第四章 礦井環(huán)境狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)8-10

第四章礦井環(huán)境狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)第一節(jié)溫度檢測(cè)技術(shù)

第二節(jié)

壓力測(cè)量

第三節(jié)

風(fēng)速測(cè)量第四節(jié)

濕度檢測(cè)儀器

第五節(jié)

一氧化碳和硫化氫氣體檢測(cè)第六節(jié)

氧氣檢測(cè)第七節(jié)

氣相色譜儀第一節(jié)溫度檢測(cè)技術(shù)

4.1.1溫標(biāo)及測(cè)溫方法分類

1.溫標(biāo)為了保證溫度量值的統(tǒng)一，必須建立一個(gè)用來衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺度，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺度稱為溫標(biāo)。溫度的高低必須用數(shù)字來說明，溫標(biāo)就是溫度的一種數(shù)值表示方法，并給出了溫度數(shù)值化的一套規(guī)則和方法，同時(shí)明確了溫度的測(cè)量單位。人們一般是借助于隨溫度變化而變化的物理量（如體積、壓力、電阻、熱電勢(shì)等）來定義溫度數(shù)值，建立溫標(biāo)和制造各種各樣的溫度檢測(cè)儀表。下面對(duì)常用溫標(biāo)作一簡介。

1）經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)

Ⅰ.攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是把在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)定為零攝氏度，把水的沸點(diǎn)定為100攝氏度的一種溫標(biāo)。在零攝氏度到100攝氏度之間進(jìn)行100等分，每一等分為1攝氏度，單位符號(hào)為℃。

Ⅱ.華氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的純水的冰點(diǎn)溫度為32華氏度，水的沸點(diǎn)定為212華氏度，中間劃分180等分。每一等分稱為1華氏度。單位符號(hào)為℉。

Ⅲ.列氏溫標(biāo)列氏溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下純水的冰融點(diǎn)為0列氏度，水沸點(diǎn)為80列氏度，中間等分為80等分，每一等分為1列氏度。單位符號(hào)為°R。攝氏、華氏、列氏溫度之間的換算關(guān)系為

（4-1）

式中:C——攝氏溫度值；

F——華氏溫度值；

R——列氏溫度值。

2）熱力學(xué)溫標(biāo)

1848年由開爾文(Kelvin)提出的以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實(shí)現(xiàn)的理論溫標(biāo)，它是國際單位制中七個(gè)基本物理單位之一。該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度—絕對(duì)零度(在實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到的理論溫度，低于0K的溫度不可能存在)與水的三相點(diǎn)溫度分成273.16份，每份為1K。SI制：七個(gè)基本單位：長度m，時(shí)間s，質(zhì)量kg，熱力學(xué)溫度（Kelvin溫度）K，電流單位A，光強(qiáng)度單位cd（坎德拉），物質(zhì)量mol

3）國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)是用來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)的，其指導(dǎo)思想是采用氣體溫度計(jì)測(cè)出一系列標(biāo)準(zhǔn)固定溫度（相平衡點(diǎn)），以它們?yōu)橐罁?jù)在固定點(diǎn)中間規(guī)定傳遞的儀器及溫度值的內(nèi)插公式。1989年7月國際計(jì)量委員會(huì)批準(zhǔn)了新的國際溫標(biāo)，簡稱ITS－90。我國于1994年起全面推行ITS－90新溫標(biāo)。

ITS－90同時(shí)定義國際開爾文溫度（變量符號(hào)為T90）和國際攝氏溫度（變量符號(hào)為t90）。水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度為273.15K，攝氏度與開爾文度保留原有簡單的關(guān)系式t90=(T90-273.15)℃

2.溫度檢測(cè)的主要方法及分類

1）接觸式測(cè)溫方法接觸式測(cè)溫方法是使溫度敏感元件和被測(cè)溫度對(duì)象相接觸，當(dāng)被測(cè)溫度與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)溫度對(duì)象的溫度相等。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，精度高，穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有：基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度傳感器；基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的電阻式溫度傳感器；基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度傳感器。

2）非接觸式測(cè)溫方法非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān)，并且以電磁波形式向四周輻射，當(dāng)選擇合適的接收檢測(cè)裝置時(shí)，便可測(cè)得被測(cè)對(duì)象發(fā)出的熱輻射能量，并且轉(zhuǎn)換成可測(cè)量和顯示的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。這類測(cè)溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。非接觸式溫度傳感器理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和在溫度范圍上的限制，可測(cè)高溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測(cè)溫度場(chǎng)，但精度較低，使用不太方便。表4-1溫度檢測(cè)方法的分類

表4-1溫度檢測(cè)方法的分類

4.1.2接觸式溫度傳感器

1.熱膨脹式溫度傳感器

1)雙金屬溫度計(jì)固體膨脹式溫度計(jì)中最常見的是雙金屬溫度計(jì)，其典型的敏感元件為兩種粘在一起且膨脹系數(shù)有差異的金屬。雙金屬片組合成溫度檢測(cè)元件，也可以直接制成溫度測(cè)量的儀表。通常的制造材料是高錳合金與殷鋼。殷鋼的膨脹系數(shù)僅為高錳合金的1/20，兩種材料制成疊合在一起的簿片，其中膨脹系數(shù)大的材料為主動(dòng)層，小的為被動(dòng)層。將復(fù)合材料的一端固定，另一端自由。在溫度升高時(shí)，自由端將向被動(dòng)層一側(cè)彎曲，彎曲程度與溫度相關(guān)。自由端焊上指針和轉(zhuǎn)軸則隨溫度可以自由旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成了室溫計(jì)和工業(yè)用的雙金屬溫度計(jì)。它也可用來實(shí)現(xiàn)簡單的溫度控制。

固體膨脹式溫度儀表的型號(hào)較多，WTJ-1型測(cè)量范圍為-40～500℃，耐震，適合航空、航海的應(yīng)用；WTJ-150型測(cè)量范圍為-60～100℃，精度為一級(jí)，其優(yōu)點(diǎn)是刻度盤大，讀數(shù)和使用方便，不易折損，且有耐震與耐沖擊力，缺點(diǎn)是熱慣性大、精度低。

雙金屬溫度計(jì)敏感元件如圖所示。它們由兩種熱膨脹系數(shù)a不同的金屬片組合而成，例如一片用黃銅，a=22.8×10-6℃-1，另一片用鎳鋼a=1×10-6℃-1～2×10-6℃-1，將兩片粘貼在一起，并將其一端固定，另一端設(shè)為自由端，自由端與指示系統(tǒng)相連接。

當(dāng)溫度由t0變化到t1時(shí)，由于A,B兩者熱膨脹不一致而發(fā)生彎曲，即雙金屬片由t0時(shí)初始位置AB變化到t1時(shí)的相應(yīng)位置A'B'，最后導(dǎo)致自由端產(chǎn)生一定的角位移，角位移的大小與溫度成一定的函數(shù)關(guān)系，通過標(biāo)定刻度，即可測(cè)量溫度。雙金屬控制恒溫箱示意圖

雙金屬溫度計(jì)一般應(yīng)用在-80℃～600℃范圍內(nèi)，最好情況下，精度可達(dá)0.5～1.0級(jí)，常被用作恒定溫度的控制元件，如一般用途的恒溫箱、加熱爐等就是采用雙金屬片來控制和調(diào)節(jié)”恒溫”的，如圖所示。

2）壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體在定容條件下其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理制成的。主要由感溫包、傳遞壓力元件（毛細(xì)管）、壓力敏感元件（彈簧管、膜盒、波紋管等）、齒輪或杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、指針和讀數(shù)盤組成。溫包、毛細(xì)管和彈簧管的內(nèi)腔共同構(gòu)成一個(gè)封閉容器，其中充滿了感溫介質(zhì)。當(dāng)溫包受熱后，內(nèi)部介質(zhì)因溫度升高而壓力增大，壓力的變化經(jīng)毛細(xì)管傳遞給彈簧管使其變形，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，指示出相應(yīng)的溫度數(shù)值。因此，這種溫度計(jì)的指示儀表實(shí)際上就是普通的壓力表。壓力式溫度計(jì)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度較高，抗振性較好。為了利于傳熱，溫包的表面面積與其體積的比值應(yīng)盡量大，所以通常采用細(xì)而長的圓筒型溫包。雖然扁平斷面要比圓斷面更利于傳熱，但耐壓能力遠(yuǎn)不如圓斷面好。壓力式溫度計(jì)的毛細(xì)管細(xì)而長，其作用是傳遞壓力，常用銅或不銹鋼冷軋無縫管制作，內(nèi)徑為0.4mm。

為了減小周圍環(huán)境溫度變化引起的附加誤差，毛細(xì)管的容積應(yīng)遠(yuǎn)小于溫包的容積，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞，這就要求其內(nèi)徑小。當(dāng)然，長度加長內(nèi)徑減小會(huì)使傳遞阻力增大、溫度計(jì)的響應(yīng)變慢，在長度相等的條件下，管越細(xì)則準(zhǔn)確度越高。一般檢測(cè)溫度點(diǎn)的位置與顯示溫度的地方可相距20米（特殊需要場(chǎng)合可制作到60米），故它又被稱為隔離溫度計(jì)。

Ⅰ.充氣體的壓力式溫度計(jì)

氣體狀態(tài)方程式pV=RT表明，對(duì)一定質(zhì)量m的氣體，如果它的體積V一定，則它的溫度T與壓力p成正比。因此，在密封容器內(nèi)充以氣體，就構(gòu)成充氣體的壓力溫度計(jì)。工業(yè)上用的充氣體的壓力式溫度計(jì)通常充氮?dú)?，它能測(cè)量的最高溫度為500～550℃；在低溫下則充氫氣，它的測(cè)溫下限可達(dá)-120℃。在過高的溫度下，溫包中充填的氣體會(huì)較多地透過金屬壁而擴(kuò)散，這樣會(huì)使儀表讀數(shù)偏低。

