第二章 過程參數檢測技術

1、1第二章第二章 過程參數檢測技術過程參數檢測技術第一節(jié)第一節(jié) 壓力的檢測壓力的檢測第二節(jié)第二節(jié) 物位的檢測物位的檢測第三節(jié)第三節(jié) 溫度的檢測溫度的檢測第四節(jié)第四節(jié) 流量的檢測流量的檢測第五節(jié)第五節(jié) 物質成分的檢測物質成分的檢測第六節(jié)第六節(jié) 機械量的檢測機械量的檢測2第三章第三章 過程參數檢測技術過程參數檢測技術第一節(jié)第一節(jié) 壓力的檢測壓力的檢測一、壓力檢測方法及分類一、壓力檢測方法及分類重力平衡方法重力平衡方法機械力平衡方法：機械力平衡方法：將壓力轉換成集中力，用外力與之平衡，將壓力轉換成集中力，用外力與之平衡，通過測量平衡時的外力間接測量壓力通過測量平衡時的外力間接測量壓力彈性力平衡方法：彈

2、性力平衡方法：利用彈性元件的彈性變形特性進行測量利用彈性元件的彈性變形特性進行測量物性測量方法物性測量方法液柱式壓力計：上限液柱式壓力計：上限0.10.2MPa,精度精度0.15負荷式壓力計：范圍寬，精度高，負荷式壓力計：范圍寬，精度高，0.01電測式壓力計：將被測壓力直接轉換為各種電測式壓力計：將被測壓力直接轉換為各種電量測量電量測量其他新型壓力計：集成壓力計、光纖壓力計其他新型壓力計：集成壓力計、光纖壓力計3二、常用壓力檢測儀表二、常用壓力檢測儀表1、彈性壓力計、彈性壓力計彈性元件是儀表的核心部分，彈性元件是儀表的核心部分，其作用是感受壓力并產生彈其作用是感受壓力并產生彈性變形，彈性元件采

3、用的形性變形，彈性元件采用的形式要根據測量要求選擇和設式要根據測量要求選擇和設計；計；變換放大機構的作用是將彈性元件的變形進行變換和放大；指示變換放大機構的作用是將彈性元件的變形進行變換和放大；指示機構如指針與刻度標尺，用于給出壓力示值；調整機構是用于調機構如指針與刻度標尺，用于給出壓力示值；調整機構是用于調整儀表的零點和量程。整儀表的零點和量程。彈性膜片彈性膜片波紋管波紋管彈簧管彈簧管彈簧管壓力計：測壓范圍：彈簧管壓力計：測壓范圍：105109Pa,精度精度0.1波紋管差壓計：波紋管差壓計：彈性測壓計：電位器式、霍爾元件式彈性測壓計：電位器式、霍爾元件式42、力平衡式壓力計、力平衡式壓力計采

4、用反饋力平衡的原理，反饋力的平衡方式可以是彈性力平衡或采用反饋力平衡的原理，反饋力的平衡方式可以是彈性力平衡或電磁力平衡等。電磁力平衡等。被測壓力或壓差作用于彈性敏感元件上，它感受壓力作用并將其轉被測壓力或壓差作用于彈性敏感元件上，它感受壓力作用并將其轉換為位移或力，并作用于力平衡系統(tǒng)，力平衡系統(tǒng)受力后將偏離原換為位移或力，并作用于力平衡系統(tǒng)，力平衡系統(tǒng)受力后將偏離原有的平衡狀態(tài)；由偏差檢測器輸出偏差值至放大器；放大器將信號有的平衡狀態(tài)；由偏差檢測器輸出偏差值至放大器；放大器將信號放大并輸出電流放大并輸出電流(或電壓或電壓)信號，電流信號控制反饋力或力矩發(fā)生機信號，電流信號控制反饋力或力矩發(fā)生

5、機構，使之產生反饋力；當反饋力與作用力平衡時，儀表處于新的平構，使之產生反饋力；當反饋力與作用力平衡時，儀表處于新的平衡狀態(tài)；顯示機構可輸出與被測壓力或壓差相對應的信號。衡狀態(tài)；顯示機構可輸出與被測壓力或壓差相對應的信號。53、壓力傳感器、壓力傳感器能夠檢測壓力值并提供遠傳信號的裝置稱為壓力傳感器能夠檢測壓力值并提供遠傳信號的裝置稱為壓力傳感器應變式壓力傳感器應變式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器振頻式壓力傳感器振頻式壓力傳感器集成式壓力傳感器集成式壓力傳感器光纖式壓力傳感器光纖式壓力傳感器6三、壓力檢測實例三、壓力檢測

6、實例1基于光纖的壓力檢測基于光纖的壓力檢測7三、壓力檢測實例三、壓力檢測實例2壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器根據使用要求不同，壓電式測壓傳感器有各種不同的結根據使用要求不同，壓電式測壓傳感器有各種不同的結構形式。但它們的基本原理相同。構形式。但它們的基本原理相同。由引線由引線1、殼體、殼體2、基座、基座3、壓電晶片、壓電晶片4、受壓膜片、受壓膜片5及導及導電片電片6組成。當膜片組成。當膜片5受到壓力受到壓力P作用后，則在壓電晶片作用后，則在壓電晶片上產生電荷。在一個壓電片上所產生的電荷上產生電荷。在一個壓電片上所產生的電荷q為為 123456p 壓電式測壓傳感器原理圖SPdFdq1111F作

