自動(dòng)檢測(cè)與控制課件

溫標(biāo)及測(cè)溫方法

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。

溫度標(biāo)志著物質(zhì)內(nèi)部大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。溫度越高，表示物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。

*低溫高溫模擬圖：在一個(gè)密閉的空間里，氣體分子在高溫時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度比低溫時(shí)快！2.1.1溫標(biāo)

溫度的數(shù)值表示方法稱為溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)的起點(diǎn)（即零點(diǎn)）以及溫度的單位。各類溫度計(jì)的刻度均由溫標(biāo)確定。國(guó)際上規(guī)定的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。各溫標(biāo)間的換算關(guān)系見表2-1。*幾種溫標(biāo)的對(duì)比*正常體溫為37

C

，相當(dāng)于華氏溫度多少度？1990國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)

從1990年1月1日開始在全世界范圍內(nèi)采用1990年國(guó)際溫標(biāo)，簡(jiǎn)稱ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點(diǎn)，測(cè)量和重現(xiàn)這些固定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)儀器以及計(jì)算公式等。*2.1.2測(cè)溫方法及其分類

溫度傳感器按照用途可分為基準(zhǔn)溫度計(jì)和工業(yè)溫度計(jì)；按照測(cè)量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發(fā)電型、非電測(cè)型等。

**物理現(xiàn)象

體積熱膨脹電阻變化溫差電現(xiàn)象導(dǎo)磁率變化電容變化壓電效應(yīng)超聲波傳播速度變化物質(zhì)顏色P–N結(jié)電動(dòng)勢(shì)晶體管特性變化可控硅動(dòng)作特性變化熱、光輻射種類鉑測(cè)溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動(dòng)器超聲波溫度計(jì)示溫涂料液晶半導(dǎo)體二極管晶體管半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器可控硅輻射溫度傳感器光學(xué)高溫計(jì)1.氣體溫度計(jì)2.玻璃制水銀溫度計(jì)3.玻璃制有機(jī)液體溫度計(jì)4.雙金屬溫度計(jì)5.液體壓力溫度計(jì)6.氣體壓力溫度計(jì)1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金*應(yīng)用熱膨脹原理測(cè)溫

測(cè)量原理物體受熱時(shí)產(chǎn)生膨脹

固體膨脹式溫度計(jì)

雙金屬溫度計(jì)

液體膨脹式溫度計(jì)

玻璃管溫度計(jì)*裝滿熱水后圖案變得清晰可辨示溫涂料（變色涂料）變色涂料在電腦內(nèi)部溫度中的示溫作用*CPU散熱風(fēng)扇低溫時(shí)顯示藍(lán)色溫度升高后變?yōu)榧t色紅外溫度計(jì)*2.2熱電偶※熱電偶是目前溫度測(cè)量中使用最普遍的傳感元件之一?！攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬、準(zhǔn)確度高、熱慣性小，輸出信號(hào)為電信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳或信號(hào)轉(zhuǎn)換。※用途：用來測(cè)量流體、固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用于快速及動(dòng)態(tài)溫度的測(cè)量。*先看一個(gè)實(shí)驗(yàn)——熱電偶工作原理演示*結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

2.2.1熱電偶測(cè)溫原理

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB從實(shí)驗(yàn)到理論：熱電效應(yīng)

1821年，德國(guó)物理學(xué)家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，并用酒精燈加熱其中一個(gè)接觸點(diǎn)（稱為結(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)放在回路中的指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（說明什么？），如果用兩盞酒精燈對(duì)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)同時(shí)加熱，指南針的偏轉(zhuǎn)角反而減?。ㄓ终f明什么？）

。顯然，指南針的偏轉(zhuǎn)說明回路中有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生并有電流在回路中流動(dòng)，電流的強(qiáng)弱與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差有關(guān)。*通過以上演示得出結(jié)論

——有關(guān)熱電偶熱電勢(shì)的討論

熱電偶兩結(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的總的熱電勢(shì)等于熱端熱電勢(shì)與冷端熱電勢(shì)之差，是兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫差Δt

的函數(shù)：

EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）*產(chǎn)生：兩種不同導(dǎo)體接觸時(shí)產(chǎn)生

原因：兩者電子密度不同，擴(kuò)散速度不同*2.2.1.1接觸電勢(shì)

兩種不同的金屬互相接觸時(shí)，由于不同金屬內(nèi)自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點(diǎn)處會(huì)發(fā)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象。自由電子將從密度大的金屬A擴(kuò)散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負(fù)電，從而產(chǎn)生熱電勢(shì)。

*自由電子＋ABeAB（

T）T*產(chǎn)生：同一導(dǎo)體因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電勢(shì)原因：高溫端電子能量向能量小的低溫端移動(dòng)2.2.1.2溫差電勢(shì)2.2.1.3回路總電勢(shì)結(jié)論：P182.2.2熱電偶的基本定律2.2.2.1均質(zhì)材料定律由一種導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長(zhǎng)度如何，也不論各處的溫度如何都不產(chǎn)生熱電勢(shì)。反之，如產(chǎn)生熱電勢(shì)，則材料必為非均質(zhì)。*tCt0t0AB2.2.2.2中間導(dǎo)體定律在A、B構(gòu)成的熱電偶接入第三種導(dǎo)體C，并使AC和BC接觸點(diǎn)的溫度均為t0，則C的接入不會(huì)影響原回路中的熱電勢(shì)。2.2.2.3中間溫度定律熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為T和T0

時(shí)的熱電勢(shì)等于熱電偶A、B在接點(diǎn)溫度為和的熱電勢(shì)和的代數(shù)和，即：*2.2.3熱電偶的結(jié)構(gòu)*

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式普通型、鎧裝型和薄膜型等。普通型熱電偶應(yīng)用最廣。由熱電極、絕緣材料、保護(hù)套管、接線盒等組成典型的普通型熱電偶的結(jié)構(gòu)：*熱電極：一般金屬Φ0.5～3.2mm，昂貴金屬Φ0.3～0.6mm，長(zhǎng)度與被測(cè)物有關(guān)，一般在300～2000mm，通常在350mm左右。絕緣管：隔離熱電偶與被測(cè)物，一般在室溫要5MΩ以上。保護(hù)套管：避免受被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)腐蝕或機(jī)械損傷。接線盒：固定接線座，連接補(bǔ)償導(dǎo)線。普通型熱電偶的外形*安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的結(jié)構(gòu)放大圖接線盒*引出線套管

固定螺紋

（出廠時(shí)用塑料包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護(hù)管

鎧裝型熱電偶外形法蘭*鎧裝型熱電偶可長(zhǎng)達(dá)上百米BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面薄壁金屬保護(hù)套管（鎧體）隔爆型熱電偶外形*厚壁保護(hù)管壓鑄的接線盒電纜線其他熱電偶外形*小形K型熱電偶2.2.4熱電偶的種類*2.2.4.1標(biāo)準(zhǔn)型熱電偶幾種常用熱電偶的測(cè)溫范圍分度號(hào)

名稱

測(cè)量溫度范圍

B鉑銠30－鉑銠650～1820

CT銅—康銅-270～350

CS鉑銠10—鉑-50～1768

CK鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370

CE鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C幾種常用熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系曲線分析*為什么所有的曲線均過原點(diǎn)（零度點(diǎn)）？熱電偶的分度表*2.2.4.2特殊熱電偶（1）鎢錸熱電偶

是60年代發(fā)展起來的，是目前一種較好的高溫?zé)犭娕迹墒褂迷谡婵斩栊詺怏w介質(zhì)或氫氣介質(zhì)中，但高溫抗氧能力差。國(guó)產(chǎn)鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度范圍300～2000℃分度精度為1％。(2)

快速反應(yīng)薄膜熱電偶(表面熱電偶)

用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點(diǎn)極薄(0.01～0.lμm)

特別適用于對(duì)壁面溫度的快速測(cè)量。安裝時(shí),用粘結(jié)劑將它粘結(jié)在被測(cè)物體壁面上。測(cè)溫范圍在300℃以下；反應(yīng)時(shí)間僅為幾ms。*(3)鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）

