第二章 過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)

1、1 第二章第二章 過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 壓力的檢測(cè)壓力的檢測(cè) 第二節(jié)第二節(jié) 物位的檢測(cè)物位的檢測(cè) 第三節(jié)第三節(jié) 溫度的檢測(cè)溫度的檢測(cè) 第四節(jié)第四節(jié) 流量的檢測(cè)流量的檢測(cè) 第五節(jié)第五節(jié) 物質(zhì)成分的檢測(cè)物質(zhì)成分的檢測(cè) 第六節(jié)第六節(jié) 機(jī)械量的檢測(cè)機(jī)械量的檢測(cè) 2 第三章第三章 過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù)過程參數(shù)檢測(cè)技術(shù) 第一節(jié)第一節(jié) 壓力的檢測(cè)壓力的檢測(cè) 一、壓力檢測(cè)方法及分類一、壓力檢測(cè)方法及分類 重力平衡方法重力平衡方法 機(jī)械力平衡方法：機(jī)械力平衡方法：將壓力轉(zhuǎn)換成集中力，用外力與之平衡，將壓力轉(zhuǎn)換成集中力，用外力與之平衡， 通過測(cè)量平衡時(shí)的外力間接測(cè)量壓力通過測(cè)量平衡時(shí)的外力間

2、接測(cè)量壓力 彈性力平衡方法：彈性力平衡方法：利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量 物性測(cè)量方法物性測(cè)量方法 液柱式壓力計(jì)：上限液柱式壓力計(jì)：上限0.10.2MPa,精度精度0.15 負(fù)荷式壓力計(jì)：范圍寬，精度高，負(fù)荷式壓力計(jì)：范圍寬，精度高，0.01 電測(cè)式壓力計(jì)：將被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電測(cè)式壓力計(jì)：將被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種 電量測(cè)量電量測(cè)量 其他新型壓力計(jì)：集成壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)其他新型壓力計(jì)：集成壓力計(jì)、光纖壓力計(jì) 3 二、常用壓力檢測(cè)儀表二、常用壓力檢測(cè)儀表 1、彈性壓力計(jì)、彈性壓力計(jì) 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

3、力并產(chǎn)生彈其作用是感受壓力并產(chǎn)生彈 性變形，彈性元件采用的形性變形，彈性元件采用的形 式要根據(jù)測(cè)量要求選擇和設(shè)式要根據(jù)測(cè)量要求選擇和設(shè) 計(jì)；計(jì)； 變換放大機(jī)構(gòu)的作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示變換放大機(jī)構(gòu)的作用是將彈性元件的變形進(jìn)行變換和放大；指示 機(jī)構(gòu)如指針與刻度標(biāo)尺，用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)是用于調(diào)機(jī)構(gòu)如指針與刻度標(biāo)尺，用于給出壓力示值；調(diào)整機(jī)構(gòu)是用于調(diào) 整儀表的零點(diǎn)和量程。整儀表的零點(diǎn)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(jì)：測(cè)壓范圍：彈簧管壓力計(jì)：測(cè)壓范圍：105109Pa,精度精度0.1 波紋管差壓計(jì)：波紋管差壓計(jì)： 彈性測(cè)壓計(jì)：電位器式、霍爾

4、元件式彈性測(cè)壓計(jì)：電位器式、霍爾元件式 4 2、力平衡式壓力計(jì)、力平衡式壓力計(jì) 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(cè)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(zhuǎn)被測(cè)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(zhuǎn) 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(cè)器輸出偏差值至放大器；放大器將信號(hào)有的平衡狀態(tài)；由偏差檢測(cè)器輸出偏差值至放大器；放大器將信號(hào) 放大并輸出電流放大并輸

5、出電流(或電壓或電壓)信號(hào)，電流信號(hào)控制反饋力或力矩發(fā)生機(jī)信號(hào)，電流信號(hào)控制反饋力或力矩發(fā)生機(jī) 構(gòu)，使之產(chǎn)生反饋力；當(dāng)反饋力與作用力平衡時(shí)，儀表處于新的平構(gòu)，使之產(chǎn)生反饋力；當(dāng)反饋力與作用力平衡時(shí)，儀表處于新的平 衡狀態(tài)；顯示機(jī)構(gòu)可輸出與被測(cè)壓力或壓差相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。衡狀態(tài)；顯示機(jī)構(gòu)可輸出與被測(cè)壓力或壓差相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。 5 3、壓力傳感器、壓力傳感器 能夠檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置稱為壓力傳感器能夠檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置稱為壓力傳感器 應(yīng)變式壓力傳感器應(yīng)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

6、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(cè)實(shí)例三、壓力檢測(cè)實(shí)例1 基于光纖的壓力檢測(cè)基于光纖的壓力檢測(cè) 7 三、壓力檢測(cè)實(shí)例三、壓力檢測(cè)實(shí)例2 壓電式壓力傳感器壓電式壓力傳感器 根據(jù)使用要求不同，壓電式測(cè)壓傳感器有各種不同的結(jié)根據(jù)使用要求不同，壓電式測(cè)壓傳感器有各種不同的結(jié) 構(gòu)形式。但它們的基本原理相同。構(gòu)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(dǎo)及導(dǎo) 電片電片6組成。當(dāng)膜片組成。當(dāng)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(chǎn)生電