Ⅱ.充蒸氣的壓力式溫度計(jì)充蒸氣的壓力式溫度計(jì)是根據(jù)低沸點(diǎn)液體的飽和蒸氣壓只和氣液分界面的溫度有關(guān)這一原理制成的。其感溫包中充入約占2/3容積的低沸點(diǎn)液體，其余容積則充滿液體的飽和蒸氣。當(dāng)感溫包溫度變化時(shí)，蒸氣的飽和蒸氣壓發(fā)生相應(yīng)變化，這一壓力變化通過一插入到感溫包底部的毛細(xì)管進(jìn)行傳遞。在毛細(xì)管和彈簧管中充滿上述液體，或充滿不溶于感溫包中液體的、在常溫下不蒸發(fā)的高沸點(diǎn)液體，稱為輔助液體，以傳遞壓力。感溫包中充入的低沸點(diǎn)液體常用的有氯甲烷、氯乙烷和丙酮等。

2.熱電偶

熱電偶是目前應(yīng)用廣泛、發(fā)展比較完善的溫度傳感器，它在很多方面都具備了一種理想溫度傳感器的條件。

1）熱電偶的特點(diǎn)（1）溫度測(cè)量范圍寬。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前熱電偶的品種較多，它可以測(cè)量自-271～2800℃乃至更高的溫度。（2）性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠。在正確使用的情況下，熱電偶的性能是很穩(wěn)定的，其精度高，測(cè)量準(zhǔn)確可靠。

（3）信號(hào)可以遠(yuǎn)傳和記錄。由于熱電偶能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，因此可以遠(yuǎn)距離傳遞，也可以集中檢測(cè)和控制。此外，熱電偶的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，其測(cè)量端能做得很小。因此，可以用它來測(cè)量“點(diǎn)”的溫度。又由于它的熱容量小，因此反應(yīng)速度很快。

2）熱電偶的測(cè)溫原理

Ⅰ.熱電效應(yīng)

熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)。在兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A和B組成的閉合回路中，如果它們兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的溫度不同，則回路中產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，通常我們稱這種電動(dòng)勢(shì)為熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)，如圖所示。

Ⅱ.接觸電勢(shì)

兩種材料不同的導(dǎo)體A和B接觸在一起時(shí)，由于自由電子濃度不同，便在接觸處發(fā)生電子擴(kuò)散，若導(dǎo)體A、B的電子濃度分別為NA、NB，且NA>NB，則在單位時(shí)間內(nèi)，由A擴(kuò)散到B的電子數(shù)要多于由B擴(kuò)散到A的電子數(shù)。所以，導(dǎo)體A因失去電子而帶正電，導(dǎo)體B因得到電子而帶負(fù)電，在A、B的接觸面處便形成一個(gè)從A到B的靜電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)又阻止電子繼續(xù)由A向B擴(kuò)散。當(dāng)電子擴(kuò)散能力與此電場(chǎng)阻力相平衡時(shí)，自由電子的擴(kuò)散達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這樣在接觸處形成一個(gè)穩(wěn)定的電動(dòng)勢(shì)，稱為接觸電勢(shì)。AB在圖示回路中，T點(diǎn)的接觸電勢(shì)其大小為

上式中：EAB（T）為導(dǎo)體A、B在溫度T的接觸電勢(shì)；T為接觸處絕對(duì)溫度，K為波耳茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/K；e為電子電荷，e=1.60×10-19C。

T0點(diǎn)的接觸電勢(shì)為

熱電偶回路中的總接觸電勢(shì)為

Ⅲ.溫差電勢(shì)溫差電勢(shì)（也稱湯姆遜電勢(shì)）是指在同一根導(dǎo)體中，由于兩端溫度不同而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。導(dǎo)體A兩端的溫度分別為T0和T時(shí)的溫差電勢(shì)表示為EA（T，T0）。設(shè)導(dǎo)體A(或B)兩端溫度分別為T0和T，且T>T0。此時(shí)導(dǎo)體A(或B)內(nèi)形成溫度梯度，使高溫端的電子能量大于低溫端的電子能量，因此從高溫端擴(kuò)散到低溫端的電子數(shù)比從低溫端擴(kuò)散到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電荷，低溫端因獲得電子而帶負(fù)電荷。因而，在同一導(dǎo)體兩端便產(chǎn)生電位差，并阻止電子從高溫端向低溫端擴(kuò)散，最后使電子擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)平衡，此時(shí)形成溫差電勢(shì)。在回路中，A導(dǎo)體上的溫差電勢(shì)EA(T,T0)為

B導(dǎo)體上的溫差電勢(shì)EB(T,T0)為

則在導(dǎo)體A、B組成的熱電偶回路中，兩導(dǎo)體上產(chǎn)生的溫差電勢(shì)之和為

Ⅳ.熱電偶閉合回路的總電勢(shì)在圖示回路中，接觸點(diǎn)1處將產(chǎn)生接觸電勢(shì)EAB(T)，接觸點(diǎn)2處將產(chǎn)生接觸電勢(shì)EAB(T0)，導(dǎo)體A上將產(chǎn)生溫差電勢(shì)，導(dǎo)體B上將產(chǎn)生溫差電勢(shì)，所以熱電偶回路中的熱電勢(shì)為接觸電勢(shì)與溫差電勢(shì)之和，取EAB（T）的方向?yàn)檎?，則整個(gè)回路總熱電勢(shì)可表示為：EAB（T，T0）=［EAB（T）-EAB（T0）］

+［EA（T，T0）-EB（T，T0）］

通常情況下，溫差電勢(shì)比較小，因此

EAB（T，T0）≈EAB（T）－EAB（T0）

如果能使冷端溫度T0固定，即EAB（T0）=C(常數(shù))，則對(duì)確定的熱電偶材料，其總電勢(shì)EAB（T，T0）就只與熱端溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，即EAB（T，T0）≈EAB（T）-C

根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定：在T0=0℃時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的工作溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，并將其列成一張表格，這就是常說的分度表。溫度與熱電勢(shì)之間的關(guān)系也可以用函數(shù)關(guān)系表示，稱為參考函數(shù)。同時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：

(1)兩種相同材料的導(dǎo)體構(gòu)成熱電偶時(shí)，其熱電勢(shì)為零；

(2)當(dāng)兩種導(dǎo)體材料不同，但兩端溫度相同時(shí)，其熱電偶的熱電勢(shì)為零；

(3)熱電勢(shì)的大小只與電極的材料和結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)，與熱電偶的尺寸、形狀無關(guān)。

3）熱電偶的材料根據(jù)上述熱電偶的測(cè)溫原則，理論上任何兩種導(dǎo)體均可配成熱電偶，但因?qū)嶋H測(cè)溫時(shí)對(duì)測(cè)量精度及使用等有一定要求，故對(duì)制造熱電偶的熱電極材料也有一定要求。除滿足上述對(duì)溫度傳感器的一般要求外，還應(yīng)注意如下要求:（1）在測(cè)溫范圍內(nèi)，熱電性質(zhì)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和被測(cè)介質(zhì)而變化，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化或腐蝕；（2）電導(dǎo)率要高，并且電阻溫度系數(shù)要??；

（3）它們組成的熱電偶的熱電勢(shì)隨溫度的變化率要大，并且希望該變化率在測(cè)溫范圍內(nèi)接近常數(shù)；（4）材料的機(jī)械強(qiáng)度要高，復(fù)制性好，復(fù)制工藝要簡單，價(jià)格便宜。完全滿足上述條件要求的材料很難找到，故一般只根據(jù)被測(cè)溫度的高低選擇適當(dāng)?shù)臒犭姌O材料。下面分別介紹國內(nèi)生產(chǎn)的幾種常用熱電偶。它們又分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系和允許誤差，并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表。

4）熱電偶的分類

Ⅰ.按熱電偶材料分類按熱電偶材料分類有廉金屬、貴金屬、難熔金屬和非金屬四大類。廉金屬中有鐵—康銅、銅—康銅、鎳鉻—考銅、鎳鉻—康銅、鎳鉻—鎳硅（鎳鋁）等；貴金屬中有鉑銠10—鉑、鉑銠30—鉑鍺、鉑鍺系、銥鍺系、銥釕系和鉑銥系等；難熔金屬中有鎢錸系、鎢鉑系、銥鎢系和鈮鈦系等；非金屬中有二碳化鎢—二碳化鉬、石墨—碳化物等。

Ⅱ.按用途和結(jié)構(gòu)分類熱電偶按照用途和結(jié)構(gòu)分為普通工業(yè)用和專用兩類。普通工業(yè)用的熱電偶分為直形、角形和錐形（其中包括無固定裝置、螺紋固定裝置和法蘭固定裝置等品種）。專用的熱電偶分為鋼水測(cè)溫的消耗式熱電偶、多點(diǎn)式熱電偶和表面測(cè)溫?zé)犭娕嫉取?/p>

5）熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的基本組成包括熱電極、絕緣套管、保護(hù)套管和接線盒等部分，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

熱電偶的結(jié)構(gòu)形式各種各樣，按其結(jié)構(gòu)形式，熱電偶可分為以下4種形式:

Ⅰ.普通型熱電偶這類熱電偶主要用來測(cè)量氣體、蒸氣和液體介質(zhì)的溫度，目前已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

Ⅱ.鎧裝熱電偶

鎧裝熱電偶又稱纜式熱電偶，它是將熱電極、絕緣材料和金屬保護(hù)套三者結(jié)合成一體的特殊結(jié)構(gòu)形式，其斷面結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。它具有體積小、熱慣性小、精度高、響應(yīng)快、柔性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛用于航空、原子能、冶金、電力、化工等行業(yè)中。

圖4-10鎧裝熱電偶斷面結(jié)構(gòu)

Ⅲ.薄膜熱電偶

薄膜熱電偶是采用真空蒸鍍的方法，將熱電偶材料蒸鍍?cè)诮^緣基板上而成的熱電偶。它可以做得很薄，具有熱容量小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，適于測(cè)量微小面積上的瞬變溫度。

Ⅳ.快速消耗型熱電偶這種熱電偶是一種專用熱電偶，主要用于測(cè)量高溫熔融物質(zhì)的溫度，如鋼水溫度，通常是一次性使用。這種熱電偶可直接用補(bǔ)償導(dǎo)線接到專用的快速電子電位差計(jì)上，直接讀取溫度。

