【正文】 、 、 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 58 電磁流量計 ? 電磁流量計是 20世紀 50~60年代隨著電子技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。電磁流量計是根據(jù) 法拉第電磁感應定律 制成的，用來測量 導電液體 體積流量的儀表。由于其獨特的優(yōu)點，目前已廣泛地被應用于工業(yè)過程中各種導電液體的流量測量，如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質；各種漿液流量測量，形成了獨特的應用領域。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 59 電磁流量計的結構 ? 在結構上，電磁流量計由 電磁流量傳感器和轉換器 兩部分組成。圖 432所示為常見電磁流量計的結構外形圖。傳感器安裝在工業(yè)過程管道上，它的作用是將流進管道內的 液體體積流量值線性的變換成感應電勢信號 ， 并通過傳輸線將此信號送到轉換器 。轉換器安裝在離傳感器不太遠的地方，它將傳感器送來的流量信號進行放大，并轉換成與流量信號成正比的標準電信號輸出，以進行顯示、累積和調節(jié)控制。 圖 432 常見電磁流量計的結構外形圖 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 60 1. 電磁流量計的基本原理 ? 根據(jù)法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動 切割磁力線 時，在導體的兩端即產生 感生電勢 e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應強度 B，導體在磁場內的長度 L及導體的運動速度 ?成正比，如果 B， L， ?三者互相垂直，則 e BL?? 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 61 ? 在磁感應強度為 B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個內徑為 D的不導磁管道，當導電液體在管道中以流速 流動時，導電流體就切割磁力線。如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極，如圖 433所示。 圖 433 電磁流量計原理簡圖 ?e BD??2144v eDQ A D eB D B???? ? ?管道的體積流量 ?可以證明，只要管道內流速分布均勻，兩電極之間也將產生感生電動勢： 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 62 電磁式流量傳感器的優(yōu)缺點 (1) 沒有機械可動部分，安裝使用簡單可靠。 (2) 電極的距離正好為導管的內徑，因此沒有妨礙流體流動的障礙，壓力損失極小。 (3) 能夠得到與容積流量成正比的輸出信號。 (4) 測量結果不受流體粘度的影響。 (5) 由于電動勢是包含電極的導管的斷面處作為平均流量測得的，因此受流速分布影響較小 (6) 測量范圍寬，可以從 ～ 190000。 (7) 測量的精度高，可達 %。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 63 使用電磁式流量傳感器時應注意 (1) 由于導管是絕緣體，電流在流體中流動很容易受雜波的干擾，因此必須在安裝流量傳感器的管道兩端設置接地環(huán)接地。 (2) 雖然流速的分布對精度的影響不大，但為了消除這種影響，應保證液體流動管道有足夠的直線長度。 (3) 使用電磁式流量計時，必須使管道內充滿液體。最好是把管道垂直設置，讓被測液體從上至下流動。 (4) 測定電導率較小的液體時，由于兩電極間的內部阻抗（電動勢的內阻）比較高，故所接信號放大器要有 100MΩ 左右的輸入阻抗。為保證傳感器正常的工作，液體的速率必須保證在 5cm/s以上。 ? 電磁式流量計可以廣泛應用于自來水、工業(yè)用水、農業(yè)用水、海水、污水、污泥及化學藥品、食品和礦漿等流量的檢測。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 64 渦輪式流量傳感器 ? 渦輪式流量傳感器也是一種 速度式流量傳感器 。它是通過測量安裝在管道中的 渦輪轉速 而間接測量流體的流速，進而測得流量的。當葉輪置于流體中時，由于葉輪的 迎流面和背流面 流速不同 ，因此在流向方向形成壓差 ，所產生的 推力使葉輪轉動 。如果選擇摩擦力小的軸承來支撐葉輪，且葉輪采用輕型材料制作，那么可使流速和轉速的關系接近線性，只要測得葉輪的轉速，便可得知流體的流速 。 圖 434 渦輪式流量傳感器的原理方框圖 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 65 圖 435 渦輪流量傳感器結構原理圖 導磁材料 圖 436 渦輪流量傳感器結構 為了清除渦流和斷面流速不均勻對測量的影響，在傳感器進出口處常常裝有 導流器 ，用以導直流體并支撐渦輪，使流體順利流過葉輪，增加傳感器的線性工作范圍。傳感器應安裝在管道前后直管的距離大于管道直徑的15～ 20倍和 5倍處 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 66 圖 437 渦輪流量傳感器的外形 圖 437為渦輪流量傳感器的外形。根據(jù)安裝條件， 渦輪流量傳感器可以做成不同的結構形式。 由于渦輪流量計輸出的是 脈沖信號 ，易于遠距離 傳送和定量控制，并且抗干擾強，因此可以用于 純水、輕質油（汽油、煤油、柴油）、粘度低的 潤滑油及腐蝕性不大的酸堿溶液的流量測量， 測量精度一般在 以內。 %?返回本章目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 67 本章小結 ? 電位器式位移傳感器 — 將機械位移轉換為與其有一定函數(shù)關系的電阻值的變化，從而引起電路中輸出電壓的變化。 ? 光柵位移傳感器工作原理 — 莫爾條紋：如果把兩塊柵距 W相等的光柵面平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角 θ ，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋。 ? 莫爾條紋有兩個重要的特性： （ 1）位移的方向性；（ 2）放大作用 ? 磁柵位移傳感器 — 電磁感應原理，當線圈在一個周期性磁體表面附近勻速運動時，線圈上就會產生不斷變化的感應電動勢。 ? 接近傳感器 — 具有感知物體接近能力的器件。它利用位移傳感器對接近的物體具有敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號。 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 68 電容式物位傳感器 — 利用被測物不同，其介電常數(shù)不同的特點進行檢測的 導電式水位傳感器 — 利用水的導電性。 液位傳感器 壓差式液位傳感器 — 液面的高度與液壓成比例的原理制成的。 磁致伸縮液位（位移）傳感器 — 磁致伸縮效應，即鐵磁性物質在外磁場作用下，其尺寸伸長（或縮短），去掉外磁場后，其又恢復原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象（或效應）。 流量傳感器 流量 — 流體在單位時間內通過管道某一截面的體積或質量數(shù)。前者稱為體積流量，后者稱為質量流量。 電磁流量計 — 根據(jù)法拉第電磁感應定律，當一導體在磁場中運動切割磁力線時，在導體的兩端即產生感生電勢 e。 渦流式流量傳感器也是一種速度式流量傳感器。它是通過測量安裝在管道中的渦輪轉速而間接測量流體的流速，進而測得流量的。 返回本章目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 69 復習思考題 1. 莫爾條紋的含義是什么？其主要特性有哪些？試畫圖分析。 2. 磁柵位移傳感器的工作原理是什么？ 3. 電容式、電感式接近傳感器的工作原理是什么？被測物體是什么材料？為什么？ 4. 試分析圖 422所示壓力傳感器是如何測量液位的高度的？ 5. 電容式物位傳感器是如何測量物體位置的？ 6. 試分析電磁流量計的工作原理，并推導流量的表達式。 返回本章目錄 第 4章 位移 、 物位傳感器 2022/6/1 70 返回主目錄