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射流流量傳感器與射流電子水表 傳感器技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間:2020-07-30    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
射流流量傳感器以及射流電子水表利用流體在射流計(jì)量腔中產(chǎn)生與其流速成正比的雙穩(wěn)態(tài)振蕩這一原理而構(gòu)成,是近年來(lái)水流量測(cè)量領(lǐng)域中的新產(chǎn)品。由于射流流量傳感器的計(jì)量腔內(nèi)無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,內(nèi)表面采用摩擦系數(shù)極低的工程塑料材料和優(yōu)化的腔體結(jié)構(gòu)等技術(shù),因此射流流量傳感器具有使用壽命長(zhǎng),腔體不結(jié)垢、不堵塞,制造成本低,射流計(jì)量腔體可一次注塑成型,批量生產(chǎn)產(chǎn)品特性一致性好等特點(diǎn)。

等同采用國(guó)外水表先進(jìn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的新國(guó)標(biāo)(GB/T778.1~3-2007)已將傳統(tǒng)機(jī)械水表、帶電子裝置的機(jī)械水表以及采用電和電子原理的新穎電子水表等均列入水表產(chǎn)品序列,使水表產(chǎn)品門(mén)類(lèi)和品種更加全面、技術(shù)來(lái)源更加多樣、產(chǎn)品性能更加優(yōu)越。水表新國(guó)標(biāo)的頒布實(shí)施給射流電子水表有了正式“身份”,同時(shí)也有了可以遵循和驗(yàn)收的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法,為射流流量傳感器和射流電子水表的性能提升與發(fā)展指明了方向。圖1為寧波水表股份有限公司首創(chuàng)并研制的DN15與DN20的射流水表。

射流流量傳感器

射流流量傳感器通常由射流計(jì)量(振蕩)腔和振蕩信號(hào)檢測(cè)電路兩部分所組成。射流計(jì)量腔的作用是將被測(cè)流體引入腔體并使其產(chǎn)生穩(wěn)定而持續(xù)的雙穩(wěn)態(tài)振蕩;振蕩信號(hào)檢測(cè)電路的作用則是將與被測(cè)流體振蕩頻率成比例的流速信號(hào)通過(guò)一定的傳感原理及相應(yīng)的敏感元件將其檢出并做信號(hào)預(yù)處理,供后續(xù)信號(hào)處理單元使用,最終得到被測(cè)管道中流體的流速、流量以及累積流量等參數(shù)。

射流腔的結(jié)構(gòu)形式有多種,其中有代表性結(jié)構(gòu)的射流腔的主要特點(diǎn)是在小流量測(cè)量條件下(即雷諾數(shù)較小時(shí))能很好地起振并持續(xù)等幅振蕩,因此具有小的始動(dòng)流量值,特別適合于流量測(cè)量范圍要求較寬的電子水表應(yīng)用。

當(dāng)封閉管道中的水流體進(jìn)入射流計(jì)量腔時(shí),由于射流的附壁效應(yīng)和控制射流反饋原理,使水流體在射流計(jì)量腔中振蕩,該振蕩頻率在一定的流量范圍內(nèi)與流經(jīng)管道流體的流速或體積流量成正比,且不受流體的物理性質(zhì)等影響,見(jiàn)下式

式中:v—射流腔噴射口處流體平均流速值,m/s;d—與射流腔特征尺寸有關(guān)的參數(shù);Sr—Strouhal數(shù);f—射流振蕩頻率;qv—流過(guò)噴射口的體積流量值,m3/h;S—射流噴射口截面積,m2。

在射流腔主通道或反饋通道上設(shè)置電磁速度式敏感元件或壓電壓力式敏感元件,可以將流體振蕩頻率檢出并送后續(xù)信號(hào)處理電路作進(jìn)一步處理。