3.熱電阻

1）工作原理大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻具有隨溫度變化的特性，其特性方程如下：

Rt=R0［1+a(t-t0)］

式中Ｒt表示任意絕對(duì)溫度ｔ時(shí)金屬的電阻值；Ｒ0表示基準(zhǔn)狀態(tài)t0時(shí)的電阻值；ａ是熱電阻的溫度系數(shù)（1/℃）。對(duì)于絕大多數(shù)金屬導(dǎo)體，ａ并不是一個(gè)常數(shù)，而是有關(guān)溫度的函數(shù)，但在一定的溫度范圍內(nèi)，可近似地看成一個(gè)常數(shù)。不同的金屬導(dǎo)體，ａ保持常數(shù)所對(duì)應(yīng)的溫度范圍也不同。一般選作感溫電阻的材料必須滿足如下要求：①電阻溫度系數(shù)ａ要高，這樣在同樣條件下可加快熱響應(yīng)速度，提高靈敏度。通常純金屬的溫度系數(shù)比合金大，一般均采用純金屬材料；②在測(cè)溫范圍內(nèi)，化學(xué)、物理性能穩(wěn)定，以保證熱電阻的測(cè)溫準(zhǔn)確性；③具有良好的輸出特性，即在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻與溫度之間必須有線性或接近線性的關(guān)系；④具有比較高的電阻率，以減小熱電阻的體積和重量；⑤具有良好的可加工性，且價(jià)格便宜。比較適合的材料有鉑、銅、鐵和鎳等。它們的阻值隨溫度的升高而增大，具有正溫度系數(shù)。

2）熱電阻類型

Ⅰ.鉑熱電阻（WZP型號(hào)）鉑的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，是目前制造熱電阻的最好材料。鉑電阻主要作為標(biāo)準(zhǔn)電阻溫度計(jì)，廣泛應(yīng)用于溫度的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的傳遞。它是目前測(cè)溫復(fù)現(xiàn)性最好的一種溫度計(jì)。鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系

在0～850℃范圍內(nèi)為

在-190～0℃范圍內(nèi)為

式中Rt為溫度為t℃時(shí)的電阻值；R0為溫度為0℃時(shí)的電阻值；t為任意溫度值；Ａ為分度系數(shù)，A=3.90802×10-3℃-1；B為分度系數(shù)，B=5.802×10-7℃-2；C為分度系數(shù)，C=4.27350×10-12℃-4。鉑熱電阻中的鉑絲純度用電阻比W（100）表示，即

式中R100為鉑熱電阻在100℃時(shí)的電阻值；R0為鉑熱電阻在0℃時(shí)的電阻值。電阻比W（100）越大，其純度越高。按IEC標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)使用的鉑熱電阻的W（100）≧1.3850。目前技術(shù)水平可達(dá)到W（100）=1.3930其對(duì)應(yīng)鉑的純度為99.9995%。

表4-5

鉑熱電阻Pt100的分度表

Ⅱ.銅熱電阻（WZC型號(hào)）鉑電阻雖然優(yōu)點(diǎn)多，但價(jià)格昂貴。銅易于提純，價(jià)格低廉，電阻-溫度特性線性較好。在測(cè)量精度要求不高且溫度較低的場(chǎng)合，銅電阻得到廣泛應(yīng)用。銅的電阻溫度系數(shù)大，易加工提純，其電阻值與溫度呈線性關(guān)系，價(jià)格便宜，在-50～150℃內(nèi)有很好的穩(wěn)定性。但溫度超過150℃后易被氧化而失去線性特性，因此，它的工作溫度一般不超過150℃。銅的電阻率小，要具有一定的電阻值，銅電阻絲必須較細(xì)且長，則熱電阻體積較大，機(jī)械強(qiáng)度低。

在-50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅電阻與溫度近似呈現(xiàn)性關(guān)系，可用下式表示，即

（4-22）

由于B、C比A小得多，所以可以簡化為

（4-23）上式中:Rt是溫度為t℃時(shí)銅電阻值；R0是溫度為0℃時(shí)銅電阻值；A是常數(shù)，A=4.28×10-3℃-1。銅電阻的R0分度表號(hào)Cu50為50Ω；Cu100為100Ω。銅的電阻率僅為鉑的幾分之一。因此，銅電阻所用阻絲細(xì)而且長，機(jī)械強(qiáng)度較差，熱慣性較大，在溫度高于100℃以上或侵蝕性介質(zhì)中使用時(shí)，易氧化，穩(wěn)定性較差。因此，只能用于低溫及無侵蝕性的介質(zhì)中。熱電阻新、舊分度號(hào)如表4-6所示。

表4-6熱電阻新、舊分度號(hào)

Ⅲ.其他熱電阻近年來，對(duì)低溫和超低溫測(cè)量方面，采用了新型熱電阻。銦電阻是用99.999％高純度的銦繞成電阻?？稍谑覝氐?2Ｋ溫度范圍內(nèi)使用，42～15Ｋ溫度范圍內(nèi)，靈敏度比鉑高10倍。缺點(diǎn)是材料軟，復(fù)制性差。

3）熱電阻傳感器的結(jié)構(gòu)熱電阻傳感器是由電阻體、絕緣管、保護(hù)套管、引線和接線盒等組成，如圖所示。

4.1.3非接觸式測(cè)溫

1.黑體輻射定律輻射測(cè)溫的理論基礎(chǔ)是黑體輻射定律，黑體是指能對(duì)落在它上面的輻射能量全部吸收的物體。自然界中任何物體只要其溫度在絕對(duì)零點(diǎn)以上，就會(huì)不斷地向周圍空間輻射能量。溫度愈高，輻射能量就愈多。黑體輻射滿足下述各定律。

1）普朗克定律

當(dāng)黑體的溫度為T(K)時(shí)，它的每單位面積向半球面方向發(fā)射的對(duì)應(yīng)于某個(gè)波長的單位波長間隔、單位時(shí)間內(nèi)的輻射能量與波長、溫度的函數(shù)關(guān)系為式中Eb(λ，T)為黑體在溫度T、波長λ、單位時(shí)間、單位波長間隔輻射的能量，W／(cm2·μm)；C1為普朗克第一輻射常數(shù)，

C1=3.7413×10-12W·μm/cm2；C2為普朗克第二輻射常數(shù)，

C2=1.4388cm·K；λ為輻射波長，μm；T為黑體表面的絕對(duì)溫度，K。

2）維恩位移定律黑體對(duì)應(yīng)最大輻射能量的波長隨溫度的升高，

而向短波方向移動(dòng)，

其關(guān)系為

式中:λm為對(duì)應(yīng)黑體輻射能量最大值的波長，μm；T為黑體表面的絕對(duì)溫度，K。

上式稱為維恩位移定律。可見，對(duì)于溫度較低的黑體，其輻射能量主要在長波段。當(dāng)它的溫度升高時(shí)，輻射能量增加。對(duì)應(yīng)最大輻射能量的波長向短波方向移動(dòng)。

3）斯忒藩—玻耳茲曼定律在一定的溫度下，

黑體在單位時(shí)間內(nèi)單位面積輻射的總能量為

式中，α為斯忒藩一玻耳茲曼常數(shù)，α=5.67×10-12W／(cm2·K4)。

上述各定律只適用于黑體。實(shí)際物體都是非黑體，它們的輻射能力均低于黑體。實(shí)際物體的輻射能量與黑體在相同溫度下的輻射能量之比稱為該物體的比輻射率或黑度，記為ε，則

2.輻射測(cè)溫方法

1）亮度測(cè)溫法亮度溫度的定義是：某一被測(cè)體在溫度為T、波長為λ時(shí)的光譜輻射能量，等于黑體在同一波長下的光譜輻射能量。此時(shí)，黑體的溫度稱為該物體在該波長下的亮度溫度(簡稱亮溫)。由普朗克定律可以得到式中:λe為有效波長；ελ為有效波長λe的比輻射率；T為被測(cè)體的真溫；TL為被測(cè)體的亮溫。

2）比色測(cè)溫法比色溫度的定義是：黑體在波長λ1和λ2下的光譜輻射能量之比等于被測(cè)體在這兩個(gè)波長下的光譜輻射能量之比，此時(shí)黑體的溫度稱為被測(cè)體的比色溫度(簡稱色溫)。由普朗克定律可求得被測(cè)體的溫度與其色溫的關(guān)系為

式中:Tc為被測(cè)體的色溫；T為被測(cè)體溫度；ε1、ε2分別為被測(cè)體對(duì)應(yīng)于波長λ1和λ2的比輻射率。當(dāng)比輻射率ε1、ε2為已知時(shí)，根據(jù)上式可由測(cè)得的色溫求出被測(cè)體的真溫。

3）全輻射測(cè)溫法全輻射測(cè)溫的理論依據(jù)是斯忒藩—玻耳茲曼定律。全輻射溫度的定義是：當(dāng)某一被測(cè)體的全波長范圍的輻射總能量與黑體的全波長范圍的輻射總能量相等時(shí)，黑體的溫度就稱為該被測(cè)體的全輻射溫度。此時(shí)有

當(dāng)被測(cè)體的全波比輻射率ε為已知時(shí)，

可由上式校正后，

求得真溫T。

由上述三種測(cè)溫原理可知，比色測(cè)溫與亮度測(cè)溫都具有較高的精度。比色測(cè)溫的抗干擾能力強(qiáng)，在一定程度上可以消除電源電壓的影響和背景雜散光的影響等。全輻射測(cè)溫容易受背景干擾。從三種輻射測(cè)溫原理可見，輻射法測(cè)溫并非直接測(cè)得物體的真溫，每種方法都需要由已知的比輻射率校正后求出真溫。這樣，由于比輻射率的測(cè)量誤差將會(huì)影響輻射測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，這是輻射測(cè)溫法的缺點(diǎn)。因此，盡管輻射測(cè)溫具有很多優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)溫精度還不夠高，這在一定程度上影響了它的使用。加之，輻射測(cè)溫儀器復(fù)雜，價(jià)格較貴，因此它的使用范圍遠(yuǎn)不及接觸式測(cè)溫儀表廣泛。

