自動檢測技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)課后習(xí)題及復(fù)習(xí)資料

1基本學(xué)問引論

1、測量范圍、測量上、下限及量程

測量范圍：儀器依據(jù)規(guī)定的精度進(jìn)行測量的被測變量的范圍

測量下限：測量范圍的最小值

測量上限：測量范圍的最大值

量程：量程=測量上限值-測量下限值

靈敏度：被測參數(shù)變更時(shí)，經(jīng)過足夠時(shí)間儀表指示值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變更量與引

起此變更的輸入變更量之比

靈敏度=---

\U

誤差

肯定誤差：小

肯定誤差=示值一約定真值

相對誤差：6

相對誤差（％）=肯定誤差/約定真值

引用誤差：外,*

引用誤差（%）=肯定誤差/量程

最大引用誤差：

最大引用誤差（％）=最大肯定誤差/量程

允許誤差：

最大引用誤差W允許誤差

精確度

儀表的精確度通常是用允許的最大引用誤差去掉百分號后的數(shù)字來衡量。精確度劃分為

若干等級，簡稱精度等級，精度等級的數(shù)字越小，精度越高

牢靠度：

衡量儀表能夠正常工作并發(fā)揮其同能的程度

平均無故障工作時(shí)間

有效度=

平均無故障工作時(shí)間+平均故障修復(fù)時(shí)間

課后習(xí)題

1.1檢測及儀表在限制系統(tǒng)中起什么作用，兩者關(guān)系如何？

檢測單元完成對各種參數(shù)過程的測量，并實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理；儀表單元則是實(shí)現(xiàn)各種限制

作用的手段和條件，它將檢測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并通過相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對被控變量

的調(diào)整。

關(guān)系：二者緊密相關(guān)，相輔相成，是限制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)

1.2典型檢測儀表限制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的，各單元主要起什么作用？

被控一一檢測單元一一變送單元一一顯示單元一一操作人員

對象一一執(zhí)行單元一一調(diào)整單元一

作用：被控對象：是限制系統(tǒng)的核心

檢測單元：是限制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)限制調(diào)整作用的及基礎(chǔ)，它完成對全部被控變量的干脆測量，也

可實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)的間接測量。

變送單元：完成對被測變量信號的轉(zhuǎn)換和傳輸，其轉(zhuǎn)換結(jié)果須符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號制式。變:

將各種參數(shù)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號；送：以供顯示或下一步調(diào)整限制用。

顯示單元：將限制過程中的參數(shù)變更被控對象的過渡過程顯示和記錄下來，供操作人員剛好

了解限制系統(tǒng)的變更狀況。分為模擬式，數(shù)字式，圖形式。

調(diào)整單元：將來自變送器的測量信號與給定信號相比較，并對由此產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例積分

微分處理后，輸出調(diào)整信號限制執(zhí)行器的動作，以實(shí)現(xiàn)對不同被測或被控參數(shù)的自動調(diào)整。

執(zhí)行單元：是限制系統(tǒng)實(shí)施限制策略的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它負(fù)責(zé)將調(diào)整器的限制輸出信號按執(zhí)行結(jié)

構(gòu)的須要產(chǎn)生相應(yīng)的信號，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被控變量的調(diào)整作用。

1.4什么是儀表的測量范圍，上下限和量程？彼此有什么關(guān)系？

測量范圍：是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測量的被測變量的范圍。

上下限：測量范圍的最小值和最大值。

量程：用來表示儀表測量范圍的大小。

關(guān)系：量程=測量上限值-測量下限值

1.6什么是儀表的靈敏度和辨別率？兩者存在什么關(guān)系？

靈敏度是儀表對被測參數(shù)變更的靈敏程度。

辨別率是儀表輸出能響應(yīng)和辨別的最小輸入量，又稱儀表靈敏限。

關(guān)系：辨別率是靈敏度的一種反應(yīng)，一般說儀器的靈敏度高，則辨別率同樣也高。

4溫度檢測

4.1測溫方法及溫標(biāo)

4.1.1測溫原理及方法

原理：通過溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關(guān)的物理量，即可確定被測對

象的溫度。

方法：接觸式測溫：傳熱和對流須要較好的熱接觸由于測量環(huán)境特點(diǎn)，對溫

度敏感元件的結(jié)構(gòu)和性能要求高

非接觸式測溫：熱輻射特點(diǎn)：測溫響應(yīng)快，對被測對象干擾小，可測量高

溫、運(yùn)動的被測對象。

溫標(biāo)

tF=32+%tC

表4-1

t(℃)=Tk-273.15

國際溫標(biāo)由定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式三部分組成。

4.2接觸式測溫

熱電偶測溫

1.特點(diǎn)：測溫范圍寬，性能穩(wěn)定，有足夠的的測量精度，結(jié)構(gòu)簡潔，動態(tài)效應(yīng)好，

輸出為電信號，可遠(yuǎn)傳，便于集中監(jiān)測和自動限制。

2.原理:基于熱電效應(yīng),即將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體練成閉合回路,當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的

溫度不同時(shí)、回路中將產(chǎn)生熱電勢。

3.閉合回路的熱電勢：溫差電勢接觸電勢接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體

的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度

4.T端稱為測量端或熱端，To端稱為參比端或冷端。

熱電偶產(chǎn)生熱電勢的條件：兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路，兩端接點(diǎn)處的溫度不同。（必考）

熱電勢大小只與熱電極材料及兩端溫度有關(guān)，與熱偶絲的粗細(xì)和長短無關(guān)。（必考）

熱電極材料確定以后，熱電勢的大小只與溫度有關(guān)。

5.均質(zhì)導(dǎo)體定則中間導(dǎo)體定則（中間導(dǎo)體兩端溫度要相同）

中間溫度定則EAB（T,To）=EAB（T,TC）+EAB（TC,To）熱電偶的分度表參比端溫度為0℃

6.對熱電極材料的要求：熱電性能穩(wěn)定，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熱電特性呈線性或近似線性，

價(jià)格便宜

駕馭S、K型熱電偶

7.一般型熱電偶：熱慣性大，對溫度變更的響應(yīng)慢（絕緣管為瓷管）

凱裝型熱電偶：熱慣性小，對溫度的變更響應(yīng)快，撓性好，可彎曲，可以安裝在狹窄或結(jié)

構(gòu)困難的測量場合。（絕緣材料為氧化鎂或氧化鋁粉末，套管材料多為不銹鋼）

8.熱電偶參比端溫度的處理：

補(bǔ)償導(dǎo)線法：延長型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤谎a(bǔ)償型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)?/p>

熱電偶不同；

參比溫度測量計(jì)算方法；E（T,0）=E（T,To）+E（To,0）分To等于0和To不等于0

（重點(diǎn)）

參比溫度恒溫法；

補(bǔ)償電橋法

熱電阻測溫

1.原理：金屬導(dǎo)體的熱脹冷縮

2.優(yōu)點(diǎn)：可遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無需參比溫度。金屬熱電阻穩(wěn)定性高、互換性好、精確度高，

可以用作基準(zhǔn)儀表。

缺點(diǎn)：須要電源激勵，有自熱現(xiàn)象，影響測量精度。

3.伯熱電阻

-250℃-650℃,分度號為PtlO（精度高）、PtlOO（常用）、PtlOOO（靈敏度高）

精度高，體積小，測溫范圍寬，穩(wěn)定性好，再現(xiàn)性好，但價(jià)格貴。

4.銅熱電阻

-40T50C,線性好

5.熱電阻引線方式

二線制引線電阻帶來的附加誤差

三線制消退引線電阻影響，提高測量精度

四線制用于高精度的溫度測量

6.熱敏電阻

正溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻超過肯定溫度（居里溫度）時(shí)隨溫度上升呈階躍性的增大;