7、用于壓電片上的力；作用于壓電片上的力；d11壓電系數；壓電系數；P壓強，壓強， ；S膜片的有效面積。膜片的有效面積。SFP 8 測壓傳感器的輸入量為壓力測壓傳感器的輸入量為壓力P，如果傳感器只由一，如果傳感器只由一個壓電晶片組成，則根據靈敏度的定義有：個壓電晶片組成，則根據靈敏度的定義有： 電荷靈敏度電荷靈敏度 電壓靈敏度電壓靈敏度 根據（根據（5.4-42）式，電荷靈敏度可表示為）式，電荷靈敏度可表示為因為因為 ，所以電壓靈敏度也可表示為，所以電壓靈敏度也可表示為PqkqPUku0Sdkq1100CqU 011CSdkuSPdFdq1111式中式中 U0壓電片輸出電壓；壓電片輸出電壓； C0

8、壓電片等效電容。壓電片等效電容。 9案例：案例：電子稱電子稱原理將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片轉化為電量輸出。三、壓力檢測實例三、壓力檢測實例310第二節(jié)第二節(jié) 物位的檢測物位的檢測一、物位定義及分類一、物位定義及分類1、物位的定義、物位的定義 “物位物位” 指設備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應指設備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應不同性質的物料又有以下的定義。不同性質的物料又有以下的定義。 (1)液位液位 指設備和容器中液體介質表面的高低。指設備和容器中液體介質表面的高低。 (2)料位料位 指設備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w指設備和容器中所儲存的塊狀、顆

9、?；蚍勰罟腆w物料的堆積高度。物料的堆積高度。 (3)界位界位 指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液重度不同而形成分界面，為液液相界面；容器中互不相溶的液相界面；容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液液體和固體之間的分界面，為液固相界面。液固相界面。液液、液液、液固固相界面的位置簡稱界位。相界面的位置簡稱界位。 物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量、指示和物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進行測量、指示和控制的儀表，稱物位檢測儀表?？刂频膬x表，稱物位檢測儀表。112、物位檢測儀表分類、物位檢測儀表分類

10、按測量方式：連續(xù)測量和定點測量按測量方式：連續(xù)測量和定點測量 按工作原理：直讀式、壓力式、浮力式、機械式、電氣式等。按工作原理：直讀式、壓力式、浮力式、機械式、電氣式等。 (1)直讀式：直讀式： 采用側壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中采用側壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。方法可靠、準確，但是只能就地指示。主要用于液物位的高度。方法可靠、準確，但是只能就地指示。主要用于液位檢測和壓力較低的場合。位檢測和壓力較低的場合。 (2)靜壓式：靜壓式： 基于流體靜力學原理，適用于液位檢測。容器內基于流體靜力學原理，適用于液位檢測。容器內的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關系，當被

11、測介質的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關系，當被測介質密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。密度不變時，通過測量參考點的壓力可測知液位。 (3)浮力式：基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液浮力式：基于阿基米德定律，適用于液位檢測。漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產生面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動時其浮力會產生相應的變化，從而檢測液位。相應的變化，從而檢測液位。 (4)機械接觸式：機械接觸式： 通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力通過測量物位探頭與物料面接觸時的機械力實現物位的測量。這類儀表有重錘式、旋冀式和音叉式等。實現物位的測量。

12、這類儀表有重錘式、旋冀式和音叉式等。 (5)電氣式：將電氣式物位敏感元件置于被測介質中，當物位電氣式：將電氣式物位敏感元件置于被測介質中，當物位變化時其電氣參數如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量變化時其電氣參數如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。的變化可知物位。 (6)其他物位檢測方法如聲學式、射線式、光纖式、激光式等其他物位檢測方法如聲學式、射線式、光纖式、激光式等12二、常用物位檢測儀表二、常用物位檢測儀表1、浮子式液位檢測儀表、浮子式液位檢測儀表作為檢測元件的浮子漂浮在液面上，作為檢測元件的浮子漂浮在液面上，浮子隨著液面的變化而上下移動，其浮子隨著液面的變化而上

13、下移動，其所受浮力的大小保持一定，檢測浮子所受浮力的大小保持一定，檢測浮子所在位置可知液面高低。浮子的形狀所在位置可知液面高低。浮子的形狀常見有圓盤形、圓柱形和球形等，其常見有圓盤形、圓柱形和球形等，其結構根據使用條件和使用要求設計。結構根據使用條件和使用要求設計。若圓柱形浮子的外直徑為若圓柱形浮子的外直徑為D、浮子浸、浮子浸入液體的高度為入液體的高度為h、液體密度為、液體密度為o則其則其所受浮力所受浮力F為為 此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平衡。當液位發(fā)此浮力與浮子的重量減去繩帶向上的拉力相平衡。當液位發(fā)生變化時，浮子浸入液體的深度將改變，所受浮力亦變化。生變化時，浮子浸入液體的深度

14、將改變，所受浮力亦變化。浮力變化浮力變化F與液位變化與液位變化H的關系：的關系：132、電容式物位計、電容式物位計hC1CC22r12r2hx)/ln(2120rrhxxKhArrh)/ln()(2120C=+)/ln(2120rrhA)/ln()(2120rrK可見傳感器電容量C與被測液位高度hx成線性關系。 143、超聲式物位計、超聲式物位計回波反射式超聲波物位計原理：利用發(fā)射的回波反射式超聲波物位計原理：利用發(fā)射的超聲波脈沖將由被測物料的表面反射，測量超聲波脈沖將由被測物料的表面反射，測量從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時間，求出從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時間，求出從探頭到分界面的距離，進

