模块6物位与流量检测.ppt

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1、模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测主要内容：单元1 磁致伸缩式液位检测单元2 光纤激光耦合式物位检测单元3 电磁式流量检测 物位是指测量液态和粉粒状材料的液面和装载高度。在某些工业自动化系统中，需要实时监控一些设备装置中特定液体的高低变化或固体粉末的高度，保证生产连续性和设备安全性。在连续生产的情况下，维持某些设备中液位高度的稳定，对保证生产和设备的安全是必不可少的。在工业生产过程中需要进行物质流量测量的场合随处可见，流体流量测量对于节约能源、防止大气污染和生产过程自动化是必不可少的。随着社会的发展，人们越来越注重节能减排，提高资源利用率，流量计量和测试的重要性也更为突出。流量检测技

2、术广泛应用于冶金、化工、水处理、能源、生产制造等领域。模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测【引导语引导语】模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测【引导语引导语】液位测量控制物位测量控制1物位检测的概念 测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计，又称液面计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。物位测量仪表的种类很多，常用的有直读式液位计、差压式物位仪表、浮力式液位计、电容式物位仪表、声波式物位仪表和核辐射物位仪表。此外，还有电触点式、翻板式和机械叶轮探测式等物位测

3、量仪表。【背景知识背景知识】模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测 物位检测仪表主要特性【背景知识背景知识】模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测 类别类别适用对象适用对象测量范测量范围围/m允许温度允许温度/允许压力允许压力/MPa测量方法测量方法安装方式安装方式直读式玻璃管式液位1.5100150常压连续侧面、旁通管玻璃板式液位31001506.4连续侧面静压式压力式液位50200常压连续侧面吹气式液位16200常压连续侧面差压式液位、界位2520040连续侧面浮力式浮子式液位2.51506.4连续、定点侧面、顶置浮筒式液位、界位2.520032连续侧面、顶置翻板式液位2.4-

4、201206.4连续侧面、旁通管物位检测仪表主要特性【背景知识背景知识】模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测 类别类别适用对象适用对象测量范围测量范围/m允许温度允许温度/允许压力允许压力/MPa测量方法测量方法安装方式安装方式机械接触式重锤式料位、界位50500常压连续、断续顶置旋翼式液位安装位置定80常压定点顶置音叉式液位、料位安装位置定1504定点侧面、顶置电气式电阻式液位、料位安装位置定2001连续、定点侧面、顶置电容式液位、料位5040032连续、定点顶置其他超声式液位、料位601500.8连续、定点顶置微波式液位、料位601501连续顶置核辐射式液位、料位20无要求随容器定

5、连续、定点侧面光纤激光式液位、料位65-1050常压连续顶置磁致伸缩液位、界位23-19642720连续顶置2流量检测的概念 通常人们称谓的流量有多种不同含义，如河水流量、网络流量、空间流量、手机流量等。此处的流量特指工业流体流量，即单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量，又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量；当流体量以质量表示时称为质量流量。单位时间通过流管内某一横截面的流体的体积，称为该横截面的体积流量。简称为流量，用Q来表示。在某段时间内流体通过的体积或质量总量称为累积流量或流过总量，它是体积流量或质量流量在该段时间中的积分。流体介质通常包括气体、液体及粉状物质。【背景知

6、识背景知识】模块模块6 6 物位与流量检测物位与流量检测 单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题引入问题引入】工业生产过程中，常常需要测量各种液体高度、体积等参数，用于自动化生产过程中的液位控制、报警、数据分析及处理，以达到自动检测，快速数据处理，提高生产的自动化程度。在合成氨生产过程中铜洗塔塔底液位控制，如液位过高，精炼气就会带液，导致合成塔触媒中毒；反之，如液位过低时，会失去液体密封作用，发生高压气冲入再生系统，造成严重的事故。要完成这样一系列生产控制需求，首先必须准确无误地测量出需要控制的参数，即液位。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题

7、分析】1磁致伸缩式液位传感器 磁致伸缩液位传感器可进行液位、界位的连续测量，工作温度范围大，精度高，测量范围大，压力范围大，可对大部分液体如石油、化工原料、生化、医药、食品饮料和加油站等各种液罐的液位工业计量和控制，水库水位监测与污水处理等，但不能测量高黏度液体和泥浆及有压、自聚、有腐蚀、有毒液体测量。磁致伸缩效应：铁磁性物质在外磁场的作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩效应。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分析】1磁致伸缩式液位传感器 磁致伸缩液位传感器由探测杆、磁致伸缩线（波导线）、电路单元和浮球等组成。探测