負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻隨溫度上升哦而減小。

4.3非接觸式測溫

l.E=t。7,（全輻射定律）

2.輻射測溫儀表的組成：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理等

3.表觀溫度：亮度溫度、輻射溫度、比色溫度

4.4光纖溫度傳感器

1.特點(diǎn)：靈敏度高；電絕緣性好，可適用于猛烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重

量輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭。

2.液晶光纖溫度傳感器、熒光光纖溫度傳感器、半導(dǎo)體光纖溫度傳感器、光纖輻射溫度計(jì)。

課后習(xí)題

4.1國際好用溫標(biāo)的作用是什么？它主要由哪幾部分組成？

答：作用：由其來統(tǒng)一各國之間的溫度計(jì)量。

國際溫標(biāo)由定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插公式

4.2熱電偶的測溫原理和熱電偶測溫的基本條件是什么？

答：原理：基于熱點(diǎn)效應(yīng)即將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體練成閉合回路、當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度

不同時(shí)、回路中將產(chǎn)生熱電勢。

基本條件：兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路、兩端接點(diǎn)處的溫度不同。

4.3用分度號為S的熱電偶測溫，其參比端溫度為20度，測得熱電勢E(t,20)=11.30mv,

試求被測溫度t。

答:因?yàn)镋(t,20)=E(t,0)+E(0,20)

所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0)

因?yàn)镋(t,2O)=11.30mVE(20,0)=0.113mV

所以E(t,0)=11.413mV即t=115°C

4.4用分度號為K的熱電偶測溫，始終其參比端溫度為25度，熱端溫度為750度，其產(chǎn)生

的熱電勢是多少？

答：據(jù)題意所知所求電勢E(750,25)=E(750,0)-E(25,0)

查K型熱電偶分度表得E(25,0)=1.0002mvE(750,0)=31.1082mv

所以，E(750,25)=31.1082-1.0002=30.1080mv

4.5在用熱電偶測溫時(shí)為什么要保持參比端溫度恒定？一般都采納哪些方法？

答：若參比端溫度不能恒定則會給測量帶來誤差

方法：1.補(bǔ)償導(dǎo)線法：延長型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?；補(bǔ)償型：化學(xué)成分與被補(bǔ)

償?shù)臒犭娕疾煌?；參比溫度測量計(jì)算方法；參比溫度恒溫法；補(bǔ)償電橋法

4.6在熱電偶測溫電路中采納補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)如何接線？須要留意哪些問題？

答：正接正，負(fù)接負(fù)。

留意的問題：L型號與極性不能接反2.補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶相連的兩個(gè)接點(diǎn)溫度要相同，

以免造成不必要的誤差3.補(bǔ)償導(dǎo)線要引到溫度比較恒定的環(huán)境(機(jī)械零點(diǎn)補(bǔ)償)4.不要

和強(qiáng)電或其他干擾源，平行走線。

4.7以電橋法測定熱電阻的電阻值時(shí)，為什么常采納三線制接線方法？

答：二線制：傳感器電阻變更值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻

帶來的附加誤差使實(shí)際測量值偏高，用于測量精度要求不高的場合，并且導(dǎo)線的長度不

宜過長。而采納三線制會大大減小引線電阻帶來的附加誤差，提高精度。

4.8由各種熱敏電阻的特性，分析其各適用什么場合？

答：正溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻超過肯定溫度(居里溫度)時(shí)隨溫度上升呈階躍性的增大;

適用場合：

負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻隨溫度上升哦而減小；適用場合：可廣泛應(yīng)用于溫度測量、

溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場合。

4.9分析接觸測溫方法產(chǎn)生測溫誤差的緣由，在實(shí)際應(yīng)用中有哪些措施克服？

答：緣由主要包括沿測溫元件導(dǎo)熱引起的誤差和測溫元件熱輻射所引起的誤差等；

為了削減誤差，應(yīng)留意材料和結(jié)構(gòu)及安裝地點(diǎn)的選擇，并盡可能在測溫元件外部加同

溫屏蔽罩，加強(qiáng)測溫傳熱器與測溫物體間的熱聯(lián)系0

4.10輻射測溫儀表的基本組成是什么？

答：光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理等部分組成。

4.11輻射測溫儀表的表觀溫度與實(shí)際溫度有什么關(guān)系？

答：

4.12某單色輻射溫度計(jì)的有效波長Xe=0.9%，被測物體放射率e,^0.6,測得亮度溫度

TL=1100℃,求被測物體實(shí)際溫度？

答：己知普朗克其次常數(shù)C2=l.4387X102m.k,Xe=0.9Mm,s,u=0.6,Ti=l100℃=1373.5K0

1/TL-1/T=(X/c2)ln(l/￡XT)

代入數(shù)據(jù)得T=1436.55K=1163.05℃

4.13光纖溫度傳感器有什么特點(diǎn)？它可以應(yīng)用于哪些特殊的場合？

答：特點(diǎn)：靈敏度高；電絕緣性能好，可適用于猛烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、

重量輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭等。

適用場合：可適用于猛烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境

5、壓力檢測

5.1壓力單位

常用單位：帕斯卡、公斤力、毫米水柱(水頭)、毫米汞柱

lkgf/cm2=0.IMpa

10m水深=1個(gè)大氣壓=1公斤壓力

5.1.3壓力檢測的主要方法及分類

a、重力平衡方法液柱式壓力計(jì)負(fù)荷式壓力計(jì)(主要形式為活塞式壓力計(jì)。被

測壓力與加于活塞上的祛碼的重量相平衡，將被測壓力轉(zhuǎn)換為平衡物的重量來測量。這種壓

力計(jì)測量范圍寬、精確度高、性能穩(wěn)定牢靠、可以測量正壓、負(fù)壓和肯定壓力，常用作壓力

校驗(yàn)儀表)

b、機(jī)械力平衡方法將被測壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換為一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通

過測量平衡時(shí)的外力可以測知被測壓力。

c、彈性力平衡方法利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測量。

d、物性測量方法基于在壓力作用下，測壓元件的某些物理特性發(fā)生變更的原理。

5.2常用壓力檢測儀表

5.2.1彈性壓力計(jì)

a、測壓彈性元件

彈性膜片：一種外緣固定的圓形片狀彈性元件。

水紋管：由整片彈性材料加工而成。靈敏度高、用于測量較低壓力或壓差

彈簧管：一根彎成圓弧狀的、具有不等軸截面的金屬管。剛度較大、主要測高壓

b、彈簧管壓力計(jì)

彈簧管壓力計(jì)是最常用的直讀式測壓儀表

優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場指示、就地指示、結(jié)構(gòu)簡潔、運(yùn)用便利。價(jià)格低廉、測量范圍廣、應(yīng)用特

別廣泛。

缺點(diǎn)：只能做現(xiàn)場指示

c、水紋管壓差計(jì)

采納膜片、膜盒、水紋管等彈性元件制成的壓差計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、用于測量較低壓力或壓差

缺點(diǎn)：要避開單側(cè)壓力過載

d、彈性測壓計(jì)信號的遠(yuǎn)傳方式

電位器、霍爾元件（儀表結(jié)構(gòu)簡潔、靈敏度高、壽命長；但對外部磁場敏感，耐振性

差）、電感式、差動變壓器式

5.2.3壓力傳感器

a、應(yīng)變式壓力傳感器

原理：基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即單導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)朝氣械變形時(shí)，其