7、荷。在一個(gè)壓電片上所產(chǎn)生的電荷上產(chǎn)生電荷。在一個(gè)壓電片上所產(chǎn)生的電荷q為為 1 2 3 4 5 6 p 壓電式測(cè)壓傳感器原理圖 SPdFdq 1111 F作用于壓電片上的力；作用于壓電片上的力； d11壓電系數(shù)；壓電系數(shù)； P壓強(qiáng)，壓強(qiáng)， ； S膜片的有效面積。膜片的有效面積。 S F P 8 測(cè)壓傳感器的輸入量為壓力測(cè)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(gè)壓電晶片組成，則根據(jù)靈敏度的定義有：個(gè)壓電晶片組成，則根據(jù)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(jù)（根據(jù)（5.4-42）式，電荷靈敏度可表示為）式，電荷靈敏度可表示為 因?yàn)橐驗(yàn)?，所以電壓

8、靈敏度也可表示為，所以電壓靈敏度也可表示為 P q k q P U ku 0 Sdkq 11 0 0 C q U 0 11 C Sd ku SPdFdq 1111 式中式中 U0壓電片輸出電壓；壓電片輸出電壓； C0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(zhuǎn)化結(jié) 構(gòu)變形再通過應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電 量輸出。 三、壓力檢測(cè)實(shí)例三、壓力檢測(cè)實(shí)例3 10 第二節(jié)第二節(jié) 物位的檢測(cè)物位的檢測(cè) 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(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。對(duì)應(yīng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。對(duì)應(yīng)

9、不同性質(zhì)的物料又有以下的定義。不同性質(zhì)的物料又有以下的定義。 (1)液位液位 指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。 (2)料位料位 指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；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

10、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(duì)物位進(jìn)行測(cè)量、指示和物位是液位、料位、界位的總稱。對(duì)物位進(jìn)行測(cè)量、指示和 控制的儀表，稱物位檢測(cè)儀表?？刂频膬x表，稱物位檢測(cè)儀表。 11 2、物位檢測(cè)儀表分類、物位檢測(cè)儀表分類 按測(cè)量方式：連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量按測(cè)量方式：連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量 按工作原理：直讀式、壓力式、浮力式、機(jī)械式、電氣式等。按工作原理：直讀式、壓力式、浮力式、機(jī)械式、電氣式等。 (1)直讀式：直讀式： 采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中采用側(cè)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(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液物位的高

11、度。方法可靠、準(zhǔn)確，但是只能就地指示。主要用于液 位檢測(cè)和壓力較低的場(chǎng)合。位檢測(cè)和壓力較低的場(chǎng)合。 (2)靜壓式：靜壓式： 基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測(cè)。容器內(nèi)基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測(cè)。容器內(nèi) 的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的液面高度與液柱重量所形成的靜壓力成比例關(guān)系，當(dāng)被測(cè)介質(zhì) 密度不變時(shí)，通過測(cè)量參考點(diǎn)的壓力可測(cè)知液位。密度不變時(shí)，通過測(cè)量參考點(diǎn)的壓力可測(cè)知液位。 (3)浮力式：基于阿基米德定律，適用于液位檢測(cè)。漂浮于液浮力式：基于阿基米德定律，適用于液位檢測(cè)。漂浮于液 面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力會(huì)產(chǎn)生面上的浮子或浸沒在液體

12、中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮力會(huì)產(chǎn)生 相應(yīng)的變化，從而檢測(cè)液位。相應(yīng)的變化，從而檢測(cè)液位。 (4)機(jī)械接觸式：機(jī)械接觸式： 通過測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力通過測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力 實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。這類儀表有重錘式、旋冀式和音叉式等。實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。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(cè)介質(zhì)中，當(dāng)物位電氣式：將電氣式物位敏感元件置于被測(cè)介質(zhì)中，當(dāng)物位 變化時(shí)其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測(cè)這些電量變化時(shí)其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測(cè)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(cè)方法如聲學(xué)式、射線式

13、、光纖式、激光式等其他物位檢測(cè)方法如聲學(xué)式、射線式、光纖式、激光式等 12 二、常用物位檢測(cè)儀表二、常用物位檢測(cè)儀表 1、浮子式液位檢測(cè)儀表、浮子式液位檢測(cè)儀表 作為檢測(cè)元件的浮子漂浮在液面上，作為檢測(cè)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(dòng)，其浮子隨著液面的變化而上下移動(dòng)，其 所受浮力的大小保持一定，檢測(cè)浮子所受浮力的大小保持一定，檢測(cè)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(jié)構(gòu)根據(jù)使用條件和使用要求設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)根據(jù)使用條件和使用要求設(shè)計(jì)。 若圓柱形浮子的外直徑為若圓柱形浮子的外直徑

14、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(dāng)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(dāng)液位發(fā) 生變化時(shí)，浮子浸入液體的深度將改變，所受浮力亦變化。生變化時(shí)，浮子浸入液體的深度將改變，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(guān)系：的關(guān)系： 13 2、電容式物位計(jì)、電容式物位計(jì) h C1 C C2 2r1 2r2 hx )/ln( 2 12 0 rr h x x KhA rr h )/ln( )(2 12 0 C=+ )/ln( 2 12 0 rr h A

15、 )/ln( )(2 12 0 rr K 可見傳感器電容量C與被測(cè)液位高度hx成線性關(guān)系。 14 3、超聲式物位計(jì)、超聲式物位計(jì) 回波反射式超聲波物位計(jì)原理：利用發(fā)射的回波反射式超聲波物位計(jì)原理：利用發(fā)射的 超聲波脈沖將由被測(cè)物料的表面反射，測(cè)量超聲波脈沖將由被測(cè)物料的表面反射，測(cè)量 從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時(shí)間，求出從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時(shí)間，求出 從探頭到分界面的距離，進(jìn)而測(cè)得物位。從探頭到分界面的距離，進(jìn)而測(cè)得物位。 設(shè)設(shè)c為超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度，為超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度， t 為從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時(shí)間，為從發(fā)射超聲波到接收回波所需的時(shí)間， 則測(cè)得液位則