3.輻射測(cè)溫儀表

1）光學(xué)高溫計(jì)光學(xué)高溫計(jì)按其結(jié)構(gòu)可分為燈絲隱滅式和燈絲恒亮式兩類。燈絲隱滅式是光學(xué)高溫計(jì)中最完善的一類，這里只介紹燈絲隱滅式光學(xué)高溫計(jì)的工作原理。當(dāng)被測(cè)物體輻射的單色亮度與光學(xué)高溫計(jì)內(nèi)燈絲的單色亮度相等時(shí)，兩者的溫度便是一致的，而燈絲的溫度可由流過它的電流的大小來確定。測(cè)量時(shí)，將光學(xué)高溫計(jì)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體。調(diào)節(jié)燈絲電流、改變燈絲的亮度，使之與被測(cè)物體亮度相等。這時(shí)被測(cè)體輻射強(qiáng)度就等于標(biāo)準(zhǔn)燈泡燈絲的輻射強(qiáng)度，燈絲便消失在被測(cè)物的背景之中。燈絲的電流與它的溫度有著確定的關(guān)系，

因此可把電流值直接刻度成溫度值。

光電高溫計(jì)的工作原理如下圖所示。被測(cè)體的輻射光由物鏡、聚焦后經(jīng)光欄、調(diào)制遮光板的上方孔、濾光片，投射到光敏元件上。另一路光是由參比光源燈泡發(fā)出的一束光經(jīng)透鏡、調(diào)制遮光板的下方孔、濾光片后投射到光敏元件的同一位置。調(diào)制遮光板將來自被測(cè)體和參比光源的兩束光變成脈沖光束，并交替地投射到光敏元件上。如果兩束光存在亮度差，則差值將被放大推動(dòng)可逆電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑線電阻的觸點(diǎn)，調(diào)節(jié)燈泡的電源，直至兩束光的亮度平衡為止。

同時(shí)可逆電動(dòng)機(jī)也帶動(dòng)顯示記錄儀表記錄出相應(yīng)的溫度值。

光電高溫計(jì)原理圖

2）光電比色高溫計(jì)光電比色高溫計(jì)在光路結(jié)構(gòu)上與光電亮度高溫計(jì)有很多相似之處，但它是利用被測(cè)對(duì)象兩個(gè)不同波長的輻射能量之比與其溫度之間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)輻射測(cè)量的。比色高溫計(jì)有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：單通道式和雙通道式。下圖是雙通道式光電比色高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖。

雙通道式光電比色高溫計(jì)的結(jié)構(gòu)原理圖

3）全輻射溫度計(jì)全輻射溫度計(jì)的工作原理如下圖所示。與前面幾種輻射溫度計(jì)相比，它是把被測(cè)體的所有波長的能量全部接收下來，而不需要變?yōu)閱紊?。因此，全輻射式溫度?jì)要求光敏元件對(duì)整個(gè)光譜的光都能較好的響應(yīng)。一般選用熱電堆或熱釋電器件。熱釋電器件近年來應(yīng)用較多。它的響應(yīng)速度快，并且有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)光譜輻射的響應(yīng)幾乎與波長無關(guān)，直到遠(yuǎn)紅外波段靈敏度都相當(dāng)均勻。

全輻射溫度計(jì)的工作原理

4.1.4溫度檢測(cè)儀表的選用

溫度檢測(cè)儀表的選用應(yīng)根據(jù)工藝要求，正確選擇儀表的量程和精度。正常使用溫度范圍，一般為儀表量程的30％～90％。現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)量的儀表可按工藝要求選用。玻璃液體溫度計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測(cè)量準(zhǔn)確、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度差、容易損壞，通常用于指示精度較高，現(xiàn)場(chǎng)沒有震動(dòng)的場(chǎng)合，還可作溫度報(bào)警和位式控制。雙金屬溫度計(jì)具有體積小、使用方便、刻度清晰、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量誤差較大，適用于指示清晰，有震動(dòng)的場(chǎng)合，

也可作報(bào)警和位式控制。

壓力式溫度計(jì)有充氣式、充液體式和充蒸汽式三種?？梢詫?shí)現(xiàn)溫度指示、記錄、調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)傳和報(bào)警，刻度清晰，但毛細(xì)管的機(jī)械強(qiáng)度較差，測(cè)量誤差較大，一般用于就地集中測(cè)量或要求記錄的場(chǎng)合。熱敏電阻溫度計(jì)具有體積小、靈敏度高、慣性小、結(jié)實(shí)耐用等優(yōu)點(diǎn)，但是熱敏電阻的特性差異很大，可用于間斷測(cè)量固體表面溫度的場(chǎng)合。測(cè)量微小物體和運(yùn)動(dòng)物體的溫度或測(cè)量因高溫、振動(dòng)、沖擊等原因而不能安裝測(cè)溫元件的物體的溫度，應(yīng)采用光學(xué)高溫計(jì)、

輻射感溫器等輻射型溫度計(jì)。

輻射型溫度計(jì)測(cè)溫度必須考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，如受水蒸氣、煙霧、一氧化碳、二氧化碳等影響，應(yīng)采取相應(yīng)措施，克服干擾。光學(xué)高溫計(jì)具有測(cè)溫范圍廣、使用攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，但是只能目測(cè)，不能記錄或控制溫度。輻射感溫器具有性能穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，與顯示儀表配套使用能連續(xù)指示記錄和控制溫度，但測(cè)出的物體溫度和真實(shí)溫度相差較大，使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正。當(dāng)與瞄準(zhǔn)管配套測(cè)量時(shí)，可測(cè)得真實(shí)溫度。

4.2壓力測(cè)量

1.壓力的描述與單位

（1）絕對(duì)壓力。指作用于物體表面上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，又稱總壓力或全壓力，一般用大寫字母P表示。（2）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。（3）相對(duì)壓力。指絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，一般用P表示。當(dāng)絕對(duì)壓力大于大氣壓力時(shí)，稱為正壓力，簡稱壓力，又稱表壓力；當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，稱為負(fù)壓，負(fù)壓又可用真空度表示，負(fù)壓的絕對(duì)值稱為真空度。測(cè)壓儀表指示的壓力一般都是表壓力。（4）差壓:任意兩個(gè)壓力之差稱為差壓。壓力在國際單位制中的單位是牛頓／米2（N／m2），通常稱為帕斯卡或簡稱帕（Pa）。由于帕的單位很小，工業(yè)上一般采用千帕（kPa）或兆帕（MPa）作為壓力的單位。在工程上還有一些習(xí)慣使用的壓力單位，如我國在實(shí)行法定計(jì)量單位前使用的工程大氣壓（kgf／cm2），它是指每平方厘米的面積上垂直作用1千克力的壓力；標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（760mmHg）是指0℃時(shí)水銀密度為13.5951g／cm3，在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度9.80665m／s2下高760mm水銀柱對(duì)底面的壓力；毫米水柱（mmH2O）是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下高lmm的水柱對(duì)底面的壓力；毫米汞柱（mmHg）指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下高lmm的水銀柱對(duì)底面的壓力等。一些西方國家尚有使用bar（或mbar）和bf／in2等舊時(shí)壓力單位的，這些壓力單位的相互換算見表4-7。

表4-7壓力單位的相互換算

2.壓力儀表的分類

由于在各個(gè)領(lǐng)域中都廣泛地應(yīng)用著不同的壓力測(cè)量儀表，所以致使壓力表的種類繁多，對(duì)壓力表的分類也常采用不同的方法。如表4－8所示。為了測(cè)量方便，根據(jù)所測(cè)壓力高低不同，習(xí)慣上把壓力劃分成不同的區(qū)間。在各個(gè)區(qū)間內(nèi)，壓力的發(fā)生和測(cè)量都有很大差別，壓力范圍的劃分對(duì)儀表分類也很有影響。下面首先介紹常用的壓力范圍的劃分方法。

表4-8壓力儀表的分類

1）壓力范圍的劃分（1）微壓壓力在0～0.1MPa以內(nèi)；（2）低壓壓力在0.1～10MPa以內(nèi)；（3）高壓壓力在10～600MPa以內(nèi)；（4）超高壓壓力高于600MPa；

（5）真空（以絕對(duì)壓力表示）：①粗真空：1.3332×103～1.0133×105Pa；②低真空：0.13332～1.3332×103Pa；③高真空：1.3332×10-6～0.13332Pa；④超高真空：1.3332×10-10～1.3332×10-6Pa；⑤極高真空：<1.3332×10-10Pa。

2）壓力儀表的分類（1）按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同分類。①液柱式壓力計(jì)。根據(jù)液體靜力學(xué)原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為液柱的高度來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。如U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等；②彈性式壓力計(jì)。根據(jù)彈性元件受力變形的原理，把被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為位移來實(shí)現(xiàn)測(cè)量。如彈簧管壓力計(jì)、膜片壓力計(jì)和波紋管壓力計(jì)等；③負(fù)荷式壓力計(jì)?；陟o力平衡原理測(cè)量。如活塞式壓力計(jì)、浮球式壓力計(jì)等；

④電測(cè)式壓力儀表。利用敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為各種電量，根據(jù)電量的大小間接進(jìn)行檢測(cè)。電阻、電感、感應(yīng)式壓力計(jì)是把彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻、電感或者感應(yīng)電勢(shì)的變化，再通過對(duì)電阻、電感或電勢(shì)的測(cè)量來測(cè)量壓力；霍爾式壓力計(jì)是彈性元件的變形經(jīng)霍爾元件的變換，變成霍爾電勢(shì)輸出，再根據(jù)電勢(shì)大小測(cè)量壓力；應(yīng)變式壓力計(jì)是應(yīng)用應(yīng)變片（絲）直接測(cè)量彈性元件的應(yīng)變來測(cè)量壓力；電容式壓力計(jì)是把彈性膜片作為測(cè)量電容的一個(gè)極，當(dāng)壓力變化時(shí)使極向電容發(fā)生變化，根據(jù)電容變化測(cè)量壓力；振弦式壓力計(jì)是用測(cè)量彈性元件位移的方法通過測(cè)量一端固定在膜片（彈性元件）中心的鋼弦頻率，從而測(cè)量出壓力；壓電式壓力計(jì)是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)測(cè)量壓力。

4.2.2液柱式壓力計(jì)

1.Ｕ形管壓力計(jì)

U形管壓力計(jì)可以測(cè)量表壓、真空以及壓力差，其測(cè)量上限可達(dá)1500mm液柱高度。U形管壓力計(jì)的示意圖如圖所示，它由U形玻璃管、刻度盤和固定板三部分組成。根據(jù)液體靜力平衡原理可知，在U形管的右端接入待測(cè)壓力，作用在其液面上的力為左邊一段高度為ｈ的液柱，和大氣壓力P0作用在液面上的力所平衡，即P絕Ａ＝（hρg＋P0）Ａ

