水流量傳感器的變革挑戰(zhàn)
發(fā)布時(shí)間：2013.10.09 新聞來源：擴(kuò)音器電纜-計(jì)算機(jī)電纜-儀表電纜-安徽上纜儀表集團(tuán)股份有限公司 瀏覽次數(shù)：
流量傳感器是流量儀表中***為關(guān)鍵的部件之一，它與信號處理部件、數(shù)據(jù)傳輸與通信部件一起共同構(gòu)成了流量表計(jì)及裝置。流量儀表在能源計(jì)量、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)測量、環(huán)保工程檢測及科學(xué)實(shí)驗(yàn)等方面發(fā)揮著非常重要的作用，也是過程自動化儀表與裝置中的主要儀表之一。流量傳感器包括了氣體傳感器、液體流量和多相流量傳感器等三類。其中液體流量傳感器又包括了水流量、油類流量和其它液體流量傳感器等幾種。
水流量傳感器是流量傳感器中使用量***大、使用面***廣的一種傳感器。它主要用于封閉管道中的生活飲用水、原水、灌溉用水、污水、城鎮(zhèn)供熱用水、生活熱水、以及工農(nóng)過程用水等的計(jì)量表計(jì)、檢測儀表和自動測控裝置等，并以生活飲用水和供熱熱水的計(jì)量為主體。水流量傳感器以產(chǎn)品門類豐富、品種規(guī)格眾多、涉及技術(shù)面廣、工作環(huán)境條件復(fù)雜等著稱。
水流量傳感器按其測量原理不同可以將其分為容積式和速度式兩類傳感器。按傳感器主要結(jié)構(gòu)及信號獲取方式不同，可將水流量傳感器劃分成有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳感器（如：活塞式、章動式、葉輪式水流量傳感器）和無機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳感器（如：電磁式、超聲式、射流式水流量傳感器）等幾種。
水流量傳感器單獨(dú)使用的情況很少，絕大多數(shù)都用在各類水表、熱量表、水流量計(jì)等產(chǎn)品上，對封閉管道內(nèi)的介質(zhì)流量或流速起到感知與轉(zhuǎn)換的作用。通過測量表計(jì)內(nèi)信號處理部件對其輸出信號進(jìn)行處理與顯示，可獲得累積流量（即用水量）、瞬時(shí)流量、各時(shí)段流量以及熱量等參數(shù)，如有必要還可以將所得結(jié)果對外進(jìn)行傳輸與通信。
一般情況下，用于工農(nóng)業(yè)過程水流量測量與控制的流量計(jì)及儀表，其傳感器通常工作在流量范圍較窄區(qū)間，并以管道中水的瞬時(shí)流速或流量作為主要測控目標(biāo)，而且工作環(huán)境條件通常較好；而水表、熱量表中水流量傳感器則于其明顯不同，他們要求傳感器有很寬的流量測量范圍，以適應(yīng)同一管道中不同水流量測量的要求。同時(shí)，由于工作環(huán)境惡劣，不能采用電網(wǎng)電源供電，因此智能電子水表、熱量表等須***采用微功耗設(shè)計(jì)及電池供電，并且應(yīng)具有在潮濕、淹水環(huán)境中可靠工作的特性。
主流水流量傳感器
生活飲用水和供熱用水的水流量傳感器數(shù)量占到總數(shù)的80%以上，它們在很多方面能夠代表水流量傳感器的基本狀況及特性。目前，我國用于各類水表（包括機(jī)械水表和智能電子水表）的水流量傳感器數(shù)量特別大，年產(chǎn)量大約為6000多萬臺，約占全球產(chǎn)量的45%，其中出口量多達(dá)2200余萬臺；用于熱量表的水流量傳感器年產(chǎn)量也有300萬臺之多。
上述水流量傳感器中，大口徑的通常以葉輪式水平螺翼式和垂直螺翼式結(jié)構(gòu)為主體，小口徑的則以葉輪式多流束旋翼式和單流束旋翼式結(jié)構(gòu)為主體。這種帶來運(yùn)動機(jī)構(gòu)的葉輪式傳感器是目前供水、供熱管道中***常用的主流水流量傳感器。其它如容積式水流量傳感器也占有少量份額，并以旋轉(zhuǎn)活塞式結(jié)構(gòu)為主，通常在水質(zhì)條件較好，水中無雜質(zhì)的場合使用。