電阻阻值將發(fā)生變更。

優(yōu)點(diǎn)：精度較高、測量范圍可達(dá)幾百兆帕、引入惠思登電橋，溫度對其影響較小，適用

于溫度較高的地方

缺點(diǎn):。。。。。。

b、壓阻式壓力傳感器

原理：基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)（壓力硅）

優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高、體積小。

缺點(diǎn)：長期穩(wěn)定性差、受溫度影響大

c、電容式壓力傳感器

原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變更。以測壓膜片作為電容器的可動極板。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、靈敏度高、過載實(shí)力大、精度高、可以測量壓力和壓差。

缺點(diǎn)：。。。。。。。

d、振頻式壓力傳感器

原理：利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過測量頻率信號的變更來檢測壓

力。

優(yōu)點(diǎn)：體積小、輸出頻率信號，重復(fù)性好、耐振、精確度高、適用于氣體測量。

e、壓電式壓力傳感器

原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號。是動態(tài)壓力檢測中常用的傳

感器。

優(yōu)點(diǎn)：體積小、結(jié)構(gòu)簡潔、工作牢靠、頻率響應(yīng)高、不需外加電源

缺點(diǎn)：輸出阻抗高，須要特殊信號傳輸導(dǎo)線、溫度效應(yīng)較大、是動態(tài)壓力檢測中常用的

傳感器，不適用測量緩慢變更的壓力和靜態(tài)壓力。

課后習(xí)題

5-1簡述壓力的定義，單位及各種表示方法

答：單位面積收到的力；帕斯卡、公斤力、毫米水柱（水頭）、毫米汞柱

垂直作用在單位面積上的力，其單位為Pa,（P=F/S）

表示方法：肯定壓力：被測介質(zhì)作用在容器表面積上的全部壓力

大氣壓力：由地球表面空氣柱重量形成的壓力

表壓力：通常壓力測量儀表是處于大氣中，其測得的壓力值等于肯定壓力和大氣壓力之差.

真空度：當(dāng)肯定壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為負(fù)值，其肯定值稱為真空度。

差壓：設(shè)備中兩處的壓力之差。

5-2

答:101.325-0.05=101.275Mpa101.325+0.3=101.625Mpa350kpa

5-3彈性式壓力計(jì)的測量原理是什么？常用的彈性原理有哪些？

答：利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測量；膜片、膜盒、水紋管、彈簧管

（1）測壓原理：利用彈性元件的形變與壓力之間存在著確定的關(guān)系而測量壓力，即在進(jìn)行

測量時(shí)，管內(nèi)引入被測壓力，在壓力作用下，彈管使自己內(nèi)部體積向增大方向形變固使彎曲

的管子力趨伸直，結(jié)果使彈簧管自由端產(chǎn)生肯定大小的位移，這個(gè)位移大小與壓力有關(guān)。

（2）彈性元件類型：彈性膜片：這是一種外緣固定的圓形片狀彈性元件。膜片的彈性特征

一般由中心位移與壓力的關(guān)系表示。

水紋管：其由整片材料加工而成，是一種壁面具有多個(gè)同心環(huán)狀水紋，一端封閉的薄閉圓管。

彈簧管：是一根完成圓弧狀的具有不等軸截面的金屬管。

5-4

答：電位器式、霍爾元件式、電感式、差動變壓器式

5-5

答：相同點(diǎn)：都是壓力引起電阻阻值變更；不同點(diǎn)：應(yīng)變式為金屬絲，壓阻式為半導(dǎo)體。

5-6

答：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變更。以測壓膜片作為電容器的可動極板。

5-7

答：振頻式壓原理：利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的關(guān)系，通過測量頻率信號的

變更來檢測壓力。優(yōu)點(diǎn)：體積小、輸出頻率信號，重復(fù)性好、耐振、精確度高、適用于氣體

測量。

壓電式原理：利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測壓力轉(zhuǎn)換為電信號優(yōu)點(diǎn)：體積小、

結(jié)構(gòu)簡潔、工作牢靠、頻率響應(yīng)高、不需外加電源缺點(diǎn)：輸出阻抗高，須要特殊信號傳輸

導(dǎo)線、溫度效應(yīng)較大、是動態(tài)壓力檢測中常用的傳感器，不適用測量緩慢變更的壓力和靜態(tài)

壓力。

5-8

答：1、取壓點(diǎn)位置和取壓口形式2、引壓管路的敷設(shè)3、測壓表儀表的安裝

5.11、簡述測壓儀表的選擇原則

類型：其應(yīng)滿意生產(chǎn)過程的要求（需了解被測介質(zhì)的狀況，現(xiàn)場環(huán)境及生產(chǎn)過程對儀表

的要求）

量程：為保證測壓儀表平安牢靠的工作，儀表量程需依據(jù)被測壓力的大小及在測量過程

中被測壓力變更的狀況等條件來選取。

測量精度：生產(chǎn)過程中元件的被測壓力的最大肯定誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差，可在規(guī)

定的精度等級中確定儀表的精度。

測量壓差的儀表適應(yīng)留意工作壓力的選擇，應(yīng)使其與被測對象的工作壓力相對應(yīng)。

5-12

答：由題意可知，測量范圍為0.5-1.4Mpa相對誤差為5%

依據(jù)測量范圍可得，量程應(yīng)選0-2.5Mpa

相對誤差為5%假設(shè)示值為100誤差為5最大引用誤差=（5/2.5）%=2%

所以精度為2,參照題中給出的精度，選精度為2.5級。

6流量檢測

表6-1流量計(jì)分類（常用流量檢測方法容差式絲■、速度式u.A）

△t

體積流量檢測方法

（一）、容積式流量計(jì)

1、橢圓齒輪番量計(jì)

1）橢圓齒輪番量計(jì)適用于高黏度液體的測量，在運(yùn)用時(shí)留意防止齒輪的磨損與腐蝕，以延

長運(yùn)用壽命。

2）運(yùn)用要求緊密協(xié)作，有肯定壓力，加過濾器。

2、腰輪番量計(jì)

1）腰輪番量計(jì)可以測量液體和氣體，也可以測量高粘度流體。

2）腰輪番量計(jì)較橢圓齒輪番量計(jì)的明顯優(yōu)點(diǎn)是能保持長期穩(wěn)定性。

（二）、差壓式流量計(jì)

1、節(jié)流式流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡潔，無可動部件，牢靠性較高，復(fù)現(xiàn)性能好。

2）適用于各種工況下的單相流體，適用管道直徑范圍寬。

3）缺點(diǎn)是流量計(jì)前后要求較長直管段，測量范圍窄，壓力損失大。

2、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管

1）標(biāo)準(zhǔn)孔板

標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡潔，體積小，加工便利，成本低。但其精度較低，壓力損失大，只能用于清

潔的流體。

2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

標(biāo)準(zhǔn)噴嘴壓力損失較小，測量精度較高，一般用于高速蒸汽流量測量。但它結(jié)構(gòu)困難，體積

大，加工困難，成本較高。

3）文丘里管

明顯削減壓力損失，有較高的測量精度，可以用于臟污流體的流量測量并在大管徑流量測量

運(yùn)用較多。但它加工困難，成本最高，一般用在有特殊要求的場合如低損失，高精度測量。

4）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的運(yùn)用條件

節(jié)流裝置僅適用于圓形測量管道，在節(jié)流裝置前后直管段上，內(nèi)壁表面應(yīng)無可見坑凹、毛刺、

和沉積物，對相對粗糙度和管道圓度均有規(guī)定，管徑大小也有肯定限制（D最小》50mm）

3、均速管流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡潔，便于安裝，價(jià)格便宜。壓力損失小，能耗少，精確度及長期穩(wěn)定性較好。適

用于大口徑管道流量測量。

2）產(chǎn)生的差壓信號較低，須要配用低量程差壓計(jì)，被測流體中不能含有固體粉塵和固體物,

在測量臟污流體時(shí)，建議用清潔流對其定時(shí)清洗。

4、彎管流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡潔，安裝修理便利，在彎管內(nèi)流淌無障礙，沒有附加壓力損失，對介質(zhì)條件要求