如將上式左右部分的Ａ消去，得

或

P表＝hρg式中：Ａ為U形管截面積；ρ為U形管內(nèi)所充入的工作液體密度；P絕、P0分別為絕對(duì)壓力和大氣壓力；P表為被測(cè)壓力的表壓力，P表=P絕-P0；h為左右兩邊液面高度差。U形管壓力計(jì)

2.單管壓力計(jì)

U形管壓力計(jì)在讀數(shù)時(shí)，需讀取兩邊液位高度，將其相減，使用起來比較麻煩。為了能夠直接從一邊讀出壓力值，人們將U形壓力計(jì)改成單管壓力計(jì)形式，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。即把U形管壓力計(jì)的一個(gè)管改換成杯形容器，就成為單管壓力計(jì)。杯內(nèi)充有水銀或水，當(dāng)杯內(nèi)通入待測(cè)壓力時(shí)，杯內(nèi)液柱下降的體積與玻璃管內(nèi)液柱上升的體積是相等的。這樣，就可以用杯形容器液面作為零點(diǎn)，液柱差可直接從玻璃管刻度上讀出。

單管壓力計(jì)

由于左邊杯的內(nèi)徑Ｄ遠(yuǎn)大于右邊管子的內(nèi)徑ｄ，當(dāng)壓力P絕加于杯上，杯內(nèi)液面由0—0截面下降到2—2截面處，其高度為h2，玻璃管內(nèi)液柱由0—0截面上升到1—1截面處，其高度為h1，而杯內(nèi)減少的工作液的體積等于玻璃管內(nèi)增加的工作液的體積，即

或

因?yàn)?/p>

故

由于D>>d,所以

項(xiàng)可以忽略

被測(cè)壓力P表可寫成

P表＝ρgh1

單管壓力計(jì)的“零”位刻度在刻度標(biāo)尺的下端，也可以在上端。液柱高度只需一次讀數(shù)。使用前需調(diào)好零點(diǎn)，使用時(shí)要檢查是否垂直安裝。單管壓力計(jì)的玻璃管直徑，一般選用3～5mm。

3.斜管壓力計(jì)一般當(dāng)測(cè)量的壓力較低，并要求有較高的測(cè)量精確度時(shí)，不應(yīng)采用Ｕ形或單管壓力計(jì)。這時(shí)，通常改用斜管壓力計(jì)。

斜管壓力計(jì)就是將單管壓力計(jì)的玻璃管傾斜放置，如下圖所示。由于h1讀數(shù)標(biāo)尺連同單管一起被傾斜放置，使刻度標(biāo)尺的分度間距離得以放大，這樣就可以測(cè)量到1/10mm水柱的微壓，所以有時(shí)又把斜管壓力計(jì)叫做微壓力計(jì)。

傾斜管壓力計(jì)

斜管壓力計(jì)有傾斜角固定的和變動(dòng)的兩種。使用時(shí)注入容器內(nèi)的液體密度一定要和刻度時(shí)所用的液體密度一致，否則要加以校正。為了使用方便，通常把標(biāo)尺直接制成毫米水柱的刻度。傾斜管壓力計(jì)的“零”位刻度在刻度標(biāo)尺的下端。傾斜管角度是可以根據(jù)生產(chǎn)需要改變的，固定的斜管壓力計(jì)的液面變化范圍比單管壓力計(jì)放大 倍。使用前需放置水平調(diào)好零位。更換工作液時(shí)，其密度與原刻度標(biāo)尺時(shí)的密度要一致。

若將被測(cè)壓力P通入容器，則玻璃管中液面的位置將移動(dòng)為l。如忽視容器中波面的降低，則測(cè)得的壓力可用下式表示式中：l為液體自標(biāo)尺零位向上移動(dòng)的毫米數(shù)；α為玻璃管的傾斜角；ρ為液體密度。可見，斜管壓力計(jì)所測(cè)量的壓力等于傾斜管中液面移動(dòng)的距離，與該液體密度和玻璃管傾斜角α的正弦之乘積。YYT-200型單管傾斜壓差計(jì)補(bǔ)償式微壓計(jì)補(bǔ)償式微壓計(jì)可以用來測(cè)量微小的相對(duì)壓力，其最小分度值為0.01mmH2O，測(cè)量范因?yàn)?~150mmH2O。(1)微調(diào)部分。微調(diào)盤6上刻有200等分刻度，并固定在長螺桿4上，長螺桿帶動(dòng)水匣2作上升或下降運(yùn)動(dòng)，在水匣嘴上裝有示度塊(圖中未畫出)，由示度塊在度板5及字板7中間移動(dòng)來指示出水匣的位移高度。(2)水準(zhǔn)觀測(cè)部分。在觀測(cè)筒12內(nèi)裝有水準(zhǔn)頭11，用它來觀測(cè)由于引入壓力后觀測(cè)筒內(nèi)液面的變化。

(3)反光鏡部分。反光鏡14固定在鏡殼上，用它來反射觀測(cè)筒內(nèi)的水準(zhǔn)頭與液面的接觸情況，以水準(zhǔn)頭的尖棱與其倒影相接觸作為微壓計(jì)讀數(shù)的調(diào)整“基點(diǎn)”。

(4)外殼部分。殼體及橫擔(dān)用來支持長螺桿，在殼體上還裝有水準(zhǔn)管1及調(diào)整螺釘13以便將儀器調(diào)平。工作原理4.2.3彈性式壓力計(jì)

彈性式壓力表是以彈性元件受壓產(chǎn)生彈性變形作為測(cè)量基礎(chǔ)的，它結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用方便、測(cè)量范圍寬、易于維修，在工程中得到應(yīng)用的廣泛。

1.彈性元件

不同材料、不同形狀的彈性元件適配于不同場(chǎng)合、不同范圍的壓力測(cè)量。常用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等，下圖為一些彈性元件的示意圖。

彈簧管與波紋管

1）彈簧管它是一端封閉并且彎成圓弧形的管子，管子的截面為扁圓形或橢圓形。當(dāng)被測(cè)壓力從固定端輸入后，它的自由端會(huì)產(chǎn)生彈性位移，通過位移大小進(jìn)行測(cè)壓。彈簧管式壓力計(jì)測(cè)量范圍最高可達(dá)109Pa，在工業(yè)上應(yīng)用普遍。這一類壓力計(jì)的彈簧管又有單圈管和多圈管之分，多圈彈簧管自由端的位移量較大，測(cè)量靈敏度也較單圈彈簧管高。

2）波紋管這是一種表面上有多個(gè)同心環(huán)形狀波紋的薄壁筒體，用金屬薄管制成。當(dāng)輸入壓力時(shí)，其自由端產(chǎn)生伸縮變形，籍此測(cè)取壓力大小。波紋管對(duì)壓力靈敏度較高，可以用來測(cè)量較低的壓力或壓差。

3）波紋膜片和膜盒波紋膜片由金屬薄片或橡皮膜做成，在外力作用下膜片中心產(chǎn)生一定的位移，反映外力的大小。薄膜式壓力計(jì)中膜片又分為平膜片、波紋膜片和撓性膜片。其中，平膜片可以承受較大被測(cè)壓力，平膜片變形量較小，靈敏度不高，一般在測(cè)量較大的壓力而且要求變形不很大的場(chǎng)合使用。波紋膜片測(cè)壓靈敏度較高，常用在小量程的壓力測(cè)量中。平膜片在壓力或力作用下位移量小，因而常把平膜片加工制成具有環(huán)狀同心波紋的圓形薄膜，這就是波紋膜片。其波紋形狀有正弦形、梯形和鋸齒形，如下圖所示。膜片的厚度在0.05～0.3mm之間，波紋的高度在0.7～1mm之間。波紋膜片中心部分留有一個(gè)平面，可焊上一塊金屬片，便于同其他部件連接。當(dāng)膜片兩面受到不同的壓力作用時(shí)，膜片將彎向壓力低的一面，其中心部分產(chǎn)生位移。

波紋膜片

4）薄壁圓筒薄壁圓筒彈性敏感元件的結(jié)構(gòu)如圖所示。圓筒的壁厚一般小于圓筒直徑的1/20，當(dāng)筒內(nèi)腔受流體壓力時(shí)，筒壁均勻受力，并均勻地向外擴(kuò)張，所以在筒壁的軸線方向產(chǎn)生拉伸力和應(yīng)變。薄壁圓筒彈性敏感元件的靈敏度取絕于圓筒的半徑和壁厚，與圓筒長度無關(guān)。

薄壁圓筒

2.彈簧管壓力表彈簧管壓力表的應(yīng)用歷史悠久，其敏感元件是彈簧管，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，其中一端封閉為自由端、另一端開口為輸入被測(cè)壓力的固定端，如下圖所示。當(dāng)開口端通入被測(cè)壓力P后，非圓橫截面在壓力作用下將趨向圓形，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產(chǎn)生位移，同時(shí)改變中心角。中心角的相對(duì)變化量與被測(cè)壓力有如下的函數(shù)關(guān)系：

單圈彈簧管結(jié)構(gòu)

彈簧管壓力計(jì)

彈簧管壓力計(jì)測(cè)量范圍寬，包括負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓的測(cè)量。彈簧管的材料因被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、被測(cè)壓力的大小而不同。一般在p＜20MPa時(shí)采用磷銅；p＞20MPa時(shí)，則采用不銹鋼或合金鋼。使用壓力表時(shí)，必須注意被測(cè)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。例如，測(cè)量氨氣壓力時(shí)必須采用不銹鋼彈簧管，而不能采用銅質(zhì)材料；測(cè)量氧氣壓力時(shí)，嚴(yán)禁沾有油脂，以免著火甚至爆炸。彈性式壓力表價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)實(shí)牢固，因此得到廣泛應(yīng)用。其測(cè)量范圍從微壓或負(fù)壓到高壓，精確度等級(jí)一般為1～2.5級(jí)，精密型壓力表可達(dá)0.1級(jí)。它可直接安裝在各種設(shè)備上或用于露天作業(yè)場(chǎng)合，制成特殊形式的壓力表還能在惡劣的環(huán)境（如高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊、腐蝕、黏稠、易堵和易爆）條件下工作。但因其頻率響應(yīng)低，所以不宜用于測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力。4.2.4負(fù)荷式壓力計(jì)