葉輪式水流量傳感器由于采用與管道流速成比例的機(jī)械傳動軸系葉輪及葉輪盒等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此機(jī)構(gòu)簡單，制造成本低，在水中雜質(zhì)較少的工況下可以長期穩(wěn)定工作。由于葉輪旋轉(zhuǎn)不能直接以電信號方式輸出，因此此類水流量傳感器通常采用機(jī)械積算機(jī)構(gòu)對用水量進(jìn)行積算并示數(shù)。如要將葉輪、活塞等旋轉(zhuǎn)量直接轉(zhuǎn)化為電信號，則須***在傳感器內(nèi)設(shè)置機(jī)電轉(zhuǎn)換部件，將非電量的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換成脈沖輸出的增量編碼電信號或位置量輸出的******編碼電信號，便于后續(xù)信號處理及數(shù)據(jù)傳輸與通信。
脈沖編碼信號輸出需要用到多種敏感元件及檢測方法，常用的有磁敏檢測，電渦流檢測及開關(guān)檢測等幾種；位置編碼信號通常采用光電直讀方式進(jìn)行采集。
葉輪式水流量傳感器可在很寬的測量范圍內(nèi)工作，由于儀表常數(shù)不能保持良好的線性度，因此該類傳感器的測量范圍會受到非線性特性的制約。當(dāng)前已有采用計(jì)算流體動力CFD方法對葉輪式水流量傳感器的流場進(jìn)行計(jì)算機(jī)******，并對流量特性作出優(yōu)化處理。
新型水流量傳感器
葉輪或活塞式水流量傳感器由于有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)存在，因而工作時(shí)軸系容易磨損，測量重復(fù)性較差，管道壓力損失偏大，而且需要通過機(jī)電轉(zhuǎn)換部件才能輸出電信號，從發(fā)展眼光看，帶有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的水流量傳感器是會逐步退出歷史舞臺的。
新型水流量傳感器，如：電磁、超聲、射流等水流量傳感器由于傳感器內(nèi)無機(jī)械運(yùn)動部件，因此使用壽命長、測量可靠、對水質(zhì)條件要求不高，測量特性可以由內(nèi)置的嵌入式計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行調(diào)整與矯正，是智能電子水表、熱量表及測量表計(jì)今后******的傳感器。
電磁水流量傳感器采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。傳感器輸出電信號與管道內(nèi)被測水流體的平均流速正正比。電磁水流量傳感器具有線性度和重復(fù)性好，與被測介質(zhì)的物性參數(shù)值無關(guān)，壓力損失小等特點(diǎn)，是一種性能十分優(yōu)良的傳感器。
水流量傳感器是流量傳感器中使用量***大、使用面***廣的一種傳感器。它主要用于封閉管道中的生活飲用水、原水、灌溉用水、污水、城鎮(zhèn)供熱用水、生活熱水、以及工農(nóng)過程用水等的計(jì)量表計(jì)、檢測儀表和自動測控裝置等，并以生活飲用水和供熱熱水的計(jì)量為主體。水流量傳感器以產(chǎn)品門類豐富、品種規(guī)格眾多、涉及技術(shù)面廣、工作環(huán)境條件復(fù)雜等著稱。
水流量傳感器按其測量原理不同可以將其分為容積式和速度式兩類傳感器。按傳感器主要結(jié)構(gòu)及信號獲取方式不同，可將水流量傳感器劃分成有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳感器（如：活塞式、章動式、葉輪式水流量傳感器）和無機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的傳感器（如：電磁式、超聲式、射流式水流量傳感器）等幾種。
水流量傳感器單獨(dú)使用的情況很少，絕大多數(shù)都用在各類水表、熱量表、水流量計(jì)等產(chǎn)品上，對封閉管道內(nèi)的介質(zhì)流量或流速起到感知與轉(zhuǎn)換的作用。通過測量表計(jì)內(nèi)信號處理部件對其輸出信號進(jìn)行處理與顯示，可獲得累積流量（即用水量）、瞬時(shí)流量、各時(shí)段流量以及熱量等參數(shù)，如有必要還可以將所得結(jié)果對外進(jìn)行傳輸與通信。
