東北大學(xué)過程檢測(cè)復(fù)習(xí)

1、 第二章 溫度測(cè)量一、接觸測(cè)溫存在的問題，應(yīng)該采取什么措施解決？答： 輻射測(cè)溫的基本方法有亮度法測(cè)溫、比色法測(cè)溫、全輻射法測(cè)溫。亮度溫度計(jì)：原理：利用各種物體在不同溫度下輻射的單色輻射亮度與溫度的函數(shù)關(guān)系制成的。在實(shí)際測(cè)溫中會(huì)遇到兩個(gè)問題：實(shí)際被測(cè)對(duì)象發(fā)射率未知，儀表如何刻度，以此引入了亮度溫度（具有不同光譜發(fā)射率的實(shí)際物體都有可能在同一波長(zhǎng)下發(fā)出相同的熱輻射單色輻射亮度）的概念；不能滿足普朗克定律所要求的“單色”問題，以此引入有效波長(zhǎng)的概念。亮度溫度計(jì)的分度存在的兩個(gè)問題：物體的單色輻射亮度并不能唯一確定該物體的真實(shí)溫度；被測(cè)對(duì)象的光譜發(fā)射率各不相同，且在大多數(shù)情況下是未知的。解決辦法：亮度

2、溫度計(jì)的刻度應(yīng)按黑體進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)注意刻度換算。亮度溫度計(jì)的測(cè)溫關(guān)鍵被測(cè)對(duì)象光譜發(fā)射率的準(zhǔn)確確定。光學(xué)高溫計(jì) 需要提高標(biāo)準(zhǔn)燈的穩(wěn)定性，所采取的措施：進(jìn)行充分的老化或退火嚴(yán)格控制高溫計(jì)標(biāo)準(zhǔn)燈在1400以下的亮度溫度范圍內(nèi)使用。當(dāng)亮度溫度超過1400時(shí)，燈絲會(huì)發(fā)生：過熱氧化或燈絲阻值發(fā)生變化，從而改變了溫度和燈絲電流的關(guān)系，燈絲開始升華而在玻璃泡上形成暗黑的薄膜，改變了燈絲亮度特性，造成誤差。解決辦法：插入吸收玻璃。光電高溫計(jì) 使用時(shí)應(yīng)注意（1）非黑體輻射的影響，材料發(fā)射率的影響因素有波長(zhǎng)、溫度、表面條件、發(fā)射角、偏振狀態(tài)。采取措施有：人為地創(chuàng)造黑體輻射條件，準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)射率。（2）中間介

3、質(zhì)的影響: 理論上光學(xué)高溫計(jì)與被測(cè)目標(biāo)間沒有距離上的要求，只要求物像能均勻布滿目鏡視野即可。但實(shí)際上會(huì)發(fā)生如下情況：光路中灰塵、煙霧、水蒸汽和二氧化碳等對(duì)熱輻射均有散射效應(yīng)和吸收作用，從而使測(cè)量值偏低；外來(lái)反射光線（如日光、火焰、強(qiáng)的照明光等）可使測(cè)量值增加。采取措施：對(duì)溫度計(jì)采用遮光裝置；光學(xué)高溫計(jì)應(yīng)距被測(cè)物體不宜太遠(yuǎn)，一般在12m內(nèi)比較合適。（3）工作波段的選擇：對(duì)于金屬材料，它們的光譜發(fā)射率隨著波長(zhǎng)的增大而減小，因此選擇短波是有利的；在低溫測(cè)量中，由于輻射能量很小。所以必須要考慮大氣吸收。在一定光譜區(qū)域內(nèi)，大氣吸收為最小，因此常選擇該區(qū)域（大氣窗口）作為工作波段進(jìn)行測(cè)量。（4）周圍環(huán)境的

4、影響：工業(yè)用亮度溫度計(jì)通常在1050環(huán)境溫度下使用，否則標(biāo)準(zhǔn)燈會(huì)受環(huán)境溫度影響產(chǎn)生較大誤差，儀表內(nèi)部可調(diào)線圈電阻也會(huì)隨溫度變化產(chǎn)生附加誤差，溫度計(jì)工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)避免有強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。（5）被測(cè)對(duì)象：亮度溫度計(jì)不宜測(cè)量反射光很強(qiáng)的物體，也不能測(cè)量不發(fā)光的物體。（6）其他：在更換標(biāo)準(zhǔn)燈和光電器件時(shí)需要重新進(jìn)行調(diào)整和分度，流過標(biāo)準(zhǔn)燈的電流方向應(yīng)與分度時(shí)保持一致。比色溫度計(jì)：通過測(cè)量被測(cè)物體在兩個(gè)不同指定波長(zhǎng)下的光譜輻射亮度之比來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的儀表。在輻射通道上若有某種介質(zhì)對(duì)儀表所選用的兩個(gè)波長(zhǎng)中任一波長(zhǎng)有明顯吸收峰，儀表會(huì)無(wú)法正常工作。單通道單光路比色溫度計(jì) 濾光片之間透過率的差異會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。單通道雙光

5、路比色溫度計(jì) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，光路調(diào)整困難。雙通道比色高溫計(jì) 測(cè)量準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性較差。全輻射溫度計(jì)：基本原理是斯忒藩玻爾茲曼定律。使用時(shí)應(yīng)注意：（1）發(fā)射率的影響（影響因素有物體性質(zhì)、表面狀態(tài)、溫度、輻射條件）采取措施有：確定被測(cè)物體的；創(chuàng)造黑體輻射條件。（2）中間介質(zhì)的影響（由于環(huán)境中存在的中間介質(zhì)吸收輻射能，使高溫計(jì)接收的輻射能減小，示值偏低，引起誤差。采取措施：被測(cè)對(duì)象與物鏡之間的距離最好不超過2m。（3）環(huán)境溫度的影響（由于熱電堆參考端溫度變化造成誤差），采取措施：用雙金屬片進(jìn)行溫度補(bǔ)償。（4）距離系數(shù)L/D影響：L/D大，成像小，溫度示值偏低；L/D小，熱電堆參考端溫度上升，也造成示值下

6、將。應(yīng)該合理選擇L/D。此外，輻射測(cè)溫過程中存在著各種干擾。光路中的干擾、外來(lái)光干擾和發(fā)射率變化的干擾等。當(dāng)然，輻射溫度計(jì)本身在信號(hào)變換與處理過程中不可避免地有機(jī)械振動(dòng)、溫度變化和電磁等方面的干擾，光路中的干擾會(huì)減弱入射到輻射溫度計(jì)中的輻射能，從而造成測(cè)量誤差，解決辦法：采取在短波下測(cè)量的方法，用壓縮空氣吹散水膜，用儀表風(fēng)清洗光路。外來(lái)光的干擾（如在室外測(cè)量時(shí)的太陽(yáng)光、在室內(nèi)測(cè)量時(shí)的照明、附近的加熱爐和火焰等）解決辦法：盡量避免外來(lái)光的光源、設(shè)置遮蔽裝置（對(duì)于一些固定的難以避免的光源）、遮蔽裝置的內(nèi)側(cè)應(yīng)涂、用空氣或水等對(duì)遮蔽裝置進(jìn)行冷卻。發(fā)射率變化也會(huì)產(chǎn)生誤差（物體的發(fā)射率不僅與溫度、波長(zhǎng)有關(guān)

