【正文】 用的節(jié)流元件有孔板 、 噴嘴 、 文丘里管 。 差壓式流量傳感器發(fā)展較早 ， 技術(shù)成熟而較完善 ， 而且結(jié)構(gòu)簡單 ， 對流體的種類 、 溫度 、 壓力限制較少 ， 因而應(yīng)用廣泛 。 差壓式流量傳感器流量測量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置和差壓計 （ 或差壓變送器 ） 組成 ， 如圖 1543所示 。 直接法測量具有不受流體的壓力 、 溫度 、 粘度等變化影響的優(yōu)點 ， 是一種正在發(fā)展中的質(zhì)量流量傳感器 。 ③ 質(zhì)量式 ：質(zhì)量流量傳感器有兩種 ， 一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系 ，測出體積流量再乘被測流體的密度的間接質(zhì)量流量傳感器 ， 如工程上常用的采取溫度 、 壓力自動補償?shù)难a償式質(zhì)量流量傳感器 。 ② 容積式 : 容積式流量傳感器是根據(jù)已知容積的容室在單位時間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來測量流體的瞬時流量和總量的 。 它是利用管道中流量敏感元件 （ 如孔板 、 轉(zhuǎn)子 、 渦輪 、 靶子 、非線性物體等 ） 把流體的流速變換成壓差 、 位移 、 轉(zhuǎn)速 、 沖力 、 頻率等對應(yīng)的信號來間接測量流量的 。 所以目前流量測量的方法很多 ， 測量原理和流量傳感器 （ 或稱流量計 ） 也各不相同 ， 從測量方法上一般可分為以下三大類 。 生產(chǎn)過程中各種流體的性質(zhì)各不相同 ， 流體的工作狀態(tài)及流體的粘度 、 腐蝕性 、導(dǎo)電性也不同 ， 很難用一種原理或方法測量不同流體的流量 。 因此在測量氣體流量時 ， 必須同時測量流體的溫度和壓力 。 溫度對密度的影響要大一些 ， 一般溫度每變化 10℃ 時 ， 液體密度的變化約在 1%以內(nèi) ， 所以當溫度變化不是很大 ， 測量準確度要求不是很高的情況下 ， 往往也可以忽略不計 。 根據(jù)定義 ， 質(zhì)量流量可用下式表示： ??Am dAvq ?（ 1536） 由式（ 1535）可寫成 qm=ρqv=ρvA （ 1537） 流體的密度受流體的工作狀態(tài) （ 如溫度 、 壓力 ） 影響 。 根據(jù)定義 ，體積流量可用下式表示： ??Av dAvq（ 1534） 式中， v為截面 A中某一面積元 dA上的流速。 而在某一段時間間隔內(nèi)流過管道某一截面的流體量的總和 ， 即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累積值 ， 稱為 總量 或 累積流量 。 單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量 ， 稱為瞬時流量 。 流體的流量就成為決定產(chǎn)品成分和質(zhì)量的關(guān)鍵 ， 也是生產(chǎn)成本核算和合理使用能源的重要依據(jù) 。 流量測量 流量概述 流量是工業(yè)生產(chǎn)中一個重要參數(shù) 。 圖 1542 壓力表位于生產(chǎn)設(shè)備下安裝示意圖 312p1— 壓力表； 2— 切斷閥； 3— 生產(chǎn)設(shè)備壓力傳感器安裝高度應(yīng)與取壓點相同或相近。 圖 1541 測量高溫、 腐蝕介質(zhì)壓力表安裝示意圖 (a) 測量蒸氣； (b) 測量有腐蝕性介質(zhì) 測量腐蝕 、 高粘度 、 有結(jié)晶等介質(zhì)時 ， 應(yīng)加裝充有中性介質(zhì)的隔離罐 ， 如圖 1541（ b） 所示 。 測量高溫蒸氣壓力時 ， 應(yīng)裝回形冷凝液管或冷凝器 ， 以防止高溫蒸氣與測壓元件直接接觸 。 壓力檢測點應(yīng)選在能準確及時地反映被測壓力的真實情況處 。 要求最大測量誤差小于104 Pa， 即要求傳感器的相對誤差 %)06( 10 54m ax ?????? PaPa?所以應(yīng)選精度為 。 如要測量高壓蒸氣的壓力 ， 已知蒸氣壓力為 （ 2～ 4） 105 Pa， 生產(chǎn)中允許最大測量誤差為 104 Pa， 且要求就地顯示 。 一般在被測壓力較穩(wěn)定的情況下 ， 最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的 3/4； 在被測壓力波動較大的情況下 ， 最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的 2/3。 4. 壓力傳感器的選用與安裝 （ 1） 壓力傳感器的選用 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 對壓力傳感器進行選型 ， 確定檢測點與安裝等是非常重要的 ， 傳感器選用的基本原則是依據(jù)實際工藝生產(chǎn)過程對壓力測量所要求的工藝指標 、 測壓范圍 、 允許誤差 、 介質(zhì)特性及生產(chǎn)安全等因素 ， 要經(jīng)濟合理 ，使用方便 。 ? 這種傳感器測量準確度受到非線性和溫度的影響 ， 從而影響壓阻系數(shù)的大小 。 硅膜片用一個圓形硅杯固定，兩邊有兩個壓力腔，一個和被測壓力相 連接的高壓腔， 另一個是低壓腔，接參考壓力，通常和大氣相通。 壓阻芯片采用周邊固定的硅杯結(jié)構(gòu) ，封裝在外殼內(nèi) 。 擴散電阻正常工作時需依附于彈性元件 ， 常用的是單晶硅膜片 。 3. 壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器 的壓力敏感元件是壓阻元件 ， 它是基于壓阻效應(yīng)工作的 。游絲 7是用來克服 扇形齒輪和中心齒輪所 產(chǎn)生的儀表變差。 彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)如圖 1539所示 。 可知 ， 如果 a=b， 則 Δθ=0， 這說明具有均勻壁厚的圓形彈簧管不能用作測壓敏感元件 。 圖 1538 單圈彈簧管結(jié)構(gòu) 當開口端通入被測壓力后，非圓橫截面在壓力 p作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端由 B移至 B′而產(chǎn)生位移，彈簧管的中心角減小 Δθ，如圖 1538中虛線所示。 彈簧管的橫截面呈非圓形 （ 橢圓形或扁形 ） ， 彎成圓弧形的空心管子 ， 如圖 1538所示 。 2. 彈簧管壓力表 彈簧管壓力表在彈性式壓力表中更是歷史悠久 ， 應(yīng)用廣泛 。 彈性元件特性與選用的材料和負載的最大值有關(guān) 。 當 c、 A為定值時 ， 測量壓力就變?yōu)闇y量彈性元件的位移量 Δx。圖 1536 彈性元件示意圖 圖 1537 彈性元件測壓原理圖 Axcp ??c——彈簧的剛度系數(shù)； A——活塞的有效面積 圖 1537為利用彈性形變測壓原理圖 。 活塞缸的活塞底部加有柱狀螺旋彈簧 ， 彈簧一端固定 ， 當通入被測壓力 p時 ， 彈簧被壓縮并產(chǎn)生一彈性力與被測壓力平衡 ， 在彈性形變的限度內(nèi) ， 彈簧被壓縮后產(chǎn)生的彈性位移量 Δx與被測壓力 p的關(guān)系符合胡克定律 ， 表示為 Axcp ??（ 1532） 式中 : c——彈簧的剛度系數(shù)； A——活塞的有效面積。 金屬彈性元件都具有不完全彈性 ， 即在所加作用力去除后 ， 彈性元件會表現(xiàn)殘余變形 、 彈性后效和彈性滯后等現(xiàn)象 ， 這將會造成 測量誤差 。 若要減小這方面的誤差 ， 則應(yīng) 注意選用合適的材料 ，加工成形后進行適當?shù)臒崽幚?， 使用時應(yīng)選擇合適的測量范圍等 。 彈簧管壓力表中壓力敏感元件是彈簧管 。 管子的一端為封閉 ， 作為位移輸出端 ， 另一端為開口 ， 為被測壓力輸入端 。中心角的相對變化量 Δθ/θ與被測壓力 p有如下的函數(shù)關(guān)系： 2222211 kabbhREp ????????? ?????????（ 1526） 管壁厚度 式中 : θ——彈簧管中心角的初始角； Δθ——受壓后中心角的改變量； R——彈簧管彎曲圓弧的外半徑； h——管壁厚度； a, b——彈簧管橢圓形截面的長、 k——幾何常數(shù)（ k=Rh/a2）； α、 β——與比值 a/b有關(guān)的參數(shù)； μ——彈簧管材料的泊松系數(shù)； E——彈性模數(shù)。對于單圈彈簧管 ， 中心角變化量 Δθ比較小 ， 要提高 Δθ， 可采用多圈彈簧管 。 2222211 kabbhREp ????????? ?????????由式 圖 1539 彈簧管壓力表 被測壓力由接頭 9通入， 迫使彈簧管 1的自由端 產(chǎn)生位移，通過拉桿 2 使扇形齒輪 3作逆時針 偏轉(zhuǎn)，于是指針 5通過 同軸的中心齒輪 4的帶 動而作順時針偏轉(zhuǎn)， 在面板 6的刻度標尺上 顯示出被測壓力的數(shù) 值。改變 調(diào)節(jié)螺釘 8的位置（即 改變機械傳動的放大倍數(shù)），可以實現(xiàn)壓力表 量程的調(diào)整。 所謂壓阻元件 實際上就是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴散電阻 ， 當它受外力作用時 ， 其阻值由于電阻率的變化而改變 。 圖 1540是壓阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 。 圖 1540 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)； (b) 硅膜片示意圖 在一塊圓形的單晶硅膜片上，布置四個擴散電阻，兩片位于受壓應(yīng)力區(qū)，另外兩片位于受拉應(yīng)力區(qū)， 它們組成一個全橋測量電路。