低。

2）缺點(diǎn)是差壓特別小。

5、靶式流量計(jì)

1）靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡潔，維護(hù)便利，不易堵塞，適用于測量高粘度、高贓污及有懸浮固體

顆粒介質(zhì)的流量

2）其缺點(diǎn)是壓力損失較大，測量精度不高。

6、浮子流量計(jì)（力平衡公式△p?A/=V/n「0）g）

1）可以測量多種介質(zhì)的流量，更適用于中小管徑、中小流量和較低雷諾數(shù)的流量測量。

2）其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡潔，運(yùn)用維護(hù)便利，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失較小，

測量范圍比較寬。

3）但儀表測量受介質(zhì)的密度、黏度、溫度、壓力、純凈度影響，也受安裝位置影響。

（三）、速度式流量計(jì)

1、渦輪番量計(jì)

1）渦輪番量計(jì)可以測量氣體、流體流量。但要求被測介質(zhì)清潔，并且黏度大的液體流量測

量，通常用于測量精度要求高，流量變更快的場合。

2）渦輪番量計(jì)的缺點(diǎn)是制造困難，成本高，軸承易磨損，降低了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2、渦街流量計(jì)

1）適用于氣體、液體、和蒸汽介質(zhì)的流量測量，測量幾乎不受流體參數(shù)影響，渦街流量計(jì)

在儀表內(nèi)部無可動部件，運(yùn)用壽命長。壓力損失小，測量精度也比較高。

2）渦街流量計(jì)的不足之處，主要是流體流速分布狀況和脈動狀況將影響測量精確度，旋渦

發(fā)生體被玷污也會引起誤差。

3、電磁流量計(jì)

1）電磁流量計(jì)要求被測介質(zhì)具有導(dǎo)電性，不能測量氣體、蒸汽和電導(dǎo)率低的石油流量。

2）電磁流量計(jì)的測量管道中無阻力件，壓力損失??；測量范圍寬；可以測量脈動流和雙相

流。

質(zhì)量流量檢測方法

（一）、干脆式質(zhì)量流量測量方法

1、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

1）可以測量多種液體和漿液，也可以用于多相流測量；

2）不受被測介質(zhì)物理參數(shù)影響，不受管內(nèi)流態(tài)影響，對流量計(jì)前后直管段要求不高。

3）阻力損失較大，存在零點(diǎn)漂移，管路的振動會影響其測量精度。

2、熱式質(zhì)量流量計(jì)

1）適用于微小流量測量。

2）熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡潔，壓力損失小。

3）非接觸式流量計(jì)運(yùn)用壽命長.

4）缺點(diǎn)是靈敏度低，測量時(shí)須要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

3、沖光式流量計(jì)

1）沖光式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡潔，安裝便利，運(yùn)用壽命長，牢靠性高，沒有零點(diǎn)漂移。

2）適用于各種固體粉料介質(zhì)的流量測量。

（二）、間接式質(zhì)量流量測量方法

1、體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合方式

2、體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合方式

3、溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)

思索題

6-1簡述流量測量的特點(diǎn)和流量測量儀表的分類。

答：1）流量測量可以歸為體積流量測量和質(zhì)量流量測量兩類

2）流量測量儀表分為體積流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)；體積流量計(jì)包括容積式流量計(jì)、速度式流

量計(jì)、差壓式流量計(jì)；質(zhì)量流量計(jì)包括推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)和干脆式質(zhì)量流量計(jì)

2特點(diǎn)流量方程式/=上=以，qm=-=pvA

dtdt

流量計(jì)的儀表系數(shù)K=N/V與流出系數(shù)C

q,m

流量范圍及范圍度

測量精確度和誤差

壓力損失

儀表分類：體積流量計(jì)：容積式，差壓式，速度式

質(zhì)量流量計(jì)：推導(dǎo)式，干脆式

6-2以橢圓齒輪式流量計(jì)為例，說明容積式流量計(jì)的工作原理。

dV

q、r

橢圓齒輪番量計(jì)的測量本體友一對相互齒合的桶圓齒輪和儀表殼體構(gòu)成、其工作原理如圖、

兩個(gè)橢圓齒輪A/B在進(jìn)行出口流體壓力差的作用下、交替地相互驅(qū)動、并各自繞軸作非角

勻速度轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)動過程中連綿不斷地將充溢在齒輪與殼體之間的固定容積內(nèi)的流體一份份地

排出、齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)可以通過機(jī)械或其它的方式測出、從而可以得知流體總流量

6-3簡述幾種差壓流量計(jì)的工作原理。

節(jié)流式流量計(jì)：節(jié)流式流量計(jì)測量原理是以能量守恒定律和流淌連續(xù)性定律為基礎(chǔ)

均速管流量計(jì)：是基于動壓管測速原理發(fā)展而成的一種流量計(jì)，流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生差

壓信號，此差壓信號于流體流量有確定的關(guān)系，經(jīng)過差壓計(jì)可測出流體流量。

彎管流量計(jì)：當(dāng)流體通過管道彎頭時(shí)，受到角加速度的作用而產(chǎn)生的離心力會在彎頭的

外半徑側(cè)于內(nèi)半徑側(cè)之間形成差壓，此差壓的平方根于流體流量成正比。

6-4節(jié)流式流量計(jì)的流量系數(shù)與哪些因素有關(guān)？

答：流量系數(shù)與節(jié)流件形式、直徑比、取壓方式、流淌雷諾數(shù)及管道粗糙度有關(guān)

6-5簡述標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的組成環(huán)節(jié)及其作用。對流量測量系統(tǒng)的安裝有哪些要求？為什么要

保證測量管路在節(jié)流裝置前后有肯定的直管段長度？（p76）

答：

6-6當(dāng)被測流體的溫度、壓力值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，對節(jié)流式流量計(jì)的測量結(jié)果有何影響？

6-7、用標(biāo)準(zhǔn)孔板測量氣體流量，給定設(shè)計(jì)參數(shù)p=0.8kPa,t=20°C,現(xiàn)實(shí)際工作參數(shù)

Pi=0.4kpa,J=30℃,現(xiàn)場儀表指示為3800m3/h,求實(shí)際流量大小。

6-8、一只用水標(biāo)定的浮子流量計(jì)，其滿刻度值為1000dm3/h,不銹鋼浮子密度為

7.92g/cm3,現(xiàn)在用來測量密度為0.79g/cm3的乙醇流量，問浮子流量計(jì)的測量上限是多

少？

6-9、說明渦輪番量計(jì)的原理。某一渦輪番量計(jì)的儀表常數(shù)為K=150.4次/L,當(dāng)它在測量流

量時(shí)的輸出頻率為f=400Hz,其相應(yīng)的瞬時(shí)流量時(shí)多少？

6-10,說明電磁流量計(jì)的工作原理，這類流量計(jì)在運(yùn)用中有何要求。

答：1)電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流

通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的大小與流體速度有關(guān)，通過測量次電

動勢可以求得流體流量。

2)電磁流量計(jì)對直管段要求不高，直管段長度為5DT0D；安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避開猛烈振動和

交直流強(qiáng)磁場。在垂直安裝時(shí)，流體要自下而上流過儀表；水平安裝時(shí)，兩個(gè)電極要在同一

平面上。電磁流量計(jì)適用于導(dǎo)電性介質(zhì)的流量測量。

6-11、渦街流量計(jì)的檢測原理是什么？常見的漩渦發(fā)生體有哪幾種？如何實(shí)現(xiàn)旋渦頻率檢

測？

答：(1)渦街流量計(jì)的檢測原理是利用流體振蕩的原理進(jìn)行流量測量、當(dāng)流體流過非流線型

阻擋體時(shí)會產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦列、旋渦的產(chǎn)生頻率與流體留宿有著確定的對應(yīng)關(guān)系、測量頻