8、杆外管为不锈钢保护管，内部为波导线（磁致伸缩材料制成），浮球沿探测杆随液面上升或下降，浮球内装有永久磁铁，构成非接触磁环，并在周围形成磁场。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分析】1磁致伸缩式液位传感器 电路单元定时发出询问脉冲，沿波导线向下传播，周围产生一个脉冲电流磁场,当与浮球内磁场相交时，浮球磁场发生改变。由于磁致伸缩的作用，浮球处的波导线内会产生一个应变机械波脉冲，并以固定的音速传输，被检测电路单元的脉冲检测器拾取。通过测量起始脉冲与返回脉冲之间的时间间隔，即可精确地确定被测液位的高度。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分

9、析】1磁致伸缩式液位传感器单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分析】2磁致伸缩液位计 在周期脉冲发生器中，由晶振和计数器调节控制时钟频率，向波导线发送激励电流脉冲信号；信号拾取模块中，检测器感知接收回波信号，应变机械波信号滤波和放大后，进行零位或峰值检波，确定应变机械波从浮球处传到检测线圈的时间，在每一个周期内对电压比较电路处理后的脉冲信号积分，经过过压保护电路和放大电路后调整到合适的输出电压，将位置信息转换成4-20mA标准电流信号形式输出。液位计电路原理图 单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分析】2磁致伸缩液位计液位计信号连接示

10、意图 磁致伸缩液位计实物单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【知识链接知识链接】1磁致伸缩材料的主要性能指标（1）居里点 也称居里温度或磁性转变点，即材料磁性消失的温度点。（2）最大磁导率 磁致伸缩材料对应的基本磁化曲线上各点磁导率的最大值。（3）饱和磁化强度 磁性材料在外加磁场中被磁化时所能够达到的最大磁化强度时的磁场强度。饱和磁化强度是铁磁性物质的一个特性，是温度的函数。（4）线磁致伸缩系数 铁磁材料由于磁化状态的改变引起弹性变形的现象。对于长度为l的磁体磁化时，长度的相对变化=l/l称为线磁致伸缩系数。材料的值随磁化场的增加而增大，在达到某一磁场时，磁化强度M达到饱和值，

11、也达到饱和值s。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【知识链接知识链接】1磁致伸缩材料的主要性能指标（5）机电耦合系数Ke 又称为机电耦合因子，它是衡量磁致伸缩材料（压磁材料）处于自由振动状态而其工作频率远低于共振频率时，材料中能够转换成机械能的磁能Em与材料中总磁能 Et之间关系的一个系数，即Ke=Em/Et。此值与材料磁化状态有关。（6）磁致伸缩应力常数 磁致伸缩材料因外加磁场所产生的应力Tm与外加磁场的磁感应强度Bm之比。（7）磁致伸缩应变常数 在自由状态下磁致伸缩材料因外加磁场所产生的应变S与外加磁场的磁感应强度Bm之比。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位

12、检测【知识链接知识链接】2磁致伸缩材料的种类 主要有磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料三大类。（1）金属、合金磁致伸缩材料 主要有镍、铁、钴、铝类合金与镍铜钴铁氧陶瓷，其磁致伸缩系数为10-5量级。如铽铁金属化合物、铁钴钒合金。（2）铁氧体磁致伸缩材料 典型的铁氧体材料有镍铁氧体、镍钴铁氧体、镍铜钴铁氧体等，其机电耦合系数范围在0.2-0.3，适用于数千赫兹到100千赫兹的频率范围。（3）稀土金属间化合物磁致伸缩材料 线磁致伸缩系数大；能量转换效率高达70%；其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间短；频率特性好等特点。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致

13、伸缩式液位检测【应用案例应用案例】【案例1】加油站液位检测控制 油位监测系统主要用于油库的自动化管理，能及时掌握油罐的油位、温度等状态参数，可以大大提高油库的作业效率、安全系数，增强系统的应急处理能力。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【应用案例应用案例】【案例1】加油站液位检测控制 传感器为磁致伸缩液位传感器，由于测量单元可探测到由同一询问脉冲产生的连续返回脉冲，故可以在同一传感器上配上多个活动磁浮子，同时进行液位、界位多参数测量。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【问题分析问题分析】【案例2】水处理系统液位检测 为提高水处理系统的自动化、智能化，需要整体

