第6章壓力和流量測(cè)量

第6章壓力、流量和物位的測(cè)量本章學(xué)習(xí)要求：1.了解壓力檢測(cè)方法2.了解流量的檢測(cè)方法3.了解物位的檢測(cè)方法6.1壓力的測(cè)量一、壓力及其單位由于壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力，故可用下式表示式中p表示壓力，F(xiàn)表示垂直作用力，S表示受力面積。根據(jù)國(guó)際單位制（SI）規(guī)定，壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）。工程上經(jīng)常使用兆帕（MPa）。過(guò)去使用的壓力單位比較多，根據(jù)1984年2月27日國(guó)務(wù)院“關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令”的規(guī)定，這些單位將不再使用。但為了使大家了解國(guó)際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過(guò)去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表3-1。在壓力測(cè)量中，常分為：表壓絕對(duì)壓力負(fù)壓或真空度工程上所用的壓力指示值，大多為表壓（絕對(duì)壓力計(jì)的指示值除外）。表壓是絕對(duì)壓力和大氣壓力之差，即當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來(lái)表示，為大氣壓力與絕對(duì)壓力之差，即1液柱式壓力計(jì)它是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量的。按其結(jié)構(gòu)形式的不同，有U型管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等。這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，但其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來(lái)測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。2彈性式壓力計(jì)它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。例如彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)及膜式壓力計(jì)等。

二、彈性式壓力計(jì)

原理：彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。特點(diǎn)：這種儀表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。若增加附加裝置，如記錄機(jī)構(gòu)、電氣變換裝置、控制元件等，則可以實(shí)現(xiàn)壓力的記錄、遠(yuǎn)傳、信號(hào)報(bào)警、自動(dòng)控制等。測(cè)量范圍：彈性式壓力計(jì)可以用來(lái)測(cè)量幾百Pa到數(shù)千MPa范圍內(nèi)的壓力，因此在工業(yè)上是應(yīng)用最為廣泛的一種測(cè)壓儀表。1彈性元件彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。它不僅是彈性式壓力計(jì)的測(cè)壓元件，也經(jīng)常用來(lái)作為氣動(dòng)單元組合儀表的基本組成元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣，常用的幾種彈性元件的結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）彈簧管式彈性元件

如圖3-5（a）所示。彎成圓弧形的金屬管子，它的截面做成扁圓形或橢圓形，當(dāng)通入壓力p后，它的自由端就會(huì)產(chǎn)生位移。測(cè)壓范圍較寬，可測(cè)量高達(dá)1000MPa的壓力。單圈彈簧管自由端位移較小，為了增加的位移，可以制成多圈彈簧管，如圖（b）所示。（2）薄膜式彈性元件薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同還可以分為膜片與膜盒等。它的測(cè)壓范圍較彈簧管式的為低。圖3-5（c）為膜片式彈性元件，它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片（有平膜片與波紋膜片兩種形式），在壓力作用下能產(chǎn)生變形。由兩張金屬膜片沿周口對(duì)焊起來(lái)，成一薄壁盒子，內(nèi)充液體（例如硅油），稱為膜盒，如圖3-5（d）所示（3）波紋管式彈性元件