斷面如教材P24圖2-9所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細(xì)組合而成一體。特點(diǎn)：熱響應(yīng)時(shí)間短，減小動(dòng)態(tài)誤差；可彎曲安裝使用；測(cè)量范圍大；機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；2.2.5熱電偶冷端溫度補(bǔ)償*

2.2.5.1必要性：

1、用熱電偶的分度表查毫伏數(shù)-溫度時(shí)，必須滿足t0=0

C的條件。在實(shí)際測(cè)溫中，冷端溫度常隨環(huán)境溫度而變化，這樣t0不但不是0

C，而且也不恒定，因此將產(chǎn)生誤差。

2、一般情況下，冷端溫度均高于0

C，熱電勢(shì)總是偏小。應(yīng)想辦法消除或補(bǔ)償熱電偶的冷端損失。*2.2.5.2冷端溫度補(bǔ)償方法一、冰點(diǎn)法方法：使用時(shí)將熱電偶的冷端置于0℃的恒溫器（如冰水混合物）內(nèi)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，避免經(jīng)常校正；雖然補(bǔ)償徹底，但在工程上較難實(shí)現(xiàn)，一般只能用于實(shí)驗(yàn)室。*二、熱電勢(shì)修正法用普通室溫計(jì)算出參比端實(shí)際溫度Tn，利用公式計(jì)算例：用銅-康銅熱電偶測(cè)某一溫度T，參比端在室溫環(huán)境Tn中，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)EAB(T，Tn)=1.999mV，又用室溫計(jì)測(cè)出Tn=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得

EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，與2.831mV對(duì)應(yīng)的熱端溫度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)三、冷端補(bǔ)償器法*

利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)償（抵消）熱電偶因冷端溫度波動(dòng)引起的誤差。工程上最常用的方法五、補(bǔ)償導(dǎo)線法*補(bǔ)償導(dǎo)線是指在一定溫度范圍內(nèi)，其熱電性能與其相應(yīng)的熱電性能十分相近的一種廉價(jià)的導(dǎo)線，以熱電偶連接導(dǎo)體應(yīng)用定則為依據(jù)工作。常用補(bǔ)償導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)分為普通型和帶屏蔽層型兩種按照補(bǔ)償原理分為補(bǔ)償型及延伸型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線按使用度可分為一般用（0～100℃）和耐熱用（0～150℃）*補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用：

①各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶用；

②使用時(shí)必須各級(jí)相連，切勿將其極性接反；

③熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度不能超過規(guī)定的使用溫度范圍，規(guī)定為0~100℃及0~150℃兩種。常用補(bǔ)償導(dǎo)線P26補(bǔ)償導(dǎo)線外形

*AB屏蔽層保護(hù)層*2.2.6熱電偶實(shí)用測(cè)溫線路2.2.6.1基本電路補(bǔ)償導(dǎo)線銅導(dǎo)線2.2.6.2多點(diǎn)測(cè)溫線路*1—工作端熱電偶；2—工作端補(bǔ)償導(dǎo)線；3—接線板；4—銅導(dǎo)線；

5—切換開關(guān)；6—數(shù)字顯示儀；7—參比端補(bǔ)償導(dǎo)線；8—參比端熱電偶*mV2.2.6.3串、并聯(lián)電路串聯(lián)電路*mV并聯(lián)電路2.2.7熱電偶的檢定

為了保證熱電偶的測(cè)量精度，必須定期進(jìn)行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點(diǎn)法。用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。**78564321穩(wěn)壓電源220V熱電偶校驗(yàn)圖

1-調(diào)壓變壓器；2-管式電爐；3標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關(guān)；7-測(cè)試儀表；8-試管

導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率與溫度有關(guān)，利用此特性制成電阻溫度感溫件，它與測(cè)量電阻阻值的儀表配套組成電阻溫度計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)溫準(zhǔn)確度高，信號(hào)便于傳送。

缺點(diǎn)：不能測(cè)太高的溫度，需外部電源供電，連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

熱電阻2.3.1熱電阻的測(cè)溫原理熱電阻是用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的感溫元件。鉑熱電阻和銅熱電阻屬國(guó)際電工委員會(huì)推薦的，也是我國(guó)國(guó)標(biāo)化的熱電阻。電阻溫度系數(shù)：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃

時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/℃。

大多數(shù)金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，其阻值約增加0.4%~0.6%，稱具有正的電阻溫度系數(shù)。電阻值Rt與溫度t（℃）的關(guān)系可表示為Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3）式中，Rt——溫度為t℃時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；

R0——溫度為0℃時(shí)金屬導(dǎo)體的電阻；

A、B、C——與金屬材料有關(guān)的常數(shù)。

大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，其阻值約減小3%~6%，稱具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。電阻值RT與熱力學(xué)溫度T（K）的關(guān)系可表示為RT=RT0·exp[B(1/T)－B(1/T0)]式中，RT0——熱力學(xué)溫度T0（K）時(shí)的電阻值；

B——與半導(dǎo)體材料有關(guān)的常數(shù)。

熱電阻溫度傳感器材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)

雖然大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體的電阻與溫度之間都存在著一定的關(guān)系，但并不是所有的金屬或半導(dǎo)體都能做成電阻溫度計(jì)。用于測(cè)溫的熱電阻（或熱敏電阻）應(yīng)滿足以下要求：（1）電阻溫度系數(shù)要大，以得到高敏感度；（2）在測(cè)溫范圍內(nèi)化學(xué)與物理性能要穩(wěn)定；

（3）復(fù)現(xiàn)性要好；（4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進(jìn)而保證熱容量和熱慣性小，使得對(duì)溫度變化的響應(yīng)比較快；（5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便于分度和讀數(shù)；（6）價(jià)格相對(duì)低廉。2.3.2常用熱電阻2.3.2.1鉑熱電阻特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學(xué)性質(zhì)都非常穩(wěn)定。它易于提純，復(fù)現(xiàn)性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。缺點(diǎn)：電阻溫度系數(shù)較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾污變脆，價(jià)格較貴。在－200℃~0℃范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為Rt=R0[1+At+Bt2+C(t－100)t3]在0~650℃范圍內(nèi)，其關(guān)系為Rt=R0(1+At+Bt2)

式中，A、B、C——分度常數(shù)。P30表2-92.3.2.2銅熱電阻特點(diǎn)：它的電阻值與溫度的關(guān)系是線性的，電阻溫度系數(shù)也比較大，而且材料易提純，價(jià)格比較便宜，但它的電阻率低，易于氧化。在－50℃~150℃范圍內(nèi)，銅的電阻溫度關(guān)系為Rt=R0(1+αt)式中，α——銅的電阻溫度系數(shù)。

P31表2-102.3.2.3半導(dǎo)體熱敏電阻大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻具有負(fù)的溫度系數(shù)。半導(dǎo)體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。2.3.3熱電阻的基本結(jié)構(gòu)直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲云母、石英或陶瓷塑料雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架測(cè)量電路：經(jīng)常采用電橋電路2.3.4引線方式引線方式有二線制、三線制和四線制三種二線制中引線電阻對(duì)測(cè)量影響大，用于測(cè)溫精度不高的場(chǎng)合三線制可以減小熱電阻與測(cè)量?jī)x表之間連接導(dǎo)線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響，用于高精度溫度檢測(cè)。

溫度變送器2.4.1DDZ-Ⅲ型溫度變送器說明:1)輸入回路可實(shí)現(xiàn)熱電偶冷端補(bǔ)償、熱電阻三線制引入、零點(diǎn)調(diào)整與遷移、量程調(diào)整；

2）反饋回路可實(shí)現(xiàn)非線性校正；（1）輸入電橋

作用：冷端溫度補(bǔ)償、調(diào)整零點(diǎn)。下面介紹熱電偶溫度變送器（2）反饋電路

在DDZ-Ⅲ型的溫度變送器中，在溫度變送器中的反饋回路加入線性化電路。（3）放大單元構(gòu)成：直－交－直變換電路；集成運(yùn)放；功放電路；輸出電路；反饋電路。2.4.2一體化溫度變送器