14、系统的重要参数进行监控，如压力、流量、液位、pH值、溶氧值等。原水、加药罐、过滤、沉降池、曝气池等水量的监控则需通过液位检测实现。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【实践项目实践项目】液位测量及控制1项目要求 理解磁致伸缩原理，认识磁致伸缩液位传感器。通过实践操作，掌握磁致伸缩液位计的特性、适用场合，能够根据实际应用进行传感器的量程、安装方式等进行选型并正确安装；能够完成线缆的选择及连接，完成液位测量。2设备与工具 0.1级电流表一只、24V稳压电源一台；磁致伸缩液位计一只，导线若干，液罐或塑料桶一只，长度适中的水管；常用电工工具、装配工具各一套。单元单元1 1 磁致伸缩式液

15、位检测磁致伸缩式液位检测【实践项目实践项目】3操作步骤（1）按图进行液位计安装，并接线（三线制液位计为例）。液位计安装示意图 液位测量接线图 单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【实践项目实践项目】（2）基本误差校准。依次缓慢增高储槽液位，读取标准电流表数值和液位计指示值；依次缓慢降低储槽液位，读取标准电流表数值和液位计指示值。正向和反向校准的误差若超过允许值，则对液位计零点、量程进行调整，直至符合要求为止。（3）报警设定值校准 在报警设定值附近改变液位，当触点动作时读取标准电流表数值和液位计指示值，若报警设定值误差超过允许值，则调整报警部分感光位置，直至符合要求。（4）如所选

16、液位计无报警功能，可根据步骤（2）记录的数据对液位计进行标定。在输出端OUT及接地端（-）之间并接250电阻，将之转换为15V电压输出，并根据前述标定结果获取输出电压/液位关系函数。（5）如所选液位计无显示模块，可选用透明容器，并将卷尺固定于外壁进行校准或标定。单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【拓展提高拓展提高】1电容液位计 适用于各种导电液体、非导电液体的液位或固体粉状料位的远距离连续检测和显示。通过电容传感器将液位的变化变换成电容量的变化，然后由电容量转换电路（如桥式电路、调频电路、脉冲宽度调制电路）将电容量的变化转换成电流、电压或频率等电信号，从而获知液位数值。电容液

17、位测量原理单元单元1 1 磁致伸缩式液位检测磁致伸缩式液位检测【拓展提高拓展提高】2雷达液位计 由雷达（Radar）技术衍化而来，故相应的测量仪表俗称雷达液位计。雷达液位计因为具有测量准确度高、可实现非接触测量、环境适应能力强等特点，在石油、化工、水泥等行业中应用显现出明显的优势。雷达液位检测原理 H=L-d=L-ct/2 H被测液位高度（m）；L天线到储罐底部的距离（m）；D天线到液面的距离（m）；T发射至接受的时间差（s）；c微波的传播速度（km/s）。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题引入问题引入】料位是指固态物料（矿石、煤、谷类等）物位，是工农业生产中的

18、一个重要参数。例如火电厂中的干熄焦的测量、炭灰的料位高度；氧化铝粉料仓位检测；粮仓的堆料高度；火电厂贮存容器料位测量等。对料位进行精确测量及控制，可增强生产过程的自动化程度，提高生产效率，确保生产工艺的正确执行。常用的料位测量测量方法电容式、超声波、雷达测量法，利用激光测距法实现料位检测，利用核辐射射线能穿透很厚的壁以实现不接触测量，因而可用于高压、高温和有毒的密封容器料位测量等。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理 光纤是一种多层介质结构的对称圆柱体，包括纤芯、包层、涂敷层及护套。光纤的结构 光纤实物 单元单元2 2 光纤激光耦合式

19、物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理 圆柱形结构：纤芯包层保护层 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理 当一束光线以一定的入射角1从介质1射到介质2的分界面上时，一部分能量反射回原介质；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理 减小入射角时，进入介质2的折射光与分界面的夹角将相应减小。达到临界角c，折射波只能在介质分界面上传播。当入射角小于c时，入射光线将发生全反射。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检

