第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用

1、第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.1 溫度測量溫度測量 15.2 壓力測量壓力測量 15.3 流量測量流量測量 15.4 物位測量物位測量 15.5 機械量測量機械量測量 15.6 變送器變送器第第15章章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用傳感器在工程檢測中的應(yīng)用第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第第15章章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)過程及工程檢測中, 把傳感器與其它裝置組合起來, 組成一個檢測系統(tǒng)或調(diào)節(jié)系統(tǒng), 完成對工業(yè)參數(shù)的檢測與控制。 為了實現(xiàn)系統(tǒng)中傳感器與其它裝置的兼容性與互換性, 它們之間是用標(biāo)準(zhǔn)信號進行傳輸?shù)摹?標(biāo)準(zhǔn)信號：標(biāo)準(zhǔn)信號：物理量的形式

2、和數(shù)值范圍都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的 信號。 例如：直流電流為420 mA、直流電壓為15 V、 壓力信號為20100 kPa, 直流電流010 mA。變送器：變送器：輸出標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.1 溫度測量溫度測量日常生活中準(zhǔn)確的溫度是不可缺少的信息內(nèi)容，如家用電器有：電飯煲、電冰箱、空調(diào)、微波爐這些家用電器中都少不了溫度傳感器。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.1.1 溫度概述溫度概述 一、一、 溫度與溫標(biāo)溫度與溫標(biāo) 溫標(biāo)符號水的冰點 水的沸點關(guān)系式攝氏C0C100CF=9/5 t+32t=T-273.15華氏F32F212F熱力學(xué)K273.15 K373

3、.15 K第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 目前實行的是1990年國際溫標(biāo)（ITS-90）, 它同時定義國際開爾文溫度（符號ITS-90）和國際攝氏溫度（t90）, T90和t90之間的關(guān)系為t90 / o C = T90 / K 273.15 (15-1)二、溫度測量的主要方法和分類二、溫度測量的主要方法和分類1.溫度傳感器的組成溫度傳感器的組成第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 液體膨脹式膨脹式膨脹式 固體膨脹式 氣體膨脹式 、液體膨脹式、液體膨脹式：2.溫度的測量方法及分類溫度的測量方法及分類光學(xué)高溫計光學(xué)高溫計輻射式溫度計輻射式溫度計其它原理其它原理 電阻式電阻式 熱電式（熱電偶）熱

4、電式（熱電偶）壓力式壓力式膨脹式膨脹式非接觸法非接觸法接觸法接觸法溫度測量溫度測量比色溫度計比色溫度計其它其它 15.1.2 膨脹式溫度傳感器膨脹式溫度傳感器第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 固定式電接點水銀溫度計 可調(diào)式第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二、固體膨脹式二、固體膨脹式固體長度隨溫度變化的關(guān)系為： Lt = Lt01+（t - t0）式中：Lt、Lt0溫度分別為t、t0時的固體長度。固體在溫度t、t0之間的平均線膨脹系數(shù)。 A層膨脹系數(shù)較小膨脹系數(shù)較小，稱為被動層被動層。B層膨脹系數(shù)較大膨脹系數(shù)較大，稱為主動層主動層。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程

5、檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 三、氣體膨脹式三、氣體膨脹式 溫包壓力式溫度計 毛細管 壓力敏感元件第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 壓力式溫度計第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.1.3 熱電偶傳感器熱電偶傳感器 將溫度轉(zhuǎn)換為電勢大小的傳感器叫熱電偶。 將溫度轉(zhuǎn)換為電阻大小的傳感器叫熱電阻。熱電偶測溫的主要優(yōu)點：熱電偶測溫的主要優(yōu)點：(1)測量范圍廣。測量范圍廣。如鉑銠-鉑 01600，特殊熱電偶： -1802800。(2)測溫準(zhǔn)確可靠，測量信號便于遠傳、自動記錄和集中測溫準(zhǔn)確可靠，測量信號便于