它是指將變送器模塊安裝在測(cè)溫元件接線盒或?qū)Ｓ媒泳€盒內(nèi)的一種溫度變送器。

結(jié)構(gòu)：測(cè)溫元件和變送器模塊變送器模塊的正常工作溫度：-20～+80℃2.5非接觸測(cè)溫任何物體，其溫度超過絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。把能對(duì)被測(cè)物體熱輻射能量進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定被測(cè)物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。輻射式溫度計(jì)的感溫元件不需和被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)直接接觸。2.5.1

輻射測(cè)溫的基本理論輻射式溫度計(jì)的感溫元件通常工作在屬于可見光和紅外光的波長(zhǎng)區(qū)域。輻射式溫度計(jì)的感溫元件使用的波長(zhǎng)范圍為0.3—40μm。相關(guān)概念：絕對(duì)黑體：在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量選擇吸收體：對(duì)輻射能的吸收(或輻射)除與溫度有關(guān)外，還與波長(zhǎng)有關(guān)灰體：吸收(或輻射)本領(lǐng)與波長(zhǎng)無關(guān)熱輻射測(cè)溫理論基礎(chǔ)普朗克公式黑體光譜輻射亮度維恩公式全輻射定律其他相關(guān)概念2.5.2

光學(xué)高溫計(jì)依據(jù)物體光譜輻射出射度或輻射亮度與其溫度T的關(guān)系，可以測(cè)出物體的溫度。這種輻射溫度計(jì)稱為光譜輻射溫度計(jì)。目前國(guó)內(nèi)外使用的光譜輻射溫度計(jì)都是根據(jù)被測(cè)物體的光譜輻射亮度來確定物體的溫度。分類：光學(xué)高溫計(jì)；光電高溫計(jì)；硅輻射溫度計(jì)光學(xué)高溫計(jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，適用于1000K～3500K范圍的溫度測(cè)量，其精度通常為1.0級(jí)和l.5級(jí)，可滿足一般工業(yè)測(cè)量的精度要求。它被廣泛用于高溫熔體、高溫窯爐的溫度測(cè)量。用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)量被測(cè)物體的溫度時(shí)，讀出的數(shù)值將不是該物體的實(shí)際溫度，而是這個(gè)物體此時(shí)相當(dāng)于絕對(duì)黑體的溫度，即所謂的“亮度溫度”。物體的真實(shí)溫度為：

2.5.3光電高溫計(jì)光電高溫計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)相比，主要優(yōu)點(diǎn)有：靈敏度高；精確度高；使用波長(zhǎng)范圍不受限制；光電探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間短；便于自動(dòng)測(cè)量與控制。缺點(diǎn)：光電高溫計(jì)在測(cè)量物體的溫度時(shí)，由于要靠手動(dòng)調(diào)節(jié)燈絲的亮度，由眼睛判別燈絲的“隱滅”，故觀察誤差較大，也無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和記錄。圖2-26光電高溫計(jì)工作原理圖 （a）工作原理示意圖；（b）光調(diào)制器1-物鏡；2-光欄；3,5-孔；4-光電器件；6-遮光板；7-調(diào)制片；8-永久磁鋼；9-激磁繞組；10-透鏡；11-反射鏡；12-觀察孔；13-前置放大器；14-主放大鏡；15-反饋鏡；16-電子電位差計(jì)；17-被測(cè)物體2.5.4輻射溫度計(jì)輻射溫度計(jì)是根據(jù)全輻射定律，基于被測(cè)物體的輻射熱效應(yīng)進(jìn)行工作的。輻射溫度計(jì)由輻射敏感元件、光學(xué)系統(tǒng)、顯示儀表及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計(jì)與光學(xué)高溫計(jì)一樣是按絕對(duì)黑體進(jìn)行溫度分度的，因此用它測(cè)量非絕對(duì)黑體的具體物體溫度時(shí)，儀表上的溫度指示值將不是該物體的真實(shí)溫度，我們稱該溫度為此被測(cè)物體的輻射溫度。2.5.5

比色高溫計(jì)比色溫度定義為：絕對(duì)黑體輻射的兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2的亮度比等于被測(cè)輻射體在相應(yīng)波長(zhǎng)下的亮度比時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度就稱為這個(gè)被測(cè)輻射體的比色溫度。絕對(duì)黑體，對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)λ1與λ2的光譜輻射亮度之比R，可用下式表示：2.5.6紅外溫度計(jì)

紅外輻射溫度計(jì)既可用于高溫測(cè)量，又可用于冰點(diǎn)以下的溫度測(cè)量，所以是輻射溫度計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。市售的紅外輻射溫度計(jì)的溫度范圍可以從-10℃～3000℃，中間分成若干個(gè)不同的規(guī)格，可根據(jù)需要選擇適合的型號(hào)。紅外線輻射溫度計(jì)外形紅外線輻射溫度計(jì)外形

紅外線輻射溫度計(jì)用于食品溫度測(cè)量紅外線輻射溫度計(jì)

在非接觸體溫測(cè)量中的應(yīng)用耳溫儀紅外線輻射溫度計(jì)用于人體額溫測(cè)量

紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用集成IC溫度測(cè)量紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（冷藏牛奶和面食）紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）溫度采集系統(tǒng)鋼鐵工業(yè)解決方案汽車檢測(cè)與維護(hù)供熱、通風(fēng)及制冷行業(yè)應(yīng)用水泥回轉(zhuǎn)窯筒體掃描溫度測(cè)量系統(tǒng)

玻璃加工制造

電氣系統(tǒng)故障診斷便攜式產(chǎn)品在線式產(chǎn)品空調(diào)制冷、火災(zāi)安全和保護(hù)，以及工業(yè)維護(hù)和質(zhì)量控制等，可作為故障診斷工具2.5.7熱像儀紅外成像原理紅外攝像管：將物體的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過電子系統(tǒng)放大處理，再還原為光學(xué)像的成像裝置。紅外變像管：把物體紅外圖像變成可見圖像的電真空器件，主要由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，均安裝在高度真空的密封玻璃殼內(nèi)。固態(tài)圖像變換器：由許多小單元（稱為像元或像素）組成的受光面，各像素將感受的光像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后順序輸出的一種大規(guī)模集成光電器件。AGA—750熱像儀工作原理框圖Ti30熱像儀2.6新型溫度傳感器及其測(cè)溫技術(shù)不講

壓力檢測(cè)儀表3.1概述

垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國(guó)際單位制（SI）和我國(guó)法定計(jì)量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡(jiǎn)稱“帕”，符號(hào)為“Pa”。即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。過去采用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應(yīng)改成法定計(jì)量單位帕。

1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa

1PSI=6.89×103Pa詳見表3-13.1.1壓力的概念及單位3.1.2壓力表示方式絕對(duì)壓力PJ大氣壓力PD表壓力PB

PB=PJ

－PD真空度PZ（負(fù)壓）

PZ＝

PD－PJ表壓（正壓）絕對(duì)壓力的零線大氣壓力線絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度3.1.3壓力檢測(cè)方法1.彈性力平衡法：利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡的原理。將壓力轉(zhuǎn)換成位移，測(cè)出形變位移的大小就可以測(cè)出被測(cè)壓力。如：彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)。2.重力平衡法：通過儀表使液柱高度的重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相平衡的原理測(cè)量壓力。如：U型管壓力計(jì)、活塞壓力計(jì)3.機(jī)械力平衡法：將被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)移成一個(gè)集中的力，用外力與之平衡，通過測(cè)外力的大小得到被測(cè)壓力。如：壓力變送器。4.電氣法：用壓力敏感元件直接將壓力轉(zhuǎn)換成電阻、電荷量等電量的變化。如壓電式、應(yīng)變片式、電容式、光纖式壓力計(jì)。3.2液柱式壓力計(jì)