15、而測得物位。從探頭到分界面的距離，進而測得物位。設設c為超聲波在被測介質中的傳播速度，為超聲波在被測介質中的傳播速度， t為從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時間，為從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時間，則測得液位則測得液位H:注意：超聲波在介質中的傳播速度易受介質的溫度、成分等注意：超聲波在介質中的傳播速度易受介質的溫度、成分等變化的影響，是影響物位測量的主要因素，需要進行補償。變化的影響，是影響物位測量的主要因素，需要進行補償。通常可在超聲換能器附近安裝濕度傳感器，自動補償聲速因通常可在超聲換能器附近安裝濕度傳感器，自動補償聲速因溫度變化對物位測量的影響。還可使用校正器，定期校正聲溫度變化對物位測量

16、的影響。還可使用校正器，定期校正聲速。速。154、光纖式物位計、光纖式物位計16三、物位檢測實例三、物位檢測實例聯合站注水水源井的無線遙控系統(tǒng)聯合站注水水源井的無線遙控系統(tǒng) 由主控站和各水源井測控箱兩大部分組成。由主控站和各水源井測控箱兩大部分組成。主控站以工控機作為主機，對各個水源井的現場狀態(tài)、數據進行主控站以工控機作為主機，對各個水源井的現場狀態(tài)、數據進行遙測和遠程遙控開關機，還可對注水罐、消防罐、凈化污水罐的遙測和遠程遙控開關機，還可對注水罐、消防罐、凈化污水罐的水位和注水主干線的壓力進行檢測，主控站與各水源井之間由無水位和注水主干線的壓力進行檢測，主控站與各水源井之間由無線電臺進行通信

17、，具備打印報表和網絡傳輸功能。水源井測控箱線電臺進行通信，具備打印報表和網絡傳輸功能。水源井測控箱對水源井的壓力、流速、流量、液面、電壓、電流、功率進行檢對水源井的壓力、流速、流量、液面、電壓、電流、功率進行檢測，還可對電機的過載、缺相、過熱、三相不平衡、逆相進行檢測，還可對電機的過載、缺相、過熱、三相不平衡、逆相進行檢測，具有電機軟啟動和遙控啟停功能，由無線電臺控制其工作。測，具有電機軟啟動和遙控啟停功能，由無線電臺控制其工作。 工控機顯 示 器打 印 機主控器三個干線壓力信號注水罐消防罐污水罐鍵盤/鼠標天線17單單片片機機系系統(tǒng)統(tǒng)壓壓 力力 表表電壓傳感器電壓傳感器電流傳感器電流傳感器流流

18、 量量 表表 電機檢測電機檢測液位傳感器液位傳感器電壓變送器電壓變送器隔隔 離離 器器數字隔離器數字隔離器壓力變送器壓力變送器電流變送器電流變送器液位變送器液位變送器數數 碼碼 電電 臺臺電源電源控制箱控制箱電機電機控制器控制器水泵電機水泵電機水泵電機水泵電機手控開關手控開關水源井各部件框圖水源井各部件框圖18第三節(jié)第三節(jié) 溫度的檢測溫度的檢測一、測溫原理及方法一、測溫原理及方法溫度測量方式有接觸式和非接觸式測溫兩大類。采用接觸式測溫溫度測量方式有接觸式和非接觸式測溫兩大類。采用接觸式測溫時，依靠傳熱和對流進行熱交換，二者需要良好的熱接觸，以獲時，依靠傳熱和對流進行熱交換，二者需要良好的熱接觸

19、，以獲得較高的測量精度。但是它往往會破壞被測對象的熱平衡，存在得較高的測量精度。但是它往往會破壞被測對象的熱平衡，存在置人誤差。由于測量環(huán)境特點，對溫度敏感元件的結構和性能要置人誤差。由于測量環(huán)境特點，對溫度敏感元件的結構和性能要求較高。采用非接觸式測溫方法，是通過熱輻射進行熱交換，或求較高。采用非接觸式測溫方法，是通過熱輻射進行熱交換，或溫度敏感元件接收被測對象的部分熱輻射能，由熱輻射能的大小溫度敏感元件接收被測對象的部分熱輻射能，由熱輻射能的大小推出被測對象的溫度。特點是測溫響應快，對被測對象干擾小，推出被測對象的溫度。特點是測溫響應快，對被測對象干擾小，可測量高溫、運動的被測對象和有強電

20、磁干擾、強腐蝕的場合。可測量高溫、運動的被測對象和有強電磁干擾、強腐蝕的場合。溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運動平均動能大小的標溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運動平均動能大小的標志。溫度的定量測量以熱平衡現象為基礎，兩個受熱程度不同志。溫度的定量測量以熱平衡現象為基礎，兩個受熱程度不同的物體相接觸后，經過一段時間的熱交換，達到共同的平衡態(tài)的物體相接觸后，經過一段時間的熱交換，達到共同的平衡態(tài)后具有相同的溫度。溫度測量原理是選擇合適的物體作為溫度后具有相同的溫度。溫度測量原理是選擇合適的物體作為溫度敏感元件，其某一物理性質隨溫度而變化的特性為已知，通過敏感元件，其某一物理性質隨溫度而變化

21、的特性為已知，通過溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關的物理量，即可溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關的物理量，即可確定被測對象的溫度。確定被測對象的溫度。19常用溫度檢測方法常用溫度檢測方法20二、接觸式測溫二、接觸式測溫熱電偶測溫熱電偶測溫熱電阻測溫熱電阻測溫熱敏電阻熱敏電阻光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器液晶溫度傳感器液晶溫度傳感器分布溫度傳感器分布溫度傳感器雙金屬溫度傳感器雙金屬溫度傳感器集成溫度傳感器集成溫度傳感器21三、非接觸式測溫三、非接觸式測溫在工業(yè)生產中，有些場合是利用非接觸式溫度傳感器在工業(yè)生產中，有些場合是利用非接觸式溫度傳感器測量溫度，其優(yōu)點：不從被測物體上吸收熱