16、測(cè)得液位H: 注意：超聲波在介質(zhì)中的傳播速度易受介質(zhì)的溫度、成分等注意：超聲波在介質(zhì)中的傳播速度易受介質(zhì)的溫度、成分等 變化的影響，是影響物位測(cè)量的主要因素，需要進(jìn)行補(bǔ)償。變化的影響，是影響物位測(cè)量的主要因素，需要進(jìn)行補(bǔ)償。 通?？稍诔晸Q能器附近安裝濕度傳感器，自動(dòng)補(bǔ)償聲速因通?？稍诔晸Q能器附近安裝濕度傳感器，自動(dòng)補(bǔ)償聲速因 溫度變化對(duì)物位測(cè)量的影響。還可使用校正器，定期校正聲溫度變化對(duì)物位測(cè)量的影響。還可使用校正器，定期校正聲 速。速。 15 4、光纖式物位計(jì)、光纖式物位計(jì) 16 三、物位檢測(cè)實(shí)例三、物位檢測(cè)實(shí)例 聯(lián)合站注水水源井的無線遙控系統(tǒng)聯(lián)合站注水水源井的無線遙控系統(tǒng) 由主控站和各

17、水源井測(cè)控箱兩大部分組成。由主控站和各水源井測(cè)控箱兩大部分組成。 主控站以工控機(jī)作為主機(jī)，對(duì)各個(gè)水源井的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)進(jìn)行主控站以工控機(jī)作為主機(jī)，對(duì)各個(gè)水源井的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)進(jìn)行 遙測(cè)和遠(yuǎn)程遙控開關(guān)機(jī)，還可對(duì)注水罐、消防罐、凈化污水罐的遙測(cè)和遠(yuǎn)程遙控開關(guān)機(jī)，還可對(duì)注水罐、消防罐、凈化污水罐的 水位和注水主干線的壓力進(jìn)行檢測(cè)，主控站與各水源井之間由無水位和注水主干線的壓力進(jìn)行檢測(cè)，主控站與各水源井之間由無 線電臺(tái)進(jìn)行通信，具備打印報(bào)表和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。水源井測(cè)控箱線電臺(tái)進(jìn)行通信，具備打印報(bào)表和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。水源井測(cè)控箱 對(duì)水源井的壓力、流速、流量、液面、電壓、電流、功率進(jìn)行檢對(duì)水源井的壓力、流速、

18、流量、液面、電壓、電流、功率進(jìn)行檢 測(cè)，還可對(duì)電機(jī)的過載、缺相、過熱、三相不平衡、逆相進(jìn)行檢測(cè)，還可對(duì)電機(jī)的過載、缺相、過熱、三相不平衡、逆相進(jìn)行檢 測(cè)，具有電機(jī)軟啟動(dòng)和遙控啟停功能，由無線電臺(tái)控制其工作。測(cè)，具有電機(jī)軟啟動(dòng)和遙控啟停功能，由無線電臺(tái)控制其工作。 工控機(jī) 顯 示 器打 印 機(jī) 主控器 三個(gè)干線壓力信號(hào)注水罐消防罐污水罐 鍵盤/鼠標(biāo) 天 線 17 單單 片片 機(jī)機(jī) 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 量量 表表 電機(jī)檢測(cè)電機(jī)檢測(cè) 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(shù)字隔離器數(shù)字隔離器 壓力變送器壓力變送器 電

19、流變送器電流變送器 液位變送器液位變送器 數(shù)數(shù) 碼碼 電電 臺(tái)臺(tái) 電源電源 控制箱控制箱 電機(jī)電機(jī) 控制器控制器 水泵電機(jī)水泵電機(jī) 水泵電機(jī)水泵電機(jī) 手控開關(guān)手控開關(guān) 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(cè)溫度的檢測(cè) 一、測(cè)溫原理及方法一、測(cè)溫原理及方法 溫度測(cè)量方式有接觸式和非接觸式測(cè)溫兩大類。采用接觸式測(cè)溫溫度測(cè)量方式有接觸式和非接觸式測(cè)溫兩大類。采用接觸式測(cè)溫 時(shí)，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換，二者需要良好的熱接觸，以獲時(shí)，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換，二者需要良好的熱接觸，以獲 得較高的測(cè)量精度。但是它往往會(huì)破壞被測(cè)對(duì)象的熱平衡，存在得較高的測(cè)量精度。但是它往往會(huì)破壞

20、被測(cè)對(duì)象的熱平衡，存在 置人誤差。由于測(cè)量環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)溫度敏感元件的結(jié)構(gòu)和性能要置人誤差。由于測(cè)量環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)溫度敏感元件的結(jié)構(gòu)和性能要 求較高。采用非接觸式測(cè)溫方法，是通過熱輻射進(jìn)行熱交換，或求較高。采用非接觸式測(cè)溫方法，是通過熱輻射進(jìn)行熱交換，或 溫度敏感元件接收被測(cè)對(duì)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(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能的大小 推出被測(cè)對(duì)象的溫度。特點(diǎn)是測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，推出被測(cè)對(duì)象的溫度。特點(diǎn)是測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小， 可測(cè)量高溫、運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合?？蓽y(cè)量高溫、運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。 溫度反