利用液柱對(duì)液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測(cè)壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測(cè)壓力的大小優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，有相當(dāng)高的準(zhǔn)確度。缺點(diǎn)：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數(shù)不方便采用水銀或水為工作液，用U形管或單管進(jìn)行測(cè)量，常用于低壓、負(fù)壓或壓力差的檢測(cè)。被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室壓力測(cè)量或現(xiàn)場(chǎng)鍋爐煙、風(fēng)道各段壓力、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)各段壓力的測(cè)量。U形管壓力計(jì)△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度將增加壓力的測(cè)量范圍，但靈敏度要降低。

單管壓力計(jì)

由于U形管壓力計(jì)需兩次讀取液面高度，為使用方便，設(shè)計(jì)出一次讀取液面高度的單管壓力計(jì)。

因則故由于D>>d，所以P=ρgh2

斜管微壓計(jì)

主要用于測(cè)量微小壓力、負(fù)壓和壓差，它將單管液柱壓力計(jì)的測(cè)量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數(shù)相對(duì)誤差。傾斜角度越小，l越長(zhǎng)，測(cè)量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數(shù)較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計(jì)可以測(cè)量到0.98Pa的微壓。為了進(jìn)一步提高微壓計(jì)的精確度，應(yīng)選用密度小的酒精作為工作液體。

液柱式壓力計(jì)的測(cè)量誤差及其修正1.環(huán)境溫度變化2.重力加速度變化3.毛細(xì)管現(xiàn)象3.3彈性式壓力計(jì)

用彈性傳感器（又稱彈性元件）組成的壓力測(cè)量?jī)x表稱為彈性式壓力計(jì)。彈性元件受壓后產(chǎn)生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接帶動(dòng)指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實(shí)現(xiàn)壓力（或壓差）信號(hào)的遠(yuǎn)傳。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，現(xiàn)場(chǎng)使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測(cè)量范圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。

彈性元件在彈性限度內(nèi)受壓后會(huì)產(chǎn)生變形，變形大小與被測(cè)壓力成正比關(guān)系。目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。

3.3.1彈性元件

上圖給出了一些常用彈性元件的示意圖。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測(cè)量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓和真空度的測(cè)量。

彈簧管的橫截面呈非圓形（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，如圖所示。管子的一端為封閉，作為位移輸出端，另一端為開口，為被測(cè)壓力輸入端。當(dāng)開口端通入被測(cè)壓力后，非圓橫截面在壓力p作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢(shì)而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端由B移至B′，而產(chǎn)生位移，輸入壓力越大，位移越大。3.3.2彈簧管壓力表彈簧管壓力表：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉，使用范圍廣，測(cè)量范圍寬可測(cè)負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等3.4.1霍爾式壓力傳感器測(cè)壓原理：利用霍爾片式傳感器（根據(jù)半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)的原理）實(shí)現(xiàn)壓力-位移-霍爾電勢(shì)的轉(zhuǎn)換?；魻柶菏且环N半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換元件?；魻栃?yīng)：把一塊霍爾元件置于均勻磁場(chǎng)中，并使霍爾片與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直，在沿著霍爾片的左右兩個(gè)縱向端面上通入恒定的控制電流I，則會(huì)在霍爾片的兩個(gè)橫向端面之間形成電位差VH，此電位差稱為霍爾電勢(shì)。

3.4壓力傳感器

彈簧管霍爾片

K——霍爾式壓力傳感器輸出系數(shù)

χ——自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片+彈簧管

磁場(chǎng)由一對(duì)特殊幾何形狀的馬蹄型磁鋼產(chǎn)生。右側(cè)磁場(chǎng)方向向下，左側(cè)向上，大小相等方向相反，構(gòu)成差動(dòng)磁場(chǎng)。當(dāng)霍爾片處于中心平衡位置時(shí)，因磁通大小相等方向相反，且對(duì)稱，所以霍爾電勢(shì)代數(shù)和為零。當(dāng)彈簧管自由段帶動(dòng)霍爾片偏離平衡位置時(shí)，產(chǎn)生電勢(shì)的代數(shù)和不為零。完成位移-電勢(shì)轉(zhuǎn)換。壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：?jiǎn)尉w、多晶體特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率響應(yīng)高，量程范圍廣3.4.2壓電式壓力傳感器測(cè)量范圍：0～70MPa應(yīng)用：加速度、壓力等3.4.3電容式壓力傳感器壓阻元件是基于壓阻效應(yīng)工作的一種壓力敏感元件，它指在半導(dǎo)體材料的基片上用基成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時(shí)，其阻值由于電阻率的變化而改變。擴(kuò)散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體硅膜片。3.4.4壓阻式壓力傳感器優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能直接反映微小的壓力變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。缺點(diǎn)：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻系數(shù)的大小。作用:(1)變送：將被測(cè)參數(shù)成比例轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)，并能將信號(hào)一定距離遠(yuǎn)傳。

(2)可調(diào)量程：同一參數(shù)的不同范圍轉(zhuǎn)換為成比例的統(tǒng)一信號(hào)。3.5差壓變送器測(cè)壓原理:是利用轉(zhuǎn)換元件將壓力變化轉(zhuǎn)換成電容變化，再通過檢測(cè)電容的方法來測(cè)量壓力的。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（小型化、輕量化）、性能穩(wěn)定、可靠，具有較高的精度。3.5.1電容式壓力變送器

差動(dòng)平板電容器的工作原理:

差動(dòng)平板電容器共有三個(gè)極板，其中中間一個(gè)電極板為活動(dòng)電極板，兩端為固定電極板。電容器在初始狀態(tài)下，活動(dòng)極板正好位于兩固定電極板的中間，如圖(a)所示。此時(shí)上下兩個(gè)電容容量完全相等，其差值為零。而每個(gè)電容的容量為

當(dāng)受到外界作用，使中間的活動(dòng)電極板產(chǎn)生一個(gè)微小的位移后，如圖(b)所示?！指袎耗て顒?dòng)電容電容-電流轉(zhuǎn)換電路

放大和輸出限制電路反饋電路調(diào)零、遷移信號(hào)＋－反饋信號(hào)變送器構(gòu)成方框圖變送器構(gòu)成方框圖電容式壓力傳感器結(jié)論：(1)相對(duì)變化值與被測(cè)差壓成線性關(guān)系。

(2)與介電常數(shù)無關(guān),可大大減小溫度對(duì)變送器的影響。(3)

與有關(guān)。愈小，靈敏度越高。

擴(kuò)散硅壓力變送器屬應(yīng)變式壓力變送器。它是基于電阻應(yīng)變?cè)頊y(cè)量壓力的。當(dāng)電阻體在外力作用下，產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值也將隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱之為電阻應(yīng)變效應(yīng)。通過對(duì)電阻變化量的檢測(cè)，即可得知其受力情況。擴(kuò)散硅壓力變送器檢測(cè)部件的原理結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。它的感壓元件叫做擴(kuò)散硅應(yīng)變片。其電阻布置如圖(b)所示、杯內(nèi)腔承受被測(cè)壓力p，杯的外側(cè)為大氣壓力。如用來測(cè)量差壓，則分別接p1及p2。3.5.2擴(kuò)散硅壓力變送器

硅杯設(shè)計(jì)時(shí)，取R1=R2=R3=R4=R，所以此時(shí)橋路平衡時(shí)，當(dāng)壓力為零時(shí)，橋路輸出為U=0當(dāng)外界有壓力時(shí)，由于四個(gè)電阻的位置經(jīng)過精確選擇，使得電阻變化量相等，即：

△R1=△R2=△R3=△R4=△R這時(shí)橋路失去平衡輸出電壓信號(hào)為：

上式表明橋路的輸出電壓與應(yīng)變電阻的變化量成正比。這個(gè)信號(hào)再經(jīng)放大和轉(zhuǎn)換，變成4~20mA直流電流信號(hào)作為顯示和調(diào)節(jié)儀表的輸入。3.5.3智能型壓力變送器

為適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的要求，近年來出現(xiàn)了采用微處理器和先進(jìn)傳感器技術(shù)的智能變送器，有智能溫度變送器、智能壓力變送器、智能差壓變送器等。智能變送器可以輸出數(shù)字和模擬兩種信號(hào)，其精度、穩(wěn)定性和可靠性均比模擬式變送器優(yōu)越，并且可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)與上位計(jì)算機(jī)相連。智能變送器具有以下特點(diǎn)：①