1.活塞式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)也稱為壓力天平，主要用于計(jì)量室、實(shí)驗(yàn)室以及生產(chǎn)或科學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為壓力基準(zhǔn)器使用，也有將活塞式壓力計(jì)直接應(yīng)用于高可靠性監(jiān)測(cè)的環(huán)節(jié)，對(duì)其他壓力儀表進(jìn)行校驗(yàn)?；钊綁毫τ?jì)是基于帕斯卡定律及流體靜力學(xué)平衡原理產(chǎn)生的一種高準(zhǔn)確度、高復(fù)現(xiàn)性和高可信度的標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)量儀器?；钊綁毫τ?jì)是通過將專用砝碼加載在已知有效面積的活塞上所產(chǎn)生的壓強(qiáng)來表達(dá)精確壓力量值的，由于活塞式壓力計(jì)較其他壓力量儀其測(cè)量結(jié)果極具真值可信、性能更顯穩(wěn)定，因此，活塞式壓力計(jì)在其領(lǐng)域內(nèi)有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。國際上常將活塞式壓力計(jì)作為國家基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)或壓力計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器。

0.05級(jí)的活塞式壓力計(jì)是用來檢定0.25級(jí)和0.4級(jí)精密壓力表的基準(zhǔn)儀器。此種儀器是按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的，其測(cè)量范圍有0.04～0.6MPa，0.1～6MPa，0.5～25MPa，1～60MPa，5～250MPa。另外，-0.1～0.25MPa的活塞式壓力真空計(jì)是按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)的。

活塞式壓力計(jì)如圖4-28所示。由圖4-28（a）的原理圖可知，儀表的測(cè)量變換部分包括：活塞、活塞筒和砝碼。

活塞式壓力計(jì)（a）原理圖;（b）實(shí)物圖

活塞一般由鋼制成，在它上邊有承受重物的圓盤，而在活塞下邊為了防止活塞從活塞筒中滑出，裝了一個(gè)比活塞直徑稍大的限程螺帽?；钊驳膬?nèi)徑是經(jīng)過仔細(xì)研磨的，它的下部與底座相連，而上部裝有漏油斗，用它可以把系統(tǒng)中漏出的油積聚起來?；钊蚕逻叺目椎朗桥c螺旋壓力計(jì)的內(nèi)腔相連的，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋壓力機(jī)手輪，可以壓縮內(nèi)腔中的工作液體，以產(chǎn)生所需的壓力。與活塞系統(tǒng)相連的還有管接頭，通過它可以把被校壓力表接在系統(tǒng)中。往系統(tǒng)中注油或放油通過針閥和放油閥來實(shí)現(xiàn)。工作時(shí)，把工作液(變壓器油或蓖麻油等)注入系統(tǒng)中，再在活塞承重盤上部加上必要的砝碼，旋轉(zhuǎn)手輪，使系統(tǒng)壓力提高，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí)，由于系統(tǒng)內(nèi)壓力的作用，使活塞浮起。

在活塞壓力計(jì)工作中，應(yīng)使活塞及重物旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的目的是使活塞與活塞筒之間不會(huì)有機(jī)械接觸，產(chǎn)生摩擦。這樣也便于發(fā)現(xiàn)活塞工作中的一些不正常現(xiàn)象，如點(diǎn)接觸、偏心、阻力過大等等?；钊D(zhuǎn)以后，如果能很平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，并且保持足夠的旋轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間，說明儀表在最佳狀態(tài)下工作。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡時(shí)，即系統(tǒng)內(nèi)的壓力作用在活塞上的力與重物及活塞本身的質(zhì)量相平衡，系統(tǒng)內(nèi)部的壓力為

式中:G為重物(砝碼)加活塞及上部圓盤的總質(zhì)量；S0為活塞的有效面積。

2.浮球式壓力計(jì)浮球式壓力計(jì)是以壓縮空氣或氮?dú)庾鳛閴毫υ矗跃芨∏蛱幱诠ぷ鳡顟B(tài)時(shí)的球體下部的壓力作用面積為浮球有效面積的一種氣動(dòng)負(fù)荷式壓力計(jì)。如圖4－29(a)所示，精密浮球置于筒形的噴嘴內(nèi)部，專用砝碼通過砝碼架作用在球體的頂端，噴嘴內(nèi)的氣壓作用在球體下部，使浮球在噴嘴內(nèi)飄浮起來。當(dāng)已知質(zhì)量的專用砝碼所產(chǎn)生的重力與氣壓的作用力相平衡時(shí)，浮球式壓力計(jì)便輸出一個(gè)穩(wěn)定而精確的壓力值。

浮球式壓力計(jì)原理圖（a）原理圖;（b）實(shí)物圖

在浮球式壓力計(jì)的砝碼架上增、減砝碼時(shí)，會(huì)改變測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，致使浮球下降或上升，排入大氣的氣體流量隨即發(fā)生改變，浮球下部的壓力則發(fā)生變化，流量調(diào)節(jié)器會(huì)及時(shí)準(zhǔn)確地改變氣體的流入量，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，保持浮球的有效面積恒定，保持輸出壓力與砝碼負(fù)荷之間的比例關(guān)系。確保了浮球式壓力計(jì)的高準(zhǔn)確度。浮球式壓力計(jì)原理圖如圖4-29（a）所示，壓縮空氣或氮?dú)馔ㄟ^流量調(diào)節(jié)器進(jìn)入球體的下部，并通過球體和噴嘴之間的縫隙排入大氣，在球體下部形成的壓力將球體連同砝碼向上托起。當(dāng)排氣體流量等于來自調(diào)節(jié)器的流量時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。這時(shí)，球體將浮起一定高度，球體下部的壓力作用面積(即浮球的有效面積)也就一定。由于球體下部的壓力通過壓力穩(wěn)定器后作為輸出壓力，因此輸出壓力將與砝碼負(fù)荷成比例。

在砝碼架上增、減砝碼時(shí)，將破壞上述的平衡狀態(tài)，使浮球下降或上升。從而也改變了排入大氣的氣體流量，使浮球下部的壓力發(fā)生變化。調(diào)節(jié)器測(cè)出壓力變化后，立即改變氣體的流入量，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)，以保持浮球的有效面積不變。因而，保持了輸出壓力與砝碼負(fù)荷之間的固定比例關(guān)系，使浮球式壓力計(jì)達(dá)到很高的精確度。與傳統(tǒng)的活塞式壓力計(jì)相比，浮球式壓力計(jì)具有下列特點(diǎn)：

(1）浮球式壓力計(jì)內(nèi)置自動(dòng)流量調(diào)節(jié)器，增減砝碼后無需再作任何操作，即可得到精確的輸出壓力；

(2）工作時(shí)浮球不下降，可連續(xù)、穩(wěn)定地輸出精確的壓力信號(hào)；

(3）浮球式壓力計(jì)具有流量自行調(diào)節(jié)功能，其精確度與操作者的技術(shù)水平無關(guān)；

(4）儀器工作時(shí)氣流使浮球懸浮于噴嘴內(nèi)，球體與噴嘴之間處于非接觸狀態(tài)。其摩擦小、重復(fù)性好、分辨能力高，且免除了旋轉(zhuǎn)砝碼的必要，這是浮球式壓力計(jì)所獨(dú)具的特性；

(5）工作進(jìn)程中，氣流能不斷地對(duì)浮球體進(jìn)行自清洗，確保了儀器的高可靠性。4.2.5電測(cè)式壓力儀表

1.應(yīng)變式壓力傳感器金屬應(yīng)變片式傳感器的核心元件是金屬應(yīng)變片，它可將試件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化。應(yīng)用時(shí)將應(yīng)變片用粘結(jié)劑牢固地粘貼在被測(cè)試件表面上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨同變形，引起應(yīng)變片電阻值變化，通過測(cè)量電路將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)輸出。應(yīng)變式傳感器已成為目前非電量電測(cè)技術(shù)中非常重要的檢測(cè)部件，廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。

1）金屬應(yīng)變片式傳感器的特點(diǎn)（1）精度高，測(cè)量范圍廣。對(duì)測(cè)力傳感器而言，量程從零點(diǎn)幾牛至幾百千牛，精度可達(dá)0.05%FS（FS表示滿量程）；對(duì)測(cè)壓傳感器，量程從幾十帕至1011Pa，精度為0.1%FS。應(yīng)變測(cè)量范圍一般可由數(shù)微應(yīng)變（με）至數(shù)千微應(yīng)變（1με相當(dāng)于長度為1m的試件，其變形為1μm時(shí)的相對(duì)變形量。

（2）頻率響應(yīng)特性較好。一般電阻應(yīng)變式傳感器的響應(yīng)時(shí)間為10-7s，半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器可達(dá)10-11s，若能在彈性元件設(shè)計(jì)上采取措施，則應(yīng)變式傳感器可測(cè)幾十甚至上百上千赫的動(dòng)態(tài)過程。（3）結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。因此，應(yīng)變片粘貼在被測(cè)試件上對(duì)其工作狀態(tài)和應(yīng)力分布的影響很小，同時(shí)使用維修方便。（4）可在高（低）溫、高速、高壓、強(qiáng)烈振動(dòng)、強(qiáng)磁場(chǎng)及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣條件下正常工作。（5）易實(shí)現(xiàn)小型化、固態(tài)化。隨著大規(guī)模集成電路工藝的發(fā)展，目前已有將測(cè)量電路，甚至A/D轉(zhuǎn)換器，與傳感器組成一個(gè)整體。傳感器輸出可直接接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。（6）價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇。但是應(yīng)變式傳感器也存在一定的缺點(diǎn)：在大應(yīng)變狀態(tài)中具有較明顯的非線性，半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器的非線性更為嚴(yán)重；應(yīng)變式傳感器輸出信號(hào)微弱，故它的抗干擾能力較差，因此，信號(hào)線需要采取屏蔽措施；應(yīng)變式傳感器測(cè)出的只是一點(diǎn)或應(yīng)變柵范圍內(nèi)的平均應(yīng)變，不能顯示應(yīng)力場(chǎng)中應(yīng)力梯度的變化等。

2）膜式應(yīng)變傳感器下圖是一種最簡單的平膜壓力傳感器。由膜片直接感受被測(cè)壓力而產(chǎn)生的變形，應(yīng)變片貼在膜片的內(nèi)表面，在膜片產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，使應(yīng)變片有一定的電阻變化輸出。