7、，而且即使是同一物質(zhì)也與其表面粗糙度、銹蝕和氧化程度等因素有關(guān)），解決辦法：進(jìn)行黑度的在線測(cè)量、用前置反射器輻射溫度計(jì)作為在線標(biāo)準(zhǔn)、人為形成黑體空腔。二、接觸式測(cè)溫與非接觸式測(cè)溫，并各自選取兩點(diǎn)分析原因。答：分析比較如下表：種類測(cè)溫原理種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式測(cè)溫基于物體的熱交換和熱平衡原理設(shè)計(jì)而成（由熱平衡原理可知，兩個(gè)物體接觸后，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到熱平衡，則它們的溫度必然相等。如果其中之一為溫度計(jì)，就可以用它對(duì)另一個(gè)物體實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量，這種測(cè)溫方式稱為接觸法測(cè)溫，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的溫度計(jì)稱為接觸式測(cè)溫儀表）（1）膨脹式溫度測(cè)量?jī)x表（2）壓力式溫度測(cè)量?jī)x表（3）熱電阻溫度測(cè)量?jī)x表（4）熱電偶溫度測(cè)量

8、儀表測(cè)溫準(zhǔn)確度相對(duì)較高；較直觀、可靠；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低；可測(cè)量任何部位的溫度；便于多點(diǎn)集中測(cè)量和自動(dòng)控制。測(cè)溫時(shí)有較大的滯后；易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布；不能測(cè)量移動(dòng)的或太小的物體；測(cè)溫上限受到測(cè)溫計(jì)材質(zhì)的限制；易受被測(cè)介質(zhì)腐蝕，惡劣環(huán)境下使用需外加保護(hù)套管。非接觸式測(cè)溫基于物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系設(shè)計(jì)而成。（1）輻射式溫度計(jì)（2）亮度溫度計(jì)（3）比色溫度計(jì)測(cè)溫范圍廣；不破壞原溫度場(chǎng)；能測(cè)運(yùn)動(dòng)的物體；測(cè)溫響應(yīng)速度快不能直接測(cè)得被測(cè)對(duì)象的真實(shí)溫度；所測(cè)溫度受物體發(fā)射率、中間介質(zhì)和測(cè)量距離等的影響；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高（1）接觸式測(cè)溫有較大的滯后，因?yàn)橐M(jìn)行充分的熱交換；易破壞被測(cè)

9、物體的溫度場(chǎng)分布，造成測(cè)量誤差，因?yàn)闇y(cè)溫時(shí)與被測(cè)物體直接接觸。（2）非接觸式測(cè)溫響應(yīng)速度快，因?yàn)椴恍枰c物體進(jìn)行充分的熱交換；測(cè)溫過程不破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)分布，因?yàn)闇y(cè)溫時(shí)沒有與被測(cè)物體直接接觸。三、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶答：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶： （1）定義：生產(chǎn)工藝成熟、成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良并已列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。 （2）特點(diǎn)：具有統(tǒng)一的分度表；不用單支標(biāo)定；可互換并有配套儀表供使用。 非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：（1）定義：在工藝上不成熟，目前應(yīng)用不十分廣泛，只用在某些特殊的環(huán)境中，如高、低溫等。同時(shí)沒有統(tǒng)一的分度表，也沒有與其配套的二次儀表。（2）特點(diǎn)：非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶雖然也有熱電偶分度表，但一個(gè)

10、熱電偶有一個(gè)分度表，分度表不能共用。四、貴金屬熱電偶與廉價(jià)金屬熱電偶答：分析比較如下表：種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)貴金屬熱電偶準(zhǔn)確度高、熱電極均勻性好，可作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；穩(wěn)定性好；可在1000以上使用；抗氧化、耐腐蝕；電阻??；損壞后可回收再利用熱電勢(shì)小，靈敏度低；熱電勢(shì)與溫度呈非線性關(guān)系；不適于在還原氣氛中應(yīng)用；因無(wú)高準(zhǔn)確度補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償接點(diǎn)誤差大；不適宜測(cè)量0以下的低溫；熱導(dǎo)率高；價(jià)格昂貴廉價(jià)金屬熱電偶靈敏度高；熱電勢(shì)與溫度呈線性關(guān)系；可在還原氣氛中應(yīng)用；有高準(zhǔn)確度補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償接點(diǎn)誤差??；可測(cè)量0以下的低溫；價(jià)格便宜抗氧化、耐腐蝕差；熱電極均勻性差；在高溫下穩(wěn)定性差，壽命短；除鎢鉬以外，不適宜測(cè)量130

11、0以上的高溫；電阻率高五、熱電偶和熱電阻答：熱電偶：熱電偶是通過測(cè)量熱電勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫的。熱電偶測(cè)溫三要素：不同材質(zhì)、不同溫度、閉合回路，缺一不可。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800(如鎢-錸)。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。熱電偶在使用時(shí)需注意：（1）熱電偶應(yīng)與被測(cè)對(duì)象充分接觸（2）保護(hù)管應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度（3）熱電偶定期清洗（4）減小磁感應(yīng)的影響布線時(shí)應(yīng)盡

12、量避開強(qiáng)電區(qū)，更不能與電網(wǎng)線近距離平行敷設(shè)如果實(shí)在避不開，也要采用屏蔽措施或采用鎧裝線，并使之完全接地若擔(dān)心熱電偶受影響時(shí)，可將熱電極絲與保護(hù)管完全絕緣，并將保護(hù)管接地。（5）不宜在最高使用溫度下長(zhǎng)期工作（6）注意冷端溫度的補(bǔ)償與修正。熱電阻：熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻溫度計(jì)是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻必須滿足以下要求:要有盡可能大而且穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)；電阻率要大，以便在同樣靈敏度下減小元件的尺寸；電阻隨溫度變化要有單值

13、函數(shù)關(guān)系，最好呈線性關(guān)系；在電阻的使用溫度范圍內(nèi)，其化學(xué)和物理性能穩(wěn)定，在加工時(shí)要有較好的工藝性；材料的價(jià)格便宜，有較高的性能價(jià)格比。優(yōu)點(diǎn)：工業(yè)上廣泛用于測(cè)量200850內(nèi)的溫度，其性能價(jià)格比高；在少數(shù)情況下，低溫可測(cè)至1K，高溫達(dá)1000；同類材料制成的熱電阻不如熱電偶測(cè)溫上限高，但在中、低溫區(qū)穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高，且不需要冷端溫度補(bǔ)償，信號(hào)便于遠(yuǎn)傳；與熱電偶相比，同樣溫度下，靈敏度高、輸出信號(hào)大，易于測(cè)量；標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的準(zhǔn)確度最高，并作為國(guó)際溫標(biāo)中961.78以下內(nèi)插用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。缺點(diǎn)：不適于測(cè)量高溫物體；不同種類的電阻式溫度計(jì)個(gè)體差異較大；A銅電阻溫度計(jì)感溫元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，熱慣