波紋管式彈性元件是一個(gè)周圍為波紋狀的薄壁金屬簡(jiǎn)體，如圖3-5（e）所示。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓與低壓的測(cè)量（一般不超過(guò)1MPa）。2彈簧管壓力表彈簧管壓力表的測(cè)量范圍極廣，品種規(guī)格繁多。按其所使用的測(cè)壓元件不同，可有單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。按其用途不同，除普通彈簧管壓力表外，還有耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。它們的外形與結(jié)構(gòu)基本上是相同的，只是所用的材料有所不同。彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理如圖3-6所示。1-彈簧管2-拉桿3-扇形齒輪4-中心齒輪5-指針6–面板7–游絲8–調(diào)整螺釘9–接頭基本測(cè)量原理彈簧管1是壓力表的測(cè)量元件。它是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬單圈彈簧管管子的自由端B封閉管子的另一端固定在接頭9上當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形彈簧管的自由端B產(chǎn)生與輸入壓力p成正比的位移只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)具體的放大過(guò)程如下：彈簧管自由端B的位移通過(guò)拉桿2使扇形齒輪3作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)于是指針5通過(guò)同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力p的數(shù)值由于彈簧管自由端的位移與被測(cè)壓力之間具有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的游絲7用來(lái)克服因扇形齒輪和中心齒輪間的傳動(dòng)間隙而產(chǎn)生的儀表變差改變調(diào)整螺釘8的位置（即改變機(jī)械傳動(dòng)的放大系數(shù)），可以實(shí)現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整電接點(diǎn)信號(hào)壓力表在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒操作人員注意或通過(guò)中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。如圖是電接點(diǎn)信號(hào)壓力表的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。1，4–靜觸點(diǎn)2–動(dòng)觸點(diǎn)3–綠燈5–紅燈若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2與靜觸點(diǎn)1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。靜觸點(diǎn)1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)的指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4當(dāng)壓力超過(guò)上限給定數(shù)值（此數(shù)值由靜觸點(diǎn)4的指針位置確定）時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2和靜觸點(diǎn)4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，使紅燈發(fā)亮三、電氣式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％。由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。電氣式壓力計(jì)的組成電氣式壓力計(jì)一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。

傳感器壓力電量測(cè)量線路指示器記錄儀控制器輔助電源電氣式壓力計(jì)組成方框圖常用的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。傳感器、變送器及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)壓力傳感器的作用是把壓力信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行輸出，當(dāng)輸出的電信號(hào)能夠被進(jìn)一步變換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，壓力傳感器又稱為壓力變送器。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。例如直流電流4～20mA、空氣壓力0.02～0.1MPa都是當(dāng)前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。我國(guó)還有一些變送器以直流電流0～10mA為輸出信號(hào)。1霍爾片式壓力傳感器

霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量?；魻柶瑸橐话雽?dǎo)體（如鍺）材料制成的薄片。如圖3-9所示。在霍爾片的Z軸方向加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定磁場(chǎng)在Y軸方向加一外電場(chǎng)（接入直流穩(wěn)壓電源），便有恒定電流沿y軸方向通過(guò)電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)（電子逆Y軸方向運(yùn)動(dòng)）時(shí)，由于受電磁力的作用，而使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移造成霍爾片的一個(gè)端面上有電子積累，另一個(gè)端面上正電荷過(guò)剩于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差，這一電位差稱為霍爾電勢(shì)這樣一種物理現(xiàn)象就稱為“霍爾效應(yīng)”霍爾電勢(shì)的大小與半導(dǎo)體材料、所通過(guò)的電流（一般稱為控制電流）、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及霍爾片的幾何尺寸等因素有關(guān)，可用下式表示：

UH＝RHBI式中UH

——霍爾電勢(shì)；RH

——霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度；I——通過(guò)電流。由式（3-12）可知，霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢(shì)，UH但兩者都有一定限度，一般I為3～20mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢(shì)UH約為幾十毫伏數(shù)量級(jí)。導(dǎo)體的霍爾效應(yīng):

導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過(guò)它們的霍爾電勢(shì)遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的霍爾電勢(shì)小得多。位移-電勢(shì)的轉(zhuǎn)換：在選定了霍爾元件，并使電流保持恒定的情況下，則在非均勻磁場(chǎng)中，霍爾元件所處的位置不同，所受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度也將不同，這樣就可得到與位移成比例的霍爾電勢(shì)，實(shí)現(xiàn)位移-電勢(shì)的線性轉(zhuǎn)換。將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如圖3-10所示。被測(cè)壓力由彈簧管1的固定端引入彈簧管的自由端與霍爾片3相連接在霍爾片的上、下方垂直安放兩對(duì)磁極，使霍爾片處于兩對(duì)磁極形成的非均勻磁場(chǎng)中霍爾片的四個(gè)端面引出四根導(dǎo)線，其中與磁鋼2相平行的兩根導(dǎo)線和直流穩(wěn)壓電源相連接，另兩根導(dǎo)線用來(lái)輸出信號(hào)當(dāng)被測(cè)壓力引入后，在被測(cè)壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例利用這一電勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制2應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器原理：利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成的。分類：電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片（金屬絲或金屬箔）和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。電阻應(yīng)變?cè)恚罕粶y(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮應(yīng)變時(shí)，其阻值減??；當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生拉伸應(yīng)變時(shí)，其阻值增加。應(yīng)變片阻值的變化橋式電路