6、遠傳、自動記錄和集中 控制，因為它直接輸出電動勢?？刂?，因為它直接輸出電動勢。(3)熱電偶可做成各種形式。熱電偶可做成各種形式。適應(yīng)各種測量對象的要求， 如快速、小尺寸、點溫測量等。(4)結(jié)構(gòu)簡單、可應(yīng)用材料廣泛，使用方便。結(jié)構(gòu)簡單、可應(yīng)用材料廣泛，使用方便。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 一、熱電偶測溫原理一、熱電偶測溫原理熱電偶：由兩種不同材質(zhì)兩根導(dǎo)體熱電偶：由兩種不同材質(zhì)兩根導(dǎo)體A和和B互相焊接而成互相焊接而成 熱電效應(yīng)：熱電效應(yīng)：兩種不同材質(zhì)兩根導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一 個閉合回路，當(dāng)兩接點溫度T和T0不同時， 在此閉合回路中就產(chǎn)生了電勢（稱為熱電熱電 勢勢）。這種現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象

7、（熱電效熱電效 應(yīng)）應(yīng)）。導(dǎo)體A、B稱為熱電極熱電極工作端工作端熱熱 端端測量端測量端自由端自由端 冷冷 端端參考端參考端第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 兩個兩個熱電極熱電極第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 熱電熱電偶接偶接點點第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 BTATABNNekTTeln)(熱電勢組成:接觸電勢和溫差電勢組成。接觸電勢接觸電勢：記作e A B（T）和e A B（T0） 0000ln)(BTATABNNeKTTee A B(T) = - e B A(T) （15-2）（15-3）接觸電勢：由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在 接觸處形成的電動勢。（熱電勢）式中：K波

8、爾茲曼常數(shù) e 單位電荷電量 N電子密度接觸電勢接觸電勢溫差電勢溫差電勢第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 溫差電勢溫差電勢：溫差電勢：溫差電勢：同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種 電動勢。表示為e A（T，T0），e B（T，T0） dtdttNdNeKTTeAtTTAtA)(1),(00TTBtBtBdtdttNdNeKTTe0)(1),(0（15-5） （15-4）式中: N A t和N B t分別為A導(dǎo)體和B導(dǎo)體的電子密度第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 eAB(T,T0) =溫差電勢接觸熱電勢，常常忽略不計。熱電偶的熱電勢可表示為：熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢為 e A B( T

9、，T0 ) = e A B ( T ) e A B( T0 )(15-7) 熱電勢是接點溫度T和T0的函數(shù)之差 即：e (T，T0) = f（T）- f（T0）若T0保持不變，即: eAB(T0) = f（T0）= C（常數(shù)） 則: e (T，T0) = f（T）- C = （T） （15-8）e AB (T) + e B(T,T0) -eAB(T0) - eA(T,T0) (15-6)第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二、熱電偶基本定律熱電偶基本定律 1均質(zhì)導(dǎo)體定律均質(zhì)導(dǎo)體定律 由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小只與兩材料及兩接點溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀、及沿電極各點處

10、的溫度分布無關(guān)。2中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律 在熱電偶測溫回路內(nèi), 接入第三種導(dǎo)體, 只要其兩端溫度相同, 則對回路的總熱電勢沒有影響。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 ),(),(),(00ttettetteCBACABAB),(),(),(00ttettetteCABCABAB（15-12） 3中間溫度定律：中間溫度定律： 在熱電偶測溫回路中，t c為熱電極上的某一點的溫度，熱電偶AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t,t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、t c和t c、t0時的熱電勢e A B (t, t c)和e A B (t c ,t0)的代數(shù)和。 第15章 傳感器在工程檢測中