14、性大，不適于測(cè)體積狹小和溫度瞬變對(duì)象的溫度；B半導(dǎo)體熱敏電阻的互換性差。連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度影響而產(chǎn)生測(cè)量誤差；需外部電源供電。六、金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻答：（1）材料不同（2）電阻溫度系數(shù)的正負(fù)不同金屬熱電阻大于零，半導(dǎo)體熱敏電阻不定（3）靈敏度金屬熱電阻小于半導(dǎo)體熱敏電阻A在溫度每升高1時(shí)，大多數(shù)金屬熱電阻的阻值將增加0.40.6；半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值將變化26；B半導(dǎo)體熱敏電阻溫度系數(shù)是金屬電阻的10多倍。（4）復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性A金屬熱電阻優(yōu)于半導(dǎo)體熱敏電阻B半導(dǎo)體熱敏電阻的穩(wěn)定性及互換性差，每支須單獨(dú)標(biāo)定，應(yīng)用受到一定限制（5）電阻阻值A(chǔ)半導(dǎo)體熱敏電阻高于金屬熱電阻B半導(dǎo)體熱敏

15、電阻通常在數(shù)千歐以上，不必考慮引線電阻（約10）對(duì)測(cè)溫的影響，不必采用三線制或四線，制體積小、響應(yīng)時(shí)間快（半導(dǎo)體材料的電阻率遠(yuǎn)比金屬材料大得多，因此它的體積可做得非常小）（6）非線性半導(dǎo)體熱敏電阻大于金屬熱電阻 第三章 壓力、壓差測(cè)量1.答：這里的壓力是指物理學(xué)上的壓強(qiáng)，而壓力測(cè)量?jī)x表所指示的“壓力”通常是表壓力。大氣壓力、表壓力、絕對(duì)壓力和負(fù)壓力之間的關(guān)系如下圖：其中，大氣壓力為,絕對(duì)壓力為，表壓力為,負(fù)壓力為。2.答：不能，彈簧管壓力表是通過彈簧管自由端的位移和中心角初始值的改變量來(lái)測(cè)定壓力的。受力后由于彈簧管長(zhǎng)度一定，使彈簧管產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，結(jié)果改變彈簧管的中心角，使其自由端產(chǎn)生

16、位移，這樣彈簧管將壓力轉(zhuǎn)換為位移來(lái)進(jìn)行測(cè)量。如果彈簧管做成圓形，則圓形截面的長(zhǎng)半軸a=短半軸b，則中心角改變量為0，這樣彈簧管便不能作為壓力檢測(cè)的元件。彈簧管測(cè)壓時(shí)應(yīng)考慮如下因素的影響：（1）幾何尺寸由 可知增大彈簧管的中心角（單圈做成多圈）或減小彈簧管的短半軸b均可以增加，提高彈簧管壓力計(jì)的靈敏度。（2）剛度剛度大的材料在受相同壓力作用時(shí)彈性變形小，可用于測(cè)量較高的壓力；反之，剛度小彈性變形大。（3）管壁厚度 管壁厚，變形??；管壁薄，變形大。3.答：壓電效應(yīng)：某些晶體在受壓時(shí)發(fā)生機(jī)械變形（壓縮或伸長(zhǎng)），則在其兩個(gè)相對(duì)表面上就會(huì)產(chǎn)生電荷分離，使一個(gè)表面帶正電荷，另一個(gè)表面帶負(fù)電荷，并相應(yīng)地有電

17、壓輸出，當(dāng)作用在其上的外力消失時(shí)，形變也隨之消失，其表面的電荷也隨之消失，它們又重新回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。特點(diǎn)：（1）體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，工作溫度可在250以上（2）靈敏度高，線性度好，準(zhǔn)確度多為0.5級(jí)和1.0級(jí)（3）測(cè)量范圍寬，可測(cè)l00 MPa以下的所有壓力（4）動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻帶寬，可達(dá)30 kHz，動(dòng)態(tài)誤差?。?）由壓電晶體制成的壓力計(jì)只能用于測(cè)量脈沖壓力（6）可避免電源帶來(lái)的噪聲影響（7）壓電元件本身的內(nèi)阻非常高（8）晶體邊界上存在漏電現(xiàn)象。使用注意事項(xiàng)：不適宜測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力，只能用于測(cè)量脈沖壓；要求二次儀表接成高輸入阻抗或差動(dòng)式。連接時(shí)需

18、用低電容、低噪聲的電纜。4.答：活塞式壓力計(jì)是根據(jù)靜力學(xué)平衡原理和帕斯卡定律設(shè)計(jì)而成的。影響其測(cè)量準(zhǔn)確度的因素：重力加速度、空氣浮力、摩擦力、溫度變化等。5.解：空壓機(jī)緩沖器內(nèi)壓力為穩(wěn)態(tài)壓力，且只需就地觀察，不需遠(yuǎn)程傳送，所以選擇彈簧管壓力計(jì)。其工作壓力下限=1.1MPa，工作壓力上限=1.6MPa。設(shè)所選壓力表量程為p，則根據(jù)最大、最小工作壓力與選用壓力表量程關(guān)系，有由此可知選擇的壓力表量程為02.5MPa根據(jù)測(cè)量誤差要求，測(cè)量的最大誤差為£1.1´5%=0.055()則所選壓力表的最大引用誤差應(yīng)滿足故可選精度等級(jí)為2.0級(jí)（或1.5級(jí)），量程為02.5MPa的彈簧管壓力

19、計(jì)。6.解：用01.6MPa、精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最大誤差為=1.6MPa´1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允許值)該表不符合工藝上的誤差要求。 用01.0MPa、精度為l.0級(jí)的壓力表來(lái)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，最大誤差為=1.0MPa´1.0%=0.01MPa =0.01MPa(允許值)該表符合工藝上的誤差要求。7.答：分析比較如下：相同點(diǎn)：金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片正常工作時(shí)都需依附于彈性元件；頻率響應(yīng)快，既可用于靜態(tài)測(cè)量，又可用于動(dòng)態(tài)測(cè)量；尺寸小、重量輕；能在各種惡劣環(huán)境下可靠工作，所以被廣泛地應(yīng)用于各種力的測(cè)量?jī)x器和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。不同點(diǎn)：應(yīng)變片式壓

20、力計(jì)：金屬應(yīng)變片尺寸變化，導(dǎo)致電阻變化；用于一般要求的動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中，被測(cè)壓力不直接作用到貼有應(yīng)變片的彈性元件上，而是傳到一個(gè)測(cè)力應(yīng)變筒上，應(yīng)變片電阻易受溫度影響，測(cè)量時(shí)需加以補(bǔ)償或修正。壓阻式壓力計(jì)：半導(dǎo)體應(yīng)變片電阻率變化，引起電阻阻值變化，擴(kuò)散電阻的靈敏度高，是金屬應(yīng)變片的5070倍，可以直接反映出微小壓力的變化，既可測(cè)低壓，又可測(cè)高壓；應(yīng)變片的溫度穩(wěn)定性較差，在使用時(shí)應(yīng)采取溫度補(bǔ)償和非線性補(bǔ)償措施。8.答：優(yōu)點(diǎn)：靈敏度提高一倍；減小非線性；減少由于介電常數(shù)受溫度影響引起的不穩(wěn)定性。單極板電容壓力變送器：當(dāng)時(shí)，略去展開式的非線性項(xiàng)，則電容的變化與被測(cè)位移近似成正比關(guān)系，即，其靈敏度為，相對(duì)

