在工艺管道上直接输出反映流量大小的电流（或频率）标准信号。其好处是缩短了传感器和转换器之间的流量信号线和励磁线的连接长度，没有外界的这类布线，因此电器接线简单，价格也比较便宜。但易受管道布置的限制，如果安装在人们不易接近的场所，维护很不方便；此外，转换器中的电子器件装在管道上，易受液体温度和管道振动的影响。

2.5.3 按连接方式分类

按传感器与管道的连接方式可分为法兰连接、无法兰夹装连接和螺纹联结等几种。

2.5.4 按用途分类

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