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射流流量传感器与射流电子水表 传感器产品介绍

发布时间:2022-12-13 08:30:01人气:
射流流量传感器以及射流电子水表利用流体在射流计量腔中产生与其流速成正比的双稳态振荡这一试验方法而构成,是近年来水流量测量领域中的新产品。由于射流流量传感器的计量腔内无机械运动部件,内表面采用摩擦系数极低的工程塑料材料和优化的腔体结构等技术,因此射流流量传感器具有使用寿命长,腔体不结垢、不堵塞,制造成本低,射流计量腔体可一次注塑成型,批量生产产品特性一致性好等特点。等同采用国外水表先进产品标准的新国标(GB/T778.1~3-2007)已将传统机械水表、带电子装置的机械水表以及采用电和电子试验方法的新颖电子水表等均列入水表产品序列,使水表产品门类和品种更加全面、技术来源更加多样、产品性能更加优越。水表新国标的颁布实施给射流电子水表有了正式“身份”,同时也有了可以遵循和验收的技术指标和试验方法,为射流流量传感器和射流电子水表的性能提升与发展指明了方向。图1为宁波水表股份有限公司首创并研制的DN15与DN20的射流水表。

射流流量传感器射流流量传感器通常由射流计量(振荡)腔和振荡信号检测电路两部分所组成。射流计量腔的作用是将被测流体引入腔体并使其产生稳定而持续的双稳态振荡;振荡信号检测电路的作用则是将与被测流体振荡频率成比例的流速信号通过一定的传感试验方法及相应的敏感元件将其检出并做信号预处理,供后续信号处理单元使用,*终得到被测管道中流体的流速、流量以及累积流量等参数。射流腔的结构形式有多种,其中有代表性结构的射流腔的主要特点是在小流量测量条件下(即雷诺数较小时)能很好地起振并持续等幅振荡,因此具有小的始动流量值,特别适合于流量测量范围要求较宽的电子水表应用。当封闭管道中的水流体进入射流计量腔时,由于射流的附壁效应和控制射流反馈试验方法,使水流体在射流计量腔中振荡,该振荡频率在一定的流量范围内与流经管道流体的流速或体积流量成正比,且不受流体的物理性质等影响,见下式

式中:v—射流腔喷射口处流体平均流速值,m/s;d—与射流腔特征尺寸有关的参数;Sr—Strouhal数;f—射流振荡频率;qv—流过喷射口的体积流量值,m3/h;S—射流喷射口截面积,m2。在射流腔主通道或反馈通道上设置电磁速度式敏感元件或压电压力式敏感元件,可以将流体振荡频率检出并送后续信号处理电路作进一步处理。对流体在射流腔中的振荡过程作如下描述:管道水流体进入射流腔进水孔并在其喷嘴口处形成射流喷射体;射流喷射体在通过主通道时,由于受到射流附壁效应和随机干扰影响,流体就会沿着两个对称侧壁中的任意一个侧壁前行;在分流劈的阻挡下,流体会在分流劈与其中一个侧壁之间通过,其中大部分流体流向出水孔并*流出射流腔,少部分流体则通过两个对称反馈通道中的同一侧通道流回主通道;反馈回来的流体会改变主通道射流喷射体的流动方向,使其偏向另一侧壁并在分流劈和另一侧壁之间流过。同样情形,大部分流体又会流出出水孔,少部分流体通过另一反馈通道又流回到主通道并改变射流喷射体的流动方向;这样周而复始进行下去,就会在射流腔中形成稳定的射流振荡,它与双稳态振荡器的工作试验方法非常相似。射流振荡频率在雷诺数大于某一数值时与管道中水流体的流速或体积流量成线性关系。

