空气流量计

空气流量计

空气流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计。空气流量计的优点是压损极小，可测流量范围大。空气流量计最大流量与最小流量的比值一般为20：1以上，适用的工业管径范围宽，最大可达3m，输出信号和被测流量成线性，精确度较高，可测量电导率≥1μs/cm的酸、碱、盐溶液、水、污水、腐蚀性液体以及泥浆、矿浆的流体流量。但空气流量计不能测量气体、蒸汽以及纯净水的流量。
原理简介
在空气流量计的使用过程中，气体流经过流量计推动涡轮叶片旋转。叶轮的转数与通过空气流量计的气体体积成正比。流量计入口处安装有一个特殊设计的专利导流架，随着流速的增加,对进入流量计的气流进行加速。导流架的设计可消除任何潜在流体扰动，如涡流或不对称流。对涡轮叶片的推动力也同时增加。确保了流量计在允许的误差范围内高精度计量，即使在小流量的状况下也可以准确计量。作用在涡轮叶片上的气流是轴向的，涡轮装置在主传动轴上，传动轴配有高强度的球轴承。气体通过涡轮叶片后，涡轮叶片的旋转经齿轮组减速后。空气流量计入口通道内压力得到回复，通道设计可确保流态的最优化。
应用领域
流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。
空气流量计应用及其广泛，流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。
工业生产
流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
能源计量
能源分为一次能源(煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气)、二次能源(电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质(压缩空气、氧、氮、氢、水)等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。
环境保护
烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。
我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。
交通运输
有五种方式:铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。
折叠生物技术
21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。
科学实验
科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。
折叠 水域系统
海洋气象，江河湖泊。这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。
原理分类
叶片式空气流量计
空气流量计的结构简单，可靠性高;但进气阻力大，响应较慢且体积较大
卡门旋涡式空气流量计 所谓卡门旋涡，是指在流体中放置一个圆柱状或三角状物体时，在这一物体的下游就会产生的两列旋转方向相反，并交替出现的旋涡
光学式卡门旋涡空气流量计
在产生卡门旋涡的过程中，旋涡发生器两侧的空气压力会发生变化，通过导孔作用在金属箔上，从而使其振动，发光二极管的光照在振动的金属箔上时，光敏三极管接收到的金属箔上的反射光是被旋涡调制的光，其输出经解调得到代表空气流量的频率信号。
超声波式卡门旋涡空气流量计插入式空气流量计外形图
在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头。因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间较无旋涡变晚而产生相位差。对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，
热线式空气流量计工作原理
当无空气流动时，电桥处于平衡状态，控制电路输出某一加热电流至热线电阻RH;当有空气流动时，由于RH的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡，如果保持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必须增加流过热线电阻的电流IH。因此，热线电流IH就是空气质量流量的函数。
热膜式空气流量计
热膜式空气流量计的工作原理与热线式空气流量计类似，都是用惠斯登电桥工作的。所不同的是:热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。
靶式空气流量计
当空气在测量管中流动时，因其自身的动能与靶片产生压差，而产生对靶片的作用力，使靶片产生微量的位移，其作用力的大小与介质流速的平方成正比，其数学公式:
F = Cd·A·ρ·V2/2
F:靶片所受的作用力
Cd:流体阻力系数
A:靶片对测量管轴向投影面积
ρ:工况下介质密度
V:空气在测量管中的特征流速
靶片所受的作用力，经靶杆传递使传感器的弹性体产生微量变化，经过电路转换，输出相应的电信号。

空气流量计的作用是将吸入的空气量转换成发动机负荷信号送至电脑。空气流量计能产生与发动机转速和节气门开度同样的负荷信号。它是决定“喷油量”的基本信号，一旦失效用发动机转速和节气门计算负荷。 按其结构形式空气流量计可以分为以下四种： (1)翼片式空气流量计：为体积流量型，20世纪六七十年代较为流行，2007年以前的进口丰田凌志300和PREVIA大霸王，已进报废期。 (2)卡门旋涡式空气流量计：为体积流量型，又分为光电检测型(用于丰田凌志400)和超声波密度型(用于三菱车系)，也趋于淘汰。如今凌志400早巳采用热线式空气流量计。 (3)热线式空气流量计：为质量流量型，20世纪8O年代初研制，在尼桑、通用车系应用。 (4)热膜式空气流量计：为质量流量型，美国通用汽车公司研制，应用在通用公司、大众公司、奔驰公司和宝马公司等，有世界应用的趋势。

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