11、的應(yīng)用 結(jié)論：a如果熱電偶兩電極材料相同，則無論熱電偶兩端溫度如何，回路內(nèi)總熱電勢e A B (t，t0)為零。因此，必須要兩種不同材料構(gòu)成熱電偶。b如果熱電偶兩端溫度相同，則盡管兩電極的材料不同，熱電偶回路內(nèi)總熱電勢e A B (t, t0)為零。三、熱電偶類型三、熱電偶類型常用的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶: 鉑銠30 - 鉑銠6, 鉑銠10 - 鉑, 鎳鉻 - 鎳硅 鎳鉻 - 銅鎳（鎳鉻 - 康銅）分度表：熱電偶熱電勢與溫度的關(guān)系對照表。分度表：熱電偶熱電勢與溫度的關(guān)系對照表。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工

12、程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 四、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式四、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式組成組成:熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒。(1)普通型熱電偶普通型熱電偶普通型熱電偶鎧裝熱電偶薄膜熱電偶第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 （2）鎧裝熱電偶）鎧裝熱電偶露頭型：結(jié)構(gòu)簡單， 時間常數(shù)小， 響應(yīng)速度快， 測溫低。接殼型：時間常數(shù)較 露頭型大， 測溫較高。絕緣型：時間常數(shù)較 大，由于偶 絲受到保護，壽命較長，測溫高。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 WRTK2-434/8*1000

13、mm 鎧裝固定卡套法蘭熱電偶鎧裝固定卡套法蘭熱電偶 WRSK-143/6*1000mm Gh3030 鎧裝防爆熱電偶鎧裝防爆熱電偶 WRNK-332/4*1000mm Gh2520 鎧裝可動卡套螺紋熱電偶鎧裝可動卡套螺紋熱電偶第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 鎧裝熱電偶優(yōu)點鎧裝熱電偶優(yōu)點： 測溫端熱容量小,反應(yīng)速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕震、耐高壓等優(yōu)點。 （3）薄膜熱電偶）薄膜熱電偶 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 五、熱電偶的補償導(dǎo)線及參考端溫度補償方法五、熱電偶的補償導(dǎo)線及參考端溫度補償方法 1熱電偶補償導(dǎo)線熱電偶補償導(dǎo)線 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 用與A、B

14、同樣材質(zhì)的包有絕緣層的導(dǎo)線，把冷端引到遠處，這種導(dǎo)線叫做“延伸型補償導(dǎo)延伸型補償導(dǎo)線線”。 用價格便宜的專用導(dǎo)線A、B接在A和B上，把冷端延伸出來，這種專用導(dǎo)線A、B叫做“補補償償型補償導(dǎo)線型補償導(dǎo)線”。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 補償導(dǎo)線也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)(0100)與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。 e A B（t1 ,t0）= e A B (t1 ,t0)第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 注意：注意：a）熱電偶和補償導(dǎo)線連接處的溫度不應(yīng)超出 100，否則會由于熱電偶特性不同而帶來新 的誤差。b）補償導(dǎo)線的新冷端必須是溫度較

15、恒定的地方 （如室溫）。c）補償導(dǎo)線與熱電偶型號嚴(yán)格配套，并注意 正、負極不要接錯。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 補償型補償導(dǎo)線補償型補償導(dǎo)線 延伸性補償導(dǎo)線延伸性補償導(dǎo)線 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2 2冷端溫度的補償冷端溫度的補償冷端溫度補償?shù)姆椒ǎ?冰點槽法（0恒溫法）、冷端溫度修正法、補正系數(shù)法、校正儀表零點法 、補償電橋法、軟件處理法。（1）冷端溫度修正方法）冷端溫度修正方法 e (t, 0) = e（t, t0) + e（t0,0) （15-14）第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 例例 用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量某加熱爐的溫度。測得的熱電勢e A B（t ，t0)=3

16、3.29mV，而自由端的溫度t0=30，求被測的實際溫度。解：查表15-5得 e (30,0)=1.203mv e (t, 0) = e（t, t0) + e（t0,0) e A B (t,0)=33.29+1.203=34.493 mV 再查表15-5得t 829.5第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 (2)冷端冷端0恒溫法（恒溫法（冰點槽法）(3)(3)參考端溫度自動補償法參考端溫度自動補償法 （補償電橋法）（補償電橋法）第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 六、熱電偶測溫線路六、熱電偶測溫線路 1典型熱電偶測溫線路典型熱電偶測溫線路第15章 傳感器在工程