22、量；不會測量溫度，其優(yōu)點：不從被測物體上吸收熱量；不會干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產生消耗；反干擾被測對象的溫度場；連續(xù)測量不會產生消耗；反應快等。近年來，這種溫度傳感器在國外發(fā)展迅猛。應快等。近年來，這種溫度傳感器在國外發(fā)展迅猛。l輻射高溫計輻射高溫計 是發(fā)展得較早的一類非接觸式溫度傳感器，常用來測是發(fā)展得較早的一類非接觸式溫度傳感器，常用來測量量 1000以上高溫。它可分為四種：光學高溫計、比以上高溫。它可分為四種：光學高溫計、比色高溫計、輻射高溫計和光電高溫計。色高溫計、輻射高溫計和光電高溫計。2光譜高溫計光譜高溫計 前蘇聯研制的前蘇聯研制的YCII型自動測溫通用光譜高溫計、其型自

23、動測溫通用光譜高溫計、其測量范圍為測量范圍為4006000，它是采用電子化自動跟蹤系，它是采用電子化自動跟蹤系統(tǒng)，保證有足夠準確的精度進行自動測量。統(tǒng)，保證有足夠準確的精度進行自動測量。223超聲波溫度傳感器超聲波溫度傳感器 特點是響應快（約為特點是響應快（約為10ms左右），方向性強。目前國左右），方向性強。目前國外已有可測到外已有可測到5000 的產品。的產品。4激光溫度傳感器激光溫度傳感器 適用于遠程和特殊環(huán)境下的溫度測量。據報導，美、適用于遠程和特殊環(huán)境下的溫度測量。據報導，美、日、英等國均在致力于將其應用到科研工程，如日、英等國均在致力于將其應用到科研工程，如NBS公司用氦氖激光源的

24、激光做光反射計可測很高的溫度公司用氦氖激光源的激光做光反射計可測很高的溫度,精度為精度為1。美國麻省理工學院正在研制一種激光溫。美國麻省理工學院正在研制一種激光溫度計，最高溫度可達度計，最高溫度可達8000，是專門用于核聚變研究，是專門用于核聚變研究的。瑞士的。瑞士Browa Borer研究中心用激光溫度傳感器可研究中心用激光溫度傳感器可測幾千開（測幾千開（K）的高溫。）的高溫。23四、設計實例四、設計實例溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)電氣接口：電氣接口：、電源：、電源：AC220V，50Hz、加熱控制部分（選用固態(tài)繼電、加熱控制部分（選用固態(tài)繼電 器）：器）：開始加熱開始加熱 3535停止加熱停止加熱 加

25、熱器電氣接口：加熱器電氣接口：10001000，AC220V，50Hz、散熱控制部分（選用固態(tài)繼電器）：、散熱控制部分（選用固態(tài)繼電器）：5050開始散熱開始散熱 4040停止散熱停止散熱 加熱器電氣接口：加熱器電氣接口：200200，AC220V，50Hz4、對外接線方式：、對外接線方式： 8芯接線柱，芯接線柱，AC220V， 10A；主用；主用3對（對（AC220V電源輸入、電源輸入、AC220V加加熱輸出、熱輸出、AC220V散熱輸出），備用一對。散熱輸出），備用一對。 4 mm 固定孔4個線路板尺寸示意圖15mm150mm120mm15mm15mm15mm8芯接線柱24第一節(jié)概述一.流

26、量的概念流流體體在在單單位位時時間間內內流流經經某某一一有有效效截截面面的的體體積積或或質質量量，前前者者稱稱體體積積流流量量（m3/s)，后后者者稱稱質質量量流流量量(kg/s)。如果在截面上速度分布是均勻的，則：vFqvAmv如果介質的密度為，那么量q流=量q質第四節(jié)第四節(jié) 流量的檢測流量的檢測qv=vAF如果介質的密度為，那么質量流量： qm=qv流過管道某截面的流體的速度在截面上各處不可能是均勻的，假定在這個截面上某一微小單元面積上dAF速度是均勻的，流過該單元面積上的體積流量為qv=vAF整個截面上的流量qv為vFFqvdA一、流量的概念一、流量的概念AF為流通截面面積25測測量量某

27、某一一段段時時間間內內流流過過的的流流體體量量，即即瞬瞬時時流流量量對對時時間間的的積積分分，稱稱之之流流體體總總量量。vtmtVqd tMqd t用用來來測測量量流流量量的的儀儀表表統(tǒng)統(tǒng)稱稱為為流流量量計計。測測量量總總量量的的儀儀表表稱稱為為流流體體計計量量表表或或總總量量計計。流量計分類流量計分類26二、體積流量檢測方法二、體積流量檢測方法是直接根據排出體積進行流量累計的儀表，它利用運動元件的往是直接根據排出體積進行流量累計的儀表，它利用運動元件的往復次數或轉速與流體的連續(xù)排出量成比例對被測流體進行連續(xù)的復次數或轉速與流體的連續(xù)排出量成比例對被測流體進行連續(xù)的檢測。容積式流量計可計量各種