21、誤差估算為。差動(dòng)式電容壓力變送器：其靈敏度為，相對(duì)誤差估算為以上兩種相比較可知，當(dāng)極距變化式電容器做成差動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅其靈敏度提高了一倍，而且線性度誤差也將大大減小。9.答：測(cè)壓儀表選用時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對(duì)壓力檢測(cè)的要求、被測(cè)介質(zhì)的特性、現(xiàn)場(chǎng)使用的環(huán)境等條件，本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的類型、量程、準(zhǔn)確度等。選擇儀表種類和型號(hào)時(shí)應(yīng)考慮被測(cè)介質(zhì)壓力大小、被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)、使用環(huán)境、儀表輸出信號(hào)的要求等因素。選擇量程時(shí)遵循原則：必須留有余地。即測(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

22、作壓力不應(yīng)低于量程的1/3；當(dāng)被測(cè)壓力變化范圍大時(shí)，最大和最小工作壓力不能同時(shí)滿足上述要求時(shí)，應(yīng)首先滿足最大工作壓力條件。依照統(tǒng)一的量程系列：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們的倍數(shù)（n為整數(shù)）。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(lái)確定，壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)（GB/T1226-2001）：A.一般壓力表外殼公稱直徑/mm40,60100150,200,250準(zhǔn)確度等級(jí)2.5, 41.6, 2.51, 1.6B.精密壓力表0.1級(jí)，0.16級(jí)，0.25級(jí)，0.4級(jí)。10.答：當(dāng)測(cè)量氣體時(shí)，取壓口應(yīng)開在設(shè)備的上方，如圖 (a)所示，以防止液體或污物進(jìn)人壓力表中

23、，以避免凝結(jié)氣體流入而造成水塞；當(dāng)測(cè)量液體時(shí)，取壓口應(yīng)開在容器的中下部(但不是最底部)，以免氣體進(jìn)人而產(chǎn)生氣塞或污物流入，如圖(b)所示；當(dāng)測(cè)量蒸汽時(shí)，應(yīng)按圖（c）所示確定取壓口開孔位置，以避免發(fā)生氣塞、水塞或流入污物。11.答：（1）彈簧管 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量范圍最高可達(dá)Pa；既可以直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就地顯示，又可以接轉(zhuǎn)換元件將信號(hào)遠(yuǎn)傳。在彈簧管壓力計(jì)中，它的作用是將壓力轉(zhuǎn)換為位移。在壓電式壓力計(jì)中，彈簧的作用是使壓電元件產(chǎn)生一個(gè)預(yù)緊力，可用來(lái)調(diào)整傳感器的靈敏度。（2）膜片特點(diǎn)：平面膜片可以承受較大被測(cè)壓力；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時(shí)使用。波紋膜片是一種

24、壓有環(huán)狀同心波紋的圓形薄膜；其波紋的數(shù)目、形狀、尺寸和分布均與壓力測(cè)量范圍有關(guān)；其測(cè)壓靈敏度較高，常用在小量程的壓力測(cè)量中。撓性膜片一般不單獨(dú)作為彈性元件使用，而是與線性較好的彈簧相連，起壓力隔離作用；主要是在較低壓力測(cè)量時(shí)使用。膜片可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就地顯示，但是由于膜片的位移較小，靈敏度低，更多的是與壓力變送器配合使用。膜片在應(yīng)變片式壓力計(jì)中作用是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的集中力，在壓電式壓力計(jì)中，膜片的作用是把壓力收集轉(zhuǎn)換成集中力F，再傳遞給壓電元件。（3）波紋管特點(diǎn)：靈敏度高（特別是在低壓區(qū)），可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，就地顯示；但是它的遲滯誤差較大，準(zhǔn)確度最高僅為1.5級(jí)。 第四章 流量測(cè)

25、量1、何謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有哪幾種？一般采用何種取壓方式？答：所謂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，指按照標(biāo)準(zhǔn)文件（如節(jié)流裝置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167或我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2624）進(jìn)行節(jié)流裝置設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無(wú)需實(shí)流校準(zhǔn)和單獨(dú)標(biāo)定即可確定輸出信號(hào)（差壓）與流量的關(guān)系，并估算其測(cè)量誤差。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是由節(jié)流件、取壓裝置和節(jié)流件上游第一個(gè)阻力件、第二個(gè)阻力件、下游第一個(gè)阻力件以及它們間的直管段所組成。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置同時(shí)規(guī)定了它所適應(yīng)的流體種類、流體流動(dòng)條件以及對(duì)管道條件、安裝條件、流體參數(shù)的要求。常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴、文丘里管。一般采用角接取壓、法蘭取壓、D和D/2取壓。2、 節(jié)流裝置

26、對(duì)流體種類、流動(dòng)條件、管道條件和安裝等有何要求，為什么？答：原因：流經(jīng)節(jié)流裝置的流量與差壓的關(guān)系，是在特定的流體與流動(dòng)條件下，以及管道條件下通過實(shí)驗(yàn)獲得的，任何一個(gè)因素的改變，都將影響確定的流量與差壓的關(guān)系。流體條件和流動(dòng)條件：只適用于圓管中單相（或近似單相，如具有高分散度的膠體溶液）、均質(zhì)的牛頓流體；流體必須充滿管道，且其密度和粘度已知；流速小于聲速，且流速穩(wěn)定或只隨時(shí)間作輕微而緩慢的變化；流體在流經(jīng)節(jié)流件前上游側(cè)1D處，應(yīng)達(dá)到充分紊流且其流束必須與管道軸線平行，不得有漩渦；流體在流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不發(fā)生相變；管道條件：（1）節(jié)流裝置前后的管段，應(yīng)該目測(cè)是直的。管道內(nèi)壁應(yīng)該潔凈，可以光滑，也可以

27、粗糙。（2）節(jié)流件上下游側(cè)最小直管段長(zhǎng)度與節(jié)流件上下游側(cè)阻力件的形式和節(jié)流件開孔直徑比有值的關(guān)系。（3）所有調(diào)節(jié)流量的閥門應(yīng)安裝在節(jié)流件的下游側(cè)。安裝：安裝在水平管上。3、 詳細(xì)繪圖說(shuō)明流體流經(jīng)孔板時(shí)的壓力和流速變化情況，并分析原因。答：流體流經(jīng)孔板時(shí)的壓力和流速變化情況如下圖所示 當(dāng)流體流經(jīng)孔板時(shí)，由于流束斷面的變化，流束的速度顯著提高。因而動(dòng)能增加，流體的靜壓力則隨之減小。流體流經(jīng)孔板后，流束的斷面逐漸擴(kuò)大而恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),流速逐漸降低到原來(lái)的流速，則靜壓力也隨之逐漸回升。但是由于流體的能量在流動(dòng)過程中有一部分消耗于摩擦、渦流、撞擊等方面，所以壓力不能完全恢復(fù),而有一個(gè)壓力降，稱為流體流