測(cè)量精度高;②

具有較寬的零點(diǎn)遷移范圍和較大的量程比；其量程范圍為100:1；③

具有溫度、靜壓補(bǔ)償功能（差壓變送器）和非線性校正能力（溫度變送器），以保證儀表精度；④

具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊；⑤

通過手持通信器（手持終端）能對(duì)1500m之內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行遙控操作。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種工作參數(shù)的設(shè)定，遠(yuǎn)程組態(tài)調(diào)零、調(diào)量程和自診斷，維護(hù)和使用十分方便。以3051C為例：組成：傳感膜頭：被測(cè)壓力---A/D轉(zhuǎn)換----數(shù)字信號(hào)電子線路板：對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正，線性化處理---D/A轉(zhuǎn)換--4～20mA信號(hào)3.6壓力檢測(cè)儀表的選用3.6.1壓力檢測(cè)儀表的選擇3.6.1.1儀表量程的選擇被測(cè)壓力較穩(wěn)定：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的2/3；被測(cè)壓力波動(dòng)較大或測(cè)脈動(dòng)壓力：最大工作壓力不應(yīng)超過儀表滿量程的1/2；為保證測(cè)量準(zhǔn)確度：最小工作壓力不應(yīng)低于滿量程的1/3；優(yōu)先滿足最大工作壓力條件。3.6.1.2儀表精度的選擇

壓力檢測(cè)儀表的精度主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測(cè)壓力允許的最大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差。3.6.1.3儀表類型的選擇從被測(cè)介質(zhì)壓力大小來考慮被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)對(duì)儀表輸出信號(hào)的要求使用的環(huán)境3.6.2壓力表的安裝3.6.2.1取壓口的選擇測(cè)管道靜壓應(yīng)該避開壓力擾動(dòng)處、保證測(cè)量管路內(nèi)為單相流體。開孔：壓力穩(wěn)定處，即不要有閥，彎頭等阻力件。方位：液體在管道下方45度區(qū)域取壓，氣體在管道上方。導(dǎo)壓管是傳遞壓力、壓差信號(hào)的。1、內(nèi)徑一般6~10mm，長(zhǎng)度盡可能短，最長(zhǎng)<50m。減少壓力指示遲緩。2、導(dǎo)壓管水平安裝應(yīng)保證有一定角度。以便積存的液體、氣體排出。3、取壓口和壓力計(jì)之間要有切斷閥。以備檢修。3.6.2.2導(dǎo)壓管的鋪設(shè)3.6.2.3壓力、壓差計(jì)的安裝3.6.3壓力儀表的校驗(yàn)校驗(yàn)就是將被校驗(yàn)壓力表和標(biāo)準(zhǔn)壓力表通以相同壓力，比較它們的指示數(shù)值，如果被校表對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)誤差，不大于被校表規(guī)定的最大準(zhǔn)許絕對(duì)誤差時(shí)，則認(rèn)為被校表合格。常用的校驗(yàn)儀器是活塞式壓力計(jì)，它由壓力發(fā)生部分和測(cè)量部分組成，它的精度等級(jí)有0.02、0.05和0.2級(jí)，可用來校準(zhǔn)0.25級(jí)精密壓力表，也可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值為60MPa。壓力發(fā)生部分測(cè)量部分

流量測(cè)量4.1流量概述總(流)量或累積流量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的流體的總和。它是瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分或積累,單位有與等。流量：是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道或特定通道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)(平均)流量。有體積流量和質(zhì)量流量之分。（1）體積流量qv

：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的體積，單位為m3/s。根據(jù)定義，體積流量可用下式表示：式中，v為截面A中某一面積元dA上的流速。如果流速處處相等，則體積流量可寫成qv=vA

單位有：（2）質(zhì)量流量qm：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過某截面的流體的質(zhì)量，單位為kg/s。根據(jù)定義，質(zhì)量流量可用下式表示：則有qm=ρqv=ρvA

單位有：(3)流體總量即瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間的積分，稱之流體總量。

用來測(cè)量流量的儀表統(tǒng)稱為流量計(jì)。測(cè)量總量的儀表稱為流體計(jì)量表或總量計(jì)。流量檢測(cè)方法的分類：1.體積流量

直接法（容積法）直接測(cè)出在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體固定容積數(shù)來計(jì)算流量。橢圓齒輪腰輪刮板旋轉(zhuǎn)活塞精度較高間接法（速度法）測(cè)量平均流速節(jié)流式力學(xué)轉(zhuǎn)子力學(xué)渦輪力學(xué)電磁電學(xué)超聲波聲學(xué)渦街力學(xué)熱線風(fēng)速熱學(xué)激光多普勒光學(xué)2.質(zhì)量流量直接式：渦輪轉(zhuǎn)矩式質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)間接式：差壓流量計(jì)與密度計(jì)組合差壓流量計(jì)與速度流量計(jì)組合靶式流量計(jì)與速度流量計(jì)組合補(bǔ)償：用壓力、溫度補(bǔ)償

差壓式流量計(jì)又稱節(jié)流式流量計(jì)，它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差的原理來實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。4.2差壓式流量計(jì)（節(jié)流式流量計(jì)）圖4-1差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變送器）組成，如下圖所示。

流裝置的作用是把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)，差壓計(jì)則對(duì)壓差信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值，差壓變送器能把差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、記錄或控制。差壓式流量傳感器發(fā)展較早，技術(shù)成熟而較完善，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)流體的種類、溫度、壓力限制較少，因而應(yīng)用廣泛。(1)節(jié)流裝置

節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測(cè)元件，是安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管。它們的結(jié)構(gòu)形式、相對(duì)尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，如下頁(yè)圖所示。4.2.1測(cè)量原理與流量方程式圖4-2標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件(a)孔板；(b)噴嘴；(c)文丘里管

其中孔板最簡(jiǎn)單又最為典型，加工制造方便，在工業(yè)生產(chǎn)過程中常被采用。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置按照規(guī)定的技術(shù)要求和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)、加工、安裝，無需檢測(cè)和標(biāo)定，可以直接投產(chǎn)使用，并可保證流量測(cè)量的精度。

(2)測(cè)量原理測(cè)量原理：在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變。用節(jié)流元件測(cè)量流量時(shí)，流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關(guān)系，這就是差壓式流量傳感器測(cè)量原理。

流體流經(jīng)節(jié)流孔板時(shí)，壓力和流速的變化情況

節(jié)流孔板流速變快，壓力變小

圖4-3節(jié)流件前后流速和壓力分布情況能量形式的轉(zhuǎn)換截面Ⅰ和節(jié)流件開孔截面Ⅱ的流體量相同截面Ⅰ的速度v1截面Ⅱ的速度v2v2>v1動(dòng)壓能和靜壓能發(fā)生變化能量守恒定律孔板前后出現(xiàn)了壓力差壓力差流速和流量

流束最小截面在Ⅱ-Ⅱ截面處。對(duì)于不可壓縮的理想流體，節(jié)流件前后的流體密度相等(ρ1=ρ2=ρ)。當(dāng)忽略壓頭損失時(shí)，根據(jù)伯努利方程，在兩截面Ⅰ、Ⅱ處管中心流體的能量方程為：（3）流量方程式設(shè)Ⅰ-Ⅰ截面時(shí)管中心的流速為v1，靜壓為，密度為ρ1，Ⅱ-Ⅱ截面時(shí)管中心的流速為v2、靜壓為，密度為ρ2，假定流體的流速是均勻一致的，則由上式可得：(1)(2)由于流體流動(dòng)的連續(xù)性，則A1V1ρ=A2V2ρ