28、液體和氣體的累積流量，由于這檢測。容積式流量計可計量各種液體和氣體的累積流量，由于這種流量計可以精密測量體積量，所以其類型包括從小型的家用煤種流量計可以精密測量體積量，所以其類型包括從小型的家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計量儀表。氣表到大容積的石油和天然氣計量儀表。組成：測量室、運動部件、傳動和顯示部件。組成：測量室、運動部件、傳動和顯示部件。測量室是具有固定標準容積的測量主體，由流量計內部的運動部測量室是具有固定標準容積的測量主體，由流量計內部的運動部件與殼體構成。在流體進、出口壓力差的作用下，運動部件不斷件與殼體構成。在流體進、出口壓力差的作用下，運動部件不斷地將充滿在測量室中的流體從入

29、口排向出口。假定測量室的固定地將充滿在測量室中的流體從入口排向出口。假定測量室的固定容積為容積為V，某一時間間隔內經過流量計排出流體的固定容積數為，某一時間間隔內經過流量計排出流體的固定容積數為n，則被測流體的體積總量則被測流體的體積總量Q可知。容積流量計的流量方程式可以表可知。容積流量計的流量方程式可以表示為：示為：計數器通過傳動機構測出運動部件的轉數，計數器通過傳動機構測出運動部件的轉數，n即可知，從而得出通即可知，從而得出通過流量計的流體總量。在測量較小流量時，要考慮泄漏量的影響，過流量計的流體總量。在測量較小流量時，要考慮泄漏量的影響，通常儀表有最小流量的測量限度。通常儀表有最小流量的

30、測量限度。1、容積式流量計、容積式流量計27基于在流通管道上設置流動阻力件，流體通過阻力件時將產生壓基于在流通管道上設置流動阻力件，流體通過阻力件時將產生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關系，通過測量差力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數值關系，通過測量差壓值求得流體流量。最常用的差壓式流量計是由產生差壓的裝置壓值求得流體流量。最常用的差壓式流量計是由產生差壓的裝置和差壓計組合而成。流體流過差壓產生裝置形成靜壓差，由差壓和差壓計組合而成。流體流過差壓產生裝置形成靜壓差，由差壓計測得差壓值，并轉換為流量信號輸出。產生差壓的裝置有多種計測得差壓值，并轉換為流量信號輸出。產生差壓的裝置有

31、多種型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動壓管、型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動壓管、均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計還有浮子流量計、靶均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計還有浮子流量計、靶式流量計等。式流量計等。2、差壓式流量計、差壓式流量計節(jié)流式流量計：用于測量液體、氣體或蒸汽的流量。節(jié)流式流量計：用于測量液體、氣體或蒸汽的流量。均速管流量計：基于動壓管測速原理發(fā)展而成的一種流量計，均速管流量計：基于動壓管測速原理發(fā)展而成的一種流量計，流體流經均速管產生差壓信號，該信號與流體流量有確定關系，流體流經均速管產生差壓信號，該信號與流體流量有確定關系，經

32、過差壓計可測出流體流量。經過差壓計可測出流體流量。彎管流量計：當流體通過管道彎頭時，受到角加速的作用而產彎管流量計：當流體通過管道彎頭時，受到角加速的作用而產生的離心力會在彎頭的外半徑側與內半徑側之間形成差壓，此生的離心力會在彎頭的外半徑側與內半徑側之間形成差壓，此差壓的平方根與流體流量成正比。差壓的平方根與流體流量成正比。283、速度式流量計、速度式流量計基于與流體流速有關的各種物理現象，儀表的輸出與流速有確定基于與流體流速有關的各種物理現象，儀表的輸出與流速有確定的關系，即可知流體的體積流量。工業(yè)生產中使用的速度式流量的關系，即可知流體的體積流量。工業(yè)生產中使用的速度式流量計種類很多，新的

33、品種也不斷開發(fā)，它們各有特點和適用范圍。計種類很多，新的品種也不斷開發(fā)，它們各有特點和適用范圍。渦輪流量計是利用安裝在管道中可以自由轉動的葉輪感受流渦輪流量計是利用安裝在管道中可以自由轉動的葉輪感受流體的速度變化，從而測定管道內的流體流量。體的速度變化，從而測定管道內的流體流量。渦街流量計屬旋渦流量計類型，它是利用渦街流量計屬旋渦流量計類型，它是利用流體振蕩流體振蕩的原理進的原理進行流量測量。當流體流過非流線型阻擋體時會產生穩(wěn)定的旋渦，行流量測量。當流體流過非流線型阻擋體時會產生穩(wěn)定的旋渦，旋渦的產生頻率與流體流速有著確定的對應關系，測量頻率的旋渦的產生頻率與流體流速有著確定的對應關系，測量頻

34、率的變化，就可以得知流體的流量。變化，就可以得知流體的流量。電磁流量計用于測量具有導電性的液體介質流量，基于電磁電磁流量計用于測量具有導電性的液體介質流量，基于電磁感應原理，導電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通感應原理，導電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管道兩側的電極上將產生感應電勢，感應電勢的大小與流體速管道兩側的電極上將產生感應電勢，感應電勢的大小與流體速度有關，通過測量此電勢可求得流體流量。度有關，通過測量此電勢可求得流體流量。超聲流量計利用超聲波在流體中的傳播特性實現流量測量。超聲流量計利用超聲波在流體中的傳播特性實現流量測量。超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響