21、映物體的冷熱程度，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo)溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能大小的標(biāo) 志。溫度的定量測(cè)量以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)，兩個(gè)受熱程度不同志。溫度的定量測(cè)量以熱平衡現(xiàn)象為基礎(chǔ)，兩個(gè)受熱程度不同 的物體相接觸后，經(jīng)過一段時(shí)間的熱交換，達(dá)到共同的平衡態(tài)的物體相接觸后，經(jīng)過一段時(shí)間的熱交換，達(dá)到共同的平衡態(tài) 后具有相同的溫度。溫度測(cè)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(cè)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(zhì)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(zhì)隨溫度而變化的特性為已知，通過 溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可溫

22、度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可 確定被測(cè)對(duì)象的溫度。確定被測(cè)對(duì)象的溫度。 19 常用溫度檢測(cè)方法常用溫度檢測(cè)方法 20 二、二、接觸式測(cè)溫接觸式測(cè)溫 熱電偶測(cè)溫?zé)犭娕紲y(cè)溫 熱電阻測(cè)溫?zé)犭娮铚y(cè)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 三三、非接觸式測(cè)溫非接觸式測(cè)溫 在工業(yè)生產(chǎn)中，有些場(chǎng)合是利用非接觸式溫度傳感器在工業(yè)生產(chǎn)中，有些場(chǎng)合是利用非接觸式溫度傳感器 測(cè)量溫度，其優(yōu)點(diǎn)：不從被測(cè)物體上吸收熱量；不會(huì)測(cè)量溫度，其優(yōu)點(diǎn)：不從被測(cè)物體上吸

23、收熱量；不會(huì) 干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反干擾被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)；連續(xù)測(cè)量不會(huì)產(chǎn)生消耗；反 應(yīng)快等。近年來，這種溫度傳感器在國外發(fā)展迅猛。應(yīng)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(jì)輻射高溫計(jì) 是發(fā)展得較早的一類非接觸式溫度傳感器，常用來測(cè)是發(fā)展得較早的一類非接觸式溫度傳感器，常用來測(cè) 量量 1000以上高溫。它可分為四種：光學(xué)高溫計(jì)、比以上高溫。它可分為四種：光學(xué)高溫計(jì)、比 色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。色高溫計(jì)、輻射高溫計(jì)和光電高溫計(jì)。 2光譜高溫計(jì)光譜高溫計(jì) 前蘇聯(lián)研制的前蘇聯(lián)研制的YCII型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì)、其型自動(dòng)測(cè)溫通用光譜高溫計(jì)、其 測(cè)量

24、范圍為測(cè)量范圍為4006000，它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系，它是采用電子化自動(dòng)跟蹤系 統(tǒng)，保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。統(tǒng)，保證有足夠準(zhǔn)確的精度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。 22 3超聲波溫度傳感器超聲波溫度傳感器 特點(diǎn)是響應(yīng)快（約為特點(diǎn)是響應(yīng)快（約為10ms左右），方向性強(qiáng)。目前國左右），方向性強(qiáng)。目前國 外已有可測(cè)到外已有可測(cè)到5000 的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 4激光溫度傳感器激光溫度傳感器 適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美、適用于遠(yuǎn)程和特殊環(huán)境下的溫度測(cè)量。據(jù)報(bào)導(dǎo)，美、 日、英等國均在致力于將其應(yīng)用到科研工程，如日、英等國均在致力于將其應(yīng)用到科研工程，如NBS 公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)

25、可測(cè)很高的溫度公司用氦氖激光源的激光做光反射計(jì)可測(cè)很高的溫度, 精度為精度為1。美國麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫。美國麻省理工學(xué)院正在研制一種激光溫 度計(jì)，最高溫度可達(dá)度計(jì)，最高溫度可達(dá)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(cè)幾千開（測(cè)幾千開（K）的高溫。）的高溫。 23 四四、設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)實(shí)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

26、 加熱器電氣接口：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，50Hz 4、對(duì)外接線方式：、對(duì)外接線方式： 8芯接線柱，芯接線柱，AC220V， 10A；主用；主用3對(duì)（對(duì)（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(duì)。散熱輸出），備用一對(duì)。 4 mm 固定孔4個(gè) 線路板尺寸示意圖 15mm 150mm 120mm 15mm 15mm 15mm 8

27、芯接線柱 24 第一節(jié)概述 一. 流量的概念 流流體體在在單單位位時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)流流經(jīng)經(jīng)某某一一有有效效截截面面的的體體積積或或質(zhì)質(zhì)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(zhì)質(zhì)量量流流量量(kg/s)。 如果在截面上速度分布是均勻的，則： vF qvA mv 如果介質(zhì)的密度為 ，那么量 q 流 = 量 q 質(zhì) 第四節(jié)第四節(jié) 流量的檢測(cè)流量的檢測(cè) qv=vAF 如果介質(zhì)的密度為，那么質(zhì)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(gè)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(gè)截面上的流量

28、qv為 vF F qvdA 一、流量的概念一、流量的概念 AF為流通截面面積 25 測(cè)測(cè)量量某某一一段段時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)流流過過的的流流體體量量，即即瞬瞬時(shí)時(shí)流流量量對(duì)對(duì) 時(shí)時(shí)間間的的積積分分，稱稱之之流流體體總總量量。 v t m t Vq dt Mq dt 用用來來測(cè)測(cè)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(jì)計(jì)。測(cè)測(cè)量量總總量量的的儀儀表表稱稱 為為流流體體計(jì)計(jì)量量表表或或總總量量計(jì)計(jì)。 流量計(jì)分類流量計(jì)分類 26 二、體積流量檢測(cè)方法二、體積流量檢測(cè)方法 是直接根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動(dòng)元件的往是直接根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表，它利用運(yùn)動(dòng)元件的往 復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體