一般情況下，用于工農(nóng)業(yè)過程水流量測量與控制的流量計(jì)及儀表，其傳感器通常工作在流量范圍較窄區(qū)間，并以管道中水的瞬時(shí)流速或流量作為主要測控目標(biāo)，而且工作環(huán)境條件通常較好；而水表、熱量表中水流量傳感器則于其明顯不同，他們要求傳感器有很寬的流量測量范圍，以適應(yīng)同一管道中不同水流量測量的要求。同時(shí)，由于工作環(huán)境惡劣，不能采用電網(wǎng)電源供電，因此智能電子水表、熱量表等須***采用微功耗設(shè)計(jì)及電池供電，并且應(yīng)具有在潮濕、淹水環(huán)境中可靠工作的特性。
主流水流量傳感器
生活飲用水和供熱用水的水流量傳感器數(shù)量占到總數(shù)的80%以上，它們在很多方面能夠代表水流量傳感器的基本狀況及特性。目前，我國用于各類水表（包括機(jī)械水表和智能電子水表）的水流量傳感器數(shù)量特別大，年產(chǎn)量大約為6000多萬臺，約占全球產(chǎn)量的45%，其中出口量多達(dá)2200余萬臺；用于熱量表的水流量傳感器年產(chǎn)量也有300萬臺之多。
上述水流量傳感器中，大口徑的通常以葉輪式水平螺翼式和垂直螺翼式結(jié)構(gòu)為主體，小口徑的則以葉輪式多流束旋翼式和單流束旋翼式結(jié)構(gòu)為主體。這種帶來運(yùn)動機(jī)構(gòu)的葉輪式傳感器是目前供水、供熱管道中***常用的主流水流量傳感器。其它如容積式水流量傳感器也占有少量份額，并以旋轉(zhuǎn)活塞式結(jié)構(gòu)為主，通常在水質(zhì)條件較好，水中無雜質(zhì)的場合使用。
葉輪式水流量傳感器由于采用與管道流速成比例的機(jī)械傳動軸系葉輪及葉輪盒等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此機(jī)構(gòu)簡單，制造成本低，在水中雜質(zhì)較少的工況下可以長期穩(wěn)定工作。由于葉輪旋轉(zhuǎn)不能直接以電信號方式輸出，因此此類水流量傳感器通常采用機(jī)械積算機(jī)構(gòu)對用水量進(jìn)行積算并示數(shù)。如要將葉輪、活塞等旋轉(zhuǎn)量直接轉(zhuǎn)化為電信號，則須***在傳感器內(nèi)設(shè)置機(jī)電轉(zhuǎn)換部件，將非電量的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換成脈沖輸出的增量編碼電信號或位置量輸出的******編碼電信號，便于后續(xù)信號處理及數(shù)據(jù)傳輸與通信。
脈沖編碼信號輸出需要用到多種敏感元件及檢測方法，常用的有磁敏檢測，電渦流檢測及開關(guān)檢測等幾種；位置編碼信號通常采用光電直讀方式進(jìn)行采集。
葉輪式水流量傳感器可在很寬的測量范圍內(nèi)工作，由于儀表常數(shù)不能保持良好的線性度，因此該類傳感器的測量范圍會受到非線性特性的制約。當(dāng)前已有采用計(jì)算流體動力CFD方法對葉輪式水流量傳感器的流場進(jìn)行計(jì)算機(jī)******，并對流量特性作出優(yōu)化處理。
新型水流量傳感器
葉輪或活塞式水流量傳感器由于有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)存在，因而工作時(shí)軸系容易磨損，測量重復(fù)性較差，管道壓力損失偏大，而且需要通過機(jī)電轉(zhuǎn)換部件才能輸出電信號，從發(fā)展眼光看，帶有機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)的水流量傳感器是會逐步退出歷史舞臺的。
新型水流量傳感器，如：電磁、超聲、射流等水流量傳感器由于傳感器內(nèi)無機(jī)械運(yùn)動部件，因此使用壽命長、測量可靠、對水質(zhì)條件要求不高，測量特性可以由內(nèi)置的嵌入式計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行調(diào)整與矯正，是智能電子水表、熱量表及測量表計(jì)今后******的傳感器。
電磁水流量傳感器采用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。傳感器輸出電信號與管道內(nèi)被測水流體的平均流速正正比。電磁水流量傳感器具有線性度和重復(fù)性好，與被測介質(zhì)的物性參數(shù)值無關(guān)，壓力損失小等特點(diǎn)，是一種性能十分優(yōu)良的傳感器。
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