35、，檢測接收的超超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，檢測接收的超聲波信號可以測知流速，從而求得流體流量。聲波信號可以測知流速，從而求得流體流量。29三、質量流量檢測方法三、質量流量檢測方法又稱為推導式質量流量計。采用密度或溫度、壓力補償的辦法，又稱為推導式質量流量計。采用密度或溫度、壓力補償的辦法，在測量體積流量的同時，測量流體的密度或流體的溫度、壓力值，在測量體積流量的同時，測量流體的密度或流體的溫度、壓力值，再通過運算求得質量流量。再通過運算求得質量流量。1、間接式質量流量計、間接式質量流量計體積流量計與密度計的組合方式體積流量計與密度計的組合方式差壓式流量計與密度計的組合差壓式流量計

36、與密度計的組合其他體積流量計與密度計組合其他體積流量計與密度計組合體積流量計與體積流量計的組合方式體積流量計與體積流量計的組合方式 溫度、壓力補償式質量流量計溫度、壓力補償式質量流量計 流體密度是溫度、壓力的函數，通過測量流體溫度和壓力，流體密度是溫度、壓力的函數，通過測量流體溫度和壓力，與體積流量測量組合可求出流體質量流量。與體積流量測量組合可求出流體質量流量。30直接輸出與質量流量相對應的信號，反映質量流量的大小。其直接輸出與質量流量相對應的信號，反映質量流量的大小。其測量不受流體的溫度、壓為、密度變化的影響。測量不受流體的溫度、壓為、密度變化的影響。2、直接式質量流量計、直接式質量流量計

37、簡稱科氏力流量計，它是利用流體在振動管中流動時，將產生簡稱科氏力流量計，它是利用流體在振動管中流動時，將產生與質量流量成正比的科里奧利力的測量原理?？剖狭α髁坑嬘膳c質量流量成正比的科里奧利力的測量原理?？剖狭α髁坑嬘蓹z測科里奧利力的傳感器與轉換器組成。檢測科里奧利力的傳感器與轉換器組成。科里奧利質量流量計科里奧利質量流量計基于流體中熱傳遞和熱轉移與流體質量流量的關系。其工作機基于流體中熱傳遞和熱轉移與流體質量流量的關系。其工作機理是利用外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動造成的溫度理是利用外熱源對被測流體加熱，測量因流體流動造成的溫度場變化，從而測得流體的質量流量。場變化，從而測得流體的質量流

38、量。熱式質量流量計熱式質量流量計用于測量自由落下的固體粉料的質量流量。沖量式流量計由沖用于測量自由落下的固體粉料的質量流量。沖量式流量計由沖量傳感器及顯示儀表組成。沖量傳感器感受被測介質的沖力，量傳感器及顯示儀表組成。沖量傳感器感受被測介質的沖力，經轉換放大輸出與質量流量成比例的標準信號。經轉換放大輸出與質量流量成比例的標準信號。沖量式流量計沖量式流量計31四、流量檢測實例四、流量檢測實例利用超聲波在順流方向和逆流方向的傳播速度不同來進行測量。利用超聲波在順流方向和逆流方向的傳播速度不同來進行測量。在管外設置兩個相隔一定距離的收發(fā)兩用壓電超聲換能器，每隔在管外設置兩個相隔一定距離的收發(fā)兩用壓電

39、超聲換能器，每隔一段時間一段時間(如如1/100s)，發(fā)射和接收互換一次。在順流和逆流的情，發(fā)射和接收互換一次。在順流和逆流的情況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。根據這個關系，便可況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。根據這個關系，便可精確測定流速。流速與管道橫截面積的乘積等于流量。此種流量精確測定流速。流速與管道橫截面積的乘積等于流量。此種流量計可以測量各種液體的流速。中壓和低壓氣體的流速計可以測量各種液體的流速。中壓和低壓氣體的流速,不受該流體不受該流體的導電率、粘度、密度、腐蝕性以及成分的影響。其準確度可達的導電率、粘度、密度、腐蝕性以及成分的影響。其準確度可達0.5%，有的可達到，

40、有的可達到0.01%。同理，可用于直接測量隨海同理，可用于直接測量隨海洋深度而變化的聲速分布。洋深度而變化的聲速分布。即以一定距離放置兩個正對即以一定距離放置兩個正對著的陶瓷換能器，一個為發(fā)著的陶瓷換能器，一個為發(fā)射器、一個為接收器。根據射器、一個為接收器。根據測定的發(fā)射和接收的相位差測定的發(fā)射和接收的相位差隨深度的變化，即可得到聲隨深度的變化，即可得到聲速隨深度的分布情況。速隨深度的分布情況。流量顯示1789輸出信號換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射32光纖多普勒流速計光纖多普勒流速計 下圖為利用光纖多普勒計來測量流體流速的原理。下圖為利用光纖多普勒計來測量流體流速的原理。當待測流體為氣體時，散射

41、光將非常微弱，此時可采用當待測流體為氣體時，散射光將非常微弱，此時可采用大功率的大功率的Ar激光器（出射光功率為激光器（出射光功率為2W，=514.5nm）以提高信噪比。光纖多普勒流速計的特點是非接觸測量，以提高信噪比。光纖多普勒流速計的特點是非接觸測量，不會影響待測物體的流動狀態(tài)。不會影響待測物體的流動狀態(tài)。 光纖多譜勒流量計結構探測器頻譜分析儀He-Ne激光器123456781、3 分束器；2 反射鏡；4 透鏡；5 流體管道；6 窗口；7、8 光纖33第五節(jié)第五節(jié) 物質成分的檢測物質成分的檢測一、物質成分檢測方法一、物質成分檢測方法定期取樣檢測：通過實驗室測定的實驗室檢測方法定期取樣檢測：

