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關于智能渦輪流量計不同種類所具有的的特性介紹

發布時間:2020-12-22 ??點擊次數:
智能渦輪流量計是使用四種類型的智能渦輪流量計開發的。這是對現場研究的回應,該研究產生了有關不同應用程序實際需求的數據,隨后針對每個問題將適當的技術結合到解決方案中。智能渦輪流量計中使用的四種流量計是陶瓷壓阻,粘結箔應變計,硅壓阻和可變電容。其中,沒有一種類型適合所有壓力感測應用,但對于任何給定情況,將有一種或多種是理想的。下面概述了每種類型的優點和缺點。
粘結箔應變計流量計
粘結箔應變計壓力傳感技術的原理是惠斯通電橋,惠斯通電橋是一個具有四個分支的電路,每個分支具有相等的電阻。根據此平衡電路,四個金屬箔應變計連接到一個金屬膜片,每個鍵充當四個電路分支之一,并在電路中提供可變電阻器的功能,如下圖所示。當未施加任何壓力(零)時,膜片不會偏轉,并且惠斯通電橋處于平衡狀態,因此沒有測得的電壓輸出。
施加壓力時,膜片呈鐘形。這在應變計上引起應變。如圖1所示,一對內應變片受到壓縮,而另一對應變片受到拉力,這種應變的變化會引起電路各臂電阻的相應變化,從而導致惠斯通電橋的不穩定性和電阻的出現。兩端的可測量電壓即輸出。
顯然,撓度直接取決于所施加的壓力。反過來,這反映為箔規上的應變增加以及電路中的電阻增加。因此,電壓輸出是膜片撓度的函數,Viatran箔應變計通過測量電橋的輸出電壓來評估施加的壓力。
在目前可用的傳感技術中,粘合箔應變計非??煽壳覉怨?。它適用于從0-100一直到0-100 000 PSI的極高壓力。它堅固的結構可以承受沖擊,振動和壓力循環。不需要溫度補償,因為應變計在結合之前可以精確匹配。
該技術的主要缺點是在非常低的壓力(例如低于0-100 PSI)下其性能受損。這是因為在如此小的范圍內,隔膜必須太薄,以至于應變計足以阻止其響應施加的壓力而運動,從而改變輸出。
智能渦輪流量計基于與上述原理相似的原理,但是利用嵌入在薄硅膜片內的硅芯片。這些壓阻芯片即使在低壓下也能產生強信號,因此具有更寬的范圍和更高的靈敏度。
Viatran硅壓阻流量計已利用該技術來制造適用于0-2 PSI至0-4 PSI壓力范圍的流量計。它們也是檢測液位的理想選擇。
硅壓阻流量計技術的局限性在于缺乏堅固性,這使其無法用于涉及高沖擊,沖擊,壓力循環或振動的應用中。與粘合箔應變計相比,可以檢測到的壓力上限也很低,低于400 PSI。最后,與對箔片應變計進行相同的匹配相比,對這些流量計芯片進行精確匹配的要求更高,因此必須進行電氣補償才能使性能保持在指定的標準范圍內。
陶瓷壓阻流量計
陶瓷壓阻流量計基于沉積在陶瓷膜片一側(稱為參考面)的導電墨水的使用。墨具有惠斯登電橋中的可變電阻器的功能,與第一類流量計中的箔應變計相對應。該技術可在較低范圍內響應施加的壓力提供可靠而靈敏的輸出。
但是,陶瓷流量計比硅流量計更耐用,可以在0-15 PSI至0-1500 PSI的范圍內使用。另一個好處是陶瓷潤濕部件在不適合金屬潤濕部件的應用中具有兼容性,因為當測量腐蝕性流體的液位時,它們不適合使用。這種類型的流量計也更具成本效益。
一些限制是顯而易見的,包括由于分子結構而導致的較低的高壓上限,這意味著陶瓷在超壓時會破裂而不會事先產生任何屈服的跡象。這意味著在陶瓷流量計上施加過大的壓力會導致劇烈的爆裂故障,而不是金屬流量計在類似情況下所經歷的逐漸變形。因此,由于其彈性特性,后者可以重復使用,而過壓陶瓷流量計則不能重復使用。因此,在其中發生沖擊,振動或壓力快速波動的任何應用都不適合使用陶瓷壓阻流量計。
最后,很難將陶瓷應變片匹配和粘接到箔片應變片所能達到的相同精度水平,因此,為了達到與規格相同的性能水平,必須進行電補償。
可變電容流量計
可變電容流量計的工作原理與前三個不同。這取決于一對平板電容器的電容變化,該變化與施加的壓力成正比。對于在流量計兩側都帶有液體的情況(稱為“濕-濕”壓力輸入過程)的情況下,它是測量壓力差的理想選擇。
這項技術的優勢在低壓范圍內的測量靈敏度上非常明顯。Viatran差壓流量計與Viatran壓力表型和絕對智能渦輪流量計一樣,都采用了可變電容技術。
可變智能渦輪流量計的Viatran系列使用三個金屬膜片,其中兩個外部是濕潤的表面,缺少彈簧常數,并充當被動膜片。它們被硅油填充物隔開,硅油填充物包含兩個均涂有導電油墨的陶瓷板電極,以及第三個隔膜,即有源隔膜
內膜片在制造過程中被拉緊,因此具有彈簧常數。它通過液力偶合器通過板狀電極上的小孔與外膜片相連。
首先在內部或有源膜片與電極之間產生電荷,從而在每個電極-內部膜片對之間形成兩個電容。如果外部膜片承受的壓力相同,則內部膜片保持不偏斜,從而保持電容相等。
一旦在一側上施加壓力,則濕膜片將以較大的壓力向一側偏斜。這導致更多的油被迫通過電極板上的孔,從那一側撞擊到內部隔膜上,從而將外部潤濕隔膜上的壓力傳遞到內部隔膜上,從而向相對電極彎曲。
在這種情況下,電容存儲與每個電極內膜片對之間的距離成比例,這導致在內膜片與較遠電極之間產生更高的電容。電容的變化又揭示了施加在兩側的壓力的差異。
可變智能渦輪流量計的優點眾多且意義重大。首先,該技術即使在很小的壓力變化(例如1英寸水柱壓力所產生的壓力)下也具有很高的靈敏度。其次,外部無源隔膜通過迫使油通過電極上的小孔而對壓力產生反應,而這些孔很少,從而防止了有源隔膜嚴重偏轉到故障點的可能性。
因此,Viatran可變流量計設計為能夠敏感地響應較小的壓力變化,但又不會引起隔膜破裂,并且通過簡單地防止作用在主動隔膜上的壓力過大,從而避免了經常重新校準的需要。因此,這種類型的流量計非常適合存在高壓危險的任何應用,否則可能導致流量計故障。
另一方面,此類技術的成本高于其他類型的技術,并且與前面討論的三種類型的流量計相比,可能會產生更多的噪聲信號。
在所有四種流量計類型中,如果輸出信號處于低電平以達到高電平輸出(例如0-5伏,0-10伏或4-20 mA),則它們可能會被放大或調節。
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