28、經(jīng)節(jié)流元件的壓力損失。此外由于節(jié)流件前后流束不是緩變流，所以在同一管道截面上的靜壓力是不等的。如在緊靠孔板的管壁處，由于流束的減小，故壓力是上升的，而在管的軸線上由于流速是增加的，壓力則是減小的。4、 推倒標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量不可壓縮流體的流量公式，并解釋：為什么要引進(jìn)流束收縮系數(shù)和取壓系數(shù)？何謂流出系數(shù)，其物理意義是什么？答： 如上圖所示，在管道上選取兩個(gè)截面：截面1，在節(jié)流件上游側(cè)，節(jié)流件對(duì)此截面上的流速分布沒有影響，流體的壓力為，流體的平均速度，流束截面的直徑為D，流體的密度為；截面2，流束的最小斷面處，位于孔板出口以后的地方，對(duì)于噴嘴和文丘里管則位于其喉管內(nèi)。此處流體的壓力為，平均速度為，

29、流體的密度為，流束直徑為截面1和2流體總流的伯努利方程為 （1）式中， 為總流的動(dòng)能修正系數(shù)；為阻力系數(shù)。流體總流的連續(xù)方程為 （2）聯(lián)立方程式（1）和（2）求解，而且令節(jié)流件的開孔直徑d與管徑D之比為，流束的最小斷面與節(jié)流件開孔面積之比為。稱之為流束的收縮系數(shù)。對(duì)于不可壓縮流體，于是 （3）體積流量 （4）實(shí)際測(cè)得的壓力差是按一定的取壓方式在管壁處取得的，其數(shù)值為。它與理論上的壓力差是不同的，它們之間的關(guān)系是式中，為取壓系數(shù)，取壓方式不同，值也不同。在實(shí)際應(yīng)用中，用實(shí)際壓力差替代，并用節(jié)流件的開孔面積替代，則流量公式為 （5）設(shè)流量系數(shù) 則式（5）可寫成如下形式 （6）式中，C為流出系數(shù)，E

30、是理論流量值與實(shí)際流量值的比值，是各種節(jié)流裝置的重要參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。E為漸近速度系數(shù)，其值大于1。理論流量值是指在理論推導(dǎo)時(shí)，忽略能量損失，即令式（1）中，并用孔板開孔直徑d代替流束最小斷面直徑，用，代替 時(shí)推出的流量公式，即式（6）中的流出系數(shù)C=1時(shí)的流量公式為理論流量公式，不忽略能量損失時(shí)進(jìn)行推導(dǎo)，可以更好的流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)的實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)的變化。質(zhì)量流量 （7）5、 詳細(xì)闡述轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理和使用特點(diǎn)，說(shuō)明何時(shí)需要刻度換算并分析原因。答：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖如下 浮子在錐管中造成一個(gè)環(huán)形流通面積，它比浮子上，下面處的錐管流通面積小而產(chǎn)生節(jié)流作用。故浮子上下面形成靜力差，此力方向向

31、上。作用在浮子上的力還有重力，流體對(duì)浮子的浮力，流體流動(dòng)時(shí)對(duì)浮子的粘性摩擦力。當(dāng)上述這些力相互平衡時(shí)浮子就停留在一定的位置。如果流量增加，環(huán)形流通截面中的平均流速加大，浮子上下面的靜壓差增加，浮子向上升起，在該新位置處環(huán)形流通截面增大，流速降低，靜壓差減小，達(dá)到重新平衡。設(shè)浮子本身重力為，流體對(duì)浮子的浮力為，由于節(jié)流而在浮子前后產(chǎn)生壓差使浮子受的力與流體對(duì)浮子的摩擦力之和為。它們分別為 （1） （2） （3）當(dāng)浮子處于平衡位置時(shí) （4）聯(lián)立式（1）-（4），即可求得流體通過環(huán)形面積的流速 為 （5）設(shè)環(huán)形流通面積為，可求得 （6）式中，為被測(cè)流體的體積流量；為流量系數(shù)，它與浮子形狀、流量計(jì)結(jié)構(gòu)

32、和被測(cè)流體的粘度等許多因素有關(guān)；只能由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。可以看出，當(dāng)錐形管，浮子形狀和材質(zhì)一定時(shí)，環(huán)形面積 隨流量大小而變化。玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)是在錐形管的外壁上刻度流量的，而環(huán)形面積與高度之間的關(guān)系為 （7）將的關(guān)系式代入，可得 （8）由上式可以看出，與之間并非線形關(guān)系，只是由于角很小，項(xiàng)可以忽略不計(jì)，將與之間近似為線性關(guān)系。即 （9）轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力損失小，且恒定；安裝在垂直由下至上管；刻度是線性的，有刻度換算；靈敏度高，量程比寬；直管段要求不高；準(zhǔn)確度中等，反應(yīng)快；易測(cè)低雷諾系數(shù)、流量小的流體。由式（9）可以看出，當(dāng)角很小時(shí)，與之間近似為線性關(guān)系，需要刻度換算。6、 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理是什么，何

33、時(shí)需要示值換算，為什么？答：工作原理：三力平衡原理。示值換算的原因：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量式是在密度為常數(shù)的條件下導(dǎo)出的，轉(zhuǎn)子流量計(jì)在出廠前是用水或空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)定的，只要流量方程中各量值在使用時(shí)與標(biāo)定時(shí)相同，則轉(zhuǎn)子流量計(jì)的示值是準(zhǔn)確的。如果使用時(shí)的溫度、壓力及被測(cè)介質(zhì)與標(biāo)定時(shí)不同，這時(shí)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的示值必須加以修正。7、 結(jié)合渦輪變速器結(jié)構(gòu)圖簡(jiǎn)述各組成部分名稱及作用。答：殼體起保護(hù)和支撐的作用； 磁電轉(zhuǎn)換器將渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變換成電脈沖，送入二次儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示。 導(dǎo)流器使流體在進(jìn)入渦輪前先導(dǎo)直，以避免流體的自旋而改變流體與渦輪葉片的作用和力度，從而保證儀表的精度。在導(dǎo)流器上安裝有軸承，用以支撐渦

34、輪。 軸和軸承組件：軸向推力的平衡。 渦輪：把流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；節(jié)流，產(chǎn)生靜壓差，作用在渦輪上的軸向分力抵消流體的軸向推力，減小軸承的軸向負(fù)荷。8、 渦輪流量計(jì)為何有測(cè)量下限的要求？答：關(guān)系曲線如下： 從曲線可看出，在流量很小時(shí)，即使有流體通過變送器，渦輪也不轉(zhuǎn)動(dòng)。只有流量大于某個(gè)最小值時(shí)，克服了啟動(dòng)摩擦力矩，渦輪才開始轉(zhuǎn)動(dòng)，最小流量值與流體的密度成平方根關(guān)系，在流量很小時(shí)儀表特性很壞，主要受粘性摩擦阻力矩的影響。9、 電磁流量計(jì)的基本原理是什么？有何特點(diǎn)？答：基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律。特點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)：幾乎沒有壓力損失；特殊液體流量測(cè)量；不受被測(cè)介質(zhì)的濕度、粘度、密度以及電導(dǎo)率(在

