什么是流量传感器?
流量传感器是用于测量液体、气体或非牛顿流体流动的机电设备。流量传感器利用机械和电气子系统来测量流体物理属性的变化并计算其流量。光学气体流量计使用激光束检测气体中微粒的速度。传感器测量结果可以以体积/时间(例如,升/分钟)或质量/时间(例如,千克/小时)表示。流量传感器将测量结果转换为电信号,该信号可以被监控、记录,并传输到连接系统中的其他设备,确保最佳性能。
流量传感器是涉及气体和液体运动的系统中的重要组件,如水、化学品、石油和天然气、食品和饮料或气态物质。它们被用于各种应用中,如汽车、制造设施、市政水处理厂、医疗设备、加热和冷却系统以及农业设备。
TE Connectivity为需要流体控制、监测和泄漏检测的应用提供多种流量传感器。
流量传感器通常使用螺纹、推入式或其它连接方式安装。一些流量传感器使用M12连接器集成到物联网测量设备中。
两种流量传感器及其工作原理
通常有两种类型的流量传感器,差压式流量传感器和质量流量传感器。
差压流量传感器是最常用的流量传感器类型。它们通过传感器测量流体在两种不同速度下的压力来计算流量。在大多数差压流量传感器中,单个压力传感节点位于流体流动路径的边缘。当流体通过喷嘴或直径变化时,其速度会加快,在更高的速度下再次测量。一旦传感器确定了两个测量点之间的压力差,就可以利用伯努利方程计算流体的速度和总体流量。根据伯努利方程,传感器测量流体的速度与其压力直接相关:
dp=(density*velocity^2)/2
精确传感器测量依赖于控制多个变量。基于差压的流量传感器可以用来“中断”管道作为控制措施。不同类型的传感器采用差压方法,例如文丘里管、转子流量计、孔板和皮托管阵列。这些传感器在精度和系统压力损失方面各不相同。
安费诺冷却液泄漏检测传感器用于电动汽车电池组,通过传感器电阻值的变化来检测水分泄漏。
热式质量流量传感器(一种利用热传递原理来测量流体质量流量的传感器)用于气体、低流量应用,如半导体制造中,精度至关重要。这种传感器利用流体的热特性来测量流量。热质量流量系统利用流体吸收热能的倾向,通过两种系统之一来测量流体中的能量。第一种系统使用带有热敏元件的加热元件。流体从加热元件吸收能量,传感器测量流体以确定其吸收了多少能量。另一种系统中,加热元件保持温度恒定。随着流体吸收能量,它会冷却加热元件,从而需要更多的能量来维持恒定温度。加热元件维持恒定温度所需的能量用于计算流量。
两种方法中的传感器测量流体速度都与吸收的能量量直接相关。较慢的流动需要更多时间将能量从加热元件传递到流体。较快的流动则需要更少的时间。热质量流量传感器针对特定气体纯度水平进行了校准,适用于制药等敏感应用。
非牛顿流体是独特的物质,不符合艾萨克·牛顿的粘滞性定律。它们的粘度会随外力或时间的变化而变化——即变得更稠或更稀。例如油漆、玉米淀粉和水的混合物以及番茄酱。换句话说,剪切变稀流体在受到更大外力时变得不那么粘稠(如油漆)。剪切变稠流体在受力时变得更粘稠(如玉米淀粉和水)。相比之下,牛顿流体的粘度仅受温度和压力的影响,而不受作用于其上的力的影响。这些传感器测量流体属于物理学中的流变学分支,研究力如何影响流体流动。
设计要点
材料规格:流量传感器是经过加固设计的组件,能够承受持续浸水和接触潜在腐蚀性物质。它们具有坚固的外壳,可选用多种材料,以满足应用需求和特定流体测量的要求。通常提供塑料、黄铜或不锈钢材质,以及用于处理危险物质工业应用的特殊材料,如青铜、哈氏合金、钽或钛。一些制造商还提供符合ATEX和IECEx标准的防爆传感器。
市场和应用
传感器大量应用于测试与测量、汽车、医疗、工业、运输、石油天然气、水处理、食品和饮料等领域。国际上的供应商有:Avnet, DigiKey Electronics, Mouser Electronics, TE Connectivity, RS等公司。
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