20、测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】1光纤的传光原理 利用全反射原理制成的光纤灯饰单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】2激光及其特性（1）激光产生机理 处于高能级E2的原子在外来光的诱发下，会从高能级跳到（跃迁）到低能级E1而发光，称为光的受激辐射。受激发出的光子与外来光子具有相同的频率、传播方向和偏振状态。在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。（2）激光的特性 单色性 激光发射的各个光子频率相同

21、，频率宽度窄，因此激光是最好的单色光源。相干性 受激辐射的光子在相位上是一致的，具有空间相干性很好。方向性 激光束的发散角很小，几乎是一平行的光线。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】3激光测距技术 时差法：是通过光束在待测距离上往返传播时间来计算距离，D=ct/2（c为激光传播速度）。相位差法：通过测定参考信号与经被测目标反射后的信号的相位差，便可以间接求得往返时间t及待测距离D：光信号往返测距系统与目标一次所产生的相位差；f激光光强调制信号的频率（Hz）；c激光传播速度（m/s）；=c/f 为激光的波长。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤

22、激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】3激光测距技术相位差法激光测距原理 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【问题分析问题分析】4光纤激光耦合式料位传感器 将相位差激光测距法及光纤传光特性结合，即可构成光纤激光耦合式料位传感器。光纤激光耦合式料位检测示意图 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】1光纤的类型（1）单模光纤 单模光纤只能允许一束光传播，没有模分散特性，单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大，传输距离长，但因其需要激光源，成本较高。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】

23、1光纤的类型（2）多模光纤 多模光纤允许多束光在光纤中同时传播。多模光纤的芯线粗，传输速度低、距离短，整体的传输性能差，但其成本比较低。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】1光纤的类型（3）阶跃型折射率光纤 纤芯和包层的折射率都为一常数，但在界面处呈阶跃式变化，其中芯的折射率，分布是均匀的。纤芯到玻璃包层的折射率是突变的，只有一个台阶。传输模式很多，各种模式的传输路径不一样，经传输后到达终点的时间也不相同，因而产生时延差，使光脉冲受到展宽。光纤的模间色散高，传输频带不宽。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】

24、1光纤的类型（4）渐变型折射率光纤 光纤中心到玻璃包层的折射率逐渐变小，可使高次模的光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】2光纤传感器 传光型光纤传感器：仅起传输光信号的作用。功能型光纤传感器：利用光纤本身的特性随被测量发生变化的一种光纤传感器。既起着传输光信号作用，又可作敏感元件，所以又称为传感型光纤传感器。光纤压力传感器传感型光纤液位检测传光型单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】3激光器 利用受激辐射

25、原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。（1）固体激光器（晶体和玻璃），所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；（2）气体激光器，所采用的工作物质是气体，如二氧化碳、He-Ne激光器等；（3）液体激光器，所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液，其中金属离子（如钕 Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如亚硫酰氯 SeOCl2）则起基质的作用；单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【知识链接知识链接】3激光器（4）半导体激光器，以一定的半导体材料作工

26、作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式（电注入、光泵或高能电子束注入），在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用，目前比较成熟的有砷化镓激光二极管。He-Ne激光器 激光二极单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】【案例1】固体火箭发动机推进剂料位检测 火箭发动机依靠推进剂在燃烧室中高压燃烧产生尾气，并排出高温高速尾气来获得推力。固体火箭发动机推进剂在装药过程中，需要对装药进程实时监控以确保药量精确可靠。在整个过程中，被测物质不允许接触，且装药现场也不能使用带电检测设备。因此

27、使用光纤式料位检测可满足要求。固体火箭发动机示意图 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】【案例2】煤仓料位检测 煤矿生产主要分井下与井上两部分。井下主要是采煤与皮带传输到井上。井上部分包括是原煤储存，洗煤及成品煤储运。为保证连续生产，产出原煤需及时储存于原煤仓。原煤经洗煤后，形成不同形式的煤炭产品，储于成品煤仓。为调节产、运、销之间产生的平衡，保证矿井和运输部门正常和均衡生产，必须实时了解原煤仓，成品煤仓的料位情况，指导井下生产与井上煤炭外运工作，煤矿料位监控系统必须达到准确、稳定、实时、不间断地对所有料仓进行测量。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位

