液体流量计的设计

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1、2010物理实验竞赛所选题目：流量计的设计差压式液体流量计的设计1.实验原理基本原理是输入口与输出口这间的压力差与通过导液管的流速直接相关，用压力传感器测量导液管入口与出口之间的压力差，并将其转换成电压量输出。通过检测导液管两端的压力差，即可计算出通过导游管的流速和流量。2.流量计结构及理论依据差压式液体流量计的结构如图1所示，主要由导液管和差压式压力传感器组成。导液管由输入管、节流管、输出管和两个取压管组成，两个取压管由输入管和输出管引出，用于引出节流管两端的压力差。导液管可由玻璃、塑料、金属等材料制成。

2、输入管和输出管的内径比节流管大，取压管的内径通常最小。如图1所示，输入管、节流管和输出管被连接成“一”字型，取压管被对称地接在输入管与输出管上。差压式压力传感器通过气管被连在两取压管上。当有液体流过导液管时，输入管与输出管之间会产生的压力差，输入管压力大于输出管的压力。由差压式传感器检测这个压力差，并转换成电压信号。另外，压力差随差通过导液管的单位时间内液体流量（流速）的变化而变化，其关系可由以下等式来表达其中，Qv为单位时间的体积流量，α为流量计的转换系数，Y为流体澎胀率，对于液体Y=1，g为当地重力加速

3、度，P1-P2为输入管与输出管之间的压力差，ρ为流体密度等式（1）为用体积流量来表示，也可转换为质量流量表示，如式（2）其中，Qm差压流量计的质量流量，其常与（1）相同。从等（1）和（2）可以得出当α，Y，g和ρ不变时，流量与压力差的平方根成正比。流量转换系数α是很复杂的一个常数，它决定于传感器的结构和方法，比如与获取压力的方式和位置等因素有关。3.所需器材26PCBFA6D型压力传感器，玻璃导管，单片机，导线若干，增压泵、水阀，量筒和水池4.压差式压力传感器设计本装置采用的压力传感器如图2所示，其内部电路

4、主要是由四个应变片电阻线成的一个惠斯通电桥电路组成。采用型号为26PCBFA6D型压力传感器，其量程为从0到34.445kPa，本压力传感器具有很高的灵敏度，线性度和稳定性，另外还有过载能力强和温度补偿功能。在使用压力传感器前，对其进行性能测试。将它街上透明的水管，用水柱高坐压力，用高灵敏度数字万用表测量电压，传感器街上12v电压。记录数据。如成线性关系，则表示性能稳定，可以使用。为了提高传感器的灵敏度，采用了一个仪表放大电路如图4所示。图中使R1=R2=R3=R4=R5=R6，放大电路的输入端接压力传感器

5、的输出，其输出接一个12位的ADC转换器。放大电路的增益可以用等式（4）来表示。其中，Av是放大电路增益，所以有在上式中令K=Av·K1，Vo是放大电路输出电压。结合等式（1），（3），（5），流过导液管的液体体积流量和所对应的电压有以下关系：由等式（6）可以清楚地看出体积流量与放大电路输出电压的平方根成正比。5.实验方案实验装置主要由压力传感器、增压泵、水阀、量筒和水池等组成，连接成如图5所示。另外还采用了一套单片机控制系统。在实验系统中，所设计的导液管输入管和输出管内径为6mm，节流管内径为4mm，节流

6、管长7cm，两个取压管内径为2mm压力传感器采用了26PCBFA6D型，放大电路放大倍数约为37dB单片机控制主要有计时、采压放大电路输出的电压同时用量筒测量某一时间留过水的体积。调节水阀改变流速，重复操作。记录数据并画图。根据公式，通过软件计算出相应电压的流量Qv，6.实验结果及误差分析把实验所得的数据与理论值（图6）比较应满足方程（7）7.流量计优点流量计具有以下优点：•在这压力差传感器的管内没有移动部件和阻流部件；•通过改变压力传感器的型号、放大电路增益和导液管的尺寸，很容易提高灵敏度和扩展传感器的连

7、成范围；•利用了导液管的差压原理而设计；•导液管结构简单，稳定性好，经久耐用；•灵敏度和精确度高，量程宽；•制造简单，成本低。