對(duì)流體在射流腔中的振蕩過(guò)程作如下描述:管道水流體進(jìn)入射流腔進(jìn)水孔并在其噴嘴口處形成射流噴射體;射流噴射體在通過(guò)主通道時(shí),由于受到射流附壁效應(yīng)和隨機(jī)干擾影響,流體就會(huì)沿著兩個(gè)對(duì)稱側(cè)壁中的任意一個(gè)側(cè)壁前行;在分流劈的阻擋下,流體會(huì)在分流劈與其中一個(gè)側(cè)壁之間通過(guò),其中大部分流體流向出水孔并最后流出射流腔,少部分流體則通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱反饋通道中的同一側(cè)通道流回主通道;反饋回來(lái)的流體會(huì)改變主通道射流噴射體的流動(dòng)方向,使其偏向另一側(cè)壁并在分流劈和另一側(cè)壁之間流過(guò)。同樣情形,大部分流體又會(huì)流出出水孔,少部分流體通過(guò)另一反饋通道又流回到主通道并改變射流噴射體的流動(dòng)方向;這樣周而復(fù)始進(jìn)行下去,就會(huì)在射流腔中形成穩(wěn)定的射流振蕩,它與雙穩(wěn)態(tài)振蕩器的工作原理非常相似。射流振蕩頻率在雷諾數(shù)大于某一數(shù)值時(shí)與管道中水流體的流速或體積流量成線性關(guān)系。

信號(hào)處理

現(xiàn)以電磁速度式信號(hào)檢測(cè)原理為例說(shuō)明信號(hào)檢測(cè)的工作過(guò)程。射流振蕩頻率f是由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的周期變化反映的。射流振蕩幅值Emax既是射流腔信號(hào)檢測(cè)電極幾何位置w的函數(shù),又是射流振蕩頻率f的函數(shù)。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)果表明,在相同的管道流速條件下,處于射流腔內(nèi)部不同位置的振蕩流體,其流動(dòng)速度是不同的,因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不相同;當(dāng)管道中流速變化時(shí),射流振蕩頻率也會(huì)隨之改變。射流振蕩頻率越低,射流體切割磁力線的運(yùn)動(dòng)速度就越慢,檢測(cè)到的信號(hào)幅值就越小。反之,頻率越高,速度就越快,信號(hào)幅值就越大。信號(hào)檢測(cè)方式可以是單端形式,也可以是差動(dòng)形式,差動(dòng)信號(hào)輸出幅值是單端形式的2倍。已知射流體在計(jì)量腔中按正弦規(guī)律振蕩,可用下式分別描述兩路相位相反的單端輸出信號(hào)E1和E2:

式中:E—差動(dòng)輸出射流振蕩信號(hào)電動(dòng)勢(shì),V;Emax(w、f)—射流振蕩幅值信號(hào),V;ω、f—射流振蕩時(shí)的角頻率和頻率,rad/s、Hz (ω =2π f);w—位置參數(shù)。

射流水表

射流水表是在射流流量傳感器基礎(chǔ)上增加信號(hào)處理單元等構(gòu)成的。信號(hào)處理單元按用水計(jì)量要求對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行累積流量(即用水體積量)、平均瞬時(shí)流量等的計(jì)算,在通信接口硬件電路及通信軟件(如通信協(xié)議等)的支撐下,將處理得到的計(jì)量數(shù)據(jù)以有線傳輸或無(wú)線傳輸方式發(fā)送到控制終端,完成計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳任務(wù),同時(shí)還將計(jì)量數(shù)據(jù)在射流水表電子顯示器上加以顯示。在由射流流量傳感器構(gòu)成的射流電子水表工作原理框圖中,它除了流量傳感單元外,還包括信號(hào)處理單元(由模擬與數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)據(jù)運(yùn)算及顯示、數(shù)據(jù)通信等電路組成)。當(dāng)采用恒磁勵(lì)磁電磁檢測(cè)方法時(shí),信號(hào)處理單元還應(yīng)包括信號(hào)調(diào)制電路等部分。

應(yīng)用與特性

射流電子水表當(dāng)前主要應(yīng)用場(chǎng)合是戶用小口徑供水管網(wǎng)的用水計(jì)量,而戶用小口徑供水管網(wǎng)水表則是城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民用水貿(mào)易結(jié)算的主要工具。隨著高能供電電池技術(shù)和微功耗電路設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步成熟,射流電子水表的使用壽命可以達(dá)到數(shù)十年之久,電池使用壽命也可達(dá)到近十年的水平。由于射流電子水表具有良好的使用特性、優(yōu)越的測(cè)量性能及較高的性價(jià)比,因此可以確信它的應(yīng)用前景是非常光明的。

