第3章工業過程參數檢測技術3.1溫度檢測3.2流量檢測3.3壓力檢測3.4物位檢測3.1.1概述A溫度的基本概念和測量方法

溫度是一個基本物理量。

溫度的宏觀概念是冷熱程度的表示，或者說互為熱平衡的兩物體，其溫度相等。

溫度的微觀概念是大量分子運動平均強度的表示。分子運動愈激烈其溫度表現越高。3.1溫度檢測自然界中幾乎所有的物理化學過程都與溫度緊密相關，因此溫度是工農業生產、科學試驗以及日常生活中需要普遍進行測量和控制的一個重要物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量，而用來量度物體溫度數值的標尺叫溫標。它規定了溫度的讀數起點（零點）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標.3.1溫度檢測B溫標經驗溫標利用物質體膨脹與溫度的關系。認為在兩個易于實現且穩定的溫度點之間所選定的測溫物質體積的變化與溫度成線性關系。把在兩溫度之間體積的總變化分為若干等分，并把引起體積變化一份的溫度定義為1度。經驗溫標與測溫介質有關，有多少種測溫介質就有多少個溫標。按照這個原則建立的有攝氏溫標、華氏溫標。3.1溫度檢測攝氏溫標：所用標準儀器是水銀玻璃溫度計。分度方法是規定在標準大氣壓力下，水的冰點為零度，沸點為100度，水銀體積膨脹被分為100等份，對應每份的溫度定義為1攝氏度，單位為“oC“華氏溫標：標準儀器是水銀溫度計，按照華氏溫標，水的冰點為32oF，沸點是212oF。分成180份，對應每份的溫度為1華氏度，單位為“oF”。攝氏溫度和華氏溫度的關系為3.1溫度檢測

熱力學溫標熱力學溫標又稱開爾文溫標或絕對溫標，它規定分子運動停止時的溫度為絕對零度，水的三相點，即液體、固體、氣體狀態的水同時存在的溫度，為273.16K，水的凝固點，即相當攝氏溫標0℃，相當華氏溫標32℉的開氏溫標為273.15K。熱力學溫標（符號為T）它的單位為開爾文（符號為K），定義為水三相點的熱力學溫度的1/273.16。3.1溫度檢測C測溫方法與測溫儀器的分類方法:接觸式、非接觸式。接觸式測溫測溫元件直接與被測對象相接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡，這時感溫元件的某一物理參數的量值就代表了被測對象的溫度值。優點：直觀可靠。缺點：感溫元件影響被測溫度場(負載效應)，接觸不良等會帶來測量誤差，另外溫度太高和腐蝕性介質影響感溫元件的性能和壽命。3.1溫度檢測非接觸式測溫

感溫元件不與被測對象相接觸，而是通過輻射進行熱交換，故可避免接觸測溫法的缺點，具有較高的測溫上限。此外，非接觸測溫法熱慣性小，可達千分之一秒，故便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度。3.1溫度檢測測溫儀器

分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式儀器又可分為:

膨脹式溫度計(液體和固體膨脹式溫度計、壓力式溫度計)

電阻式溫度計(金屬熱電阻溫度計、半導體熱敏電阻溫度計)

熱電式溫度計(熱電偶和P-N結溫度計及其它原理溫度計)。

非接觸式溫度計又可分為輻射溫度計、亮度溫度計、比色溫度計，它們都以光輻射為基礎，故也統稱為輻射溫度計。3.1溫度檢測溫度測量范圍劃分 超低溫：0～10K 低溫：10～800K 中溫：800～1900K 高溫：1900～2800K 超高溫：2800K以上3.1溫度檢測液體膨脹式溫度計：-200~750℃

應用最早而且當前使用最廣泛的一種溫度計。它由液體儲存器、毛細管和標尺組成。液體玻璃溫度計的測溫上限取決于所用液體汽化點的溫度，下限受液體凝點溫度的限制。為了防止毛細管中液注出現斷續現象，并提高測溫液體的沸點溫度，常在毛細管中液體上部充以一定壓力的氣體。3.1溫度檢測33.1溫度檢測

液體玻璃溫度計分為全浸式和部分浸入式兩種。前者把液柱部分全部浸入被測介質中。后者把溫度計浸入標志以下的部分插入被測介質中。全浸式測量精確度較高，故多用于實驗室和標準溫度計，部分浸入式用于一般工業測溫。

3.1溫度檢測33.1溫度檢測固體膨脹式溫度計：-80~600℃利用兩種不同膨脹系數的材料制成，分為桿式和雙金屬式兩大類。圖3—3所示為桿式溫度計的原理圖。由于芯桿材料的膨脹系數比與基座相連的外套大，故當溫度變化時芯桿對基座產生相對位移，經簡單的機械放大后，就可直接指示溫度值。

3.1溫度檢測3.1溫度檢測3雙金屬感溫元件是由膨脹系數不同的兩種金屬片牢固結合在一起而制成，一端固定，另一端為自由端。當溫度變化時，由于兩種材料的膨脹系數不同而使雙金屬片的曲率發生變化，自由端產生位移，經傳動放大機構帶動指針指示溫度值。為了滿足不同用途的要求，雙金屬元件制成各種不同的形狀，如圖3—4所示。3.1溫度檢測3.1溫度檢測3.1溫度檢測壓力式溫度計：-100~600℃