毫伏級(jí)輸出

毫伏計(jì)或其他記錄儀表

顯示出被測(cè)壓力應(yīng)變片式壓力計(jì)如圖是一種應(yīng)變片式壓力傳感器的原理圖。應(yīng)變筒1的上端與外殼2固定在一起下端與不銹鋼密封膜片3緊密接觸康銅絲應(yīng)變片r1沿應(yīng)變筒軸向貼放，作為測(cè)量片r2沿徑向貼放，作為溫度補(bǔ)償片當(dāng)被測(cè)壓力p作用于膜片而使應(yīng)變筒作軸向受壓變形時(shí)沿軸向貼放的應(yīng)變片r1也將產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)變?chǔ)?，r1的阻值變小沿徑向貼放的應(yīng)變片r2，受到橫向壓縮將引起縱向拉伸應(yīng)變?chǔ)?，于是r2阻值變大但是由于ε2比ε1要小，故實(shí)際上r1的減少量將比r2的增大量為大應(yīng)變片r1應(yīng)變片r2電阻r3電阻r4組成橋式電路由于r1和r2的阻值變化而使橋路失去平衡從而獲得不平衡電壓ΔU作為傳感器的輸出信號(hào)在橋路供給直流穩(wěn)壓電源最大為10V時(shí)，可得最大ΔU為5mV的輸出傳感器的被測(cè)壓力可達(dá)25MPa。由于傳感器的固有頻率在25000Hz以上，故有較好的動(dòng)態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測(cè)量。傳感器的非線性及滯后誤差小于額定壓力的1％。3壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成，其工作原理如圖3-12所示。原理：采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。特點(diǎn)：壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件下工作，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。使用范圍：壓阻式壓力傳感器不僅可以用來(lái)測(cè)量壓力，稍加改變，就可以用來(lái)測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。膜片式壓電壓力傳感器

如圖所示的膜片式壓電壓力傳感器目前較常用。

圖中，膜片起密封、預(yù)壓和傳遞壓力的作用。由于膜片的質(zhì)量很小，而壓電晶體的剛度很大，所以傳感器具有很高的固有頻率(高達(dá)100kHz以上)，尤其適用于動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量。常用的壓電元件是石英晶體。為了提高靈敏度，可采用多片壓電元件層疊結(jié)構(gòu)。

5）壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器可以測(cè)量各種壓力，如車輪通過(guò)枕木時(shí)的強(qiáng)壓力，繼電器接點(diǎn)壓力和人體脈搏的微小壓力等。用得最多的是在汽車上測(cè)量氣壓、發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力和真空度。6.2流量測(cè)量技術(shù)

一、流量及其測(cè)量方法1.流量的概念單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道內(nèi)某一截面的流體數(shù)量，

稱為瞬時(shí)流量。

而在某一段時(shí)間間隔內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體量的總和，

即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累積值，

稱為總量或累積流量，

如用戶的水表、

氣表等。

工程上講的流量常指瞬時(shí)流量，下面若無(wú)特別說(shuō)明均指瞬時(shí)流量。

瞬時(shí)流量有體積流量和質(zhì)量流量之分。

1）體積流量qv

體積流量qv是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的流體的體積，單位為m3/s。根據(jù)定義，體積流量可表示為式中,S為管道截面面積（m2）；v為管道內(nèi)平均流速(m/s)；V為流體體積（m3）；t為時(shí)間(s)。

2）質(zhì)量流量qm

質(zhì)量流量qm是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某截面的流體的質(zhì)量。根據(jù)定義，質(zhì)量流量可表示為式中,ρ為流體的密度(kg/m3);m為流體的質(zhì)量（kg）。