17、檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2熱電偶的串并聯(lián)熱電偶的串并聯(lián) （1 1）同級性串聯(lián)：）同級性串聯(lián)： （2 2）反極性串聯(lián)：）反極性串聯(lián)： （3 3）并聯(lián)：）并聯(lián)：第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.1.4熱電阻傳感器熱電阻傳感器 金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體金屬熱電阻金屬熱電阻電阻材料電阻材料 半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：(1)電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間 應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。(2)電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。

18、(3)材料的復(fù)現(xiàn)性和工材料的復(fù)現(xiàn)性和工 藝性好，價格低。藝性好，價格低。(4)在測溫范圍內(nèi)化學(xué)在測溫范圍內(nèi)化學(xué) 物理特性穩(wěn)定。物理特性穩(wěn)定。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 一、常用熱電阻一、常用熱電阻1鉑熱電阻鉑熱電阻:優(yōu)點優(yōu)點：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠，易于提 純、復(fù)制好，有較高的電阻率。測溫范 圍-200850缺點缺點：電阻溫度系數(shù)較小，在還原介質(zhì)中工作時 易被沾污變脆，價格較貴。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系： 在-2000范圍內(nèi): R t=R01+At+Bt2+Ct3(t-100) (15-15) 在0850范圍內(nèi)： R t= R0(1+At+Bt2

19、) (15-16)式中： R t溫度為t時的電阻值； R0溫度為0時的電阻值。對于工業(yè)用鉑電阻，A、B、C是常數(shù) A=3.9083l0-3/； B = -5.775l0-7/2； C=-4.183l0-12/4第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 鉑的純度通常用百度電阻比W(100）表示：W(100）=0100RR （15-17） 式中：R100 表示100時的電阻值。 R0 表示0時的電阻值。 W（100）越高，則其純度越高，靈敏度越大。）越高，則其純度越高，靈敏度越大。 工業(yè)上用鉑電阻，工業(yè)上用鉑電阻，W（100）1.385R0 = 10，對應(yīng)的分度號為Ptl0。R0 = 100，對應(yīng)的分度

20、號為Ptl00。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2 2銅熱電阻銅熱電阻: :特點：特點： 電阻溫度系數(shù)大，電阻率低。 電阻與溫度呈線性關(guān)系。R t = R0（1+t） 容易加工和提純，可拉成細絲，價格便宜。 易于氧化。 R0 = 50， 分度號為分度號為Cu50 R0 = 100， 分度號為分度號為Cul00規(guī)定的電阻比 R100 / R0=1.428。 測溫范圍：-50150基本誤差：（0.3+610-3t）第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二、熱電阻的結(jié)構(gòu)二、熱電阻的結(jié)構(gòu) R t = R0（1+t） （ 15 - 18）式中：銅熱電阻的電阻溫度系數(shù)

21、,=4.2810-3/。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 三、測量電路三、測量電路電橋電路電橋電路熱電阻內(nèi)部引線方式有二線制、三線制、四線制三種。P231 圖15-22 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 輻射式溫度傳感器輻射式溫度傳感器 任何物體處于絕對零度以上時，都會以一定波長電磁波的形式向外輻射能量，只是在低溫段物體的輻射能力很微弱，而隨著溫度的升高，輻射能也增大。輻射式溫度傳感器是利用物體的輻射能隨溫度而變化的原理進行測溫的，它是一種非接觸式測溫傳感器，具有響應(yīng)時間短，容易進行快速測量和動態(tài)測量；測量過程中不干擾被測物體的溫度場；測溫范圍廣，可以進行遠距離測量等優(yōu)點。但不能測量物體