利用在密封容器中的物質（液體或氣體）的壓力隨溫度升高而升高原理，用彈簧管或者膜盒測壓力。(周杏鵬P171圖6-1)

結構簡單，可靠，無需特殊維護，抗震。

熱電偶式溫度計：-180~2800℃

熱電測溫中普遍使用的一種感溫元件，它的工作原理是基于熱電效應。

熱電效應及基本定律：兩種不同材料的金屬絲兩端牢靠地接觸在一起，組成圖所示的閉合回路，當兩個接觸點(稱為結點)溫度t和t0不相同時，回路中既產生電勢，并有電流流通，這種把熱能轉換成電能的現象稱為熱電效應。3.1溫度檢測均質導體定律由均質材料構成的熱電偶、熱電動勢的大小只與材料及結點溫度有關。與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極溫度分布無關。如材料不均勻、由于溫度梯度的存在，將會有附加電動勢產生。3.1溫度檢測中間導體定律如圖所示，將A、B構成的熱電偶的T0端斷開，接入第三種導體C，只要保持第三導體兩端溫度相同，接入導體C后對回路總電動勢無影響。標準電極定律兩種導體A、B分別與第三種導體C組成熱電偶。如果A、C和B、C熱電偶的熱電動勢已知、那么這兩種導體A、B組成的熱電偶產生的電動勢可由下式求得3.1溫度檢測熱電阻溫度計：利用導體和半導體的電阻隨溫度變化這一性質做成的溫度計稱為電阻溫度計。大多數金屬在溫度升高1C時電阻將增加0.4％～0.6％。但半導體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高1C，電阻約減小2％～6％。純金屬熱電阻的主要材料是鉑（-200~850℃初始電阻100或50）、銅（-50~180℃）和鎳（-60~180℃）。測量電阻通?？衫脷W姆表或電橋。3.1溫度檢測非接觸溫度計利用光輻射來測量物體溫度。任何物體受熱后都特有一部分的熱能轉變為輻射能，溫度越高，則發射到周圍空間的能量就越多。輻射能以波動形式表現出來，其波長的范圍極廣，從短波、x光、紫外光、可見光、紅外光一直到電磁波。溫度測量中主要用可見光和紅外光，因為此類能量被接收以后，多轉變為熱能，使物體的溫度升高，所以一般就稱為熱輻射。3.1溫度檢測

(一)基爾霍夫定律

(二)斯忒潘—玻耳茲曼定律（三）普朗克定律（四）維恩位移定律3.1溫度檢測

(一)基爾霍夫定律

照射到物體表面的輻射，分為三部分：一部分被物體吸收一部分被物體反射一部分透過物體3.1溫度檢測式中，為照射到物體單位面積上的輻通量(包括有不同波長的輻射)；為被物體吸收的輻通量?；鶢柣舴蜃C明了：物體的光譜出射度與光譜吸收比是一個普適函數，與溫度和波長有關

光譜吸收比3.1溫度檢測在熱平衡時被分析物體向四周的輻射功率等于它吸收的功率，就是溫度T時絕對黑體的光譜輻射出射度3.1溫度檢測光譜發射率等于它的光譜吸收率。3.1溫度檢測斯忒潘根據實驗得出結論，物體的總的輻射出射度與溫度的四次方成正比。3.1溫度檢測也可用亮度表示：式中，為波長；c1、c2為普朗克第一、第二輻射常數，h為普朗克常數；c為光速；k為玻耳茲曼常數3.1溫度檢測維恩位移定律：熱輻射電磁波中包含著各種波長，從實驗可知，物體峰值輻射波長與物體自身的絕對溫度T成以下關系3.1溫度檢測K)3.1溫度檢測（一）全輻射溫度計全輻射溫度計是利用物體的溫度與總輻射出射度全光譜范圍的積分輻射能量的關系來測量溫度的。根據斯忒潘一玻耳茲曼定律總輻射出射度為：只要采用敏感元件測量出這輻射功率的大小，就可以測量出被測對象的溫度。3.1溫度檢測

應該注意的是儀表是以絕對黑體輻射功率與溫度的關系分度的，而實際使用時，被測物體并不是黑體，這樣測出的溫度自然要低于被測物體的實際溫度。我們一般把這個溫度稱為“輻射溫度”。式中，T和TF分別為物體的真實溫度和輻射溫度；T為溫度T時物體全輻射的黑度系數3.1溫度檢測3.1溫度檢測(二)部分輻射溫度計為了提高儀表的靈敏度，有時熱敏元件不是采用熱電堆，而是采用光電池、光敏電阻以及其它的一些紅外探測元件，這些元件和熱電堆相比具有光譜選擇性，它們僅能對某一波長范圍的光譜產生效應。因此它們對測量的要求是，只能使工作光譜僅限于一定的光譜范圍內。我們稱此類輻射溫度計為部分輻射溫度計。3.1溫度檢測部分輻射溫度計的光路系統如圖所示，一般由主鏡和次鏡一組發射系統來完成焦距的調整，使成像集中在熱敏元件表面。而目鏡系統主要用于對目標的瞄準、熱敏元件的輸出信號通過測量電路來完成信號的放大和整流。測量電路包括測量橋路、前置放大、選頻、移相放大以及相敏整流等部分。3.1溫度檢測3.1溫度檢測燈絲隱滅式光學溫度計（光學高溫計）