A1為Ⅰ-Ⅰ截面的流通面積；A2為Ⅱ-Ⅱ截面流束的流通面積。(為節(jié)流件的開孔面積)設(shè)收縮系數(shù)μ=A2/Ad，即設(shè)管道直徑為D和節(jié)流體開孔直徑為d,則有：式中β稱為直徑比，(3)由式(2)、(3)可得：(4)實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有壓頭損失，流速也并非均勻一致的，測(cè)出壓差并非考慮到這些因素，在上式中應(yīng)引入修正系數(shù)，則：(5)被測(cè)流體的體積流量為：令流量系數(shù)α與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、流體流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。則(6)(7)

—流出系數(shù)；

—漸近速度系數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中流量系數(shù)α常用流出系數(shù)C來表示：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-93采納C值不可壓縮流體的流量基本方程為：對(duì)于可壓縮流體，則引入一個(gè)膨脹系數(shù)ε如果以表示

(4)實(shí)用流量方程如果式中流量Q以m3/h表示；A1=πdt2/4,其中dt為在流體工作溫度下節(jié)流件開孔直徑，以mm表示，壓差ΔP仍以Pa表示，流體工作密度ρ仍以kg/m3表示，則得流量實(shí)用方程為：4.2.2差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

環(huán)室取壓?jiǎn)为?dú)鉆孔取壓法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板的幾種取壓方式4.2.3標(biāo)準(zhǔn)孔板取壓方式

標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置是國(guó)家標(biāo)形中規(guī)定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用于孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用于孔板。

均速管式流量計(jì)均速管流量探頭主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威爾巴（Wellbar）、德爾塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar）、雙D巴等幾種。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單:插入式探頭，測(cè)量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內(nèi)徑:從十幾毫米到幾米，測(cè)量準(zhǔn)確度通常為1~3％。均速管尚未標(biāo)準(zhǔn)化,應(yīng)經(jīng)過標(biāo)定后才能使用。原理：測(cè)量管道內(nèi)流動(dòng)流體的速度壓力——流速，典型的方法是早期使用皮托(Pitot)管。4.3.1阿牛巴流量計(jì)常見的阿牛巴流量計(jì)測(cè)量原理：平均速度頭平均速度流量①質(zhì)量流量方程式：②體積流量方程式：High高壓Two(2)Independent&StableFlowSignals兩路獨(dú)立、穩(wěn)定的流量信號(hào)Low低壓4.3.2威爾巴(Wellbar)流量計(jì)威爾流量計(jì)采用截面形狀如子彈頭形的探頭1)威爾巴探頭的流量方程式威爾巴流量計(jì)作為一種差壓式流量測(cè)量?jī)x表，流體流過的流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計(jì)類似，其實(shí)用流量方程式如下：③流體（氣體）溫度、壓力變化的補(bǔ)償方程④氣體標(biāo)準(zhǔn)體積流量方程①質(zhì)量流量方程式：②體積流量方程式：4.4電磁流量計(jì)檢測(cè)原理：基于電磁感應(yīng)定律當(dāng)導(dǎo)電流體（相當(dāng)于導(dǎo)體）在磁場(chǎng)中作垂直于磁場(chǎng)方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，在兩電極上也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其方向由右手定則判斷，其大小為：則

k是儀表常數(shù)4.4.1工作原理4.4.2電磁流量計(jì)的結(jié)構(gòu)磁路系統(tǒng)：直流磁場(chǎng)簡(jiǎn)單，但使管道中的導(dǎo)電液體電解、電極極化，常采用交流B＝Bmsinωt交變磁場(chǎng)，但會(huì)產(chǎn)生正交干擾。按勵(lì)磁繞組不同主要有兩種結(jié)構(gòu)：集中繞組式；分組繞組式。測(cè)量管：不導(dǎo)磁、低導(dǎo)電率、低導(dǎo)熱率、具有一定強(qiáng)度，讓被測(cè)流體通過，不銹鋼、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料。電極：測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)襯里：直接接觸被測(cè)介質(zhì)，主要作用是增加測(cè)量管的耐磨與耐蝕性，防止感應(yīng)電勢(shì)被金屬測(cè)量管管壁短路外殼：一般用鐵磁材料制成，它是保護(hù)勵(lì)磁線圈的外罩，并可隔離外磁場(chǎng)的干擾轉(zhuǎn)換電路：流體流動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)十分微弱，而且各種干擾因素的影響也很大，轉(zhuǎn)換電路的目的是將感應(yīng)電勢(shì)放大并能抑制主要的干擾信號(hào)電磁流量計(jì)的轉(zhuǎn)換電路主要由前置放大、差動(dòng)交流放大、高通濾波、采樣電路和差動(dòng)直流放大等部分組成采樣電路電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路框圖差動(dòng)直流放大高通濾波差動(dòng)交流放大前置放大4.4.3電磁流量計(jì)的特點(diǎn)測(cè)量導(dǎo)管中無可動(dòng)部件，壓力損失小，并可測(cè)含有雜物、懸浮物等流體的流量。只要流體導(dǎo)電，結(jié)果與流體的溫度、壓力、密度、粘度無關(guān)。量程比較寬10：1。反應(yīng)速度快，可測(cè)脈動(dòng)流量。電磁流量計(jì)單位時(shí)間內(nèi)所排出固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)

測(cè)量原理設(shè)：V0——計(jì)量室的容積

n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)則排出的流體總量

根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計(jì)（液體型）腰輪流量計(jì)（氣體型和液體）刮板式流量計(jì)（液體型）4.5容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)的工作特點(diǎn)：精度高，可達(dá)0.2～0.5%，用于企業(yè)管理和商品銷售。主要測(cè)高粘度流體，測(cè)總流量。量程比10：1。對(duì)直管段無要求。小流量時(shí)泄漏大，使讀數(shù)偏低。被測(cè)流體要求清潔，否則易堵或磨損。測(cè)量原理4.5.1橢圓齒輪流量計(jì)1)液體推動(dòng)一對(duì)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；2)每個(gè)腔體的容積是固定體積；3)齒輪轉(zhuǎn)速引出，傳感器發(fā)出同步脈沖計(jì)數(shù)。每轉(zhuǎn)一周，兩個(gè)齒輪共送出四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的流體。測(cè)量原理

腰形輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就把轉(zhuǎn)子與殼體之間所構(gòu)成的具有一定容積的計(jì)量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。計(jì)量室體積腰輪轉(zhuǎn)速體積流量4.5.2腰輪流量計(jì)（羅茨流量計(jì)）微小/小流量流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)用于高粘度介質(zhì)渦輪流量計(jì)用于低粘度介質(zhì)橢圓齒輪流量計(jì)4.6質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量的檢測(cè)方法主要有三大類：直接式質(zhì)量流量計(jì)

直接式質(zhì)量流量檢測(cè)方法有許多種，如由孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)的差壓式方法；由兩個(gè)用彈簧連接的渦輪構(gòu)成的渦輪轉(zhuǎn)矩式方法；應(yīng)用麥納斯效應(yīng)的檢測(cè)方法和基于科里奧利力的檢測(cè)方法等補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)

同時(shí)檢測(cè)流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據(jù)流體密度與溫度、壓力的關(guān)系，由計(jì)算單元計(jì)算得到該狀態(tài)下流體的密度值，最后再計(jì)算得到流體的質(zhì)量流量值。主要的組合方式有：差壓式流量計(jì)與密度計(jì)組合方式體積式流量計(jì)與密度計(jì)組合方式差壓式流量計(jì)或靶式流量計(jì)與體積式流量計(jì)或速度式流量計(jì)組合方間接式質(zhì)量流量計(jì)

間接式質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際上就是組合式質(zhì)量流量計(jì)，它是在管道上串聯(lián)多個(gè)(常見的是兩個(gè))檢測(cè)元件(或儀表)，建立各自的輸出信號(hào)與流體的體積流量、密度等之間的關(guān)系，通過組合，聯(lián)立求解方程間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。

科里奧利質(zhì)量流量傳感器是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量傳感器。

1)工作原理4.6.1科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

流量傳感器的測(cè)量管道是兩根兩端固定平行的U形管，在兩個(gè)固定點(diǎn)的中間位置由驅(qū)動(dòng)器施加產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)能量，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測(cè)量管兩側(cè)產(chǎn)生方向相反的扭曲。位于U形管的兩個(gè)直管管端的兩個(gè)檢測(cè)器用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)扭曲量以求得質(zhì)量流量。