2.流量的測(cè)量方法

生產(chǎn)過(guò)程中各種流體的性質(zhì)各不相同，

流體的工作狀態(tài)（如介質(zhì)的溫度、

壓力等）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(cè)量不同流體的流量。

尤其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的情況復(fù)雜，

某些場(chǎng)合的流體是高溫、

高壓，

有時(shí)是氣液兩相或液固兩相的混合流體。

所以目前流量測(cè)量的方法很多，

測(cè)量原理和流量傳感器（或稱流量計(jì)）也各不相同，

從測(cè)量方法上一般可分為速度式、

容積式和質(zhì)量式三大類。

1）速度式流量測(cè)量原理速度式流量傳感器大多是通過(guò)測(cè)量流體在管路內(nèi)已知截面流過(guò)的流速大小實(shí)現(xiàn)流量測(cè)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(duì)應(yīng)的信號(hào)來(lái)間接測(cè)量流量的。

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。

2）容積式流量測(cè)量原理容積式流量傳感器是根據(jù)已知容積的容室在單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的次數(shù)來(lái)測(cè)量流體的瞬時(shí)流量和總量的。常用的容積式流量傳感器有橢圓齒輪式、旋轉(zhuǎn)活塞式和刮板式等。3）質(zhì)量式流量測(cè)量原理質(zhì)量式流量傳感器有兩種，一種是根據(jù)質(zhì)量流量與體積流量的關(guān)系，

測(cè)出體積流量再乘以被測(cè)流體的密度的間接質(zhì)量流量傳感器，

如工程上常用的補(bǔ)償式質(zhì)量流量傳感器，

它采取溫度、

壓力自動(dòng)補(bǔ)償；二、幾種速度式流量傳感器1.差壓式流量傳感器1）差壓式流量傳感器及其原理差壓式流量傳感器又稱節(jié)流式流量傳感器，主要由節(jié)流裝置和差壓傳感器(或差壓變送器)組成。

另一種是直接式質(zhì)量流量傳感器，如熱電式、慣性力式、動(dòng)量矩式質(zhì)量流量傳感器等。直接法測(cè)量具有不受流體的壓力、溫度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)，是一種正在發(fā)展中的質(zhì)量流量傳感器。差壓式流量傳感器

如圖所示。它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差，然后用差壓傳感器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，或直接用差壓變送器把差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或電壓信號(hào)，以供測(cè)量、顯示、記錄或控制。在氣動(dòng)控制中，還可以轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)，然后用于顯示、記錄或控制。

孔板引壓管差壓傳感器平衡閥正壓室切斷閥負(fù)壓室切斷閥流體在管道截面I前，以一定的流速v1流動(dòng)。此時(shí)靜壓力為p1’在接近節(jié)流裝置時(shí)，由于遇到節(jié)流裝置的阻擋，使靠近管壁處的流體受到節(jié)流裝置的阻擋作用最大，因而使一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為靜壓能，出現(xiàn)了節(jié)流裝置入口端面靠近管壁處的流體靜壓力升高，并且比管道中心處的壓力要大，即在節(jié)流裝置入口端面處產(chǎn)生一徑向壓差這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向就與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運(yùn)動(dòng)由于慣性作用，流束的最小截面并不在孔板的孔處，而是經(jīng)過(guò)孔板后仍繼續(xù)收縮，到截面Ⅱ處達(dá)到最小，這時(shí)流速最大，達(dá)到v2隨后流束又逐漸擴(kuò)大，至截面III后完全復(fù)原，流速便降低到原來(lái)的數(shù)值，即v3＝v1

差壓式流量傳感器節(jié)流裝置的作用是把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)。當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)節(jié)流元件時(shí)，流體受到局部阻力，在節(jié)流元件前后產(chǎn)生壓力差，就像電流流過(guò)電阻元件產(chǎn)生電壓差那樣，節(jié)流元件上游壓力P1高于下游壓力P2。流量與壓差ΔP=P1-P2的關(guān)系為α為流量系數(shù);S0為節(jié)流元件的開(kāi)孔截面積。

2.電磁流量傳感器1）電磁流量傳感器的工作原理電磁流量傳感器是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律測(cè)量導(dǎo)電性液體的流量。