原理：被測物體輻射的單色亮度與儀表內部高溫計燈泡絲的單色亮度相比較，當兩亮度相同時，燈絲溫度與被測溫度一致，可通過燈絲電流大小確定溫度。

特點：方便、靈敏、測量范圍廣、不能自動測量。下圖是光學高溫計示意圖3.1溫度檢測3.1溫度檢測光電亮度溫度計實現自動化的光學高溫計顏色溫度計通過兩個光譜能量比的方法來測量溫度的，所以也稱為比色溫度計。用這種方法測量非黑體溫度時得到的“顏色溫度”和真實溫度有差異。我們將顏色溫度定義為：絕對黑體輻射的兩個波長和的亮度比等于非黑體的相應亮度變化時，絕對黑體的溫度就稱為這個非黑體的顏色溫度。3.1溫度檢測顏色溫度計和光電亮度溫度計相似，也包含有光路系統、調制系統、單色器、光敏元件、放大器、顯示儀表等。它一般用一個開孔的旋轉調制盤進行調制。在開孔上附有兩種顏色的濾光片，多選用紅色和藍色。經調制后的單色紅光、藍光交替照在光敏元件上，使光敏元件輸出相應的紅光和藍光的信號、再放大并經過運算后送到顯示儀表。如圖所示。3.1溫度檢測3.1溫度檢測光電比色溫度計（教材圖4.99）對象透鏡光敏元件放大電路顯示儀表步進電機調制盤濾光片濾光片3.1溫度檢測常用溫度儀表的測量范圍膨脹式溫度計-200~600雙金屬溫度計-100~600壓力式溫度計-100~500玻璃液體溫度計-200~600熱電阻-258~900鉑熱電阻-258~900銅熱電阻-200~150鎳熱電阻-150~300熱敏電阻-50~300低溫熱電阻-272~03.1溫度檢測常用溫度儀表的測量范圍熱電偶-269~2800鉑銠30-鉑銠60~1800鎳鉻-鎳硅0~1300鎳鉻-考銅-200~800銅-康銅-200~400金鐵-鎳鉻銅-269~0鉑銠10-鉑0~1600鎢-錸1000~28003.1溫度檢測常用溫度儀表的測量范圍光學高溫計700~3200輻射溫度計（熱電堆）100~3200部分輻射溫度計~3200比色溫度計~32003.1溫度檢測常用溫度儀表的應用范圍玻璃液體溫度計類別應用范圍實驗室、工業上單點測量雙金屬溫度計飛機、輪船、機車等大振動場合壓力式溫度計就地指示或幾十米遠點的測量熱電偶測量氣、液、固溫度，廣泛應用熱電阻集中控制和計量，廣泛應用光學高溫計澆鑄、軋鋼、鍛壓、熱處理、熔玻璃全輻射溫度計熔爐、高溫窯、鹽浴爐部分輻射溫度計靜止、運動的灼熱表面溫度比色溫度計熱的軋鋼板、水泥窯、熔爐坩堝壁3.2流量檢測3.2.1流量檢測概述3.2.2流量儀表的分類3.2.3總量測量儀表3.2.5流體阻力式流量計3.2.4差壓式流量計3.2.6測速式流量計3.2.7振動式流量計3.2.8質量流量計A流量的概念

流體在單位時間內流經某一有效截面的體積或質量，前者稱體積流量（m3/s)，后者稱質量流量(kg/s)。如果在截面上速度分布是均勻的，則：3.2流量檢測3.2.1流量檢測概述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整個截面上的流量qv為3.2流量檢測測量某一段時間內流過的流體量，即瞬時流量對時間的積分，稱之流體總量。

用來測量流量的儀表統稱為流量計。測量總量的儀表稱為流體計量表或總量計。3.2流量檢測B流體的幾個概念粘性與粘度在流體的內部相互接觸的部分在其切線方向的速度有差別時會產生減小其速度差的作用。這是因為流速快的部分要加速與其相接觸的流速慢的部分，而流速慢的部分要減小與其相接觸的流速快的部分，流體的這種性質，稱為粘性。

衡量流體粘性大小的物理量稱為粘度。

3.2流量檢測例如：兩塊面積很大距離很近的平板，中間是流體。下面的平板不動，力F使上面平板以速度v沿x方向移動。由于流體粘性，上板底面的一薄層液體以速度v隨上板運動，而下板不動故附在上面流體不動。兩板間的液體就分成無數薄層而運動，如圖所示。作用力F與受力面平行，稱為剪力，剪力與板的速度v、板的面積S成正比，而與兩板間的距離y成反比3.2流量檢測稱為粘度(動力粘度)，單位是：泊（P）(Pa.s)γ=/ρ，稱為運動粘度，單位：m2/s3.2流量檢測層流和紊流

流體在細管中的流動形式分為層流和紊流兩種。所謂層流就是流體在細管中流動的流線平行于管軸時的流動。所謂紊流就是流體在細管中流動的流線相對混亂的流動。利用雷諾數可以判斷流動的形式。如果雷諾數小于某一值時，可判斷為層流，而大于此值時則判斷為紊流。3.2流量檢測管內流體流動時存在著兩種狀態：層流狀態：流量與壓力降成正比紊流狀態：流量與壓力降的平方根成正比兩種不同的流動狀態，管內的速度分布也大不相同。這對于采用測流速法測流量很重要。3.2流量檢測在層流流動狀態下，流速分布是以管軸為中心線的軸對稱拋物線分布。在紊流流動狀態下，管內流速同樣是以管中心線軸對稱的分布，但是其分布呈指數曲線形式。3.2流量檢測雷諾數流體流動時慣性力與粘性力之比