29、的連續(xù)排出量成比例對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的 檢測(cè)。容積式流量計(jì)可計(jì)量各種液體和氣體的累積流量，由于這檢測(cè)。容積式流量計(jì)可計(jì)量各種液體和氣體的累積流量，由于這 種流量計(jì)可以精密測(cè)量體積量，所以其類型包括從小型的家用煤種流量計(jì)可以精密測(cè)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(jì)量儀表。氣表到大容積的石油和天然氣計(jì)量儀表。 組成：測(cè)量室、運(yùn)動(dòng)部件、傳動(dòng)和顯示部件。組成：測(cè)量室、運(yùn)動(dòng)部件、傳動(dòng)和顯示部件。 測(cè)量室是具有固定標(biāo)準(zhǔn)容積的測(cè)量主體，由流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部測(cè)量室是具有固定標(biāo)準(zhǔn)容積的測(cè)量主體，由流量計(jì)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部 件與殼

30、體構(gòu)成。在流體進(jìn)、出口壓力差的作用下，運(yùn)動(dòng)部件不斷件與殼體構(gòu)成。在流體進(jìn)、出口壓力差的作用下，運(yùn)動(dòng)部件不斷 地將充滿在測(cè)量室中的流體從入口排向出口。假定測(cè)量室的固定地將充滿在測(cè)量室中的流體從入口排向出口。假定測(cè)量室的固定 容積為容積為V，某一時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù)為，某一時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)過流量計(jì)排出流體的固定容積數(shù)為n， 則被測(cè)流體的體積總量則被測(cè)流體的體積總量Q可知。容積流量計(jì)的流量方程式可以表可知。容積流量計(jì)的流量方程式可以表 示為：示為： 計(jì)數(shù)器通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)數(shù)，計(jì)數(shù)器通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)出運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)數(shù)，n即可知，從而得出通即可知，從而得出通 過流量計(jì)的流體總量。

31、在測(cè)量較小流量時(shí)，要考慮泄漏量的影響，過流量計(jì)的流體總量。在測(cè)量較小流量時(shí)，要考慮泄漏量的影響， 通常儀表有最小流量的測(cè)量限度。通常儀表有最小流量的測(cè)量限度。 1、容積式流量計(jì)、容積式流量計(jì) 27 基于在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓基于在流通管道上設(shè)置流動(dòng)阻力件，流體通過阻力件時(shí)將產(chǎn)生壓 力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測(cè)量差力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測(cè)量差 壓值求得流體流量。最常用的差壓式流量計(jì)是由產(chǎn)生差壓的裝置壓值求得流體流量。最常用的差壓式流量計(jì)是由產(chǎn)生差壓的裝置 和差壓計(jì)組合而成。流體流過差壓產(chǎn)生裝置形成靜壓差，由差壓和差

32、壓計(jì)組合而成。流體流過差壓產(chǎn)生裝置形成靜壓差，由差壓 計(jì)測(cè)得差壓值，并轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)輸出。產(chǎn)生差壓的裝置有多種計(jì)測(cè)得差壓值，并轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)輸出。產(chǎn)生差壓的裝置有多種 型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動(dòng)壓管、型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動(dòng)壓管、 均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計(jì)還有浮子流量計(jì)、靶均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計(jì)還有浮子流量計(jì)、靶 式流量計(jì)等。式流量計(jì)等。 2、差壓式流量計(jì)、差壓式流量計(jì) 節(jié)流式流量計(jì)：用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的流量。節(jié)流式流量計(jì)：用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的流量。 均速管流量計(jì)：基于動(dòng)壓管測(cè)速原理發(fā)展而成的一種流

33、量計(jì)，均速管流量計(jì)：基于動(dòng)壓管測(cè)速原理發(fā)展而成的一種流量計(jì)， 流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生差壓信號(hào)，該信號(hào)與流體流量有確定關(guān)系，流體流經(jīng)均速管產(chǎn)生差壓信號(hào)，該信號(hào)與流體流量有確定關(guān)系， 經(jīng)過差壓計(jì)可測(cè)出流體流量。經(jīng)過差壓計(jì)可測(cè)出流體流量。 彎管流量計(jì)：當(dāng)流體通過管道彎頭時(shí)，受到角加速的作用而產(chǎn)彎管流量計(jì)：當(dāng)流體通過管道彎頭時(shí)，受到角加速的作用而產(chǎn) 生的離心力會(huì)在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)之間形成差壓，此生的離心力會(huì)在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)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。 28 3、速度式流量計(jì)、速度式流量計(jì) 基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象，儀表的輸出與流速

34、有確定基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象，儀表的輸出與流速有確定 的關(guān)系，即可知流體的體積流量。工業(yè)生產(chǎn)中使用的速度式流量的關(guān)系，即可知流體的體積流量。工業(yè)生產(chǎn)中使用的速度式流量 計(jì)種類很多，新的品種也不斷開發(fā)，它們各有特點(diǎn)和適用范圍。計(jì)種類很多，新的品種也不斷開發(fā)，它們各有特點(diǎn)和適用范圍。 渦輪流量計(jì)是利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪感受流渦輪流量計(jì)是利用安裝在管道中可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪感受流 體的速度變化，從而測(cè)定管道內(nèi)的流體流量。體的速度變化，從而測(cè)定管道內(nèi)的流體流量。 渦街流量計(jì)屬旋渦流量計(jì)類型，它是利用渦街流量計(jì)屬旋渦流量計(jì)類型，它是利用流體振蕩流體振蕩的原理進(jìn)的原理進(jìn) 行流量測(cè)量。當(dāng)