如圖所示，

在磁場(chǎng)中安置一段不導(dǎo)磁、

不導(dǎo)電的管道，

管道外面安裝勵(lì)磁線圈（或一對(duì)磁極），

在勵(lì)磁線圈通電后，

當(dāng)有一定電導(dǎo)率的流體在管道中流動(dòng)時(shí)就切割磁力線。

與金屬導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一樣，

在導(dǎo)體(流動(dòng)介質(zhì))的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

由設(shè)置在管道上的電極導(dǎo)出。

該感應(yīng)電勢(shì)大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、

管徑大小、

流體流速大小有關(guān)，

即

鐵心電極絕緣套管勵(lì)磁線圈

電磁流量傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)信號(hào)是很微小的，

常與電磁流量轉(zhuǎn)換器組成變送器，

輸出0～10mA或4～20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)或一定頻率的脈沖信號(hào)，

配合單元組合儀表或計(jì)算機(jī)對(duì)流量進(jìn)行顯示、

記錄、運(yùn)算、

報(bào)警和控制等。

2）電磁流量傳感器的特點(diǎn)電磁流量傳感器只能測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的流體流量。

電磁流量傳感器適用于測(cè)量各種腐蝕性酸、

堿、

鹽溶液，

固體顆粒懸浮物，

粘性介質(zhì)(如泥漿、

紙漿、

化學(xué)纖維、

礦漿)等溶液；

也可用于各種有衛(wèi)生要求的醫(yī)藥、

食品等部門的流量測(cè)量(如血漿、

牛奶、

果汁、

鹵水、

酒類等)；

還可用于大型管道自來(lái)水和污水處理廠流量測(cè)量等。

電磁流量傳感器反應(yīng)迅速，

可以測(cè)量脈動(dòng)流量。

3.超聲波測(cè)量流速和流量超聲波流量計(jì)是一種新型的流量計(jì)，它們按作用原理可分為三類：①時(shí)間差法、相位差法和頻率差法；②聲束偏移法；③多普勒效應(yīng)法。頻率差法的最大優(yōu)點(diǎn)是不受聲速的影響，即不必對(duì)流體溫度改變而引起聲波的變化進(jìn)行補(bǔ)償，因此是常用的方法。下面只介紹頻率差法。超聲波頻率差法流量計(jì)原理圖

在管道壁上設(shè)置兩個(gè)相對(duì)的超聲波探頭，它們的連線與管道軸線之垂直線的交角為θ。由探頭TR1發(fā)射超聲波順流而下，傳到探頭TR2，TR2收到超聲脈沖后，經(jīng)電路而觸發(fā)發(fā)射探頭TR1再次發(fā)射脈沖。同理，探頭TR2發(fā)射超聲波逆流而上，傳到探頭TR1，TR1收到超聲脈沖后，經(jīng)電路而觸發(fā)發(fā)射探頭TR2再次發(fā)射脈沖。

由于順流而下的超聲波比波逆流而上的超聲波傳播速度多了流速分速度的2倍，因此兩個(gè)超聲波頻率不同，

其頻率差為

（8-14）

上式說(shuō)明Δf與流速v成正比,而與聲速無(wú)關(guān)，從而消除了聲速隨介質(zhì)溫度變化而造成的測(cè)量誤差。同時(shí)，可得體積流量QV測(cè)量公式為所以只要測(cè)得Δf就可以得出QV。

用計(jì)數(shù)器將依次測(cè)得的Δf進(jìn)行積算，就可以得到累計(jì)流量。

通過(guò)切換開(kāi)關(guān)和接收機(jī)就可以將信號(hào)引入測(cè)量電路。測(cè)量電路由倍頻器、可逆計(jì)數(shù)器和累計(jì)器，A/D轉(zhuǎn)換和瞬時(shí)指示所組成。倍頻器可提高測(cè)量精確度，可逆計(jì)數(shù)器測(cè)出Δf，累計(jì)器得到累計(jì)流量，可逆計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)送到累計(jì)器的同時(shí)送入A/D轉(zhuǎn)換和瞬時(shí)指示，后者將數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)后顯示出來(lái)，此信號(hào)（0～5V）也可供給遙測(cè)系統(tǒng)。4橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)是屬于容積式流量計(jì)的