利用細管直徑d，可求出雷諾數Rd：

ρvdvdRd==

ηγv為細管中的平均流速；γ為流體的運動粘度,d為管徑。Rd＜2320時為層流，Rd＞2320時為紊流；平均流速：指流過管路的體積流量除以管路截面積3.2流量檢測流體流動的連續性方程即：不可壓縮流體在穩定流動時，流過各截面流體的體積為常量。因此利用上式，很方便的求出流體流過管道不同截面時的流速。3.2流量檢測33.2.2流量儀表的分類A計量表容積式計量表(流量計)

用一個固定容量的容積連續地測量被測介質，根據定量容積稱量的次數來決定流過的總量。

這類儀表主要有：

橢圓齒輪流量計腰輪流量汁活塞式流量計等3.2流量檢測3.2流量檢測速度式計量表

原理:

在儀表中裝一旋轉葉輪，流體流過時，推動葉輪旋轉，葉輪的轉動正比于流過介質的總量，葉輪轉動帶動計數器的齒輪機構，計數器即顯示讀數。

特點:

機構簡單，但精度低,一般在2％左右，大多的水表采用此結構。3.2流量檢測B流量計3.2流量檢測3.2.3總量測量儀表A橢圓齒輪流量計每轉一周，兩個齒輪共送出四個標準體積的流體。3.2流量檢測3B腰輪流量計（羅茨流量計）可測液體、氣體，精度可達0.1％，并可做標準表使用；最大流量可達1000m3/h。腰輪上沒有齒，通過安裝在體外的傳動齒輪組進行傳動。3.2流量檢測儀表輸出由指針指示，指示值I:流量較小時，誤差為負值，在流量增大時、誤差為正值、且基本保持不變(曲線1)。這種現象主要是由于在運動件的間隙中泄漏所引起的。這個泄漏量與間隙、粘度、前后壓差有關，另外也和流過體積V所需的時間有關。C容積式流量計的誤差3.2流量檢測容積式流量計的測量誤差值E，可由指示值與真值之差與指示值之比表示。設：V為通過流量計的流體體積真值；I為流量計指示值，則誤差值E可表示為3.2流量檢測3.2流量檢測減小誤差：伺服式容積流量計（周杏鵬，P264）上述兩種轉子型式的容積流量計，可用于各種液體流量的測量，尤其是用于油流量的準確測量，在高壓力、大流量的氣體流量測量中，這類流量計也有應用。由于橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，因此對介質的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質流過流量計。3.2流量檢測當充滿圓管的流體流經在管道內部安裝的節流裝置時，流束將在節流件處形成局部收縮，使流速增大，靜壓力降低，于是在節流件前后產生壓力差。該壓力差通過差壓計檢出。流體的體積流量或質量流量與差壓計所測得的差壓值有確定的數值關系。3.2.4差壓式流量計（節流式流量計）3.2流量檢測3.2流量檢測流過截面II—II的體積流量為3.2流量檢測ξ實際的流速修正系數稱為流束的收縮系數S0節流裝置開孔的截面積節流式流量計主要由兩部分組成：節流裝置和測量靜壓差的差壓計。節流裝置是安裝在流體管道中，使流體的流通截面發生變化，引起流體靜壓變化的一種裝置。常用的節流裝置有文丘利管、噴嘴和孔板，如圖所示。

3.2流量檢測常用的節流裝置文丘利管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大。文丘利管孔板噴嘴3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測標準孔板是用不銹鋼或其它金屬材料制造的薄板，它具有圓形開孔并與管道同心，其直角入口邊緣非常銳利，且相對于開孔軸線是旋轉對稱的。標準孔板的形狀如圖所示。3.2流量檢測

標準噴嘴即ISAl932噴嘴．它是一個以管道喉部開孔軸線為中心線的旋轉對稱體，由兩個圓弧曲面構成的入口收縮部分及與之相接的圓筒形喉部所組成．其結構如圖所示3.2流量檢測標準文丘利噴嘴是標準文丘利管的一種型式，如圖下所示．它由廓形修圓的收斂部分，圓筒形喉部和擴散段組成。喉部取壓平面之前上游平面A、入口圓弧B、C和喉部的圓筒E部分與標準噴嘴完全相同．3.2流量檢測3.2流量檢測

A取壓方式

差壓式流量計是通過測量節流件前后壓力差p來實現流量測量的，p與取壓孔位置和取壓方式緊密相關。節流裝置的取壓方式有以下5種，各種取壓方式及取壓孔位置如圖所示。

(1)角接取壓:

上下游取壓管位于孔板(或噴嘴)的前后端面處。角接取壓包括單獨鉆孔和環室取壓。(2)法蘭取壓：上下游側取壓孔的軸線至孔板上、下游側端面之間的距離均為25.4±0.8mm（1inch)。取壓孔開在孔板上下游側的法蘭上。3.2流量檢測（3)徑距取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為1Dm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔極下游端面的距離為0.5Dm。（Dm管道直徑）。

(4)理論取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為lDm±0.1Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離因值不同而異。該距離理論上就是流束收縮到最小截面的距離。