22、內(nèi)部溫度，受中間環(huán)境介質(zhì)影響比較大。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 集成溫度傳感器集成溫度傳感器是目前應(yīng)用廣泛的一種集成傳感器，有模擬和智能集成溫度傳感器之分。模擬集成溫度傳感器是最簡單的一種集成化的，專門用來測量溫度的傳感器，其主要特點是功能單一、性能好、價格低、外圍電路簡單。智能集成溫度傳感器采用數(shù)字化技術(shù)，能以數(shù)字形式直接輸出被測溫度值的傳感器，具有測溫誤差小、分辨率高、抗干擾能力強、能夠遠程傳輸數(shù)據(jù)、帶串行總線接口等優(yōu)點，是研制和開發(fā)具有高性價比的新一代溫度測量系統(tǒng)必不可少的核心器件。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.2 壓力測量壓力測量 一壓力概述一壓力概述1.1.壓力的

23、概念及單位：壓力的概念及單位： 壓力壓力: :介質(zhì)（包括氣體或液體）均勻垂直地作用在單位面積上的力 。 p = （15-29）式中： P 壓力; F 作用力; A 作用面積。單位為帕斯卡，簡稱帕(Pa) 1Pa = 1N / m2 1 M Pa = l03 k Pa =106 Pa 1 kgf/cm2 = 0.9807105 Pa 1 mmH2O = 0.980710 Pa 1 mmHg = 1.332102 Pa 1 a t m = 1.01325105 Pa AF 單位之間換算關(guān)系：單位之間換算關(guān)系：第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2壓力的不同表示方法壓力的不同表示方法絕對壓力：絕對壓

24、力：從絕對真空起算的，作用在物體單位面積的 力。又稱總壓力或全壓力, 符號：P大氣壓力：大氣壓力：指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力, 以 P0表示。 表壓力：表壓力：表示物體受到超出大氣壓力的壓力大小。 又稱 相對壓力。 P絕絕 = P表表 + P大氣大氣 P表表 =P絕絕 - P大氣大氣負壓或真空度：負壓或真空度：P表0 （ P絕P大氣 ）差壓：差壓：任意兩個壓力的差值。 P = P1 - P2第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二液柱式壓力計二液柱式壓力計1U型管壓力計型管壓力計 p = g h式中：h液面的高度差（m），g重力加速度（m/s2），工

25、作液體密度（Kg/m3），p被測介質(zhì)壓力。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2單管壓力計（杯形壓力計）設(shè)：杯的截面積為S1，管的截面積為S2。 相應(yīng)的液柱高度為h1和h2。 杯的內(nèi)徑為D，管的內(nèi)徑為d。 S1h1 = S2h2 即：h1 = 212hSS被測壓力為 p = g h = g (h1 + h2) = g h2（1 + ）22Dd一般地 d2/D21，可忽略，則：p = g h2第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 3斜管壓力計斜管壓力計 設(shè)杯的截面積為S1，斜管的截面積為S2 由圖可知， h = h1 + h2 ， h2 = L sin LS2 = h1S1 ， h = L（sin

26、 + S2 / S1）則被測壓力為：p = g h = L g（sin + S2 / S1）角度為可變的若干數(shù)值，使得系數(shù)g（sin + S2 / S1）為0.1、0.2、0.3等值。 4液柱式測壓的優(yōu)缺點：液柱式測壓的優(yōu)缺點：優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，靈敏，價格便宜。缺點缺點：（1）量程受到液體密度限制。 （2）不適合測量劇烈變動的壓力。 （3）對安裝位置、姿勢有要求。）對安裝位置、姿勢有要求。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 三彈性式壓力表三彈性式壓力表 1 彈性元件 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 Axcp （15-25）式中：c彈簧的剛度系數(shù)；A活塞的有效面積。 彈性位移量x