35、一定范圍)的影響，用水標(biāo)定即可；量程廣：可達(dá)100：1,有的甚至1000：1口徑范圍極寬，從幾個(gè)毫米一直到幾米；反應(yīng)靈敏，可測(cè)瞬時(shí)脈動(dòng)流量，也可測(cè)量正反兩個(gè)方向的流量。（2）缺點(diǎn)：只能測(cè)量電導(dǎo)率在10-3S/m以上的液體流量；不能用來(lái)測(cè)量氣體、蒸汽、含有大量氣體的液體、石油制品或有機(jī)溶劑等介質(zhì)；不能測(cè)量鐵磁介質(zhì)；不能用于測(cè)量高溫和低溫介質(zhì)的測(cè)量；電磁流量計(jì)易受外界電磁干擾的影響；流速測(cè)量下限有一定限度，一般為0.5 m/s；結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成本較高；由于電極裝在管道上，工作壓力受到限制，一般不超過4 MP。10、電磁流量計(jì)在使用和安裝時(shí)應(yīng)注意哪些問題？答：（1）使用時(shí)應(yīng)注意：安裝現(xiàn)場(chǎng)無(wú)強(qiáng)電、磁

36、場(chǎng)干擾；正確接地；變送器增設(shè)旁路管，便于儀表調(diào)零；信號(hào)線（單獨(dú)接地，選用屏蔽線，長(zhǎng)度不得大于30m，加長(zhǎng)信號(hào)線，額外加措施）；流動(dòng)方向按規(guī)定；流速限制（最低流速：>儀表量程的10%，最高流速:<10m/s）；（2）安裝時(shí)應(yīng)注意：直管段要求；上游側(cè)：彎頭、三通、異徑管等：35D；各種閥門：10D。下游側(cè)可以短于上游側(cè)；安裝位置和流動(dòng)方向：水平安裝，電極軸必須水平放置；垂直安裝：流向自下而上；不應(yīng)將流量計(jì)安裝在最高點(diǎn)；安裝處應(yīng)具備一定背壓；安裝在泵的后面。11、繪圖說(shuō)明橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程，并簡(jiǎn)述其測(cè)量原理。答：橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)：測(cè)量部分由橢圓齒輪、殼體、半月形計(jì)量室組成

37、。測(cè)量元件是兩個(gè)互相嚙合橢圓形齒輪；計(jì)量室是齒輪與殼體形成的半月形空間。動(dòng)作過程如下圖： 由于流體在儀表的入、出口的壓力，當(dāng)兩個(gè)橢圓齒輪處于圖（a）所示位置時(shí)，在、作用下所產(chǎn)生的合力矩推動(dòng)輪A向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。把計(jì)量室的流體排至出口，并同時(shí)帶動(dòng)輪B做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輪A為主動(dòng)輪，輪B為從動(dòng)輪。同樣可以看出：在圖b所示位置時(shí)，A、B均為主動(dòng)輪；在圖c所示位置時(shí)，B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪。由于輪A和輪B交替為主動(dòng)輪或者均為從動(dòng)輪，保持兩個(gè)橢圓齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)，以致把流體連續(xù)的排至出口。橢圓齒輪每循環(huán)一次（轉(zhuǎn)動(dòng)一周），就排出4個(gè)半月形體積的流，如圖d所示，因而從齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)便可以求出排出流體的總量式中

38、，N為橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)；a,b分別為橢圓齒輪的長(zhǎng)、短半軸的長(zhǎng)度；R為計(jì)量室的半徑；為橢圓齒輪的厚度；為橢圓齒輪的厚度；為半月形體積，測(cè)量原理：流體流經(jīng)儀表時(shí)，因克服阻力而在儀表的入、出口之間形成壓力差，在此壓差的作用下推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿在齒輪與殼體之間所形成的半月形計(jì)量室中的液體排出，由齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)表示流體的體積總量。12、試容積式流量計(jì)的誤差及造成誤差的原因。為了減小誤差，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意什么？答：容積式流量計(jì)的誤差主要來(lái)自于流體的泄露。影響泄露的因素有：運(yùn)動(dòng)件的間隙；流體粘度的影響：；前后壓差；流過體積V所需的時(shí)間。為了減小誤差，儀表有一個(gè)流量測(cè)量下限，即不宜在極小流量下工作；然而

39、太大又將使運(yùn)動(dòng)機(jī)件運(yùn)動(dòng)速度提高，增加磨損，所以常根據(jù)磨損允許的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定允許的流量上限。因此容積式流量計(jì)通過的流量有上下限的限制，量程比經(jīng)常選在510之間。13、 簡(jiǎn)述常用的各種質(zhì)量流量測(cè)量方法。答：直接式質(zhì)量流量計(jì)：直接檢測(cè)被測(cè)流體質(zhì)量，測(cè)量原理大致分為：（1）與能量的傳遞、轉(zhuǎn)換有關(guān)的測(cè)量原理，如量熱式和差壓式；（2）與力和加速度有關(guān)的測(cè)量原理，如科里奧利質(zhì)量流量計(jì)。間接式質(zhì)量流量計(jì)：（1）雙通道檢測(cè)法，即測(cè)量?jī)蓚€(gè)與流量有關(guān)的量，并對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到質(zhì)量流量；（2）組合法，即通過體積流量計(jì)和密度計(jì)的組合來(lái)測(cè)；（3）補(bǔ)償法，即通過測(cè)量被測(cè)流體的溫度和壓力將被測(cè)流體的體積流量自動(dòng)換算成

40、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，從而間接地確定質(zhì)量流量。二、分析比較題1. 分析速度法和容積法測(cè)量流量的異同點(diǎn)，分析成因，并各舉一例詳細(xì)闡述其原理、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。答：速度法流量測(cè)量：指根據(jù)管道截面上的平均流速來(lái)計(jì)算流量的方法，與流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象都可用來(lái)度量流量。特點(diǎn)：（1）受管路條件的影響很大，如雷諾數(shù)、渦流及截面速度分布不對(duì)稱等都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差；（2）有較寬的使用條件，可用于高溫、高壓流體的測(cè)量；（3）有的儀器還可適用于測(cè)量臟污介質(zhì)的流量。容積法流量測(cè)量：用一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)容積的容器連續(xù)不斷地對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行度量，并以單位（或一段）時(shí)間內(nèi)度量的標(biāo)準(zhǔn)容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量的方法。特點(diǎn)：（1）受流動(dòng)狀態(tài)影響較小

41、；（2）適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體；（3）不宜于測(cè)量高溫高壓（如果是高溫高壓，被測(cè)流體容易漏）以及臟污介質(zhì)的流量。比如速度法測(cè)量中的轉(zhuǎn)子流量計(jì)：原理：浮子在錐管中造成一個(gè)環(huán)形流通面積，它比浮子上，下面處的錐管流通面積小而產(chǎn)生節(jié)流作用。故浮子上下面形成靜力差，此力方向向上。作用在浮子上的力還有重力，流體對(duì)浮子的浮力，流體流動(dòng)時(shí)對(duì)浮子的粘性摩擦力。當(dāng)上述這些力相互平衡時(shí)浮子就停留在一定的位置。如果流量增加，環(huán)形流通截面中的平均流速加大，浮子上下面的靜壓差增加，浮子向上升起，在該新位置處環(huán)形流通截面增大，流速降低，靜壓差減小，達(dá)到重新平衡。設(shè)浮子本身重力為，流體對(duì)浮子的浮力為，由于節(jié)流而在浮子