射流電子水表既有許多特色優(yōu)勢(shì),但也有一定的局限性,如:大流量測(cè)量受到射流腔壓力損失的限制而不能持續(xù)提高;始動(dòng)流量受到被測(cè)流體粘性力作用不起振的制約等。目前,寧波水表股份有限公司研制的DN20射流電子水表性能已能達(dá)到的較好水平。

提升射流水表小流量測(cè)量特性的關(guān)鍵點(diǎn):1)射流計(jì)量腔在低雷諾數(shù)流體條件下(如102量級(jí))是否仍能正常起振;2)在流體振蕩幅值很弱(微伏級(jí)電壓)、振蕩頻率很低(10-1~10-2 Hz)條件下能否保證有用信號(hào)的有效檢測(cè)與處理。

由于射流水表的結(jié)構(gòu)限制,當(dāng)被測(cè)管道流量超過(guò)它的使用上限,就會(huì)使射流水表的壓力損失大大增加,因此射流水表目前主要還是在小口徑管網(wǎng)上流量不大條件下使用為主。如要在大口徑管網(wǎng)的大流量條件下使用,則應(yīng)采用分流形式結(jié)構(gòu),使其能滿足大流量測(cè)量的需要。式(6)是其體積流量與射流腔振蕩式中:

K1—射流振蕩腔調(diào)整系數(shù);K2—文丘里差壓管調(diào)整系數(shù);采用文丘里管差壓原理的

分流式射流流量傳感器,在減少了傳感器測(cè)量管壓力損失的同時(shí)也擴(kuò)大了傳感器流量測(cè)量的上限值。

結(jié)論

射流流量傳感器以及射流電子水表的研制成功,標(biāo)志著我國(guó)在利用電或電子原理構(gòu)成新穎水流量傳感技術(shù)以及新穎電子水表產(chǎn)品方面有了新的起步與開(kāi)端,標(biāo)志著我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)水表企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)差距明顯縮小,也為我國(guó)趕超世界電子水表技術(shù)的先進(jìn)水平奠定了基礎(chǔ)。電子水表的誕生,為我國(guó)水表產(chǎn)品功能的多樣性和測(cè)量的高準(zhǔn)確性創(chuàng)造了十分有利的條件。相信,在不遠(yuǎn)的將來(lái)電子水表必將成會(huì)水表產(chǎn)品家族中的主體。



    1、傳感器測(cè)量適用于多大壓力值?

    答:首先需要了解的是對(duì)應(yīng)系統(tǒng)中所需要的最大壓力值。那么所需要選配的壓力傳感器壓力范圍最大值應(yīng)該達(dá)到系統(tǒng)所需最大壓力值的1.5倍。這些額外的壓力范圍是由于許多的系統(tǒng),特別是水壓和過(guò)程控制,存在壓力尖峰或者連續(xù)的脈沖。這些尖峰可能會(huì)達(dá)到“最大”壓力的五至十倍,有可能造成傳感器的損壞。連續(xù)的高壓脈沖,接近或者超過(guò)傳感器的最大額定壓力,也會(huì)縮短傳感器的壽命。所以僅僅提高傳感器額定壓力并不是萬(wàn)全之策,因?yàn)檫@會(huì)犧牲傳感器的分辨率。也可以使用緩沖器來(lái)減弱尖峰,但是這也僅僅是一個(gè)折中方案,因?yàn)檫@會(huì)降低傳感器的響應(yīng)速度。

    2、傳感器需要達(dá)到什么樣的精度?

    答:精確度是行業(yè)內(nèi)通俗用來(lái)描述傳感器輸出誤差常用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。它來(lái)源于非線性,遲滯,不可重復(fù)性,溫度,零點(diǎn)平衡,校正和濕度效應(yīng)。通常下我們將精確度指定為非線性,遲滯和不可重復(fù)性的綜合影響。對(duì)許多傳感器來(lái)說(shuō),“精確度”會(huì)由于溫度,零點(diǎn)平衡等因素而比標(biāo)稱值更低。擁有更高精確度的傳感器的成本會(huì)更高,那么所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)真是需要這么高的精確度嗎?使用高精確度傳感器和低分辨率儀器組成的系統(tǒng)其實(shí)是一種低效率的解決方案。

    3、傳感器的耐溫性如何?