(5)管接取壓：上游側取壓孔的軸線至孔板上游端面的距離為2.5Dm，下游側取壓孔的軸線至孔板下游端面的距離為8Dm，該方法使用很少。3.2流量檢測3.2流量檢測B標準取壓方式是國家標形中規定的兩種取壓裝置，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。(1)角接取壓裝置角接取壓裝置可以采用環室或夾緊環(單獨鉆孔)取得節流件前后的差壓。（2）法蘭取壓裝置法蘭取壓裝置由兩個帶取壓孔的取壓法蘭組成。3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測A浮子流量計（轉子流量計、面積流量計）特點：結構簡單，使用維護方便，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽(電、氣遠傳金屬浮子流量計)和液體的流量，適用性廣。結構：由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成。3.2流量檢測3.2.5流體阻力式流量計原理：當被測流體自錐管下端流入流量計時，浮子上升，浮子與錐管之間的環形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關系。3.2流量檢測作用在浮子上的力有：流體自下而上運動時，作用在浮子上的阻力F;浮子本身的垂直向下的重力W；流體對浮子所產生的垂直向上的浮力B。當浮子處于平衡狀態時，可列出平衡方程式轉子流量計的測量原理式中，cd為浮子的阻力系數；o為流體密度；v為環形流通面積的平均流速：Af為浮子的最大迎流面積。3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測只要保持流量系數α為常數，則流量與浮子高度h之間就存在一一對應的近似線性關系。將這種對應關系直接刻度在流量計的錐管上。顯然，對于不同的流體，由于密度發生變化，所以qv與h之間的對應關系也將發生變化，原來的流量刻度將不再適。所以原則上，轉子流量計應該用實際介質進行標定。注意：3.2流量檢測

B靶式流量計結構：由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，其測量元件是一個在測量管中心并垂直于流向的被稱為“靶”的圓板。通過測量流體作用在靶上的力而實現流量測量。特點：用于高粘度、低雷諾數、含固體顆粒的漿液及腐蝕介質流量測量。3.2流量檢測原理：在被測管道中心迎著流速方向安裝一個靶，當介質流過時，靶受到流體的作用力。這個力由兩部分組成，一部分是流體和靶表面的摩擦力，另一部分是由于流束在靶后分離，產生壓差阻力，阻力為式中，F為靶受到流體的阻力；為阻力系數；A1為靶迎流面積d為靶直徑；v為靶和管壁間環面積中的平均流速；為介質密度。3.2流量檢測流量與靶輸出力F的平方根成正比。測量靶所受的力F，就可以測定被測介質的流量。3.2流量檢測

速度式流量計是從直接測量管道內流體流速v作為流量測量依據的。若測得的是平均流速v，則體積流量qv＝Av；(A為測量管道橫截面積)。若測得的是管道橫截面上的某一點流速v，則體積流量qv＝KAv(K為截面上的平均流速與被測點流速的比值，它與管道內流速分布有關)。3.2流量檢測3.2.6測速式流量計A電磁流量計電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。特點：可測各種腐蝕性介質（酸、堿、鹽溶液、懸浮顆粒的漿液），無機械慣性，靈敏，可測脈沖流量，線性較好，可直接進行等分刻度。只能測導電液體，不能測氣體、蒸氣以及含大量氣泡的液體，或者電導率很低的液體。由于測量管內襯材料一般不宜在高溫下工作，一般的電磁流量計還不能用于測量高溫介質。3.2流量檢測3.2流量檢測原理:如圖，直徑為D的不導磁管道垂直于磁感應強度為B的均勻磁場方向。平均流速為v的導電液體切割磁力線，產生與流速成比例感應電動勢，由一對電極得到電位差。

勵磁方式:

直流勵磁用直流電產生磁場或采用永久磁鐵，只用于測量非電解質液體，如液態金屬等。否則,通過測量管道的電解質液體被極化，即電解質在電場中被電解，產生正負離子，在電場力的作用下，負離子跑向正極，正離子跑向負極。導致正負電極分別被相反極性的離子所包圍，嚴重影響儀表的正常工作。3.2流量檢測3.2流量檢測交流勵磁工業上電磁流量計，大都采用工頻(50Hz)產生交變磁場。消除了電極表面的極化干擾。輸出信號也是交變信號。3.2流量檢測低頻方波勵磁直流勵磁和交流勵磁各有優缺點，為了充分發揮它們的優點，盡量避免它們的缺點，人們開始采用低頻方波勵磁方式。它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為工頻的1／4一l／10。在半個周期內，磁場是恒穩的直流磁場，它具有直流勵磁的特點，受電磁干擾影響很小。從整個時間過程看，方波信號又是一個交變的信號，所以它能克服直流勵磁易產生的極化現象。低頻方波勵磁是一種比較好的勵磁方式，目前已在電磁流量計上廣泛的應用。3.2流量檢測3.2流量檢測B超聲波流量計流體流速會影響超聲波在流體中傳播，根據對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。超聲波流量測量方法有很多，主要介紹傳播速度差方法和多普勒方法的基本原理與流量方程。3.2流量檢測傳播速度差法的基本原理為：測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到到被測流體的流速。根據測量的物理量的不同，可以分為時差法(測量順、逆流傳播時由于超聲波傳播速度不同而引起的時間差)、相差法(測量超聲波在順、逆流中傳播的相位差)、頻差法(測量順、逆流情況下超聲脈沖的循環頻率差)。頻差法是目前常用的測量方法，它是在前兩種測量方法的基礎上發展起來的。3.2流量檢測管道中裝兩個超聲波發射換能器F1和F2以及兩個接收換能器J1和J2，F1J1和F2J2與管道軸線夾角為α，管徑為D，流體由左向右流動，速度為v，此時由F1到J1超聲波傳播速度為F2到J2超聲波傳播速度為：3.2流量檢測測量速度差的方法時差法超聲波發生器發射一短小脈沖，順、逆流傳播時間為3.2流量檢測相差法測量超聲波在順、逆流時傳播的相位差來得到流速3.2流量檢測3.2流量檢測頻差法測量順、逆流時超聲脈沖的重復頻率差去測量流速。在單通道法中脈沖重復頻率是在一個發射脈沖被接收器接收之后，立即發射出一個脈沖，這樣以一定頻率重復發射，對于順流和逆流重復發射頻率為3.2流量檢測C多普勒法