42、通過實驗室測定的實驗室檢測方法連續(xù)現場檢測：連續(xù)測定被測物質的含量或性質的自動檢測連續(xù)現場檢測：連續(xù)測定被測物質的含量或性質的自動檢測(1)電化學式，如電導式、電量式、電位式、電解式、酸度計、離電化學式，如電導式、電量式、電位式、電解式、酸度計、離子濃度計等；子濃度計等；(2)熱學式，如熱導式、熱譜式、熱化學式等；熱學式，如熱導式、熱譜式、熱化學式等；(3)磁學式，如磁式氧分析器、核磁共振分析儀等：磁學式，如磁式氧分析器、核磁共振分析儀等：(4)射線式，如射線式，如X射線分忻儀、射線分忻儀、射線分析儀、同位素分析儀、微波射線分析儀、同位素分析儀、微波分析儀等；分析儀等；(5)光學式，如紅外、紫

43、外等吸收式光學分析儀，光散射、光干涉光學式，如紅外、紫外等吸收式光學分析儀，光散射、光干涉式光學分析儀等；式光學分析儀等；(6)電子光學式和離子光學式，如電子探針、離子探針、質譜儀等電子光學式和離子光學式，如電子探針、離子探針、質譜儀等(7)色譜式，如氣相色譜儀、液相色諾儀等；色譜式，如氣相色譜儀、液相色諾儀等；(8)物性測量儀表，如水分計、粘度計、密度計、濕度計、塵量計物性測量儀表，如水分計、粘度計、密度計、濕度計、塵量計(9)其他，如晶體振蕩式分析儀、半導體氣敏傳感器等。其他，如晶體振蕩式分析儀、半導體氣敏傳感器等。34二、氣體成分檢測二、氣體成分檢測是使用最早的一種物理式氣體分析器，通過

44、檢測混合氣體是使用最早的一種物理式氣體分析器，通過檢測混合氣體導熱系導熱系數數變化得知待測組分含量。被測氣體組分含量變化時，將引起導變化得知待測組分含量。被測氣體組分含量變化時，將引起導熱系數變化，從而間接得知待測組分含量。熱系數變化，從而間接得知待測組分含量。設待測組分的濃度為設待測組分的濃度為C1，相應的導熱系數為，相應的導熱系數為1混合氣體中其他組混合氣體中其他組分的導熱系數近似相等，分的導熱系數近似相等， 2 3 n ，則，則1、熱導式氣體分析器、熱導式氣體分析器2112C測量多組分某一氣體組分的含量必須滿足兩個條件：測量多組分某一氣體組分的含量必須滿足兩個條件：混合氣體中除待測組分外

45、，其余各組分的導熱系數應相同或十混合氣體中除待測組分外，其余各組分的導熱系數應相同或十分接近。分接近。待測組分的的導熱系數與其余組分的導熱系數要有顯著的差別，待測組分的的導熱系數與其余組分的導熱系數要有顯著的差別，差別越大，靈敏度越高，即待測組分濃度變化引起混合氣體的差別越大，靈敏度越高，即待測組分濃度變化引起混合氣體的變變化就越大?；驮酱?。35熱導池是用導熱良好的金屬制成熱導池是用導熱良好的金屬制成的長圓柱形小室，室內裝有一根的長圓柱形小室，室內裝有一根細的鉑或鎢電阻絲，電阻絲與腔細的鉑或鎢電阻絲，電阻絲與腔體有良好的絕緣。電源供給熱絲體有良好的絕緣。電源供給熱絲恒定電流，使之維持一定的溫

46、度恒定電流，使之維持一定的溫度tn，tn高于室壁溫度高于室壁溫度tc，被測氣體從小，被測氣體從小室下部引入，從小室上部排出，室下部引入，從小室上部排出，熱絲的熱量通過混合氣體向室壁熱絲的熱量通過混合氣體向室壁傳遞。熱導池一般放在恒溫裝置傳遞。熱導池一般放在恒溫裝置中，故室壁溫度恒定，熱絲的熱中，故室壁溫度恒定，熱絲的熱平衡溫度將隨被測氣體的熱導率平衡溫度將隨被測氣體的熱導率變化而改變。熱絲溫度的變化使變化而改變。熱絲溫度的變化使其電阻值亦發(fā)生變化，通過電阻其電阻值亦發(fā)生變化，通過電阻變化的可得知氣體組分的變化。變化的可得知氣體組分的變化。362、熱磁式氣體分析器、熱磁式氣體分析器是利用被測氣體

47、混合物待測組分比其他氣體有高得多的是利用被測氣體混合物待測組分比其他氣體有高得多的磁化率磁化率，以及磁化率隨溫度的升高而降低等熱磁效應來檢測待測氣體組以及磁化率隨溫度的升高而降低等熱磁效應來檢測待測氣體組分含量的原理制成的。它主要用來檢測混合氣體的氧含量，測分含量的原理制成的。它主要用來檢測混合氣體的氧含量，測量范圍為百分之百，具有反應快、穩(wěn)定性好等特點。量范圍為百分之百，具有反應快、穩(wěn)定性好等特點。熱磁式氧氣體分析儀熱磁式氧氣體分析儀主要是利用氧的磁特性工作的，如氧氣比其他組分的磁化率主要是利用氧的磁特性工作的，如氧氣比其他組分的磁化率大得多，并且其他組分的磁化率近似相等，隨著溫度的升高。大