35、流體流過非流線型阻擋體時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦，行流量測(cè)量。當(dāng)流體流過非流線型阻擋體時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦， 旋渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量頻率的旋渦的產(chǎn)生頻率與流體流速有著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量頻率的 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(jì)用于測(cè)量具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)流量，基于電磁電磁流量計(jì)用于測(cè)量具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)流量，基于電磁 感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過，在流通感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過，在流通 管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與流體速管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的大小與流體速 度有關(guān)

36、，通過測(cè)量此電勢(shì)可求得流體流量。度有關(guān)，通過測(cè)量此電勢(shì)可求得流體流量。 超聲流量計(jì)利用超聲波在流體中的傳播特性實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。超聲流量計(jì)利用超聲波在流體中的傳播特性實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。 超聲波在流體中傳播，將受到流體速度的影響，檢測(cè)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(cè)接收的超 聲波信號(hào)可以測(cè)知流速，從而求得流體流量。聲波信號(hào)可以測(cè)知流速，從而求得流體流量。 29 三、質(zhì)量流量檢測(cè)方法三、質(zhì)量流量檢測(cè)方法 又稱為推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)。采用密度或溫度、壓力補(bǔ)償?shù)霓k法，又稱為推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)。采用密度或溫度、壓力補(bǔ)償?shù)霓k法， 在測(cè)量體積流量的同時(shí)，測(cè)量流體的密度或流體的溫度、壓力值，在測(cè)量體積

37、流量的同時(shí)，測(cè)量流體的密度或流體的溫度、壓力值， 再通過運(yùn)算求得質(zhì)量流量。再通過運(yùn)算求得質(zhì)量流量。 1、間接式質(zhì)量流量計(jì)、間接式質(zhì)量流量計(jì) 體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合方式體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合方式 差壓式流量計(jì)與密度計(jì)的組合差壓式流量計(jì)與密度計(jì)的組合 其他體積流量計(jì)與密度計(jì)組合其他體積流量計(jì)與密度計(jì)組合 體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合方式體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合方式 溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì) 流體密度是溫度、壓力的函數(shù)，通過測(cè)量流體溫度和壓力，流體密度是溫度、壓力的函數(shù)，通過測(cè)量流體溫度和壓力， 與體積流量測(cè)量組合可求出流體質(zhì)量流量。與體積流量測(cè)量組合可求出流體質(zhì)

38、量流量。 30 直接輸出與質(zhì)量流量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，反映質(zhì)量流量的大小。其直接輸出與質(zhì)量流量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，反映質(zhì)量流量的大小。其 測(cè)量不受流體的溫度、壓為、密度變化的影響。測(cè)量不受流體的溫度、壓為、密度變化的影響。 2、直接式質(zhì)量流量計(jì)、直接式質(zhì)量流量計(jì) 簡稱科氏力流量計(jì)，它是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生簡稱科氏力流量計(jì)，它是利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生 與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的測(cè)量原理?？剖狭α髁坑?jì)由與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的測(cè)量原理?？剖狭α髁坑?jì)由 檢測(cè)科里奧利力的傳感器與轉(zhuǎn)換器組成。檢測(cè)科里奧利力的傳感器與轉(zhuǎn)換器組成。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 基于流體中熱傳遞

39、和熱轉(zhuǎn)移與流體質(zhì)量流量的關(guān)系。其工作機(jī)基于流體中熱傳遞和熱轉(zhuǎn)移與流體質(zhì)量流量的關(guān)系。其工作機(jī) 理是利用外熱源對(duì)被測(cè)流體加熱，測(cè)量因流體流動(dòng)造成的溫度理是利用外熱源對(duì)被測(cè)流體加熱，測(cè)量因流體流動(dòng)造成的溫度 場(chǎng)變化，從而測(cè)得流體的質(zhì)量流量。場(chǎng)變化，從而測(cè)得流體的質(zhì)量流量。 熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(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，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)換放大輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。經(jīng)轉(zhuǎn)換放大輸出與質(zhì)量流量成比例的標(biāo)準(zhǔn)信

40、號(hào)。 沖量式流量計(jì)沖量式流量計(jì) 31 四、流量檢測(cè)實(shí)例四、流量檢測(cè)實(shí)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(jìn)行測(cè)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(jìn)行測(cè)量。 在管外設(shè)置兩個(gè)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(shè)置兩個(gè)相隔一定距離的收發(fā)兩用壓電超聲換能器，每隔 一段時(shí)間一段時(shí)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(jù)這個(gè)關(guān)系，便可況下，發(fā)射和接收的相位差與流速成正比。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，便可 精確測(cè)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(cè)定流速。流

41、速與管道橫截面積的乘積等于流量。此種流量 計(jì)可以測(cè)量各種液體的流速。中壓和低壓氣體的流速計(jì)可以測(cè)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(dǎo)電率、粘度、密度、腐蝕性以及成分的影響。其準(zhǔn)確度可達(dá)的導(dǎo)電率、粘度、密度、腐蝕性以及成分的影響。其準(zhǔn)確度可達(dá) 0.5%，有的可達(dá)到，有的可達(dá)到0.01%。 同理，可用于直接測(cè)量隨海同理，可用于直接測(cè)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(gè)正對(duì)即以一定距離放置兩個(gè)正對(duì) 著的陶瓷換能器，一個(gè)為發(fā)著的陶瓷換能器，一個(gè)為發(fā) 射器、一個(gè)為接收器。根據(jù)射器、一個(gè)為接收器。根據(jù) 測(cè)定的發(fā)射和接收的相位差測(cè)定的發(fā)