27、與被測壓力p的關(guān)系 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2 彈簧管壓力表彈簧管壓力表當(dāng)管壁厚度h和斷面短半軸b的比值，即：h / b0.60.7即為薄壁管。超過0.7為厚壁管。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 22222)1 (1kaabbhREXbhXabbhRE222222121)1 (1對于薄壁管： （15-26） 對于厚壁管： 式中：彈簧管中心角的初始角； 受壓后中心角的改變量； R彈簧管彎曲圓弧的外半徑； h管壁厚度； E彈性模數(shù)； a、 b彈簧管橢圓形截面的長、 短半軸； 幾何常數(shù)（k=Rh/a2）； 、 與比值a/b有關(guān)的參數(shù)； 彈簧管材料的泊松系數(shù)； X常數(shù)， X = 5 .

28、 03x第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 3 壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 4 壓力傳感器的選用與安裝壓力傳感器的選用與安裝（1）壓力傳感器的選用）壓力傳感器的選用 %7 . 110)06(1054max被測壓力較穩(wěn)定被測壓力較穩(wěn)定:最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的3/4。被測壓力波動較大：被測壓力波動較大：最大壓力值應(yīng)不超過滿量程的2/3。 被測壓力最小值：被測壓力最小值：應(yīng)不低于全量程的1/3。 例：例：要測量高壓蒸汽的壓力, 已知蒸汽壓力為 （24）105Pa, 生產(chǎn)中允許最大測量誤差 為104Pa，且要求就地顯示,

29、問：如何選擇壓力表? 選Y-100型單圈彈簧管壓力表, 其測量范圍為06105Pa要求最大測量誤差小于104Pa, 即要求傳感器的相對誤差所以應(yīng)選所以應(yīng)選1.5級表級表 。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 （2）壓力傳感器的安裝 傳感器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性, 不僅與傳感器本身的精度等級有關(guān), 而且還與傳感器的安裝、 使用是否正確有關(guān)。 壓力檢測點應(yīng)選在能準(zhǔn)確及時地反映被測壓力的真實情況。 因此, 取壓點不能處于流束紊亂的地方, 即要選在管道的直線部份, 即離局部阻力較遠的地方。 測量高溫蒸汽壓力時, 應(yīng)裝回形冷凝液管或冷凝器, 以防止高溫蒸汽與測壓元件直接接觸。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)

30、用 測量腐蝕、高粘度、有結(jié)晶等介質(zhì)時, 應(yīng)加裝充有中性介質(zhì)的隔離罐。 隔離罐內(nèi)的隔離液應(yīng)選擇沸點高、凝固點低、化學(xué)與物理性能穩(wěn)定的液體, 如甘油、乙醇等。 壓力傳感器安裝高度應(yīng)與取壓點相同或相近。 對于圖 11 - 32所示情況, 壓力表的指示值比管道內(nèi)的實際壓力高, 對液柱附加的壓力誤差進行修正。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 11-32 壓力表位于生產(chǎn)設(shè)備下安裝示意圖第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.3 流量測流量測 量量 一流量概述一流量概述 1流量概念：流量概念：流量：流量：是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量, 稱為瞬時 流量（簡稱流量）用q表示。 在某一段時間內(nèi)流

31、過管道的流體總量稱為或。用Q表示。 瞬時流量與累積總量的關(guān)系是：Q體積流量體積流量：是指單位時間內(nèi)流過工藝管道某一截面的流體的體 積。常用符號q v表示。單位：m3/s 或 m3/h21ttqdt第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 q v = （15-34）AvdA式中：v為截面A中某一面積元d A上的流速。 體積流量與流速的關(guān)系為： q v = A v （15-35）式中：A 管道截面積， v 平均流速。質(zhì)量流量質(zhì)量流量：是指單位時間內(nèi)流過工藝管道某一截面的流 體的質(zhì)量。常用符號q m表示。 單位：Kg/s 或 Kg/h q m = AvdA（15-36） 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用