當存在壓差時，膜片產(chǎn)生變形， 使兩對電阻的阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，其輸出電壓反映膜片兩邊承受的壓差大小 低壓腔， 接參考壓力 高壓腔，連 被測壓力 ? 壓阻式壓力傳感器的主要優(yōu)點是體積小 ， 結(jié)構(gòu)比較簡單 ， 動態(tài)響應(yīng)也好 ， 靈敏度高 ， 能測出十幾帕斯卡的微壓 ， 它是一種比較理想 ， 目前發(fā)展較為迅速和應(yīng)用較為廣泛的一種壓力傳感器 。現(xiàn)在出現(xiàn)的智能壓阻壓力傳感器利用微處理器對非線性和溫度進行補償 ， 它利用大規(guī)模集成電路技術(shù) ， 將傳感器與微處理器集成在同一塊硅片上 ， 兼有信號檢測 、 處理 、 記憶等功能 ， 從而大大提高了傳感器的穩(wěn)定性和測量準確度 。 對彈性式壓力傳感器要保證彈性元件在彈性變形的安全范圍內(nèi)可靠的工作 ， 在選擇傳感器量程時必須留有足夠的余地 。 為了保證測量精度 ， 被測壓力最小值應(yīng)不低于全量程的 1/3。 如何選擇壓力表呢 ？ 根據(jù)已知條件及彈性式壓力傳感器的性質(zhì)決定選 Y100型單圈彈簧管壓力表 ， 其測量范圍為 (0～ 6) 105Pa（ 當壓力從 2 105 Pa變化到 4 105 Pa時 ， 正好處于量程的 1/3～ 2/3） 。 （ 2） 壓力傳感器的安裝 傳感器測量結(jié)果的準確性 ， 不僅與傳感器本身的精度等級有關(guān) ， 而且還與傳感器的安裝 、 使用是否正確有關(guān) 。 因此 ， 取壓點不能處于流束紊亂的地方 ， 即要選在管道的直線部分 ， 離局部阻力較遠的地方 。 如圖 1541（ a） 所示 。 隔離罐內(nèi)的隔離液應(yīng)選擇沸點高 、 凝固點低 、 化學(xué)與物理性能穩(wěn)定的液體 ， 如甘油 、 乙醇等 。對于圖 1542所示情況，壓力表的指示值要比管道內(nèi)的實際壓力高，應(yīng)對取壓管道的液柱附加的壓力誤差進行修正。 工業(yè)生產(chǎn)過程中 ， 很多原料 、 半成品 、 成品都是以流體狀態(tài)出現(xiàn)的 。 因此流量的測量和控制是生產(chǎn)過程自動化的重要環(huán)節(jié) 。 瞬時流量 有 體積流量和 質(zhì)量流量 之分 。 （ 1） 體積流 量 qv 單位時間內(nèi)通過某截面的流體的體積 ， 單位為 m3/s。 如果流體在該截面上的流速處處相等，則體積流量可寫成 qv=vA （ 1535） （ 2） 質(zhì)量流量 qm 單位時間內(nèi)通過某截面的流體的質(zhì)量 ， 單位為 kg/s。 對于液體 ， 壓力變化對密度的影響非常小 ， 一般可以忽略不計 。 對于氣體 ， 密度受溫度 、 壓力變化影響較大 ， 如在常溫常壓附近 ， 溫度每變化 10℃ ， 密度變化約為 3%；壓力每變化10kPa， 密度約變化 3%。為了便于比較 ， 常將在工作狀態(tài)下測得的體積流量換算成標準狀態(tài)下 （ 溫度為 20℃ ，壓力為 101 325 Pa） 的體積流量 ， 用符號 qVN表示 ， 單位符號為 Nm3/s。 尤其工業(yè)生產(chǎn)過程 ，其情況復(fù)雜 ， 某些場合的流體是高溫 、 高壓 ， 有時是氣液兩相或液固兩相的混合流體 。 ① 速度式 : 速度式流量傳感器大多是通過測量流體在管路內(nèi)已知截面流過的流速大小來實現(xiàn)流量測量的 。 差壓式 、 轉(zhuǎn)子 、 渦輪 、 電磁 、 旋渦和超聲波等流量傳感器都屬于此類 。 常用的有 橢圓齒輪 、 旋轉(zhuǎn)活塞式和刮板等流量傳感器 。 另一種是直接測量流體質(zhì)量流量的直接式質(zhì)量流量傳感器 ， 如 熱式 、 慣性力式 、 動量矩式等質(zhì)量流量傳感器 。 差壓式流量傳感器 又稱節(jié)流式流量傳感器 ， 它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置 ， 將管道中流體的瞬時流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差的原理來實現(xiàn)的 。 節(jié)流裝置的作用是把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號 ， 差壓計則對壓差信號進行測量并顯示測量值 ， 差壓變送器能把差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量對應(yīng)的標準電信號或氣信號 ， 以供顯示 、 記錄或控制 。 圖 1543 差壓式流量傳感器流量測量系統(tǒng) p2 P1 Δp=p1p2 1. 節(jié)流裝置 節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件 ， 是安裝在流體流動的管道中的阻力元件 。 它們的結(jié)構(gòu)形式 、 相對尺寸 、 技術(shù)要求 、 管道條件和安裝要求等均已標準化 ， 故又稱標準節(jié)流元件 ， 如圖 1544所示 。