42、前后產(chǎn)生壓差使浮子受的力與流體對(duì)浮子的摩擦力之和為。它們分別為 （1） （2） （3）當(dāng)浮子處于平衡位置時(shí) （4）聯(lián)立式（1）-（4），即可求得流體通過環(huán)形面積的流速 為 （5）設(shè)環(huán)形流通面積為，可求得 （6）式中，為被測(cè)流體的體積流量；為流量系數(shù)，它與浮子形狀、流量計(jì)結(jié)構(gòu)和被測(cè)流體的粘度等許多因素有關(guān)；只能由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。可以看出，當(dāng)錐形管，浮子形狀和材質(zhì)一定時(shí)，環(huán)形面積 隨流量大小而變化。玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)是在錐形管的外壁上刻度流量的，而環(huán)形面積與高度之間的關(guān)系為 （7）將的關(guān)系式代入，可得 （8）由上式可以看出，與之間并非線形關(guān)系，只是由于角很小，項(xiàng)可以忽略不計(jì)，將與之間近似為線性關(guān)系。即

43、（9）結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子流量計(jì)壓力損失小，且恒定；安裝在垂直由下至上管；刻度是線性的，有刻度換算；靈敏度高，量程比寬；直管段要求不高；準(zhǔn)確度中等，反應(yīng)快；易測(cè)低雷諾系數(shù)、流量小的流體。比如容積法測(cè)量中的橢圓齒輪流量計(jì)：原理：由于流體在儀表的入、出口的壓力，當(dāng)兩個(gè)橢圓齒輪處于圖（a）所示位置時(shí)，在、作用下所產(chǎn)生的合力矩推動(dòng)輪A向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。把計(jì)量室的流體排至出口，并同時(shí)帶動(dòng)輪B做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輪A為主動(dòng)輪，輪B為從動(dòng)輪。同樣可以看出：在圖b所示位置時(shí)，A、B均為主動(dòng)輪；在圖c所示位置時(shí)，B為主動(dòng)輪，A為從動(dòng)輪。由于輪A和輪B交替為主動(dòng)輪或者均為從動(dòng)輪，保持兩個(gè)橢圓齒輪不斷地旋轉(zhuǎn)，以致把流

44、體連續(xù)的排至出口。橢圓齒輪每循環(huán)一次（轉(zhuǎn)動(dòng)一周），就排出4個(gè)半月形體積的流，如圖d所示，因而從齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)便可以求出排出流體的總量式中，N為橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)數(shù)；a,b分別為橢圓齒輪的長(zhǎng)、短半軸的長(zhǎng)度；R為計(jì)量室的半徑；為橢圓齒輪的厚度；為橢圓齒輪的厚度；為半月形體積，測(cè)量原理：流體流經(jīng)儀表時(shí)，因克服阻力而在儀表的入、出口之間形成壓力差，在此壓差的作用下推動(dòng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)，不斷地將充滿在齒輪與殼體之間所形成的半月形計(jì)量室中的液體排出，由齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)表示流體的體積總量。結(jié)構(gòu)：橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)：測(cè)量部分由橢圓齒輪、殼體、半月形計(jì)量室組成。測(cè)量元件是兩個(gè)互相嚙合橢圓形齒輪；計(jì)量室是齒輪與殼體形成的半月形

45、空間。特點(diǎn)：橢圓渦輪流量計(jì)適用于石油及各種燃料油的流量計(jì)量，因?yàn)闇y(cè)量元件是齒輪的嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)介質(zhì)必須清潔。測(cè)量準(zhǔn)確度較高，一般為10.2級(jí)。2、請(qǐng)?jiān)敿?xì)闡述節(jié)流式流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)在各方面的異同點(diǎn)，請(qǐng)從原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和安裝等方面給予解答。答：（1）它們都是利用節(jié)流效應(yīng)，轉(zhuǎn)子是恒流速變面積，節(jié)流式是恒面積變流速。（2）節(jié)流式安裝在水平管上，轉(zhuǎn)子式安裝在垂直由下至上管。（3）節(jié)流式壓力損失變化，轉(zhuǎn)子式壓力損失小，且恒定。（4）轉(zhuǎn)子式刻度是線性的，有刻度換算。（5）轉(zhuǎn)子流量計(jì)是非標(biāo)準(zhǔn)的。（6）轉(zhuǎn)子流量計(jì)直管段要求不高。（7）轉(zhuǎn)子流量計(jì)靈敏度寬，量程比寬。3、時(shí)差法超聲波流量計(jì)和多普勒法超聲流量計(jì)在

46、原理、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的異同點(diǎn)。答：時(shí)差法超聲波流量計(jì)：超聲波在流體中的傳播速度受流體流動(dòng)速度的影響。設(shè)在靜止的流體中聲速為c，流體運(yùn)動(dòng)的速度為v。當(dāng)超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向一致時(shí)，超聲波的傳播速度為(c+v)，而當(dāng)超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向相反時(shí)，超聲波的傳播速度為(c-v)。如下圖所示，插入式時(shí)差法超聲波流量計(jì)。在距離為L(zhǎng)的兩處分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)送器、，和接收器、。順流傳播的超聲波從到所需時(shí)間為 （1）逆流傳播的超聲波從 到 所需時(shí)間為 （2）式（2）減去式 （1） 得 （3）由于 ，所以 （4） 從式可看出，聲速對(duì)測(cè)量流速有很大影響，聲速是溫度的函數(shù)。聲速修正如下：將式（1）加式（2）

47、得由于，所以有 （5）將式（5）代入（4）得 （6）式（1）乘式 （2）得 （7）由于 ，所以有 （8）將式（8）代入式（4）得 （9）由此可見流速的測(cè)量基本不受聲速的影響。夾裝式時(shí)差法超聲波流量計(jì)如下圖：多普勒法超聲流量計(jì)：原理：理論基礎(chǔ)-多普勒效應(yīng) 當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者所接收到的超聲波頻率將不同于聲源所發(fā)出的超聲波頻率； 多普勒頻移，與聲源和觀察者之間的相對(duì)速度成正比，故測(cè)量頻差就可以求得被測(cè)流體的流速，進(jìn)而得到流體流量。被測(cè)流體中存在一定數(shù)量的具有反射聲波能力的懸浮顆?；驓馀荨?shí)質(zhì)：兩次多普勒頻移效應(yīng)超聲波從發(fā)射換能器到散射粒子 發(fā)射換能器：固定的聲源 散射粒子：與聲源

48、有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀察者超聲波從散射粒子到接收換能器 散射粒子：運(yùn)動(dòng)的聲源 接收換能器：固定的觀察者多普勒法原理圖：與時(shí)差法超聲波流量計(jì)相比： （1）測(cè)量準(zhǔn)確度低，但相對(duì)于流速變化的靈敏度非常大。 （2）適用對(duì)象不同時(shí)差法：比較潔凈的流體。多普勒：含微小固體顆?；驓馀莸牧黧w、兩相流。三、計(jì)算題 三種類型，見課上所講。題一：一氣體浮子流量計(jì)，廠家用 、的空氣標(biāo)定，現(xiàn)用來(lái)測(cè)量 p =350000Pa、t=27的氣體，求：若用來(lái)測(cè)量空氣，則流量計(jì)顯示時(shí)的實(shí)際空氣流量是多少？ 若用來(lái)測(cè)量氫氣，則流量計(jì)顯示時(shí)的實(shí)際氫氣流量是多少？ 解：依題意有：標(biāo)定狀態(tài)： p0=101325Pa、T0=293K；工作狀態(tài)：