當(dāng)管道充滿流體時(shí)，流體也成為轉(zhuǎn)動(dòng)系的組成部分，流體密度不同，管道的振動(dòng)頻率會(huì)因此而有所改變，而密度與頻率有一個(gè)固定的非線性關(guān)系，因此科里奧利質(zhì)量流量傳感器也可測(cè)量流體密度。

4.6.2.推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器

推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器實(shí)際上是由多個(gè)傳感器組合而成的質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。組合方式主要有以下幾種。

（1）差壓式流量傳感器與密度傳感器組合方式差壓式流量傳感器的輸出信號(hào)是差壓信號(hào)，它正比于ρq2v，若與密度傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算后再開方即可得到質(zhì)量流量。即

（2）體積流量傳感器與密度流量傳感器組合方式能直接用來測(cè)量管道中的體積流量qv的傳感器有電磁流量傳感器、渦輪流量傳感器、超聲波流量傳感器等，利用這些傳感器的輸出信號(hào)與密度傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算即可得到質(zhì)量流量。即K1qvK2ρ=Kqm

（3）差壓式流量傳感器與體積式流量傳感器組合方式

差壓式流量傳感器的輸出差壓信號(hào)Δp與ρq2v成正比，而體積流量傳感器輸出信號(hào)與qv成正比，將這兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算也可得到質(zhì)量流量。即

其它流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)渦輪流量計(jì)渦街流量計(jì)彎管流量計(jì)超聲波流量計(jì)沖板式流量計(jì)4.7.1轉(zhuǎn)子流量計(jì)

又稱恒壓降變面積流量計(jì)，適用于中小流量。檢測(cè)原理

流體在錐形管中自下而上流動(dòng)，其中的浮子（轉(zhuǎn)子）將穩(wěn)定在某一個(gè)位置。A0—環(huán)狀流通面積；AS—浮力面積（最大）信號(hào)轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)子流量計(jì)根據(jù)顯示方式的不同可分為兩類：直接指示型的轉(zhuǎn)子流量計(jì)電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)LZ系列金屬管浮子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的特點(diǎn)

主要適用于中小管徑、較低雷諾數(shù)的中小流量的檢測(cè)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長(zhǎng)度要求不高；基本誤差約為儀表量程的±1～2%，量程比可達(dá)10︰1；易受工作介質(zhì)密度，粘度，純凈度等影響注意節(jié)流孔板與轉(zhuǎn)子的區(qū)別：

a.恒壓降

b.變截面

4.7.2渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)是從葉輪流量計(jì)（水表）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；當(dāng)流體流經(jīng)渦輪時(shí)，由于流體的沖擊作用，將使渦輪發(fā)生旋，轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與流量等相關(guān)；測(cè)量出葉輪的轉(zhuǎn)速或頻率，就可確定流過管道的流體流量和總量。渦輪流量計(jì)主要由渦輪、導(dǎo)流器、磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器、放大與信號(hào)變換。磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器是將渦輪轉(zhuǎn)換成電脈沖數(shù)，這是渦輪流量計(jì)的關(guān)鍵部分。葉輪用磁性的不銹鋼做，管道外裝上傳感器，它由磁鋼和線圈組成。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)周期也改變檢測(cè)器中磁路的磁阻，使通過感應(yīng)線圈的磁通量隨之變化。這樣，在感應(yīng)線圈的兩端即感應(yīng)出脈沖信號(hào)。渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1、一個(gè)設(shè)計(jì)和加工精良的渦輪轉(zhuǎn)子2、流體推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子3、一副電磁脈沖發(fā)生器精度較高0.5級(jí)，常作標(biāo)準(zhǔn)表。量程比較大10：1。適用于清潔介質(zhì)（一般要裝過濾器）。周圍不能有強(qiáng)磁場(chǎng)。介質(zhì)的密度、粘度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量。渦輪流量計(jì)4.7.3渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)也稱漩渦流量計(jì)漩渦流量計(jì)有兩種：一種是應(yīng)用自然振蕩的卡門漩渦列原理而制成的稱為卡門漩渦流量計(jì)；另一種是應(yīng)用強(qiáng)迫振蕩的漩渦旋進(jìn)原理而制成的稱為旋進(jìn)式漩渦流量計(jì)60年代末期發(fā)展起來的一種較新的流量測(cè)量技術(shù)。一、檢測(cè)原理渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中著名的“卡門渦街”原理。若在流體中垂直于流向放置一個(gè)圓柱體或棱柱體，在它下游兩側(cè)就會(huì)交替出現(xiàn)漩渦，兩側(cè)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向相反，并輪流地從柱體上分離出來，這兩排平行的非對(duì)稱的漩渦列稱為卡門渦街。漩渦發(fā)生體是漩渦流量計(jì)的核心。漩渦發(fā)生體的形狀主要有圓柱形、方柱形和三角柱形，也有組合式的?？ㄩT渦街圓柱體后漩渦發(fā)生的頻率為：V1、V——分別為圓柱體兩側(cè)的流體速度和管道流體的平均流速：m/s；d—圓柱體直徑，m；m—管道流體的平均流速與圓柱體兩側(cè)流速之比。m＝V/V1；

如采用三角柱體作為旋渦發(fā)生體，其迎流面的邊長(zhǎng)或?qū)挾葹閐，流體的體積流量Q為：二、漩渦頻率的檢測(cè)漩渦頻率的檢測(cè)有很多，一般與漩渦發(fā)生體形狀有關(guān)：熱電絲——圓柱體熱敏電阻——三角柱壓電元件——組合式超聲波檢測(cè)元件——三角柱渦街流量計(jì)由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成在三角柱的兩側(cè)面各有相同的彈性金屬膜片，內(nèi)充硅油，旋渦引起的壓力波動(dòng)，使兩膜片與柱體間構(gòu)成的電容產(chǎn)生差動(dòng)變化。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故檢測(cè)由電容變化頻率可推算出流量。(1)電容檢測(cè)法常用渦街頻率檢測(cè)方法：在三角柱中央或其后部插入嵌有壓電陶瓷片的桿，桿端為扁平片，產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化作用在桿端而形成彎矩，使壓電元件出現(xiàn)相應(yīng)的電荷。此法技術(shù)上比較成熟，應(yīng)用較多，已有系列化產(chǎn)品。(2)應(yīng)力檢測(cè)法(3)熱敏檢測(cè)法在圓柱體下端有一段空腔，被隔板分成兩側(cè)，中心位置有一根細(xì)鉑絲，它被加熱到比所測(cè)流體溫度略高10℃左右，并保持溫度恒定。產(chǎn)生旋渦引起的壓力變化，流體向空控內(nèi)流動(dòng)，穿過空腔將鉑絲上的熱量帶走，鉑絲溫度下降，電阻值變小。其變化頻率與旋渦產(chǎn)生的頻率相對(duì)應(yīng)，故可通過測(cè)量鉑絲阻值變化的頻率來推算流量。(4)超聲檢測(cè)法在柱體后設(shè)置橫穿流體的超聲波束，流體出現(xiàn)旋渦將使超聲波由于介質(zhì)密度變化而折射或散射，使收到的聲信號(hào)產(chǎn)生周期起伏，經(jīng)放大得到相應(yīng)于流量變化的脈沖信號(hào)。渦街頻率的檢測(cè)方法（熱阻絲）