信号处理现以电磁速度式信号检测试验方法为例说明信号检测的工作过程。射流振荡频率f是由感应电动势E的周期变化反映的。射流振荡幅值Emax既是射流腔信号检测电极几何位置w的函数,又是射流振荡频率f的函数。计算机数值模拟结果表明,在相同的管道流速条件下,处于射流腔内部不同位置的振荡流体,其流动速度是不同的,因此感应电动势也不相同;当管道中流速变化时,射流振荡频率也会随之改变。射流振荡频率越低,射流体切割磁力线的运动速度就越慢,检测到的信号幅值就越小。反之,频率越高,速度就越快,信号幅值就越大。信号检测方式可以是单端形式,也可以是差动形式,差动信号输出幅值是单端形式的2倍。已知射流体在计量腔中按正弦规律振荡,可用下式分别描述两路相位相反的单端输出信号E1和E2:

式中:E—差动输出射流振荡信号电动势,V;Emax(w、f)—射流振荡幅值信号,V;ω、f—射流振荡时的角频率和频率,rad/s、Hz (ω =2π f);w—位置参数。射流水表射流水表是在射流流量传感器基础上增加信号处理单元等构成的。信号处理单元按用水计量要求对传感器输出信号进行累积流量(即用水体积量)、平均瞬时流量等的计算,在通信接口硬件电路及通信软件(如通信协议等)的支撑下,将处理得到的计量数据以有线传输或无线传输方式发送到控制终端,完成计量数据远传任务,同时还将计量数据在射流水表电子显示器上加以显示。在由射流流量传感器构成的射流电子水表工作试验方法框图中,它除了流量传感单元外,还包括信号处理单元(由模拟与数字信号处理、数据运算及显示、数据通信等电路组成)。当采用恒磁励磁电磁检测方法时,信号处理单元还应包括信号调制电路等部分。应用与特性射流电子水表当前主要应用场合是户用小口径供水管网的用水计量,而户用小口径供水管网水表则是城镇和农村居民用水贸易结算的主要工具。随着高能供电电池技术和微功耗电路设计技术的逐步成熟,射流电子水表的使用寿命可以达到数十年之久,电池使用寿命也可达到近十年的水平。由于射流电子水表具有良好的使用特性、优越的测量性能及较高的性价比,因此可以确信它的应用前景是非常光明的。射流电子水表既有许多特色优势,但也有一定的局限性,如:大流量测量受到射流腔压力损失的限制而不能持续提高;始动流量受到被测流体粘性力作用不起振的制约等。目前,宁波水表股份有限公司研制的DN20射流电子水表性能已能达到的较好水平。提升射流水表小流量测量特性的关键点:1)射流计量腔在低雷诺数流体条件下(如102量级)是否仍能正常起振;2)在流体振荡幅值很弱(微伏级电压)、振荡频率很低(10-1~10-2 Hz)条件下能否保证有用信号的有效检测与处理。由于射流水表的结构限制,当被测管道流量超过它的使用上限,就会使射流水表的压力损失大大增加,因此射流水表目前主要还是在小口径管网上流量不大条件下使用为主。如要在大口径管网的大流量条件下使用,则应采用分流形式结构,使其能满足大流量测量的需要。式(6)是其体积流量与射流腔振荡式中:

K1—射流振荡腔调整系数;K2—文丘里差压管调整系数;采用文丘里管差压试验方法的

分流式射流流量传感器,在减少了传感器测量管压力损失的同时也扩大了传感器流量测量的上限值。结论射流流量传感器以及射流电子水表的研制成功,标志着我国在利用电或电子试验方法构成新颖水流量传感技术以及新颖电子水表产品方面有了新的起步与开端,标志着我国与国外先进水表企业间的竞争差距明显缩小,也为我国赶超世界电子水表技术的先进水平奠定了基础。电子水表的诞生,为我国水表产品功能的多样性和测量的高准确性创造了十分有利的条件。相信,在不远的将来电子水表必将成会水表产品家族中的主体。

1、传感器测量适用于多大压力值?