42、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(hào) 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(jì)光纖多普勒流速計(jì) 下圖為利用光纖多普勒計(jì)來測(cè)量流體流速的原理。下圖為利用光纖多普勒計(jì)來測(cè)量流體流速的原理。 當(dāng)待測(cè)流體為氣體時(shí)，散射光將非常微弱，此時(shí)可采用當(dāng)待測(cè)流體為氣體時(shí)，散射光將非常微弱，此時(shí)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(jì)的特點(diǎn)是非接觸測(cè)量，以提高信噪比。光纖多普勒流速計(jì)的特點(diǎn)是非接觸測(cè)量， 不會(huì)

43、影響待測(cè)物體的流動(dòng)狀態(tài)。不會(huì)影響待測(cè)物體的流動(dòng)狀態(tài)。 光纖多譜勒流量計(jì)結(jié)構(gòu) 探測(cè)器 頻譜 分析儀 He-Ne激光器 1 23 4 5 6 7 8 1、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(zhì)成分的檢測(cè)物質(zhì)成分的檢測(cè) 一、物質(zhì)成分檢測(cè)方法一、物質(zhì)成分檢測(cè)方法 定期取樣檢測(cè)：通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法定期取樣檢測(cè)：通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法 連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：連續(xù)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)檢測(cè)連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)：連續(xù)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)檢測(cè) (1)電化學(xué)式，如電導(dǎo)式、電量式、電位式、電解式、酸度計(jì)、離電化學(xué)式，如電導(dǎo)式、電量式、電

44、位式、電解式、酸度計(jì)、離 子濃度計(jì)等；子濃度計(jì)等； (2)熱學(xué)式，如熱導(dǎo)式、熱譜式、熱化學(xué)式等；熱學(xué)式，如熱導(dǎo)式、熱譜式、熱化學(xué)式等； (3)磁學(xué)式，如磁式氧分析器、核磁共振分析儀等：磁學(xué)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(xué)式，如紅外、紫外等吸收式光學(xué)分析儀，光散射、光干涉光學(xué)式，如紅外、紫外等吸收式光學(xué)分析儀，光散射、光干涉 式光學(xué)分析儀等；式光學(xué)分析儀等； (6)電子光學(xué)式和離子光學(xué)式，如電子探針、離子探針、質(zhì)譜儀等電子光學(xué)式和離子光學(xué)式，如

45、電子探針、離子探針、質(zhì)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(cè)量儀表，如水分計(jì)、粘度計(jì)、密度計(jì)、濕度計(jì)、塵量計(jì)物性測(cè)量儀表，如水分計(jì)、粘度計(jì)、密度計(jì)、濕度計(jì)、塵量計(jì) (9)其他，如晶體振蕩式分析儀、半導(dǎo)體氣敏傳感器等。其他，如晶體振蕩式分析儀、半導(dǎo)體氣敏傳感器等。 34 二、氣體成分檢測(cè)二、氣體成分檢測(cè) 是使用最早的一種物理式氣體分析器，通過檢測(cè)混合氣體是使用最早的一種物理式氣體分析器，通過檢測(cè)混合氣體導(dǎo)熱系導(dǎo)熱系 數(shù)數(shù)變化得知待測(cè)組分含量。被測(cè)氣體組分含量變化時(shí)，將引起導(dǎo)變化得知待測(cè)組分含量。被測(cè)氣體組分含量變化時(shí)，將引起導(dǎo) 熱系數(shù)

46、變化，從而間接得知待測(cè)組分含量。熱系數(shù)變化，從而間接得知待測(cè)組分含量。 設(shè)待測(cè)組分的濃度為設(shè)待測(cè)組分的濃度為C1，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)為，相應(yīng)的導(dǎo)熱系數(shù)為1混合氣體中其他組混合氣體中其他組 分的導(dǎo)熱系數(shù)近似相等，分的導(dǎo)熱系數(shù)近似相等， 2 3 n ，則則 1、熱導(dǎo)式氣體分析器、熱導(dǎo)式氣體分析器 2 1 12 C 測(cè)量多組分某一氣體組分的含量必須滿足兩個(gè)條件：測(cè)量多組分某一氣體組分的含量必須滿足兩個(gè)條件： 混合氣體中除待測(cè)組分外，其余各組分的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)相同或十混合氣體中除待測(cè)組分外，其余各組分的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)相同或十 分接近。分接近。 待測(cè)組分的的導(dǎo)熱系數(shù)與其余組分的導(dǎo)熱系數(shù)要有顯著的差別，待測(cè)組分的的導(dǎo)

47、熱系數(shù)與其余組分的導(dǎo)熱系數(shù)要有顯著的差別， 差別越大，靈敏度越高，即待測(cè)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(cè)組分濃度變化引起混合氣體的變變 化就越大?；驮酱?。 35 熱導(dǎo)池是用導(dǎo)熱良好的金屬制成熱導(dǎo)池是用導(dǎo)熱良好的金屬制成 的長圓柱形小室，室內(nèi)裝有一根的長圓柱形小室，室內(nèi)裝有一根 細(xì)的鉑或鎢電阻絲，電阻絲與腔細(xì)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(cè)氣體從小，被測(cè)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，

48、 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(dǎo)池一般放在恒溫裝置傳遞。熱導(dǎo)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(cè)氣體的熱導(dǎo)率平衡溫度將隨被測(cè)氣體的熱導(dǎo)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?dú)怏w組分的變化。變化的可得知?dú)怏w組分的變化。 36 2、熱磁式氣體分析器、熱磁式氣體分析器 是利用被測(cè)氣體混合物待測(cè)組分比其他氣體有高得多的是利用被測(cè)氣體混合物待測(cè)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