率的變更。就可得知流體的流量、

(2)常見旋渦發(fā)生體的形態(tài)有圓柱、三角柱、矩形柱、T型柱以及由以上形態(tài)組合而成的

組合形態(tài)

(3)旋渦頻率的檢出有多種方式、可分為一體式和分體式兩類、一體式的檢測元件放在旋

渦發(fā)生體內(nèi)、如熱絲式分體式檢測元件則裝在旋渦發(fā)生體下游、如、壓電式均利用旋渦發(fā)生

時(shí)引起的波動進(jìn)行測量、旋渦頻率采納熱敏電阻檢測方式、在三角主體的迎面對稱嵌入兩個(gè)

熱敏電阻、通入恒定電流加熱電阻、使其溫度稍高于流體、在交替產(chǎn)生旋渦的作用下、兩個(gè)

電阻被周期的冷卻、使其阻值變更、阻值的變更有電橋測出、即可測得旋渦產(chǎn)生頻率、從而

知流量

6-12、說明超聲流量計(jì)的工作原理，超聲流量計(jì)的靈敏度與哪些因素有關(guān)？

答：1）超聲流量計(jì)是利用超聲波在流中的傳播特性實(shí)現(xiàn)流量測量。超聲波在流體中傳播，

將受到流體流速的影響，檢測接收的超聲波信號可以測知流速，從而求得流體流量。

6-13、質(zhì)量流量測量有哪些方法。

答：干脆測量和間接測量

干脆式質(zhì)量流量計(jì)：儀表的輸出干脆與質(zhì)量流量成正比

推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)：通過對體積流量和密度的同時(shí)測量，然后把結(jié)果送入計(jì)算單元，通

過運(yùn)算求出質(zhì)量流量。

溫度，壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)：同時(shí)測出體積流量，溫度和壓力，由溫度和壓力等參數(shù)

和密度的關(guān)系，通過運(yùn)算裝置算出介質(zhì)密度，再算出質(zhì)量流量。

6-14、為什么科氏流量計(jì)可以測量質(zhì)量流量？（p89）

6-15、說明標(biāo)準(zhǔn)流量裝置的作用，有哪幾種主要類型？

答：標(biāo)準(zhǔn)容積法、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法、標(biāo)準(zhǔn)體積管法。

7物位檢測

物位的定義：物位統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置，是液位、料位、界位的

總稱。

液位：是指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的凹凸。

料位：是指設(shè)備和容器中所儲備的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的積累高度。

界位：是指相界位置。例如不互容的兩種液體、固液之間的分界面。

物位檢測的分類

一、按測量方式

1、連續(xù)測量：連續(xù)性測量能持續(xù)測量物位的變更。

2、定點(diǎn)測量：只能測量物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測量一般為物

位開關(guān)。

二、按工作原理

1、直讀式物位檢測儀表：能干脆顯示容器中物位的高度，方法牢靠、精確，但只能就

地指示。

2、靜壓式物位檢測儀表：適用于液位檢測。

3、浮力式物位檢測儀表：適用于液位檢測。

4、機(jī)械接觸式物位檢測儀表:通過測量物位探頭物位接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位額測量。

5、電氣式物位檢測儀表:將電氣式物位敏感元件置于被測介質(zhì)中，物位的變更會引起電

氣參數(shù)的變更從而檢測這些參數(shù)即可知物位變更。

6、其他檢測方法：聲學(xué)式、射線式、光纖式儀表等等。

7.2常用物位檢測儀表

靜壓式液位檢測儀表

靜壓差的計(jì)算公式：2=pjp.=Hpg

其中，p,為容器上部空間的壓力，P”為零液位處的壓力。

壓力、差壓式液位計(jì)

對于敞口容器上式中的p，為大氣壓力，在容器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號，

儀表指示的表壓力即反應(yīng)相應(yīng)的液柱靜壓。

差壓計(jì)的連接：正壓側(cè)于容器底部相通，負(fù)壓側(cè)連接容器上部的氣空間。

差壓計(jì)安裝在最低液面以下時(shí)加在壓差計(jì)兩側(cè)的差壓為：△〃="/%+〃點(diǎn)。(注：測量

儀表安裝高度片容器液位)

對于有可疑凝聚蒸汽或采納隔離介質(zhì)的液位測量系統(tǒng)，差壓計(jì)的負(fù)壓側(cè)通常有一個(gè)固定

的壓力偏置量，此時(shí)的差壓為：2=Hpg-(k。

.2吹氣式液位計(jì)

優(yōu)點(diǎn)：由于檢測點(diǎn)移至頂部，其修理均很便利。

缺點(diǎn)：其測量精度受測壓表的精度，液體的溫度和密度對其檢測有影響。

浮力式物位檢測儀表

.1浮子式液位計(jì)

(1)是一種恒浮力式液位計(jì)。

(2)基本原理：通過測量漂移于被測液面上的浮子隨著液面的變更而上下移動而產(chǎn)生的位

移來檢測液位凹凸，其所受浮力的大小肯定。即檢測浮子所在位置可知液面凹凸八

(3)浮子形態(tài)常見有圓盤形、圓柱形和球形等。下面以圓柱形為例來作分析。

.2浮筒式液位計(jì)

(1)是一種變浮力式液位計(jì)。

(2)基本原理：利用浮筒被液體浸沒高度不同引起的浮力變更來檢測液位。

其他物位檢測儀表

.1電容式物位計(jì)

(1)原理：基于圓筒形電容器的電容值隨物位而變更。

AC=

肯定條件下，k&一%為常數(shù),則AC與月成正比，測量電容變更量即可得物位。

\n(D/d)

(2)電容式物位計(jì)可以測量液位、料位和界位，主要由測量電極和電容檢測電路組成。

(3)常見的電容檢測方法有溝通電橋法、充放電法、諧振電路法?？梢暂敵鰳?biāo)準(zhǔn)電流信號,

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。

（4）特點(diǎn)：電容式物位計(jì)一般不受真空、壓力、溫度等環(huán)境條件的影響；安裝便利，結(jié)構(gòu)

堅(jiān)固，易修理；價(jià)格較低。但是不適合于以下介質(zhì)：如介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度等影響而變

更、介質(zhì)在電極上有沉積或附著、介質(zhì)中有氣泡產(chǎn)生等狀況。

.2超聲式物位計(jì)

（1）原理：利用聲波的某些特性制成。如聲波阻斷式一固體、液體或氣體對聲波的汲取實(shí)

力不同（氣體最大，固體最?。?，由接收的超聲波可知物體是否達(dá)到預(yù)定位置，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警

或定位檢測。H^-ct

2

（2）應(yīng)用范圍：液位、物位。（對環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，應(yīng)用廣泛）plOl

（3）特點(diǎn)：無機(jī)械可動部件，安裝修理便利；超聲換能器壽命長；可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測量,

適合于有毒、高粘度及密閉容器物位的測量；對環(huán)境適應(yīng)實(shí)力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。

（4）缺點(diǎn):在檢測中易受介質(zhì)的溫度、成分等變更的影響。

.3核輻射式物位計(jì)

（1）原理;核輻射式物位計(jì)是利用核輻射線在穿透物質(zhì)是將被衰減的現(xiàn)象來確定物位。（射

線在穿透物質(zhì)時(shí)，它的強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度指數(shù)降低，只要測出通過物質(zhì)前后的輻射強(qiáng)度，