    答:壓力傳感器,像所有物理設(shè)備系統(tǒng)一樣,會(huì)在極端溫度的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤甚至無(wú)法使用。一般每個(gè)傳感器將會(huì)有兩個(gè)溫度范圍,分別是工作范圍和補(bǔ)償范圍。補(bǔ)償范圍包含在工作范圍之內(nèi)。

    工作范圍是指在這個(gè)范圍內(nèi),傳感器通電后可以暴露在介質(zhì)中而不會(huì)發(fā)生損壞。但是,這并不表示當(dāng)處于補(bǔ)償范圍以外的時(shí)候其性能也能達(dá)到標(biāo)稱的規(guī)格(溫度系數(shù))。

    補(bǔ)償范圍一般是在工作范圍之內(nèi)的一段更狹窄的范圍。在這個(gè)范圍內(nèi),傳感器確保可以達(dá)到標(biāo)稱的規(guī)格。溫度的改變通過(guò)兩種方法影響傳感器,其一是造成零點(diǎn)漂移,其二是影響整個(gè)量程的輸出。傳感器規(guī)格說(shuō)明應(yīng)該將這些誤差以下列形式列出:±x%滿量程/°C,±x%讀數(shù)/°C,±x%整個(gè)溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)滿量程,或者±x%整個(gè)溫度補(bǔ)償范圍內(nèi)讀數(shù)。如果沒(méi)有這些參數(shù)會(huì)給你在使用中造成不確定。那么傳感器輸出的改變是由于壓力變化還是溫度變化呢?在理解如何使用傳感器的時(shí)候,溫度效應(yīng)將是最復(fù)雜的部分。

    4、選擇何種輸出?

    答:一般的傳感器都有毫伏輸出,或者電壓放大,或者毫安,或者頻率輸出。所選擇的輸出類(lèi)型依賴于所選的傳感器與系統(tǒng)控制或者顯示部件之間的距離,噪音,以及其他電氣干擾,還有是否需要放大,較佳放置放大器的位置等。對(duì)于許多的原始設(shè)備制造商來(lái)說(shuō),他們的控制元件和傳感器距離很短,所以毫伏輸出一般就足夠了而且成本較低。

    如果需要傳感器輸出放大,那么使用另外一個(gè)有內(nèi)置放大器的傳感器更加簡(jiǎn)單。在長(zhǎng)距離電纜,或者有大電氣噪音區(qū)域內(nèi),就需要毫安輸出或者頻率輸出了。在有很強(qiáng)射頻干擾和電磁干擾的環(huán)境中,也就需要考慮在毫安和頻率輸出外在額外增加一些屏蔽或這過(guò)濾設(shè)備了。





測(cè)距傳感器的原理是怎樣的呢?

    超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。

    超聲波是一種振動(dòng)頻 率高于聲波的機(jī)械波,由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的;

    它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。

    超聲波測(cè)距原理

    超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大,尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中,它可穿透幾十米的深度。

    超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波,碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。

    因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測(cè)手段,必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。

    完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習(xí)慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。

    激光測(cè)距傳感器工作原理

    激光傳感器工作時(shí),先由激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。

    經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。

    雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器,因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。

    記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間,即可測(cè)定目標(biāo)距離。

    激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間,因?yàn)楣馑偬臁?/p>

    紅外線測(cè)距傳感器工作原理

    紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理,進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。

    紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管,發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào),接收管接收這種頻率的紅外信號(hào);

    當(dāng)紅外的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí),紅外信號(hào)反射回來(lái)被接收管接收;

    經(jīng)過(guò)處理之后,通過(guò)數(shù)字傳感器接口返回到機(jī)器人主機(jī),機(jī)器人即可利用紅外的返回信號(hào)來(lái)識(shí)別周?chē)h(huán)境的變化。

    總結(jié),上述的內(nèi)容主要是針對(duì)測(cè)距傳感器的原理方面的知識(shí)講解的;

    如超聲波測(cè)距傳感器原理、激光測(cè)距傳感器工作原理及紅外線測(cè)距傳感器工作原理這三方面;

    關(guān)于“測(cè)距傳感器的原理”的分享就先到這里了,希望上述介紹對(duì)大家的工作上有所幫助。

標(biāo)簽: 測(cè)距傳感器
測(cè)距傳感器 測(cè)距傳感器的原理是怎樣的呢?_測(cè)距傳感器

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