32、 體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系是: q m =q v =Av (15-37) 累積總質(zhì)量累積總質(zhì)量：用Q m表示，單位為Kg（可簡稱質(zhì)量總量）累積總體積累積總體積：用Q v表示，單位為m3（可簡稱體積總量）質(zhì)量總量： Q m = 21ttmdtq體積總量： Q v = 21ttvdtq2流量儀表分類：流量儀表分類：第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2.流量儀表分類流量儀表分類: 煤氣表煤氣表轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計靶式流量計靶式流量計計量表計量表速度式流量計速度式流量計容積式流量計容積式流量計刮板式流量計刮板式流量計活塞流量計活塞流量計腰輪流量計腰輪流量計橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計示蹤法示蹤法

33、核磁共振法核磁共振法相關(guān)法相關(guān)法混合稀釋法混合稀釋法渦輪流量計渦輪流量計電磁流量計電磁流量計超聲流量計超聲流量計熱量流量計熱量流量計皮托管流量計皮托管流量計標(biāo)志法測速流量計標(biāo)志法測速流量計差壓式流量計差壓式流量計流體阻力式流量計流體阻力式流量計測速式流量計測速式流量計卡曼旋渦流量計卡曼旋渦流量計旋進旋渦流量計旋進旋渦流量計射流振蕩式流量計射流振蕩式流量計流流量量儀儀表表流量計流量計流體振動式流量計流體振動式流量計第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二、差壓式流量傳感器差壓式流量傳感器(節(jié)流式流量傳感器節(jié)流式流量傳感器)組成：組成：主要由節(jié)流裝置和差壓計（或差壓變送器）組成。 節(jié)流裝置的作用：節(jié)

34、流裝置的作用：把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號。 差壓計作用：差壓計作用：對壓差進行測量并顯示測量值。 差壓變送器作用：差壓變送器作用：把差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 電信號或氣信號, 以供顯示、記錄或 控制。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 1節(jié)流裝置節(jié)流裝置 常用的節(jié)流元件有孔板、孔板、 噴嘴、文丘里管噴嘴、文丘里管。 孔板是裝在管道里的局部收縮元件，它是中央有孔的板狀物，所以叫孔板孔板。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2 測量原理與測量原理與 流量方程式流量方程式（1）測量原理）測量原理 (2)流量基本方程式流量基本方程式222221vpvp

35、 A1 v1 = A2 v2不可壓縮理想流體不可壓縮理想流體 ：第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 vDqv241vvkqqDBE4三電磁流量傳感器三電磁流量傳感器 Ex = B D v （15-39） 式中：B為磁感應(yīng)強度（T） D管道內(nèi)徑 (m) v流體的流速, （m/s） Ex感應(yīng)電動勢, （V）（15-40）DBk4體積流量q v與流體流速v關(guān)系為 式中，K 儀表常數(shù), 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 特點、使用注意事項特點、使用注意事項特點：特點：(1)基本上無壓力損失，可以測量含顆粒、懸浮物的流體基本上無壓力損失，可以測量含顆粒、懸浮物的流體流量。流量。如：紙漿、礦漿、煤粉漿等

36、。(2)合理選用襯里材料及電極材料，可測量各種腐蝕性介合理選用襯里材料及電極材料，可測量各種腐蝕性介質(zhì)流量。質(zhì)流量。(3)量程比大，可達到量程比大，可達到1：10甚至更大?？潭染€性。甚至更大?？潭染€性。(4)反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快。不足之處：不足之處：(1)被測介質(zhì)溫度不能太高，在0200范圍內(nèi)使用，壓力一般不超過16MPa，流速不得低于03m/s。(2)被測介質(zhì)必須是導(dǎo)電性液體。最低電導(dǎo)率20us/cm。不能測油類及氣體的流量。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 注意事項：(1)被測介質(zhì)應(yīng)充滿管道。被測介質(zhì)應(yīng)充滿管道。(2)最好垂直安裝，最好垂直安裝，使液體自下而上流經(jīng)儀表，如不能垂直安裝時，