答:首先需要了解的是对应系统中所需要的*大压力值。那么所需要选配的压力传感器压力范围*大值应该达到系统所需*大压力值的1.5倍。这些额外的压力范围是由于许多的系统,特别是水压和过程控制,存在压力尖峰或者连续的脉冲。这些尖峰可能会达到“*大”压力的五至十倍,有可能造成传感器的损坏。连续的高压脉冲,接近或者超过传感器的*大额定压力,也会缩短传感器的寿命。所以仅仅提高传感器额定压力并不是万全之策,因为这会牺牲传感器的分辨率。也可以使用缓冲器来减弱尖峰,但是这也仅仅是一个折中方案,因为这会降低传感器的响应速度。

2、传感器需要达到什么样的精度?

答:精确度是行业内通俗用来描述传感器输出误差常用的一个术语。它来源于非线性,迟滞,不可重复性,温度,零点平衡,校正和湿度效应。通常下我们将精确度指定为非线性,迟滞和不可重复性的综合影响。对许多传感器来说,“精确度”会由于温度,零点平衡等因素而比标称值更低。拥有更高精确度的传感器的成本会更高,那么所对应的系统真是需要这么高的精确度吗?使用高精确度传感器和低分辨率仪器组成的系统其实是一种低效率的解决方案。

3、传感器的耐温性如何?

答:压力传感器,像所有物理设备系统一样,会在*温度的环境下会产生错误甚至无法使用。一般每个传感器将会有两个温度范围,分别是工作范围和补偿范围。补偿范围包含在工作范围之内。

工作范围是指在这个范围内,传感器通电后可以暴露在介质中而不会发生损坏。但是,这并不表示当处于补偿范围以外的时候其性能也能达到标称的规格(温度系数)。

补偿范围一般是在工作范围之内的一段更狭窄的范围。在这个范围内,传感器确保可以达到标称的规格。温度的改变通过两种方法影响传感器,其一是造成零点漂移,其二是影响整个量程的输出。传感器规格说明应该将这些误差以下列形式列出:±x%满量程/°C,±x%读数/°C,±x%整个温度补偿范围内满量程,或者±x%整个温度补偿范围内读数。如果没有这些参数会给你在使用中造成不确定。那么传感器输出的改变是由于压力变化还是温度变化呢?在理解如何使用传感器的时候,温度效应将是*复杂的部分。

4、选择何种输出?

答:一般的传感器都有毫伏输出,或者电压放大,或者毫安,或者频率输出。所选择的输出类型依赖于所选的传感器与系统控制或者显示部件之间的距离,噪音,以及其他电气干扰,还有是否需要放大,*放置放大器的位置等。对于许多的原始设备制造商来说,他们的控制元件和传感器距离很短,所以毫伏输出一般就足够了而且成本较低。

如果需要传感器输出放大,那么使用另外一个有内置放大器的传感器更加简单。在长距离电缆,或者有大电气噪音区域内,就需要毫安输出或者频率输出了。在有很强射频干扰和电磁干扰的环境中,也就需要考虑在毫安和频率输出外在额外增加一些屏蔽或这过滤设备了。

测距传感器的试验方法是怎样的呢?

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。

超声波是一种振动频 率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的;

它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

超声波测距试验方法

超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。

超声波碰到杂质或分界面会产生显着反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。

因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。

完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。

激光测距传感器工作试验方法

激光传感器工作时,先由激光对准目标发射激光脉冲。

经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器,被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。

雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器,因此它能检测极其微弱的光信号。

记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间,即可测定目标距离。

激光传感器必须极其精确地测定传输时间,因为光速太快。

红外线测距传感器工作试验方法

红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的试验方法,进行障碍物远近的检测。

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管,发射管发射特定频率的红外信号,接收管接收这种频率的红外信号;

当红外的检测方向遇到障碍物时,红外信号反射回来被接收管接收;

射流流量传感器与射流电子水表 传感器产品介绍(图1)

经过处理之后,通过数字传感器接口返回到机器人主机,机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。

总结,上述的内容主要是针对测距传感器的试验方法方面的知识讲解的;

如超声波测距传感器试验方法、激光测距传感器工作试验方法及红外线测距传感器工作试验方法这三方面;

关于“测距传感器的试验方法”的分享就先到这里了,希望上述介绍对大家的工作上有所帮助。

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