多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量的．多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比于運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度。3.2流量檢測超聲換能器安裝在管外，從T1發射的超聲波束被流體中運動著的顆?；驓馀莘瓷浠貋恚籖1接收。發射信號與接收信號的多普勒頻率偏移與流體流速成正比。如忽略管壁影響，并假設流體沒有速度梯度，以及粒子是均勻分布的，可得方程3.2流量檢測3.2流量檢測于60年代末期發展起來，受到人們的重視。特點：可得到與流量成正比的頻率輸出信號；被測流體本身就是振動體，無機械可動部件，幾乎不受流體組成、密度、粘度、壓力等因素的影響。渦街流量計：是利用流體流過阻礙物時產生穩定的漩渦，通過測量其漩渦產生頻率而實現流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構成。3.2流量檢測3.2.7振動式流量計渦街流量計實現流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱之為漩渦發生體，見圖。當流體沿漩渦發生體繞流時，會在漩渦發生體下游產生如圖所示不對稱但有規律的交替漩渦列，這就是所謂的卡門渦街。3.2流量檢測漩渦之間的相互影響，通常是不穩定的。只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足時，所產生的渦街才是穩定的3.2流量檢測圓柱體后漩渦的頻率為：3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通，空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有—小孔，小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲．當旋渦在圓柱體下游側產生時，出于升力的作用，使得圓柱體下方的壓力比上方高一些，圓柱體下方的流體在上下壓力差的作用下，從圓柱體下方導壓孔進入空腔，通過隔板中央部分的小孔，流過鉑電阻絲，從上方導壓孔流出。如果將鉑電阻絲加熱到高于流體溫度的某溫度值，則當流體流過鉑電阻絲時，就會帶走熱量，改變其溫度，也即改變其電阻值。當圓柱體上方產生一個旋渦時，則流體從上導壓孔進入，由下導壓孔流出，又一次通過鉑電阻絲，又改變一次它的電阻值。由此可知：電阻值變化與流動變化相對應，即與旋渦的頻率相對應。所以，可由檢測鉑電阻絲電阻變化頻率得到渦頻率，進而得到流量值。3.2流量檢測3.2流量檢測在工業生產中，由于物料平衡，熱平衡以及儲存、經濟核算等所需要的都是質量，并非體積，所以在測量工作中，常需將測出的體積流量，乘以密度換算成質量流量。但由于密度隨溫度、壓力而變化，所以在測量流體體積流量時，要同時測量流體的壓力和密度，進而求出質量流量。在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，難以達到測量的目的。這樣便希望用質量流量計來測量質量流量，而無需再人工進行上述換算。

3.2流量檢測3.2.8質量流量計3、補償式：同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據流體密度與溫度、壓力的關系，由計算單元計算得到該狀態下流體的密度值，最后再計算得到流體的質量流量值。補償式質量流量則量方法，是目前工業上普遍應用的一種測量方法。質量流量計大致分為三大類：1．直接式：即直接檢測與質量流量成比例的量，檢測元件直接反映出質量流量。2．推導式：即用體積流量計和密度計組合的儀表來測量質量流量，同時檢測出體積流量和流體密度，通過運算得出與質量流量有關的輸出信號。3.2流量檢測A直接式質量流量計——科里奧利質量流量計科里奧利質量流量計(簡稱CMF)是利用流體在振動管中流動時，產生與質量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質量流量儀表。3.2流量檢測如圖所示，當質量m的質點以速度v在對P軸作角速度為旋轉的管道內移動時，質點具有兩個分量的加速度及相應的加速度力：1.法向加速度，即向心加速度ar，其量值為2r，方向朝向P軸。切向加速度at，即科里奧利加速度，其量值為2v