就可知厚度物位。）

（2）組成：射線源、防護(hù)容器、射線檢測器、電子轉(zhuǎn)換和指示電路。

（3）檢測方式：有固定安裝式和隨動式兩種

（4）特點(diǎn)：具有非接觸式測量的特點(diǎn)，可用于高溫高壓、真空密閉等各種容器中液體或固

體物料的物位測量；可適應(yīng)腐蝕、有毒、高粘度、爆炸性等各種困難介質(zhì)和高溫、高濕、多

粉塵、強(qiáng)干擾等惡劣的工作條件。其放射性平安防護(hù)措施需按有關(guān)規(guī)范操作。

.4物位開關(guān)

（1）用于定點(diǎn)測量，檢測物位是否達(dá)到預(yù)定的高度，并發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)量信號。

（2）特點(diǎn)：簡潔、牢靠、運(yùn)用便利，適用范圍廣。

7.3影響物位測量的因素

一、液位測量的特點(diǎn)

（1）液面波動（物料流進(jìn)流出、沸騰或泡沫）

（2）大型容器中各處物理量（溫度、密度和粘度）分布不均

（3）液體處于特殊狀態(tài)中（高溫、高壓、高粘度、含大量雜質(zhì)）

二、料位測量的特點(diǎn)

（1）料面不規(guī)則

（2）物料排出后有滯留區(qū)

（3）物料間空隙不穩(wěn)定

三、界位測量的特點(diǎn)

存在渾濁段

課后習(xí)題

7-1常用液位測量方法有哪些？

（1）壓力式液位計(jì)：依據(jù)靜止介質(zhì)的某一點(diǎn)所受壓力與此點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比，

利用壓力表來顯示其高度。（2）直讀式：干脆是用與被測容器連通的玻璃管來顯示容器內(nèi)的

物位高度，或在容器上開有窗口干脆視察物位高度。（3）浮力式：利用漂移在液面上的浮子

的位置隨液位的變更來測量定位。（4）電氣式：將物位的變更轉(zhuǎn)換為某些電量參數(shù)的變更而

進(jìn)行間接測量。（5）聲波式：由于物位的變更引起的聲波的遮斷。（6）光學(xué)式：利用物位對

光波的遮斷和反射原理進(jìn)行測量。（7）核輻射式：放射性同位素放出的射線被中間介質(zhì)汲取

而減弱。

7-2對于開口容器和密封壓力容器用差壓式液位計(jì)測量時(shí)有何不同？影響液位計(jì)測量精度

的因素有哪些？

對于開口容器，在容器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號，儀表指示的表

壓力即反映相應(yīng)的液位靜壓。對于密封壓力容器，可用差壓計(jì)測量液位。差壓式

的正壓側(cè)與容器底部相通，負(fù)壓側(cè)連接容器上部的空間?？汕笠何桓叨?。

因素：液位計(jì)本身的精度、以及液位的溫度對其密度的影響、物料本身性質(zhì)如溫

度、粘度、液面的穩(wěn)定、料面是否規(guī)則。

7-3利用差壓變送器測量液位時(shí)，為什么要進(jìn)行零點(diǎn)遷移？如何實(shí)現(xiàn)遷移？

(1)進(jìn)行零點(diǎn)遷移的緣由：由于測壓儀表的安裝位置一般不能和被測容器的最低液位

處在同一高度上，因此，在測量液位是，儀表的量程范圍內(nèi)會有一個(gè)不變的附加值。

(2)如何實(shí)現(xiàn)：對感壓原件預(yù)加一個(gè)作用力，將儀表的零點(diǎn)遷移到與液位零點(diǎn)相重合,

即實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移。

7-4恒浮力式液位計(jì)與變浮力式液位計(jì)的測量原理有什么異同點(diǎn)？在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，

如何確定浮筒的尺寸和重量？

恒浮力式液位計(jì)和變浮力式液位計(jì)都屬于浮力式物位檢測儀表，都是基于力的平衡原

理，利用液體浮力進(jìn)行液位的測量。恒浮力式是靠浮子隨液面升降的位移反映液位變更的；

而變浮力式則是靠液面升降對物體浮力變更反映液位的變更。

在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，要依據(jù)其測量原理選擇浮筒的尺寸和質(zhì)量。

設(shè)浮筒的重力為G,浮力為W,則懸掛點(diǎn)所受重力F=G-W,

W=—pgH

又知浮力八'為4

故：

F=G-W=G--D2pgH

式中，D為浮筒的直徑5；2為被測液體的密度；H為浮筒浸入液體部分的高度。因此浮筒

所受重力F與液位H呈線性關(guān)系，液位越高，力越小。為了提高靈敏度，應(yīng)使H前的系數(shù)

盡可能大，所以浮筒的直徑D也是越大越有利。而且，為了有較大的量程，浮筒的長度L

也要盡可能大。關(guān)于浮筒的質(zhì)量選取依據(jù)零點(diǎn)消逝原則進(jìn)行。

7-5物料的料位測量與液位測量有什么不同的特點(diǎn)？

從概念上說，物料的料位是指設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的積

累高度，其是針對固體進(jìn)行測量；而液位是指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的凹凸，其是針對

液體的測量。

由于測量對象性質(zhì)的不同，在測量方法的選取上也有所不同。一般全部的物質(zhì)檢測方法

和物位檢測儀表都可以進(jìn)行液位的測量，而只有機(jī)械接觸式、電氣式、超聲式、核輻射式等

適用于料位測量。故在測量方法和測量儀表的選取上，料位相對于液位有肯定的局限性。

7-6電容式物位計(jì)、超聲式物位計(jì)、核輻射式物位計(jì)的工作原理，各有何特點(diǎn)？

(1)電容式：基于圓筒形電容器的電容值隨物位而變更。(2)超聲式：利用回聲測距

原理，由放射探頭發(fā)出的超聲脈沖，在介質(zhì)中傳到界面反射再返回到操頭接受。(3)核輻射

式：以核輻射式的穿透性和物質(zhì)對射線的汲取特點(diǎn)為基礎(chǔ)，試驗(yàn)證明，射線等穿透物質(zhì)后,

其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律衰減。

8機(jī)械量檢測

機(jī)械量包括長度、位移、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、振動等。其中直線位移是機(jī)械量基本的參

數(shù)。如：表8-1

8.1模擬式位移檢測

方法有：電容式位移檢測、電感式位移檢測、差動變壓器位移檢測、光纖位移檢測、光

學(xué)數(shù)字式位移檢測（光柵標(biāo)尺、CCD圖像傳感元件）

q

電容式位移檢測（C=J±）

d

r變極距法（變〃）

＜變面積法（變S）

［在兩個(gè)固定極板之間設(shè)置可動極板（變e）

電感式位移檢測方法

電感式位移傳感器分自感式和互感式。

電感式位移檢測與電容式位移檢測都是與被檢測對象非機(jī)械接觸的檢測方法。

差動變壓器位移檢查方法（是互感式位移檢測方法）P106

光纖位移檢測方法（利用光纖檢測位移的一種方法）

隨著被檢測物體的位移變更，重疊部分的光強(qiáng)發(fā)生變更，依據(jù)光強(qiáng)信號檢測位移。

8.2光學(xué)數(shù)字式位移檢測一（光柵尺）

數(shù)字式位移檢測室利用柵格編碼器將長度或角度的變更干脆轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)或二進(jìn)制

符號的方法，如光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺等。

光柵標(biāo)尺（P107）

CCD圖像傳感元件（P109）

8.3轉(zhuǎn)速檢測（重要指數(shù)：兩顆星）

方法：離心力檢測法，光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測法，空間濾波器式檢測法。

離心力檢測法原理：質(zhì)量m的重物旋轉(zhuǎn)時(shí)受到離心力遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧

力向上拉套筒，套筒升降通過齒輪帶動指針轉(zhuǎn)動，從而干脆讀數(shù)。精確度：上下1%

（核心思想：離心力一一彈簧力一一套筒升降一一齒輪帶指針轉(zhuǎn)動一一讀數(shù)）

光電碼檢測法：將對轉(zhuǎn)速的測量轉(zhuǎn)化為脈沖序列，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，通過脈沖

個(gè)數(shù)測量轉(zhuǎn)角即得到轉(zhuǎn)速。

空間濾波器式檢測法特點(diǎn)：不須要在旋轉(zhuǎn)物體上或四周做任何記號，多用于檢測不規(guī)則

物體的移動速度。

8.4力檢測（重要指數(shù)：兩顆半星）

本章主要檢測方法：金屬應(yīng)變元件，半導(dǎo)體應(yīng)變元件，壓電效應(yīng)，壓敏導(dǎo)電橡膠（1,2

相對較重要。）

力檢測主要原理基礎(chǔ)：彈性元件受力作用時(shí)將發(fā)生彈性形變，彈性體變形導(dǎo)致電阻值變

更，電阻通電轉(zhuǎn)化為電壓，測電壓即可求得對應(yīng)力的大小。

1金屬應(yīng)變元件

原理：在拉伸力的作用下，金屬絲被拉長，因此截面積縮小，導(dǎo)致電阻率變更。

注：給金屬絲通電流，測電壓即可測得電阻，對應(yīng)即可知道應(yīng)力。

2半導(dǎo)體應(yīng)變元件

原理：元件受力形變，應(yīng)變對元件電阻率大幅度變更，從而導(dǎo)致電阻的變更，將元件通電流,

測元件兩段電壓，通過電壓的變更即可推斷力的大小。

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)靈敏，體積小，廣泛用在壓力傳感上。

缺點(diǎn)：溫度依靠性大，須要電路補(bǔ)償，價(jià)格高。

3壓敏導(dǎo)電橡膠

原理：元件受力變形電阻變更，通電，測電壓，即反推得到力的大小。

9成分分析儀表

成分分析儀表是對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行分析和測量的儀表。

一、成分分析方法及分類S”）

成分分析的方法有兩種類型：一種是定期取樣，通過試驗(yàn)室測定的試驗(yàn)室分析方法；

另一種是利用可以連續(xù)測定被測物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動分析儀表。

目前，按測量原理分類，成分分析儀表有以下幾種型式：

1）電化學(xué)式：如電導(dǎo)式（EC）,電位式，酸度計(jì)，離子濃度計(jì)等。

2）熱學(xué)式：如熱導(dǎo)式、熱譜式、熱化學(xué)式等。

3）磁學(xué)式：如磁式氧氣分析儀、核磁共振分析儀等。

4）射線式：如X射線分析儀、Y射線分析儀、同位素分析儀、微波分析儀等。

5）光學(xué)式：如紅外、紫外等汲取式光學(xué)分析儀，光散射、光干涉式光學(xué)分析儀等。

（分光儀、比色儀）

6）電子光學(xué)式和離子光學(xué)式：如電子探針、離子探針、質(zhì)譜儀等。

7）色譜式：如氣相色譜儀、液相色譜儀等。

8）物性測量儀表：如水分計(jì)、粘度計(jì)、密度計(jì)、濕度計(jì)、塵量計(jì)等。

9）其他：如半導(dǎo)體氣敏傳感器。

二、自動分析系統(tǒng)（檢測器是分析儀表的核心）

1、自動分析系統(tǒng)通常是與試樣預(yù)處理系統(tǒng)組成一個(gè)分析測量系統(tǒng)，以保證其良好偶的

環(huán)境適應(yīng)性和高的牢靠性以使分析儀表的示值能代表被監(jiān)測的成分。

2、自動取樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中自動、快速的提取待分析樣品。預(yù)處理系統(tǒng)可

以采納冷卻、加熱、氣化、減壓、過濾等方式。取樣和試樣的制備必需留意避開液體試樣的

分儲作用或氣體試樣中某些組分被吸附的狀況。

三、幾種工業(yè)用成分分析儀表

1、熱導(dǎo)式氣體分析器：利用不同氣體導(dǎo)熱特性不同的原理進(jìn)行分析。優(yōu)點(diǎn)有機(jī)構(gòu)簡潔、

工作穩(wěn)定、體積小。（熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是測量室）

（1）經(jīng)試驗(yàn)測定，氣體中氫和氫的導(dǎo)熱實(shí)力最強(qiáng)，而二氧化碳和二氧化硫的導(dǎo)熱實(shí)力較弱。

氣體的導(dǎo)熱率還與氣體的溫度有關(guān)。

（2）熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是測量室，稱為熱導(dǎo)池。熱導(dǎo)池是用導(dǎo)熱良好的金屬制成的

長圓柱形小室，室內(nèi)裝有一根絲的伯或鴇電阻絲，電阻絲與腔體有良好的絕緣。

熱導(dǎo)池有不同的結(jié)構(gòu)型式，目前常用的是對流擴(kuò)散式結(jié)構(gòu)型式。熱導(dǎo)式分析儀表通常采

納橋式測量電路。

四、氧化錯氧分析器

（1）氧化錯氧分析器是屬于電化學(xué)分析方法，這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定性好、

相應(yīng)快、測量范圍寬（從10一6到百分含量），而且不需困難的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，它的探

頭可以干脆插入煙道中連續(xù)地分析煙氣中的氧含量。

（2）氧化錯分析器的基本工作原理基于氧濃差電池（原電池）。氧化精（ZrO2）是一種陶

瓷固體電解質(zhì)，在高溫下有良好的離子導(dǎo)電特性。濃差電池的左側(cè)為被測氣體，右側(cè)為參比

氣體，參比氣體一般為空氣。

(3)氧化鋅分析器正常工作的必要條件：

a、工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)整限制的環(huán)節(jié)，一般工作溫度保持在T=850°C,

此時(shí)靈敏度最高,工作溫度變更干脆影響氧濃車電勢E的大小，傳感器還應(yīng)有溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

b、必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量穩(wěn)定不變。二者氧含量差越大，儀表靈敏度

越高。

C、參比氣體與被測氣體壓力應(yīng)當(dāng)相等。

(3)氧化錯分析器的安裝方式有直插式和抽吸式。

五、半導(dǎo)體氣敏傳感器

半導(dǎo)體氣敏傳感器是采納半導(dǎo)體材料為敏感材料制成的一種氣敏傳感器類型。這類傳感

器可以通過在半導(dǎo)體材料中添加各種催化劑來變更其主要敏感對象，但卻很難消退對其他共

存氣體的影響，并且它信號線性影響的范圍窄，一般只用于定性及半定量范圍的氣體檢測。

半導(dǎo)體氣敏傳感器依據(jù)半導(dǎo)體的物性變更特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻型兩類。

氣敏傳感器一般由氣敏元件、加熱器和封裝體等部分組成。氣敏元件從結(jié)構(gòu)型式來分有

燒結(jié)型、薄膜型和厚膜型三類。

六、工業(yè)酸度計(jì)

1、工業(yè)酸度計(jì)屬于電化學(xué)分析方法。溶液的酸堿性可以用氫離子濃度[H+]的大小來

表示。一般用pH值來表示溶液的酸堿度，定義為：

pH=-lg[H+]pH

與之相應(yīng)有：pH=7為中性溶液，pH>7為堿性溶液，pH<7為酸性溶液。

(1)pH值得檢測采納電位測量法?測量pH值一般運(yùn)用參比電極和測量電極以及被測溶液

共同組成的pH測量電池。參比電極的電位是一個(gè)固定的常數(shù)。電池的電勢為參比電極和測

量電極間電極電位的差值。依據(jù)能斯特公式有：

RT

E=-2.303ypHx

式中，E為電極電勢，V；R為氣體常數(shù)，R=8.314J/(mol?K)；T為熱力學(xué)溫度，K；F為法

拉第常數(shù)，F(xiàn)=9.6487xlO,c/mol；pHx為被測溶液的pH值。

(2)工業(yè)用參比電極一般為甘汞電極或銀-氯化銀(Ag/AgCl)電極。(P129)

(3)玻璃電極是運(yùn)用最為廣泛的測量電極。

七、濕度的檢測

1、濕度是表示空氣中水汽含量的物理量.