對(duì)于邊緣固定的圓形膜片，在受到均勻分布的壓力p后，膜片中一方面要產(chǎn)生徑向應(yīng)力，同時(shí)還有切向應(yīng)力，由此引起的徑向應(yīng)變?chǔ)舝和切向應(yīng)變?chǔ)纽臃謩e為式中:R、h為平膜片工作部分半徑和厚度；E、μ為膜片的彈性模量和材料泊松比；x為任意點(diǎn)離圓心的徑向距離。平膜式壓力傳感器應(yīng)變分布曲線

在膜片中心處，即x=0,εr和ετ均達(dá)到正的最大值，即而在膜的邊緣，即x=R處，ετ=0，而εr達(dá)到負(fù)的最小值

在

，εr=0為充分利用膜片的工作壓限，可以把兩片應(yīng)變片中的一片貼在正應(yīng)變最大區(qū)（即膜片中心附近），另一片貼在負(fù)應(yīng)變最大區(qū)（靠近邊緣附近），這時(shí)可得到最大差動(dòng)靈敏度，并且具有溫度補(bǔ)償特性。下圖（a）中的R1,R2所在位置以及將兩片應(yīng)變片接成相鄰橋臂的半橋電路就是按上述特性設(shè)計(jì)的。

下圖所示是專用圓形的箔式應(yīng)變片，在膜片

范圍內(nèi)兩個(gè)承受切力處均加粗以減小變形的影響,引線位置在處。這種圓形箔式應(yīng)變片能最大限度地利用膜片的應(yīng)變形態(tài)，使傳感器得到很大的輸出信號(hào)。平膜式壓力傳感器最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，但它不適于測(cè)量高溫介質(zhì)，輸出線性差。

專用圓形的箔式應(yīng)變片（a）箔式應(yīng)變片半橋電路;（b）箔式應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖

3）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)應(yīng)變片在使用時(shí)通常是用黏合劑粘貼在彈性體上的，粘貼技術(shù)對(duì)傳感器的質(zhì)量起著重要的作用。應(yīng)變片的黏合劑必須適合應(yīng)變片基底材料和被測(cè)材料，另外還要根據(jù)應(yīng)變片的工作條件、工作溫度和濕度、有無腐蝕、加溫加壓固化的可能性、粘貼時(shí)間長短等因素來進(jìn)行選擇。常用的黏合劑有硝化纖維素粘合劑、酚醛樹脂膠、環(huán)氧樹脂膠、502膠水等。應(yīng)變片在粘貼時(shí)，必須遵循正確的粘貼工藝，保證粘貼質(zhì)量，這些都與最終的測(cè)量精度有關(guān)。應(yīng)變片的粘貼步驟如下。

Ⅰ.應(yīng)變片的檢查與選擇首先應(yīng)對(duì)采用的應(yīng)變片進(jìn)行外觀檢查，觀察應(yīng)變片的敏感柵是否整齊、均勻，是否有銹斑以及斷路、短路或折彎等現(xiàn)象。其次要對(duì)選用的應(yīng)變片的阻值進(jìn)行測(cè)量，確定是否選用了正確阻值的應(yīng)變片。

Ⅱ.試件的表面處理

為了獲得良好的粘合強(qiáng)度，必須對(duì)試件表面進(jìn)行處理，清除試件表面雜質(zhì)、油污及疏松層等。一般的處理方法可采用砂紙打磨，較好的處理方法是采用無油噴砂法，這樣不但能得到比拋光更大的表面積，而且可以獲得質(zhì)量均勻的效果。為了表面的清潔，可用化學(xué)清洗劑如四氯化碳、甲苯等進(jìn)行反復(fù)清洗，也可采用超聲波清洗。為了避免氧化，應(yīng)變片的粘貼應(yīng)盡快進(jìn)行。如果不立刻貼片，可涂上一層凡士林暫做保護(hù)層。

Ⅲ.底層處理為了保證應(yīng)變片能牢固粘貼在試件上，并具有足夠的絕緣電阻，改善膠接性能，可在粘貼位置涂上一層底膠。

Ⅳ.貼片將應(yīng)變片底面用清潔劑清洗干凈，然后在試件表面和應(yīng)變片底面各涂上一層薄而均勻的黏合劑，待稍干后，將應(yīng)變片對(duì)準(zhǔn)劃線位置迅速貼上，然后蓋一層玻璃紙，用手指或膠輥加壓，擠出氣泡及多余的膠水，保證膠層盡可能薄而均勻。

Ⅴ.固化黏合劑的固化是否完全，直接影響到膠的物理機(jī)械性能。關(guān)鍵是要掌握好溫度、時(shí)間和循環(huán)周期。無論是自然干燥還是加熱固化都要嚴(yán)格按照工藝規(guī)范進(jìn)行。為了防止強(qiáng)度降低、絕緣破壞以及電化腐蝕，在固化后的應(yīng)變片上應(yīng)涂上防潮保護(hù)層，防潮層一般可采用稀釋的黏合劑。

Ⅵ.粘貼質(zhì)量檢查首先從外觀上檢查粘貼位置是否正確，黏合層是否有氣泡、漏粘、破損等，然后測(cè)量應(yīng)變片敏感柵是否有斷路或短路現(xiàn)象，以及測(cè)量敏感柵的絕緣電阻。

Ⅶ.引線焊接與組橋連線檢查合格后即可焊接引出導(dǎo)線，引線應(yīng)適當(dāng)加以固定。應(yīng)變片之間通過粗細(xì)合適的漆包線連接組成橋路，連接長度應(yīng)盡量一致，且不宜過長。

2.壓電式壓力計(jì)壓電式壓力計(jì)靈敏度高、線性范圍大、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長，應(yīng)用非常廣泛。尤其是它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻帶寬、動(dòng)態(tài)誤差小的特點(diǎn)，使它在動(dòng)態(tài)力（如振動(dòng)壓力、沖擊力、振動(dòng)加速度）的測(cè)量中占據(jù)了主導(dǎo)地位。它可用來測(cè)量壓力范圍為104～108Pa、頻率為幾赫至幾十千赫（甚至上百千赫）的動(dòng)態(tài)壓力。但不能應(yīng)用于靜態(tài)壓力的測(cè)量。

壓電式壓力計(jì)內(nèi)含有彈性敏感元件和壓電轉(zhuǎn)換元件，彈性敏感元件接受壓力并傳遞給壓電元件。壓電元件通常采用石英晶體。壓電式壓力計(jì)的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它主要由石英晶片、膜片、薄壁管、外殼等組成。石英晶片由多片疊堆放在薄壁管內(nèi)，并由拉緊的薄壁管對(duì)石英晶片施加預(yù)載力。感受外部壓力的是位于外殼和薄壁管之間的膜片，它由撓性很好的材料制成。

壓電式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)

1）壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器由本體（用途不同結(jié)構(gòu)不同）、彈性敏感元件（平膜片）和壓電轉(zhuǎn)換元件組成。實(shí)際中由傳力塊將加于膜片上的壓力加于壓電轉(zhuǎn)換元件（兩片石英并聯(lián)）組成，如圖所示。膜片受到壓力P1作用時(shí)，兩片石英輸出總電荷量為Q＝2d11AP，通過電荷放大器電路讀出產(chǎn)生電荷值，即可測(cè)量壓力。膜片式壓電壓力計(jì)

2）壓電式加速度傳感器圖示為一壓電式加速度測(cè)量裝置。圖中壓電片上放置一質(zhì)量塊，利用彈簧對(duì)壓電元件及質(zhì)量塊施加預(yù)緊力，并一起裝于基座上，用殼子封裝。測(cè)量時(shí)質(zhì)量塊應(yīng)與基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度a相反的慣性力作用。石英受到的力Ｔ＝ma（m為壓電元件上的有效質(zhì)量）作用時(shí)，產(chǎn)生與力正比的電荷Q，測(cè)量時(shí)再將Q經(jīng)電荷放大電路放大后輸出，按照Ｑ＝dijF＝dijma式計(jì)算出加速度值。

壓電式加速度測(cè)量裝置

3.電容式差壓計(jì)

電容式差壓計(jì)的核心部分如下圖所示。將左右對(duì)稱的不銹鋼基座的外側(cè)加工成環(huán)狀波紋溝槽，并焊上波紋隔離膜片?；鶅?nèi)側(cè)有玻璃層，基座和玻璃層中央都有孔。玻璃層內(nèi)表面磨成凹球面，球面除邊緣部分外鍍以金屬膜，此金屬膜層為電容的定極板并有導(dǎo)線通往外部。左右對(duì)稱的上述結(jié)構(gòu)中央夾入并焊接彈性平膜片，即測(cè)量膜片，為電容的中央動(dòng)極板。測(cè)量膜片左右空間被分隔成兩個(gè)室，故有兩室結(jié)構(gòu)之稱。

兩室結(jié)構(gòu)的電容差壓計(jì)

在測(cè)量膜片左右兩室中充滿硅油，當(dāng)左右隔離膜片分別承受高壓PH和低壓P。時(shí)，硅油的不可壓縮性和流動(dòng)性便能將差壓△P=PH-PL傳遞到測(cè)量膜片的左右面上。因?yàn)闇y(cè)量膜片在焊接前加有預(yù)張力，所以當(dāng)△P=0時(shí)處于中間平衡位置并十分平整，此時(shí)定極板左右兩電容的電容值完全相等，即CH=CL,電容量的差值等于0。當(dāng)有差壓作用時(shí)，測(cè)量膜片發(fā)生變形，也就是動(dòng)極板向低壓側(cè)定極板靠近，同時(shí)遠(yuǎn)離高壓側(cè)定極板，使得電容CL>CH。這就是差動(dòng)電容傳感器對(duì)壓力或差壓的測(cè)量工作過程。此種電容差壓傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高、線性好，并減少了由于介電常數(shù)。受溫度影響引起的不穩(wěn)定性。該傳感器能實(shí)現(xiàn)高可靠性的簡單盒式結(jié)構(gòu)，測(cè)量范圍為（-1～5）×107Pa,可在-40℃～100℃的環(huán)境溫度下工作。