，方向與ar垂直。由理論力學可知，當某一質量為m的物體在旋轉參考系中以速度v運動時，將受到一個力的作用，其值為當密度為的流體在選擇管道中以恒定速度v流動時，任何一段長度x的管道都受到一個Fc的切向科里奧利力3.2流量檢測3.2流量檢測B3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測3.2流量檢測電磁流量計渦街流量計3.2流量檢測電磁流量計渦街流量計3.2流量檢測3.2流量檢測儀表類別節流式（差壓）流量計孔板型噴嘴型文丘利管型被測介質液、氣、蒸汽管徑/mm50~100050~400150~400量程/m3/h液、氣1.5~90005~250030~180050~1000050~26000240~18000工作壓力/KPa19600196002450節流式體積流量儀表的性能比較3.2流量檢測儀表類別節流式（差壓）流量計孔板型噴嘴型文丘利管型工作溫度/?C可達500可達500可達500準確度/%±（1~2）±（1~2）±（1~2）最低雷諾數>5000>20000>80000體積重量小中等大（重）價格低較低中等節流式體積流量儀表的性能比較（續）3.2流量檢測儀表類別容積式流量計橢圓齒輪型腰輪型活塞型被測介質液液液管徑/mm10~25015~30015~100量程/m3/h液、氣0.005~5000.4~1000.2~90工作壓力/KPa6272~980062726272容積式流量儀表的性能比較3.2流量檢測儀表類別容積式流量計橢圓齒輪型腰輪型活塞型工作溫度/?C可達120可達120可達120準確度/%±（0.2~0.5）±（0.5~1）±（0.5~1）粘度界限/10-6m2/s500500500體積重量重重小價格中等低低容積式流量儀表的性能比較（續）3.2流量檢測儀表類別轉子流量計靶式流量計玻璃管金屬管被測介質液、氣液、氣液管徑/mm4~10015~15015~200量程/m3/h液、氣0.001~400.012~1000.8~40000.016~10000.4~3000工作壓力/KPa156862726272體積流量儀表的性能比較3.2流量檢測儀表類別轉子流量計靶式流量計玻璃管金屬管工作溫度/?C可達120可達150可達200準確度/%±（1~2.5）±2±（0.5~1）最低雷諾數10001002000體積重量重重小價格低中等較低體積流量儀表的性能比較（續）3.2流量檢測儀表類別電磁流量計渦街流量計超聲流量計被測介質導電液體氣液（氣）管徑/mm6~120050~100010~5000量程/m3/h液、氣0.1~2000010~5000工作壓力/KPa15681568~62726800體積流量儀表的性能比較3.2流量檢測儀表類別電磁流量計渦街流量計超聲流量計工作溫度/?C10060150準確度/%±（1~1.5）±1最低雷諾數無限制體積重量大中等輕價格高中等中等體積流量儀表的性能比較（續）3.3.1概述壓力的概念：

介質（氣、體）垂直作用在單位面積上的力，它是工業過程控制中的重要參數之一兩種表示方法：

絕對壓力（從真空算起）

表壓力（超出大氣壓部分，工程常用）壓力單位：帕斯卡(Pa)

1Pa=1N/m2地面大氣壓力約為100KPa，也常稱為1bar3.3壓力檢測壓力儀表的分類（按作用原理）：

液柱平衡式壓力計：U型管壓力計、單管壓力計、傾斜管式壓力計，活塞式壓力計

機械力平衡式壓力計：余成波163頁，圖4.13

彈性力平衡式壓力計：膜片式、彈簧管式、波紋管式電氣式壓力計：電阻式、電容式、壓電式……3.3壓力檢測壓力標準的傳遞（余成波教材160頁）基準器±2.1×10-5Pa工作基準器±5×10-5Pa一等標準器±2×10-4Pa二等標準器±5×10-4Pa三等標準器±2×10-3Pa工作用器3.3壓力檢測3.3.2液柱式壓力計

工作液體：水銀、水、酒精、甲苯等壓力大?。簆=Hρg誤差因素：讀數、溫度、加速度、安裝角度三種類型：U型管壓力計、單管壓力計、傾斜管式壓力計3.3壓力檢測H3.3.3活塞式壓力計精確度高：±5×10-5Pa測量范圍：0.25×105~109Pa作用原理（余成波162頁圖4.11）基本參數：活塞下降速度、活塞旋轉運動、活塞有效面積修正：被測壓力對有效面積的影響（高壓下可達0.5%）、溫度對活塞有效面積的影響、附加摩擦誤差修正、重力加速度修正、空氣浮力修正3.3壓力檢測3.3.4機械彈性式壓力計精確度：0.16，0.25，0.4，…，2.5級測量范圍：10~100MPa作用原理

彈性元件變形與壓力之間存在確定關系分類：膜片式、膜盒式、波紋管式、彈簧管式（余成波教材161頁圖4.10）、螺旋管式壓力變送器：力平衡式壓力變送器（余成波教材163頁圖4.13）3.3壓力檢測3.3壓力檢測3.3壓力檢測3.3.5電氣式壓力計電子（數字）技術發展，采用嵌入式系統的壓力儀表逐漸取代機械式、模擬式壓力儀表功能特點單位選擇、絕對壓力、高低壓設定、壓力跟蹤、溫度自動補償、誤差修正作用原理壓力轉換為電信號（力敏、壓力位移）分類：應變式、壓阻式、電位器式、電感式（差動變壓器式、渦流式、氣隙式）、電容式、壓電式、振頻式（振弦、振筒）、霍爾式3.3壓力檢測3.3壓力檢測電氣式壓力計特點類型精確度%特點應變式±0.5~0.1體積小，重量輕，測量范圍廣，可測100Hz動態壓力，信號弱。壓阻式±0.02~0.2集成工藝，靈敏度高，動態性能好，可做成超小元件，溫度誤差大，需要補償。電位器式±1~1.5結構簡單，成本低，穩定，輸出信號大，不需放大電感式±0.5~1結構簡單，壽命長，可靠，靈敏度高，輸出信號大，線性范圍小3.3壓力檢測電氣式壓力計特點（續）類型精確度%特點電容式優于±1靈敏度高，可測微小壓力，體積小，可測500Hz動態壓力，寄生電容影響大，非線性嚴重。壓電式靈敏度高，可測30KHz動態壓力，溫度超500度時需要補償。振頻式±0.1頻率輸出，抗干擾，可遠距離傳輸，易于數字化。霍爾式±1.5靈敏度高，結構簡單，輸出信號大mV，溫度影響大。3.3壓力檢測電位器式：壓力位移轉換電感式3.3壓力檢測磁阻式彈性壓力計變氣隙式壓力計3.3壓力檢測電容式參見教材162頁，圖4.12真空劃分(10-12~105)粗真空103～105Pa低真空103～10-1Pa高真空10-1～10-6Pa超高真空10-6～10-12Pa極高真空<10-12Pa真空測量特點：測量范圍達17個數量級測量誤差大±10~20%3.3壓力檢測3.3.6真空測量