37、也可以水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上。(3)由于感應(yīng)電勢較小，由于感應(yīng)電勢較小， 一般只有幾幾十毫伏一般只有幾幾十毫伏，外界略有干擾會影響測量精 度。因此，要求變送器外殼、屏蔽線、測量管道要單要求變送器外殼、屏蔽線、測量管道要單 獨設(shè)置接地點獨設(shè)置接地點。 (4)為防止干擾，安裝流量計時，要遠離電力電源、強磁安裝流量計時，要遠離電力電源、強磁 場、振動源等。場、振動源等。(5)為保證測量精度，要求流量計前有為保證測量精度，要求流量計前有510倍管徑的直倍管徑的直 管段。管段。 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 四渦輪流量傳感器四渦輪流量傳感器 1.結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理第15章 傳感器在工程

38、檢測中的應(yīng)用 特點：特點： 測量精度高，可耐高壓，靜壓可達50MPa。量程寬，最大流量與最小流量之比大1030。反應(yīng)快，可測脈動流量。輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。注意：注意：（1）最好應(yīng)用在量程上限的最好應(yīng)用在量程上限的50%以上以上，有比較滿意的線性關(guān)系。（2）渦輪流量計必須水平安裝。渦輪流量計必須水平安裝。為保證進入流量計前的截面流速分布對稱，儀表前要有儀表前要有15D，后要有，后要有5D的直管段。必要時，在儀表前加過濾器。防止雜質(zhì)進入儀表影響測量精度和壽命。第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 五旋渦流量傳感器1工作原理第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 （1）電容檢測法（2

39、）應(yīng)力檢測法（3）熱敏檢測法（4）超聲檢測法旋渦頻率的檢測第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 2旋渦頻率的檢測第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 15.4 物位測量物位測量 一物位概述一物位概述 液位、料位、和界位總稱為物位。液位、料位、和界位總稱為物位。 測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計界面計。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位儀表物位儀表。測量物位儀表的種類測量物位儀表的種類: （1）直讀式物位儀表）直讀式物位儀表玻璃管液位計玻璃管液位計玻璃板液位計玻璃板液位計窗口式料位儀表窗口式料位儀表等（2）差壓式物位儀表）差壓式物位儀表壓力式物位儀表壓力式物位儀表 差壓式物位儀表差壓式物位儀表測量

40、液位的儀表叫液位計液位計,測量料位的儀表叫料位計料位計，第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 （4）電學(xué)式物位儀表）電學(xué)式物位儀表（5）核輻射式物位儀表）核輻射式物位儀表（6）聲波式物位儀表）聲波式物位儀表（7）光學(xué)式物位儀表）光學(xué)式物位儀表（8）其它型式的物位儀表）其它型式的物位儀表 （3）浮力式物位儀表）浮力式物位儀表 帶鋼絲繩或鋼絲帶式浮子液位計帶鋼絲繩或鋼絲帶式浮子液位計 帶杠桿浮球帶杠桿浮球 (浮筒浮筒)式液位計式液位計電阻式電阻式(即電極式即電極式) 電容式電容式 電感式電感式 壓磁式等壓磁式等聲波遮斷式聲波遮斷式 反射式反射式 聲阻尼式聲阻尼式射流式射流式微波式微波式旋轉(zhuǎn)翼板式旋轉(zhuǎn)翼板式稱重式稱重式重錘探測式重錘探測式等 第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用 二二.浮力式液位傳感器浮力式液位傳感器 優(yōu)點：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較簡單、直觀可靠、對于外界溫度、濕 度、壓力等因素影響較小 。 缺點缺點：使用機械結(jié)構(gòu)的摩擦力較大，從而影響精度。 浮子式浮子式(恒浮力式恒浮力式)浮筒式浮筒式(變浮力式變浮力式) 恒浮力式：恒浮力式：靠浮子隨液面升降的位移反映液位變化。變浮力式：變浮力式：靠液面升降對物體浮力改變反映液位變化。第1