(1)濕度可用肯定濕度科相對濕度兩種方法表示：肯定濕度是指單位體積濕氣體中所

含的水汽質(zhì)量數(shù)，單位為g/nP；相對濕度是單位體積濕氣體中所含的水汽質(zhì)量與相同條件

下飽和水汽質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示。

(2)濕度的檢測方法有露點(diǎn)法、毛發(fā)膨脹法和干濕球濕度測量法。對濕度傳感器的要

求：工作牢靠，運(yùn)用壽命長，有較快的響應(yīng)速度，受溫度影響小，互換性好，制造簡潔，價(jià)

格便宜。

八、干濕球濕度計(jì)

干濕球濕度計(jì)的運(yùn)用特別廣泛，常用于測量空氣的相對濕度。它由兩支溫度計(jì)組成，一

支溫度計(jì)用來干脆測量空氣的溫度，稱為干球溫度計(jì)；另外一支溫度計(jì)在感溫部分包有被水

浸濕的棉紗吸水套，并常常保持潮濕，稱為濕球溫度計(jì)。

Pws—Ap(t(j-tw)

(p=

Pds

式中，（P為相對濕度；Pds為干球溫度下得飽和水汽壓；Pws為濕球溫度下的飽和水汽壓；

p為濕空氣的總壓；td為干球濕度；tw為濕球濕度；A為儀表常數(shù)，它與風(fēng)速和溫度傳感

器的結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。'

1、陶瓷濕敏傳感器

陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，便于用加熱法去除油污。多孔陶瓷表面積大，易于吸濕和

去濕，可以縮短響應(yīng)時(shí)間。陶瓷傳感器的感濕機(jī)理一般是利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對水分

子進(jìn)行吸濕或脫濕，使電極間的電阻值隨相對濕度而變更。這類傳感器的制作型式可以為燒

結(jié)式、膜式及MOS型等。這類元件的特點(diǎn)是體積小，測溫范圍寬，可用于高溫，最高可達(dá)

600℃,能用電加熱反復(fù)清洗，響應(yīng)速度快，長期穩(wěn)定性好。

課后習(xí)題

9-1、在線成分分析系統(tǒng)為什么要有采樣和試樣預(yù)處理裝置？采樣和試樣預(yù)處理裝置可

以保證在成分分析系統(tǒng)良好的環(huán)境適應(yīng)性和高的牢靠性，以使分析儀表的視值能代表被監(jiān)測

的部分。采樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中自動、快速的提取待分析樣品；預(yù)處理裝置可采納

多種方式對采集的樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，為分析儀器供應(yīng)符合技術(shù)要求的試樣。

9-2、簡述熱導(dǎo)式體分析器的工作原理，對測量條件有什么要求？

工作原理：由于氣體組份含量的不同，混合氣體導(dǎo)熱實(shí)力將發(fā)生變更，利用混合氣體導(dǎo)

熱實(shí)力的差異進(jìn)行含量分析。

要求：實(shí)際測量中，要求混合氣體中背景組分的導(dǎo)熱率必需近似相等，并與被測組分的

導(dǎo)熱率有明顯的差別，對于不能滿意這一要求的氣體可采納預(yù)處理的方法。

9-3

機(jī)理為：紅外線氣體分析器屬于光學(xué)分析一表中的一種。它是利用不同氣體對不同波長

的紅外線具有選擇性汲取的特性來進(jìn)行分析的。一般由紅外輻射源、測量氣樣室、紅外探測

裝置組成。

9-4

氧化錯分析器的基本工作原理基于氧濃差電池。濃差電池內(nèi)在氧化錯陶瓷體的兩側(cè)燒結(jié)

一層多孔伯電極，當(dāng)兩側(cè)氣體的含氧量不同時(shí)，在兩極間將產(chǎn)生濃差電勢。條件要求為：工

作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)整限制的環(huán)節(jié)；必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量穩(wěn)

定不變；參比氣體與被測氣體壓力應(yīng)當(dāng)相等。

9-5

基本環(huán)節(jié)有分析環(huán)節(jié)和分別環(huán)節(jié)。

9-6、半導(dǎo)體氣敏傳感器有哪幾種類型？

半導(dǎo)體氣敏傳感器的類型依據(jù)半導(dǎo)體的物位變更特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻性兩類。

依據(jù)半導(dǎo)體與氣體的相互作用是在其表面或內(nèi)部，又可分為表面限制型和體限制型兩種。

9-7

干脆電位法測量溶液酸度就是用pH測量電池進(jìn)行測量，測量電極插入溶液中會與溶液

產(chǎn)生電極電勢，電池的電勢為參比電極與測量電極間電極電位的差值，其大小就代表溶液中

氫離子濃度，即溶液酸度。

9-8、簡述濕度測量的特點(diǎn)，常用的濕度測量方法有哪些？

濕度測量的方法許多，傳統(tǒng)的方法是露點(diǎn)法，毛發(fā)膨脹法和干濕球濕度測量法。工業(yè)過

程的檢測和限制對濕敏傳感器有一下要求：（1）工作牢靠，運(yùn)用壽命長；（2）在氣體環(huán)境中

特性穩(wěn)定，不受塵埃、油污附著的影響；（3）滿意要求的濕度測量范圍有較快的相應(yīng)速度；

（4）能在-30°-100°c的環(huán)境溫度下運(yùn)用，受溫度影響較??；（5）互換性好，制造簡潔，

價(jià)格廉價(jià)。

10儀表系統(tǒng)分析

表10-1DDZ-II型和DDZ-HI型儀表的比較（P137）

儀表系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的類型有：

時(shí)域模型，頻域模型，離散模型。

思索題與習(xí)題

1常用儀表是如何進(jìn)行分類的？各有什么特點(diǎn)？

①按運(yùn)用性質(zhì)分為標(biāo)準(zhǔn)表（用于校驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)儀表運(yùn)用，經(jīng)過了計(jì)量部門的定期檢定并具

有合格證書）、試驗(yàn)室用表（用于科學(xué)試驗(yàn)探討）、工業(yè)用表（長期安裝運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)中）

②按測量方式分為直讀儀表（可以干脆讀取被測量值）和比較儀表（采納某種方式通過未知

量雨已知量相比較而得出被測量值）③按原理性連接方式分為串聯(lián)（各功能模塊首尾相接前

后串聯(lián)）、反饋（某個(gè)功能模塊的輸出重新輸入到自身的輸入端或其前的某個(gè)功能模塊的輸

入端，從而構(gòu)成正反饋或負(fù)反饋?zhàn)饔茫馨葱盘杺鬏敺绞椒譃殡妱觾x表（以電量為傳輸信號,

信號可遠(yuǎn)傳，但無特殊處理措施，會引起活在和爆炸）、氣動儀表（運(yùn)用壓縮空氣來傳輸信

號，反應(yīng)動作慢，投資大）⑤按組成方式分為基地儀表（通用性差）、單元組合式儀表（只

完成單一功能，但是比較敏捷）、組件組裝式