节流流量传感器应用之路在何方 传感器技术指标

近十年来，新型节流流量传感器(一种对安装直管段长度要求较短、准确度仍较高的流量仪表)，在我国引进、开发、推广应用异常活跃。由于在推广中急功近利，炒作过热，条件尚未成熟，就呼吁大力推广，已造成多起严重事故。如何稳步推广应用新型节流流量传感器，引起了业界的普遍关注。

经典节流流量传感器不再辉煌

经典节流流量传感器应用的历史超过百年，积累了丰富的科研数据使用经验，制定了标准无需标定，可承受恶劣工况，生产成本低，性价比较高。但它也存在不少缺点，如：易于堵塞，压损较大，准确度难以长期维持，特别是根据ISO5167-2003新标准，要维持±0.5~1%的准确度，经典节流流量传感器的前安装直管段长度需30~40D。虽可对在应用中偏离标准的影响进行估算。但这种估算仅仅只是增加计量的不确定度，而无益于准确度的提高。市场迫切需要一种既可耐恶劣工况，价格适中，对安装直管段长度不高又能维持较高准确度的新型节流流量传感器。

新型节流流量传感器的原理

差压流量仪表种类可达几十，万变不离其宗，其原理都基于能量守恒与质量守恒这两个物理公式，即由于流体流通的横截面积和/或流动通道的变化所引发的差压是流体流速、流体通道和流体特性的函数。

多孔孔板

多孔孔板与经典孔板相比较，最大的特点是：多孔孔板的节流件除了节流还有整流的作用，它解决了工业现场的直管段长度不长又可以达到必要的准确度的矛盾。在直管段长度较短（5~10D）的情况下，仍可达到±1%的准确度，值得关注。

2002年，由美国Ro s emo u n t推出的调整孔板（Conditioning Orifice Plate），首创了这类节流流量传感器，继调整孔板之后，2004年美国A+Flowt ek公司推出了平衡式流量仪表，2007年进入中国；我国天津某公司于2008年，推出了结构不同于美国A+Flowtek的整流式流量传感器。而测试数据表明，在前直管段仅2D时，准确度可达±1%，为5D时，准确度可达±0.3%，β值建议取0.5～0.65之间。在前直管段长度约30D的条件下，对上述的三种结构进行了流出系数的重复性、不确定度、线性度的测试比较，技术性能难分伯仲。

多孔孔板的计算与孔板类似，主要区别是如何计算β值。首先需算出它的流通面积Aef。

内锥流量传感器

对于内锥流量传感器，流体是通过节流件锥体与管壁形成了具有整流作用的环形通道。这种环形通道节流方式可在确保较高准确度的前提下，对前直管段长度的要求比孔板低得多。美国科罗拉多工程实验室（CEESI）对其进行了测试，数据公布在API MPMS22.2中，测试报告宣称，不仅直管段要求短，而且压损也比孔板低一些。

内锥流量传感器β值的计算，仍需通过流通面积A时来计算当量直径dV。

内锥流量传感器在我国21世纪初期，在缺乏充分研究、测试，没有标准、规程的情况下，而又过热炒作，厂家为追逐利润，忽视质量纷纷仿制；用户不分场合到处滥用，造成多起严重事故。

针对内锥流量传感器的不足，我国近几年相继推出了槽道、内文丘利、梭式等新型节流流量传感器。

槽道流量传感器

由南京优扬公司推出， 节流件为一纺锤体（图１），具有较长的中段，用4个导流片来固定节流件，从力学角度看较内锥安全、可靠。但作为节流件的纺锤体过长，不仅加大了加工成本，也增大了摩阻，压力损失在相同的β值下，约为内锥的2/3。如维持±1%精确度，前直段不得小于5D。

梭式流量传感器

梭式流量传感器尾部可使加速的流体在扩张的通道中，不分离的条件下减速增压，使不可恢复压损降至最小。样机初测表明：β=0.64时，流出系数误差为±0.3%，压损仅为槽道的2/3，内锥的1/3。

环楔流量传感器

近几年推出一种新型差压流量传感器。据称，这种流量传感器增加了量程比， 减小了压损， 增加了耐磨性。美国科罗拉多工程试验室曾对其进行了测试，确定了流出系数及膨胀系数等有关数据，但仍不够充分。对以上所述的优点，笔者有所质疑，它的结构与文丘里管有相似之处，只是增大了扩张角，又如何保证流体不分离而减小压损？

教训与建议

前车之覆，后车之鉴 近七、八年以来我国流量业界根据市场需求，引进和自行开发了不少新型节流流量传感器，成绩斐然。在推广应用过程中必然会面临不少问题，生产厂家应根据这些问题，认真逐一解决，才有可能使产品日益完善。遗憾的是不少厂商为利所惑，热衷于炒作，忽视产品的改进。如内锥流量传感器在已知单臂悬挂易折断，后锥取压孔易堵、压损较大（仅次于孔板）的情况下，不仅未认真改进，反而呼吁大力推广。结果，发生了机毁人亡的严重事故。当前，爆炸声余音未了，炒作的沉渣似又泛起，应引起国内业界的严重关注。

少说空话，多干实事 由于影响流量仪表的因素较多，在研发过程中有不少数据，无法通过理论推导来确定；在推广应用开始的一个阶段，所遇到的不少问题都只能脚踏实地用试验来逐一解决；而故弄玄虚、炒作理念是无济于事的。

测试数据与标准 在研发、改善流量仪表的过程中，只有脚踏实地去做试验，以积累成千上万的数据。为使新型流量仪表在推广过程中稳步前进，需要对这些数据认真整理，去伪存真。必要时对有疑惑的数据还应重新测试予以核实、印证。在此基础上归纳、整理、总结、提高所撰写的标准才有实用、推广价值，使生产厂家有数可依，使用者有据可查。