49、效應(yīng)來檢測(cè)待測(cè)氣體組以及磁化率隨溫度的升高而降低等熱磁效應(yīng)來檢測(cè)待測(cè)氣體組 分含量的原理制成的。它主要用來檢測(cè)混合氣體的氧含量，測(cè)分含量的原理制成的。它主要用來檢測(cè)混合氣體的氧含量，測(cè) 量范圍為百分之百，具有反應(yīng)快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。量范圍為百分之百，具有反應(yīng)快、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。 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

50、氧化鋯式氧量體分析儀 屬于電化學(xué)分析方法這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定屬于電化學(xué)分析方法這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定 性好、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬性好、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬(從從10 6到百分含量 到百分含量)，而且不需，而且不需 要復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，它的探頭可以直接插入煙道中要復(fù)雜的采樣和預(yù)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(cè)為被測(cè)氣體右側(cè)為濃差電池的左側(cè)為被測(cè)氣體右側(cè)為 參比氣體，參比氣體一般為空氣。當(dāng)參比氣體，參比氣體一般為空氣。當(dāng) 兩側(cè)氣體的氧分壓不同時(shí)，吸附在電兩側(cè)氣體的氧分壓不同時(shí)，吸附在電 極上的氧

51、分子離解得到極上的氧分子離解得到4個(gè)電子，形成個(gè)電子，形成 兩個(gè)兩個(gè)O 2 ，進(jìn)入固體電解質(zhì)中，在高 ，進(jìn)入固體電解質(zhì)中，在高 溫下，氧離子從高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移溫下，氧離子從高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移 而產(chǎn)生電勢(shì)。而產(chǎn)生電勢(shì)。 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(diào)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(diào)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(shí)儀表靈敏度最高。工作溫度，此時(shí)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(shì)化直接影響氧濃差電勢(shì)E的大小，傳感器還應(yīng)有溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。的大小，傳感器還應(yīng)有溫

52、度補(bǔ)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(shí)，以空氣為參比氣體時(shí)，被測(cè)氣體氧含量為的氧含量時(shí)，以空氣為參比氣體時(shí)，被測(cè)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(cè)氣體壓力應(yīng)該相等，儀表可以直接以氧濃度參比氣體與被測(cè)氣體壓力應(yīng)該相等，儀表可以直接以氧濃度 刻度。刻度。 38 屬于光學(xué)分析儀表中的一種。它是利用不同氣體對(duì)不同波長的屬于光學(xué)分析

53、儀表中的一種。它是利用不同氣體對(duì)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(jìn)行分析的。這類儀表的特點(diǎn)來進(jìn)行分析的。這類儀表的特點(diǎn) 是測(cè)量范圍寬；靈敏度高，能分析的氣體體積分?jǐn)?shù)可到是測(cè)量范圍寬；靈敏度高，能分析的氣體體積分?jǐn)?shù)可到10 6 (ppm級(jí)級(jí))；反應(yīng)速度快、選擇性好。紅外線氣體分析器常用于連；反應(yīng)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(jī)和無機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)有其特征的吸收峰，下大部分有機(jī)和無機(jī)氣體在紅外波段內(nèi)有其特征的吸收峰，下 圖為一些氣體的吸收光譜，紅外線氣

54、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2 25m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(dǎo)體體分析器 半導(dǎo)體體分析器4 質(zhì)譜分析儀質(zhì)譜分析儀 39 三、濕度和含水量檢測(cè)三、濕度和含水量檢測(cè) 電解質(zhì)型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一電解質(zhì)型：以氯化鋰為例，它在絕緣基板上制作一 對(duì)電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn)對(duì)電極，涂上氯化鋰鹽膠膜。氯化鋰極易潮解，并產(chǎn) 生離子導(dǎo)電，隨濕度升高而電阻減小。生離子導(dǎo)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：一般以金屬氧化物為原料，通過陶

55、瓷工藝， 制成一種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對(duì)空氣中水制成一種多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值對(duì)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(jī)高分子通過浸漬或涂覆，使其在基板上附著一層有機(jī)高分子 感濕膜。有機(jī)高分子的材料種類也很多，工作原理也感濕膜。有機(jī)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(dǎo)體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導(dǎo)單晶半導(dǎo)體型：所用材料主要是硅單晶，利用半導(dǎo) 體工藝制成。制成二極管濕敏器件和體工藝制成。制成二極管濕敏器

56、件和MOSFET濕度敏濕度敏 感器件等。其特點(diǎn)是易于和半導(dǎo)體電路集成在一起。感器件等。其特點(diǎn)是易于和半導(dǎo)體電路集成在一起。 1 1、濕度檢測(cè)、濕度檢測(cè) 40 2 2、含水量檢測(cè)、含水量檢測(cè) 電導(dǎo)法電導(dǎo)法 固體物質(zhì)的含水量與其導(dǎo)電性存在一定的關(guān)系，含水量高，導(dǎo)固體物質(zhì)的含水量與其導(dǎo)電性存在一定的關(guān)系，含水量高，導(dǎo) 電性好。通常采用不平衡電橋方法測(cè)量。電性好。通常采用不平衡電橋方法測(cè)量。 稱重法稱重法 采用紅外線燈為加熱源，照射被測(cè)物質(zhì)使其水分完全蒸發(fā)，即采用紅外線燈為加熱源，照射被測(cè)物質(zhì)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(jù)水分對(duì)是根據(jù)水分對(duì)1.94m波長的紅外線具有較強(qiáng)的吸收，而水