按測量方法的原理來分可以分為：基于力的作用原理：U形管，波登管式，波紋管式，膜片式；基于壓縮作用原理：麥氏真空計；基于導熱作用原理：電阻真空計，熱電偶真空計；基于電離作用原理：熱陰極式，冷陰極式，放射性真空計。3.3壓力檢測

U形管真空計結構原理如圖所示。一根由玻璃管制成的U形管中盛上水銀或油,U形管一端接到真空系統上，另一端為大氣。隨著系統中真空度的升高，U形管真空側的液面在大氣作用下隨之上升。這樣，依據兩管中校面的高度差，就可以測得真空系統中的真空度，即p=pa-h3.3壓力檢測壓縮真空計

利用波義耳定律，將被測真空系統中一定的殘余氣體加以壓縮，比較壓縮前后體積、壓力的變化，即能算出真空度。玻義耳-馬略特定律：

對于一定質量的氣體，在其溫度保持不變時，它的壓強和體積成反比（其壓強P與體積V的乘積為一常量）：PV=C（常數）（T不變時）或P1V1＝P2V2=…=PnVn實際氣體只是在壓強不太高、溫度不太低的條件下才服從這一定律。3.3壓力檢測麥克勞真空計屬絕對真空計，測量范圍1.3xl03－1.3×10－8帕，精度較高：±5%，可作為其它真空計的標準。1874年由麥克勞研制，故得名，簡稱麥氏計。結構如圖。主要由毛細管A、毛細管B、玻璃泡、導液管、水銀瓶構成，P=Kh2，K=πd2/4V（由毛細管A直徑和玻璃泡及毛細管A體積決定）。3.3壓力檢測毛細管A、玻璃泡及下面一段管子(到a-a面為止)體積為V。測量前將水銀瓶抽真空，使水銀面處于a-a位置。這時，玻璃泡與真空系統相通，二者壓力相同，均為p。轉動切換閥門，使水銀瓶與干燥空氣相通。此時，水銀瓶中水銀在干燥空氣壓力作用下，沿導液管上升，充滿玻璃泡。然后沿毛細管A上升，使玻璃泡和毛細管A中氣體被壓縮到毛細管A的頂部，其體積為V2。因管A中壓強高于管B中壓強，使兩個毛細管產生高度差h，這時，根據波義耳定律:pV=(p+h)V2其中p為真空系統中壓強。3.3壓力檢測熱導式真空計熱導式真空計是根據在低壓強下氣體熱導率與其壓力之間關系制成的一種測量低真空的相對真空計。

原理：基于大氣體壓強低于某一定值時，氣體的導熱系數K與P成正比，

即：

K=bP

b：比例常數3.3壓力檢測熱導真空計的工作原理是假設燈絲由導熱損失的熱量與加熱電流I所產生的熱量平衡時，燈絲溫度不變。其平衡方程為其中R為燈絲電阻；E1為氣體分子遷移熱量；E2為輻射遷移熱量；E3為引出導線的遷移熱量。若由于壓力減小而使E1減小，則當I不變時，平衡方程將失去平衡，使燈絲溫度變化。由此可根據燈絲溫度來衡量壓力的變化。所以熱導真空計是通過測量燈絲溫度來決定壓力大小的。3.3壓力檢測根據測定氣體熱傳導方法的不同，熱導式真空計可分為電阻真空計和熱電偶真空計兩種。電阻真空計又稱皮喇尼真空計它主要由電阻式規管和測量電路兩部分組成。電阻式規管如圖所示。在電阻規管內封裝一只電阻溫度系數較大的電阻絲，常用的有鎢絲和鉑絲。測量時規管與被測真空計系統相連。在較低的壓力(小于13.3Pa)時，熱電阻絲的電阻值取決于周圍氣體的壓強。3.3壓力檢測3.3壓力檢測電阻式規管熱電偶真空計測量真空度的元件是熱偶規管，結構如圖。由玻璃殼、鉑絲、熱電偶構成。鉑絲用于加熱熱電偶，通以恒定電流，其溫度為100—200℃。熱電偶是由鎳鉻—鎳鋁、或鎳－康銅的絲制成的，它的加熱端與冷端(非加熱端）溫度不同而產生溫差電動勢。利用真空度不同，氣體傳熱性不同，溫差電動勢不同的特性來測量真空度的。熱電偶真空計（相對真空計）

3.3壓力檢測通過測量溫差電動勢，就間接地測得了真空度。熱偶計只能測量低的真空度，真空度再高時，壓強變化與氣體熱傳導無關，故此真空計不能用于高真空測量。3.3