4.電感式壓力計(jì)在電感式壓力計(jì)中，大都采用變隙式電感作為檢測(cè)元件，它和彈性元件組合在一起構(gòu)成電感式壓力計(jì)。下圖為這種壓力計(jì)的工作原理圖。檢測(cè)元件由線圈、鐵芯、銜鐵組成，銜鐵安裝在彈性元件上。在銜鐵和鐵芯之間存在著氣隙δ，它的大小隨著外力F的變化而變化。其線圈的電感L可按下式計(jì)算變隙式電感壓力計(jì)工作原理圖

式中N為線圈匝數(shù)；Ｒｍ為磁路總磁阻（I/H），表示物質(zhì)對(duì)磁通量所呈現(xiàn)的阻力。磁通量的大小不但和磁勢(shì)有關(guān)，而且也和磁阻的大小有關(guān)；當(dāng)磁勢(shì)一定時(shí)，磁路上的磁阻越大，則磁通量越小。磁路上氣隙的磁阻比導(dǎo)體的磁阻大得多。假設(shè)氣隙是均勻的，且導(dǎo)磁截面與鐵芯的截面相同，在不考慮磁路中的鐵損時(shí)，磁阻可表示為式中L為磁路長度（m）；μ為導(dǎo)磁體的導(dǎo)磁率（H/m）；Ａ為導(dǎo)磁體的截面積（m2）；δ為氣隙量（m）；μ0為空氣的導(dǎo)磁率（4π×10-7H/m）。

由于μ０<<μ，上式中的第一項(xiàng)可以忽略，代入前式可得到如果給傳感器線圈通以交流電源，流過線圈電流Ｉ與氣隙之間有如下關(guān)系:式中:Ｕ為交流電壓（V）；ω為交流電源角頻率（rad/s）。

5.霍爾式壓力計(jì)

圖示（a）為HWY-1型霍爾式微壓計(jì)，當(dāng)被測(cè)壓力P送到膜盒中使膜盒變形時(shí)，膜盒中心處的硬芯及與之相連的推桿產(chǎn)生位移，從而使杠桿繞其支點(diǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿的一端裝上霍爾元件?；魻栐趦蓚€(gè)磁鐵形成的梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與其位移成正比，若膜盒中心的位移與被測(cè)壓力P成線性關(guān)系，則霍爾電勢(shì)的大小即反映壓力的大小。圖示（b）為HYD霍爾式壓力計(jì)，彈簧管在壓力作用下，自由端的位移使霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)，從而產(chǎn)生與壓力成正比的霍爾電勢(shì)?；魻柺轿汉蛪毫τ?jì)結(jié)構(gòu)原理圖

4.2.6壓力儀表的選用

1．壓力儀表種類和型號(hào)的選擇

1)從被測(cè)介質(zhì)壓力大小來考慮如測(cè)量微壓(幾百至幾千帕)，宜采用液柱式壓力管表或膜盒壓力計(jì)；如被測(cè)介質(zhì)壓力不大，在15kPa以下，且不要求迅速讀數(shù)的，可選U形管壓力計(jì)或單管壓力計(jì)；如要求迅速讀數(shù)，可選用膜盒壓力表；如測(cè)高壓(>50kPa)，應(yīng)選用彈簧管壓力表。

2)從被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)來考慮對(duì)稀硝酸、酸、氨及其他腐蝕性介質(zhì)應(yīng)選用防腐壓力表，如以不銹鋼為膜片的膜片壓力表；對(duì)易結(jié)晶、粘度大的介質(zhì)應(yīng)選用膜片壓力表；對(duì)氧、乙炔等介質(zhì)應(yīng)選用專用壓力表。

3)從使用環(huán)境來考慮對(duì)爆炸性氣氛環(huán)境，使用電氣壓力表時(shí)，應(yīng)選擇防爆型；機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)烈的場(chǎng)合，應(yīng)選用船用壓力表；對(duì)溫度特別高或特別低的環(huán)境，應(yīng)選擇溫度系數(shù)小的敏感元件以及其他變換元件。

4)從儀表輸出信號(hào)的要求來考慮若只需就地觀察壓力變化，應(yīng)選用彈簧管壓力計(jì)；若需遠(yuǎn)傳，則應(yīng)選用電氣式壓力計(jì)，如霍爾式壓力計(jì)等；若需報(bào)警或位式調(diào)節(jié)，應(yīng)選用帶電接點(diǎn)的壓力計(jì)；若需檢測(cè)快速變化的壓力，應(yīng)選壓阻式壓力計(jì)等電氣式壓力計(jì)；若被檢測(cè)的是管道水流壓力且壓力脈動(dòng)頻率較高，應(yīng)選電阻應(yīng)變式壓力計(jì)。

2．壓力儀表量程的選擇

為了保證壓力計(jì)能在安全的范圍內(nèi)可靠工作，并兼顧到被測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的異常超壓情況，對(duì)儀表的量程選擇必須留有余地。測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的3/4；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力則不應(yīng)超過量程的2/3；測(cè)高壓時(shí)，則不應(yīng)超過量程的3/5。為了保證測(cè)量準(zhǔn)確度，最小工作壓力不應(yīng)低于量程的1/3。當(dāng)被測(cè)壓力變化范圍大，最大和最小工作壓力可能不能同時(shí)滿足上述要求時(shí)，應(yīng)首先滿足最大工作壓力條件。目前，我國出廠的壓力(包括差壓)檢測(cè)儀表有統(tǒng)一的量程系列，它們是1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.0kPa以及它們的10n倍數(shù)(n為整數(shù))。

3．壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)的選擇

壓力表的準(zhǔn)確度等級(jí)主要根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定。我國壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)有0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0等。一般0.35級(jí)以上的表為校驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)表。

4.3風(fēng)速測(cè)量

4.3.1機(jī)械葉輪式風(fēng)速計(jì)

4.3.2葉輪式數(shù)字風(fēng)表電子輪葉式風(fēng)速計(jì)按其原理不同可分為感應(yīng)式(接近開關(guān)式)、電容式及光電式等。感應(yīng)式電子冀輪式風(fēng)速計(jì)。它能測(cè)量lmin平均風(fēng)速，其測(cè)量范圍為0.5~25m／s，起動(dòng)風(fēng)速小于0.4m／s。光電式：XSF-1型數(shù)字風(fēng)表，葉輪在風(fēng)流作用下，連續(xù)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)同軸上的光輪作同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)光輪上的孔正對(duì)紅外光電管時(shí)，發(fā)射管發(fā)出的脈沖信號(hào)被接收管接收，光輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，接收管接收到2個(gè)脈沖。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)與風(fēng)速呈線性關(guān)系，接收管接收到脈沖與風(fēng)速呈線性關(guān)系。脈沖信號(hào)經(jīng)整形、分頻和1min計(jì)數(shù)后，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示1min的平均風(fēng)速值。4.3.3超聲波旋渦風(fēng)速傳感器

卡曼渦街理論：無限流場(chǎng)中，垂直流體流向插入一根無限長的非流線型阻擋體(旋渦發(fā)生體)，在雷諾數(shù)為200-50000范圍內(nèi)，阻擋體的下游將產(chǎn)生內(nèi)旋的、互相交替的旋渦列，其旋渦頻率與流體流速成正比，與阻擋體直徑成反比，即：注：雷諾數(shù)（Reynoldsnumber）一種可用來表征流體流動(dòng)情況的無量綱數(shù)，以Re表示，Re=ρvd/η，其中v、ρ、η分別為流體的流速、密度與黏性系數(shù)，d為一特征長度。例如流體流過圓形管道，則d為管道直徑。利用雷諾數(shù)可區(qū)分流體的流動(dòng)是層流或湍流，也可用來確定物體在流體中流動(dòng)所受到的阻力。

f——卡曼旋渦頻率，次/S

Sr——斯特勞哈爾數(shù)，在雷諾數(shù)范圍內(nèi)，對(duì)于圓柱體Sr

=0.21；

v——流體流速，m/s

d——阻擋體直徑，m。

超聲波旋渦風(fēng)速傳感器，是利用穿過空氣的超聲波被旋渦調(diào)制的原理來測(cè)定旋渦頻率的。

旋渦調(diào)制聲波原理

目前，這類傳感器型號(hào)有：FC-1型、FC-2型、KG5002型、KGF3型、VA216型、CW-1型：KG3088型等風(fēng)速傳感器。CW-1型主要技術(shù)指標(biāo)：本安電源為12-24V(<300mA)；輸出信號(hào)為0~150(200~1000)Hz，1~5mA；測(cè)量范圍為0.3-15m/s；測(cè)量誤差為±1％F.S。G3088型主要技術(shù)指標(biāo)：本安電源為12~18V(<80mA)；輸出信號(hào)為0~150（200-1000）Hz，1~5mA；測(cè)量范圍為0.3~15m／s：測(cè)量誤差為±

1％F.S。

FC-2型風(fēng)速傳感器原理

4.3.4超聲波時(shí)差式風(fēng)速傳感器

超聲波時(shí)差式風(fēng)速傳感器是應(yīng)用超聲波的時(shí)差來測(cè)定風(fēng)速，如圖所示。當(dāng)超聲波以速度v從甲地傳到距離L的乙地時(shí)，所需要的時(shí)間t

為如果空氣以速度V運(yùn)動(dòng)時(shí)，超聲波從甲地到乙地所需要的時(shí)間為在順風(fēng)和逆風(fēng)的條件下，超聲波傳播距離相同。順風(fēng)和逆風(fēng)所需的傳播時(shí)間分別為t+和t-，即超聲波時(shí)差式風(fēng)速傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)屬于非接觸式，無機(jī)械傳動(dòng)，因而不干擾流體的狀態(tài)，不影響測(cè)試點(diǎn)的風(fēng)速分布。(2)只基于時(shí)間、距離和角度的檢測(cè)，因而不受流體壓力、溫度和濕度的影響。(3)無機(jī)械傳動(dòng)，使用專命長，性能穩(wěn)定。(4)轉(zhuǎn)換精度高。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，體積大。4.4濕度檢測(cè)儀器

4.4.1干濕球濕度儀表

由兩支相同的溫度計(jì)和一個(gè)通風(fēng)器組成。水銀溫度計(jì)1為干球溫度計(jì)，另一個(gè)為水銀球上裹有一層濕的棉紗布的濕球溫度計(jì)；雙層