28、检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】【案例2】煤仓料位检测 矿井煤仓分布示意图 煤仓料位监测系统的原理图 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】光纤温度传感器保护管内为高温光纤低温光纤单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】光纤式光电开关反射型反射型遮断型遮断型反射镜反射型反射镜反射型单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】光纤液位检测单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【应用案例应用案例】光纤流速检测单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测

29、光纤激光耦合式物位检测【实践项目实践项目】简易光纤料位传感器的制作 1项目要求 认知光纤的传光、传感原理，通过资料查询及实际操作，能够完成光纤式定值料位测量电路的制作及调试。2设备与工具 数字万用表；光纤、塑料桶、红外发光二极管、红外光敏三极管、电阻、电容、集成运放等；常用电工组装工具一套。3操作步骤（1）利用塑料桶制作模拟料仓，在上下限料位预留光纤安装位置，制作进料口和出料口。（2）利用红外发光二极管制作光源电路。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【实践项目实践项目】（3）安装光纤和光源电路（如图），确保安装位置正确，无障碍物时接收光纤能获取发射光纤的光信号。（4）

30、制作红外光敏三极管的探测电路，利用运放构成简易比较器电路，测量信号为开关输出型，并以LED灯做信号指示。（5）从进料添加物料，查看检测信号是否正常。（6）如光信号较弱，可将光源通过光纤耦合器接入光纤。简易开关型光纤料位检测 单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式物位检测【拓展提高拓展提高】1光纤电流传感器 感应元件是一段镍护套光纤，若通过螺线管的电流不同，螺线管中的磁场就不同，镍护套受此磁场的作用发生磁滞伸缩，使光纤在径向轴向受到应力，从而纤芯折射率和长度都发生变化，引起信号臂与参考臂的相位差异，通过探测相位差来探测电流的大小。单元单元2 2 光纤激光耦合式物位检测光纤激光耦合式

31、物位检测【拓展提高拓展提高】2光纤加速度传感器 激光束通过分光板后分为两束光，透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。当传感器感受加速度时，由于质量块M对光纤的作用，从而使光纤被拉伸，引起光程差的改变，光束合产生干涉效应。干涉条纹的移动可由光电接收装置转换为电信号，经过处理电路处理后便可正确地测出加速度值。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题引入问题引入】流量是化工生产过程中的重要参数之一，为了控制生产过程能定态进行，就必须经常了解操作条件，如压强、流量等，并加以调节和控制。流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量

32、进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。如，管道煤气或石油液化气、成品油、自来水，均需通过累计流量检测用于贸易结算，并且测量准确度需满足国家的有关标准。流量测量往往跟企业的效益有直接的联系，是进行贸易结算的依据。【问题引入问题引入】流量监控系统单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】流量测量方法有很多，如利用节流流量计、玻璃转子流量计、涡轮流量计、涡街流量计、质量流量计、电磁流量计、超声流量计、容积式流量计等等。电磁式流量传感器基于电磁感应原理制成，不需在被测管道内设置涡轮、挡板、节流装置等阻流部件，因

33、而测量过程不受被测介质的温度、压力、密度、黏度等影响，也不会影响原有介质的流体参数。流体运动与流速与流量单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】节流流量计玻璃转子流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】涡轮流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】涡街流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】质量流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】板孔流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】1电磁式流量传感器的工作原理 电磁式流量传感器工

34、作原理 导电性液体介质在磁场中垂直于磁力线方向流过，由于切割磁力线，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体流量。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】1电磁式流量传感器的工作原理 如果已知导管内径和磁场的磁通密度，那么就可以通过对电动势的测定，求出容积流量。电磁式流量传感器工作原理1-铁芯；2-电极；3-励磁线圈；4-绝缘导管；5-被测液体 单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】2电磁流量计 电磁式流量计由传感器和转换器两部分构成。传感器基于电磁感应原理，用来测量电导率大于5S/cm导电液