圓柱體表面開有導(dǎo)壓孔，與圓柱體內(nèi)部空腔相通．空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有—小孔，在小孔中裝有檢測(cè)流體流動(dòng)的鉑電阻絲．三、渦街流量計(jì)的選用渦街流量計(jì)適用于測(cè)量液體、氣體、蒸汽的單相介質(zhì)流量，滿管式渦街流量計(jì)管徑范圍25mm～250mm插入式管徑范圍250～2000mm。主要技術(shù)性能是：雷諾數(shù)范圍2×104～7×106，介質(zhì)溫度－40℃～+300℃，介質(zhì)壓力0～2.5Mpa，介質(zhì)流速：空氣5～60m/s，蒸汽6～70m/s，水0.4～7m/s，渦街流量計(jì)的特點(diǎn)精度高0.2～1.0%。量程比100：1～20：1。幾乎不受流體性質(zhì)變化的影響結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頻率輸出，便于數(shù)字化測(cè)量，f與v成正比。渦街流量計(jì)4.7.4彎管流量計(jì)流體流過彎曲管道時(shí)，因流向改變，產(chǎn)生慣性離心力，彎管外側(cè)壓力Pg，會(huì)高于其內(nèi)側(cè)的壓力Pd，形成壓差ΔP(ΔP＝Pg－Pd)原理流量實(shí)用方程為下：

或彎管流量計(jì)屬于差壓式流量測(cè)量系統(tǒng)，是利用流體離心力原理測(cè)量管道內(nèi)介質(zhì)流量的儀表，可用于測(cè)量氣體（焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等干濕氣體），蒸汽，液體各種介質(zhì)。彎管流量計(jì)由傳感器，轉(zhuǎn)換器壓差變送器及一些管道閥門組成，當(dāng)流量測(cè)量需要溫度、壓力補(bǔ)償時(shí)還應(yīng)配備壓力變送器、溫度變送器。彎管流量計(jì)測(cè)量范圍寬，重現(xiàn)性精度高，無附加壓力損失，現(xiàn)場(chǎng)免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用低，可實(shí)現(xiàn)溫壓實(shí)時(shí)補(bǔ)償。MLW-2000系列彎管流量計(jì)

4.7.5超聲波流量計(jì)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發(fā)射稱換能器，換能器既可兼作聲波的收和發(fā)，也可以分開進(jìn)行。當(dāng)前封閉管道用USF主要是傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)

T11)

頻率差法

F1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動(dòng)電路，使F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測(cè)得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測(cè)得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測(cè)流速v成正比。F2F1

此法是通過測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的重復(fù)頻率差去測(cè)量流速。在單通道法中脈沖重復(fù)頻率是在一個(gè)發(fā)射脈沖被接收器接收之后，立即發(fā)射出一個(gè)脈沖，這樣以一定頻率重復(fù)發(fā)射，對(duì)于順流和逆流重復(fù)發(fā)射頻率為：

多普勒效應(yīng)是當(dāng)聲源和目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)和靜止的換能器之間的相對(duì)速度。2）多普勒法

多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理確定流體流量

多普勒效應(yīng)是奧地利物理學(xué)家ChristianDoppler1842年發(fā)現(xiàn)的，通過運(yùn)動(dòng)火車的鳴笛聲音的高低與火車的速度有關(guān)系

當(dāng)單色光束入射到運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。例：多普勒流量計(jì)測(cè)污水管道內(nèi)的流體流量，若流體流速為12，發(fā)送的聲波和流體的流向夾角為45°，發(fā)射波的頻率為1MHz，超聲波在水中的速度為1482，求發(fā)射和接收信號(hào)之間的頻率差？已知：流體的流速（可視為散射質(zhì)點(diǎn)的流速），發(fā)射和接收聲波與流體的流動(dòng)方向的夾角，超聲波在靜止水中的傳播速度，，發(fā)射超聲波的頻率。故多普勒超聲波流量計(jì)的頻移為解多普勒超聲波流量計(jì)的頻移公式為

直式安裝斜插式安裝多普勒流量計(jì)

4.7.6沖量式質(zhì)量流量計(jì)沖量式質(zhì)量流量計(jì)用于測(cè)量自由落下的固體粉料的質(zhì)量流量。沖量式流量計(jì)由沖量傳感器及顯示儀表組成。沖量傳感器感受被測(cè)介質(zhì)的沖力，經(jīng)轉(zhuǎn)換、放大等處理后輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，其工作原理如圖所示。

1—沖板；2—沖板軸；3—物料；4—輸送機(jī)

物位檢測(cè)與儀表

一、基本概念液位：在容器中液體介質(zhì)的高低。料位：容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度。液位計(jì)：測(cè)量液位的儀表。料位計(jì)：測(cè)量料位的儀表。界面計(jì)：測(cè)量?jī)煞N密度不同的液體介質(zhì)分界面的高低（界位）的儀表。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位計(jì)。物位開關(guān)：在物位檢測(cè)中，有時(shí)不需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，只需要測(cè)量物位是否達(dá)到上線、下限或某個(gè)特定的位置，這種定點(diǎn)測(cè)量用的儀表被稱為物位開關(guān)。一般用來監(jiān)視、報(bào)警、輸出控制信號(hào)。5.1概述5.2浮力式液位計(jì)原理：基于浮力原理，適用于液位的檢測(cè)。浮力式物位檢測(cè)有兩種方法：恒浮力式，變浮力式。一、浮子式液位計(jì)原理：在液體中放置一個(gè)浮子，浮子隨液面變化而自由浮動(dòng)，借此測(cè)量液位。F浮不變。

圖5-1浮力式液位計(jì)1-浮子，2-磁鐵，3-鐵心,4-導(dǎo)輪，5-非導(dǎo)磁管，6-浮球，7-連桿，8-轉(zhuǎn)動(dòng)軸,9-重錘，10-杠桿(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密閉容器)(c)浮球式二、磁翻轉(zhuǎn)浮標(biāo)液位計(jì)為克服玻璃管浮標(biāo)液位計(jì)易碎問題，在浮標(biāo)上設(shè)置永久磁鐵1，安裝在非導(dǎo)磁不銹鋼導(dǎo)筒內(nèi)，它隨導(dǎo)筒內(nèi)的液位升降，借助于磁耦合作用，使導(dǎo)管外翻轉(zhuǎn)箱內(nèi)的紅白相間的翻板或翻球2依次翻轉(zhuǎn)有液體的位置紅色朝外，無液體的位置白色朝外。NSNNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSSN圖磁翻轉(zhuǎn)液位計(jì)UNS(UGS)系列彩色石英管液位計(jì)：三、浮筒式液位計(jì)（變浮力式液位計(jì)）

如圖是一用彈簧平衡的浮筒的測(cè)量原理圖，將一截面相同，質(zhì)量為m的圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，當(dāng)h＝0時(shí)，浮筒的重量被彈簧的反作用所平衡。當(dāng)液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時(shí)，由于受到液位的浮力作用而使浮筒向上移動(dòng)，直到與彈簧的反作用力重新平衡。設(shè)此時(shí)彈簧的位移為△x，則5.3差壓式液位計(jì)檢測(cè)原理容器中某點(diǎn)的靜壓力和容器內(nèi)物位的高度有關(guān)：ρ為介質(zhì)的密度，對(duì)于固體顆粒，ρ應(yīng)理解為堆積密度由于物料（液體）上方的自由空間有壓力p0,則根據(jù)靜力學(xué)原理，有因此要知道物位，需要測(cè)出壓力容器下部某點(diǎn)與上部自由空間之間的壓力差。實(shí)現(xiàn)方法對(duì)于液位測(cè)量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（差壓）傳感器；對(duì)于不易在壁面開孔（常壓容器）或容器在地面以下的，可采用投入式壓力傳感器，將壓力傳感器投到容器的底部。通過電纜線傳輸壓力信號(hào)。靜壓式液位變送器靜壓式液位計(jì)壓力表測(cè)量液位原理

通過液柱靜壓的方法對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量的。敞口容器：多用直接測(cè)量容器底部壓力的方法。如圖所示，測(cè)壓儀表通過導(dǎo)壓管與容器底部相連，由測(cè)壓儀表的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關(guān)系為式中

P—測(cè)壓儀表指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度式中PA、PB——分別是液面上部介質(zhì)壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測(cè)量容器底部壓力，除與液面高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)，其關(guān)系為一、敞口容器液位測(cè)量工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用差壓變送器來測(cè)量液位，二、密閉容器液位測(cè)量設(shè)被測(cè)介質(zhì)的密度為ρ，容器頂部為氣相介質(zhì)，氣相壓力為pA，pB是液位零面的壓力，