49、p=350000Pa、 T=300K?？諝夂蜌錃庠跇?biāo)定狀態(tài)下的密度分為1.205kg/m3 和 0.084kg/m3 。（1）用浮子流量計(jì)測(cè)量不同狀態(tài)下的空氣流量，刻度換算為用浮子流量計(jì)測(cè)量不同狀態(tài)下的氫氣流量，刻度換算為題二：用某轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量二氧化碳?xì)怏w的流量，測(cè)量時(shí)被測(cè)氣體的溫度是40，壓力是49.03kPa（表壓），二氧化碳?xì)怏w的密度為2.58kg/m3 。如果流量計(jì)讀數(shù)為120m3/h，問二氧化碳?xì)怏w的實(shí)際流量是多少?已知標(biāo)定儀表時(shí)，絕對(duì)壓力P = 98.06kPa，溫度為20，二氧化碳密度為1.84kg/m3 ；空氣的密度為1.21kg/m3。解：或題三：一浮子流量計(jì)，浮子材料為鋼

50、，密度為 ，用20的水標(biāo)定（標(biāo)定時(shí)水的密度為 998kg / m3 ）流量計(jì)測(cè)量上限為?，F(xiàn)用戶用來(lái)測(cè)量硫酸，硫酸密度。求：(1)流量計(jì)顯示，實(shí)際通過流量計(jì)的硫酸流量為多少？ （2）若浮子材料改用鉛，鉛密度為 11350kg / m3 ，則測(cè)量水的最大流量為多少?測(cè)量硫酸的最大流量又為多少？解：（1）若浮子材料改用鉛，測(cè)量水的最大流量為（3）若浮子材料改用鉛，測(cè)量硫酸的最大流量為 第五章 物位測(cè)量1、浮力式液位計(jì)受不受氣體壓力的影響，為什么？答：不受，因?yàn)楦∽邮艿降膩?lái)自表面的氣體壓力與來(lái)自水中的氣體壓力相互抵消。2、 浮子式液位計(jì)與浮筒式液位計(jì)都是利用浮力來(lái)工作的，原理上究竟有什么不同？答：不同

51、之處在于：（1）浮子式液位計(jì)中浮子是漂浮在液體表面上的，而浮筒式則是浮筒通過彈簧固定在一定位置上的；（2）浮子式液位計(jì)中浮子所受浮力為恒定值，而浮筒則是利用浮力的變化來(lái)測(cè)量液位的。（3）浮子式液位計(jì)中浮子浸在液體中的是不變的，而浮筒浸在液體中的則是變化的。3、用電容式液位計(jì)測(cè)定液位時(shí)，導(dǎo)電物質(zhì)與非導(dǎo)電物質(zhì)所用的電極為什么不一樣？答： 如上左圖，是測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)液位計(jì)原理圖，直徑為d的紫銅或不銹鋼電極1，外套聚四氯乙烯塑料套管或涂以陶瓷作為電介質(zhì)和絕緣層2，直徑為D0的容器4是金屬制作的。如上右圖，是測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)液位原理圖，它由內(nèi)電極和與之相互絕緣的同軸金屬套筒制成的外電極組成，外電極上開有許多

52、個(gè)孔，于是被測(cè)介質(zhì)流入兩個(gè)電極之間，這樣就在被測(cè)液位高度內(nèi)形成一個(gè)一被測(cè)介質(zhì)為中間絕緣物質(zhì)的同軸套筒型的電容器。導(dǎo)電介電質(zhì)液位計(jì)的電極的絕緣層和非導(dǎo)電物質(zhì)的絕緣層不一樣，且非導(dǎo)電物質(zhì)電極可裸露，根據(jù)各自電容公式可知，極板間距離與物質(zhì)不同導(dǎo)致電極不同。4、料位測(cè)量與液位測(cè)量有哪些重要區(qū)別？答：料位測(cè)量的測(cè)量物表面不是平的，呈錐形，而液位測(cè)量的表面是平的液位測(cè)量中的電容式液位測(cè)量?jī)x中會(huì)有虛假液位的產(chǎn)生。5、 非接觸式物位儀表有哪些？有什么特點(diǎn)？答：（1）超聲波式物位計(jì)需要使用校正具，適用于有毒、有腐蝕性液位的測(cè)量，不適合含有氣泡、懸浮物的液位測(cè)量和被測(cè)液面含有很大波浪。(2)微波式物位計(jì)特點(diǎn)：無(wú)盲

53、區(qū)，非接觸測(cè)量、不受被測(cè)介質(zhì)物理特性變化影響等。(3)激光式物位計(jì)特點(diǎn)：非接觸測(cè)量，亮度高，單色性好。(4)核輻射式物位計(jì)特點(diǎn)：可以對(duì)容器、罐等密封裝置的外部以非接觸的方式進(jìn)行測(cè)量，對(duì)高溫高壓容器內(nèi)的介質(zhì)，對(duì)高溫熔融液態(tài)金屬，對(duì)劇毒、腐蝕、爆炸性和粘滯性都強(qiáng)的介質(zhì)的物位均可測(cè)量；不受溫度、壓力、粘度、流速等被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)的影響；不僅能測(cè)液體，也可測(cè)量粉粒體和塊狀等介質(zhì)的物位；可以測(cè)量比重差很小的兩層介質(zhì)的相介面位置；在應(yīng)用中必須對(duì)射線進(jìn)行防護(hù)，注意安全。6、 超聲波物位測(cè)量原理與探頭安裝方式是什么？答：超聲波式物位計(jì)是利用超聲波的物理性質(zhì)制成的，根據(jù)安裝方式的不同，可分為兩種類型：（1）

54、聲波阻斷型 它是利用超聲波在氣體、液體和固體介質(zhì)中被吸收而衰減的情況的不同，來(lái)探測(cè)在超聲波探頭前方是否有液體或固體物料存在。當(dāng)液體或固體物料在儲(chǔ)罐、料倉(cāng)中積存高度達(dá)到預(yù)定高度位置時(shí)，超聲波即被阻斷，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)或進(jìn)行限位控制。這種探頭安裝方式主要用于超聲波物位控制器中，也可用于運(yùn)動(dòng)體以及生產(chǎn)流水線上工件流轉(zhuǎn)等的計(jì)數(shù)和自動(dòng)開門控制中。（2） 聲波反射型 它是利用超聲波回波測(cè)距的原理，對(duì)液位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。 由于超聲波可在氣、液、固3中介質(zhì)中傳播，所以超聲波物位計(jì)又分為液介式、氣介式和固介式3類。常用的是前兩種，它們的幾種測(cè)量原理如下圖所示。圖中a、c兩種為單探頭形式，探頭起著發(fā)射和接受雙重作用；圖中b、d為雙探頭形式，其中一個(gè)探頭起發(fā)射作用，另一個(gè)探頭起接收作用。液介式的探頭既可以安裝在液面的底部，也可以安裝在容器底的外