35、体的体积流量，是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。可测量一般导电液体的体积流量外，还可用于测量强酸强碱等强腐蚀液体和泥浆、矿浆、纸浆等均匀的液固两相悬浮液体的体积流量。电磁流量计结构 单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【问题分析问题分析】2电磁流量计 按转换器与传感器组装方式分类，有分体型和一体型。分体型电磁流量计一体型电磁流量计单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【知识链接知识链接】1电磁流量计的特点（1）没有机械可动部分，安装使用简单可靠。（2）电极的距离正好为导管的内径，因此没有妨碍流体流动的障碍，压力损失极小。（3）能够得到与容积流量成正比的输出信号。（4）测量结

36、果不受流体粘度、压力、温度、密度等物理参数的影响。（5）由于电动势是通过导管断面处的平均流速求得的，因此受流速分布影响较小。（6）测量范围宽，可以从0.005190000m3h。（7）测量的精度高，可达0.5%。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【知识链接知识链接】2电磁流量计的安装 单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【知识链接知识链接】3电磁流量计的接线（a）线缆穿接示意图（b）接线端子 分体型电磁流量计接线图 单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【知识链接知识链接】3电磁流量计的接线 一体型电磁流量计接线图 单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【应用案例

37、应用案例】【案例1】污水处理流量检测 污水处理工艺中，需根据要求，每个阶段都需要配置相应的传感器或检测仪表来进行监测配置，构成可靠的控制系统。某水处理工艺流程1-流量计；2-液位计；3-pH计；4-温度计；5-浊度计；6-余氯分析仪；7-反冲洗流量计；8-阻塞显示器；9-液位传感器单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【应用案例应用案例】【案例2】智能农业灌溉系统 智能微喷农业灌溉控制系统以计算机为控制中心，同时采集各种输入传感器，可自动实现对时间、流量、施肥、过滤、湿度、温度等参数的监测和控制。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【实践项目实践项目】电磁流量计的使用 1项目要求

38、 认知电磁流量计工作原理、特点及适用场合，能够进行电磁流量计安装、接线及校准，并完成流量测量。2设备与工具 数字万用表、秒表、电子称或500mL计量量杯一只，24V直流稳压电源一台；一体式电磁流量计、PVC水管、水管接头、生料带等，塑料桶一只；常用电子组装、管道安装工具一套。3操作步骤（1）阅读电磁流量计说明书及有关资料，选取自来水出水端，按操作规范、安装要求等将流量计、PVC正确串入水管中，接头处用生料带做好密封。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【实践项目实践项目】（2）按接线要求进行正确接线，上电后工作正常。（3）塑料桶置于出水口处，流量计上电完成初始化进入工作状态。（4）打开

39、水阀，同时启动秒表计时，记下瞬时体积流量，一段时间后停止。（5）查看电磁阀累计体积流量，并用电子称对水桶的水量进行称重，换算成体积；或直接用量杯测量，此即为累计流量值。根据计时算出平均体积流量。比较流量计与计算获得两组测值之间的差异，分析测量误差。（6）更改出水阀大小，重新进行（4）、（5）步至少5次。根据分析结果，确定此流量计标称的精度等级是否达到。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【拓展提高拓展提高】1光纤涡街流量传感器 将一根多模光纤垂直地装入流管，当液体或气体流经与其垂直的光纤时，光纤受到流体涡流的作用而振动，振动的频率与流速有关系，测出频率便可知流速。光纤漩涡流量传感器 v

40、流速；d流体中物体的横向尺寸；S斯特罗哈数，是一个与流体介质和流动环境有关的无量纲的常数。单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【拓展提高拓展提高】2超声流量计 超声流量计可分为传播速度差法、波束偏移法、多普勒法、互相关法及噪声法等。传播速度差法又分为相位差法、直接时差法和频差法三种。相位差法：根据顺、逆流传播时由于流体流动引起的相位差与流速近似成正比计算流体速度。相位差法超声流量检测单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【拓展提高拓展提高】2超声流量计 采用两个声波发送器（S1和S2）和两个声波接收器（R1和R2）。同一声源的两组声波在S1与R1之间和S2与R2之间分别传送。它们沿着管道安装的位置与管道成角。由于向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。时差法超声流量检测单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测【拓展提高拓展提高】2超声流量计 超声波在不均匀流体中传送时，声波会产生散射。流体与发送器间有相对运动时，发送的声波信号和被流体散射后接收到的信号之间会产生多普勒频移。多普勒频移与流体流速成正比。频差法超声流量检测单元单元3 3 电磁式流量检测电磁式流量检测