标准是测试数据的升华与提高；而一个切实可行的标准也必须建立在大量严谨可靠的测试数据上，否则，将难以实施，只是一纸空文而已。

评估新型节流流量传感器的校验装置

新型节流流量传感器的特点都宣称具有安装直管段短而确保准确度高的性能，只有通过专用的阻力件流量校验装置所试数据才能令人信服。国外已建立这种装置，开展十多年的测试、研究，很遗憾我国尚未引起足够重视。

标准的制定

近百年以来，经典节流流量传感器由于制定了标准，才可能在上世纪中期取得流量市场近70%的份额。但随着工业的现代化，新型流量仪表不断推出，要顺利推行这些仪表，首先需要制定标准。电磁、超声均已着手制定标准，而新型节流流量传感器由于种类较多，制定标准虽有一定难度也必须考虑，否则又将无序滥造，无据选用，难以避免发生重大事故。

有关制定标准的条件， 如何制定，由于篇幅限制，请参阅API MPMS22.2“差压式流量仪表测试备忘录”。

小结

从中天之日到夕阳西下 经典节流流量传感器问世已有百余年的悠久历史。但其致命的弱点是必需具有30~40D的安装直管段长度，才可能保证有±1%的准确度。对于现代化的工业，不可能满足这个苛刻的条件，只能是无可奈何花落去了。

初露锋芒但并不完美 为应对经典节流流量传感器的不足，近十年推出了以缩短安装直管段长度而确保准确度为特点的环形通道、多孔孔板等多种新型节流流量传感器，初露锋芒即有令人瞩目的表现。但它与经典节流流量传感器相比，还是比较稚嫩，如果在条件尚不成熟就不顾后果全面、大力推广，必将重蹈覆辙，发生令人难以接受的严重事故。科学试验与建立标准 为什么经典节流流量传感器能经历百余年辉煌的历史？靠的是反复认真进行科学试验，再将试验结果用于现场进行验证，如此不断地测试、提升。将这些成果总结成为标准，才有稳固的基础。令制造有法可依，使用有据可查。

阻力件试验势在必行 新型节流流量传感器的特点在于无需较长的直管段长度，即可维持较高的准确度，这个特点必须由厂家用科学的试验数据予以验证，且由第三方予以证明，而不能只是引经据典，用别人的实验数据来证明自己产品的技术性能。要创立民族的品牌，没有捷径可走，必须脚踏实做实验，一丝不苟测数据。研发新型节流流量传感器，阻力件试验势在必行，建立相应的试验室迫在眉睫。 【导读】电化学气体传感器大都是以水溶液作为电解质, 电解质的蒸发或污染, 常会导致传感器的信号下降, 使用寿命短; 由于在空气中有被测物质存在, 传感器 中的有效成分被消耗, 因此传感器一旦被启封, 就视

电化学气体传感器大都是以水溶液作为电解质,
电解质的蒸发或污染, 常会导致传感器的信号下降,
使用寿命短; 由于在空气中有被测物质存在, 传感器
中的有效成分被消耗, 因此传感器一旦被启封, 就视
为参加了使用, 即使没用于测量, 它的生命也在缩
短; 电化学型气体传感器的寿命期望值为2 年, 使用
不当它的寿命可能更短, 而传感器更换的费用较高。
因此如何保证其使用寿命, 传感器的正确维护对烟气
分析仪的使用尤为重要。
传感器长时间暴露在烟气中会极大影响使用寿
命, 只有短时间与被测对象接触, 长期处于新鲜的空
气中即可维护其正常使用寿命。因此, 仪器开机时,
一定要在清洁的空气中。测量完毕后, 不要立即关
机, 仪器必须在清洁空气保持运行时间5～10min ,
待仪器气体显示值降至10 单位以下, 保持仪器内部
处于新鲜空气的环境, 方可关机或停泵, 否则, 传感器容易“中毒”并加速传感器的损耗。
对于装有粉尘过滤装置的仪器, 要及时更换过滤
芯, 避免粉尘进入传感器内, 污染传感器。对于便携
式仪器, 不论仪器是否经常使用, 至少每隔2～3 周
充电一次, 且采样时电池电量不应低于30 %。
有些厂商安装了两个泵: 抽气泵和内置的清洗
泵, 在仪器连续监测一段时间后, 抽气泵会关闭, 在
仪器内部的清洗泵会自动开启, 抽取仪器周围的清洁
空气, 使仪器的传感器得到充分的清洗, 这样也延长
了传感器的使用寿命。

 

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电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器的原理是，通过电涡流效应的原理，准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置，其特点是长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及预维修。

工  作  原  理

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时（与金属是否块状无关，且切割不变化的磁场时无涡流），导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。

按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。电涡流式传感器大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、 应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛

和电感式传感器的区别

电涡流传感器是利用金属导体中的涡流与激励磁场之间进行能量转换的原理进行工作的。传感器利用电能主动发射能量，属于非接触式测量，特别适于测量运动物体，把距离信号通过谐振电路，稳频检波，转换为电压信号。所以属于电感传感器一种。

以德国米铱LVDT系列和eddyNCDT系列为例，二者机理有些类似.但是还是不同.电感式 是通过贴心在电感内部的运动.从而导致感抗变化.来代表不同的位移,叫lvdt; 电涡流式是高频的信号通过探头发出在对面的金属上产生涡流,从而影响探头的阻抗, 利用调理电路,将探讨与金属平面的距离与电涡流传感器的阻抗设计成线性关系.完成测量

 

 

如有疑问请点击：电涡流传感器和电感式传感器的区别