48、得多，并且其他組分的磁化率近似相等，隨著溫度的升高。氣體的磁化率迅速下降。氣體的磁化率迅速下降。氧化鋯式氧量體分析儀氧化鋯式氧量體分析儀屬于電化學分析方法這種分析器的優(yōu)點是靈敏度高、穩(wěn)定屬于電化學分析方法這種分析器的優(yōu)點是靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應快、測量范圍寬性好、響應快、測量范圍寬(從從106到百分含量到百分含量)，而且不需，而且不需要復雜的采樣和預處理系統(tǒng)，它的探頭可以直接插入煙道中要復雜的采樣和預處理系統(tǒng)，它的探頭可以直接插入煙道中連續(xù)地分析煙氣中的氧含量。連續(xù)地分析煙氣中的氧含量。37濃差電池的左側為被測氣體右側為濃差電池的左側為被測氣體右側為參比氣體，參比氣體一般為空氣。當參比氣體，

49、參比氣體一般為空氣。當兩側氣體的氧分壓不同時，吸附在電兩側氣體的氧分壓不同時，吸附在電極上的氧分子離解得到極上的氧分子離解得到4個電子，形成個電子，形成兩個兩個O 2，進入固體電解質中，在高，進入固體電解質中，在高溫下，氧離子從高濃度向低濃度轉移溫下，氧離子從高濃度向低濃度轉移而產生電勢。而產生電勢。氧化鋯分析器正常工作的必要條件：氧化鋯分析器正常工作的必要條件： (1)工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調節(jié)控制的環(huán)節(jié)，一般工工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調節(jié)控制的環(huán)節(jié)，一般工作溫度保持在作溫度保持在T850，此時儀表靈敏度最高。工作溫度，此時儀表靈敏度最高。工作溫度T的變的變化直接影響氧濃差電勢

50、化直接影響氧濃差電勢E的大小，傳感器還應有溫度補償環(huán)節(jié)。的大小，傳感器還應有溫度補償環(huán)節(jié)。 (2)必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量要穩(wěn)定不變。二者氧必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量要穩(wěn)定不變。二者氧含量差別越大，儀表靈敏度越高。例如用氧化鋯分析器分析煙氣含量差別越大，儀表靈敏度越高。例如用氧化鋯分析器分析煙氣的氧含量時，以空氣為參比氣體時，被測氣體氧含量為的氧含量時，以空氣為參比氣體時，被測氣體氧含量為34，傳感器可以有幾十毫伏的輸出。傳感器可以有幾十毫伏的輸出。 (3)參比氣體與被測氣體壓力應該相等，儀表可以直接以氧濃度參比氣體與被測氣體壓力應該相等，儀表可以直接以氧濃度刻度?？潭?。38

51、屬于光學分析儀表中的一種。它是利用不同氣體對不同波長的屬于光學分析儀表中的一種。它是利用不同氣體對不同波長的紅外線具有紅外線具有選擇性吸收的特性選擇性吸收的特性來進行分析的。這類儀表的特點來進行分析的。這類儀表的特點是測量范圍寬；靈敏度高，能分析的氣體體積分數可到是測量范圍寬；靈敏度高，能分析的氣體體積分數可到106(ppm級級)；反應速度快、選擇性好。紅外線氣體分析器常用于連；反應速度快、選擇性好。紅外線氣體分析器常用于連續(xù)分析混合氣體中續(xù)分析混合氣體中CO、CO2、CH4、NH3等氣體的濃度。等氣體的濃度。 大部分有機和無機氣體在紅外波段內有其特征的吸收峰，下大部分有機和無機氣體在紅外波段

52、內有其特征的吸收峰，下圖為一些氣體的吸收光譜，紅外線氣體分析器主要利用圖為一些氣體的吸收光譜，紅外線氣體分析器主要利用225m之間的一段紅外光譜。之間的一段紅外光譜。3、紅外線氣體分析器、紅外線氣體分析器5半導體體分析器半導體體分析器4質譜分析儀質譜分析儀39三、濕度和含水量檢測三、濕度和含水量檢測電解質型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一電解質型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一對電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產對電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產生離子導電，隨濕度升高而電阻減小。生離子導電，隨濕度升高而電阻減小。陶瓷型：一般以金屬氧化物為原料，通過陶瓷工藝，陶瓷型

53、：一般以金屬氧化物為原料，通過陶瓷工藝，制成一種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對空氣中水制成一種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對空氣中水蒸氣的敏感特性而制成。蒸氣的敏感特性而制成。高分子型：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極，高分子型：先在玻璃等絕緣基板上蒸發(fā)梳狀電極，通過浸漬或涂覆，使其在基板上附著一層有機高分子通過浸漬或涂覆，使其在基板上附著一層有機高分子感濕膜。有機高分子的材料種類也很多，工作原理也感濕膜。有機高分子的材料種類也很多，工作原理也各不相同。各不相同。單晶半導體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導單晶半導體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導體工藝制成。制成二極管濕敏器件和體工藝制成。

54、制成二極管濕敏器件和MOSFET濕度敏濕度敏感器件等。其特點是易于和半導體電路集成在一起。感器件等。其特點是易于和半導體電路集成在一起。 1 1、濕度檢測、濕度檢測402 2、含水量檢測、含水量檢測電導法電導法固體物質的含水量與其導電性存在一定的關系，含水量高，導固體物質的含水量與其導電性存在一定的關系，含水量高，導電性好。通常采用不平衡電橋方法測量。電性好。通常采用不平衡電橋方法測量。稱重法稱重法采用紅外線燈為加熱源，照射被測物質使其水分完全蒸發(fā)，即采用紅外線燈為加熱源，照射被測物質使其水分完全蒸發(fā)，即烘干。用電子稱稱出烘干前后的重量烘干。用電子稱稱出烘干前后的重量W1和和W2，則得到含水量，則得到含水量紅外吸收法紅外吸收法是根據水分對是根據水分對1.