自動(dòng)化儀表概述

2自動(dòng)化儀表概述2.1檢測(cè)儀表2.2控制儀表內(nèi)容安排：溫度檢測(cè)儀表壓力檢測(cè)儀表流量檢測(cè)儀表物位檢測(cè)儀表成分檢測(cè)儀表機(jī)械量檢測(cè)儀表調(diào)節(jié)器執(zhí)行器溫度檢測(cè)儀表壓力檢測(cè)儀表流量檢測(cè)儀表物位檢測(cè)儀表成分分析儀表PH計(jì)電導(dǎo)率儀熱值儀濃度計(jì)氧化鋯氧量計(jì)機(jī)械量檢測(cè)儀表位移檢測(cè)儀表厚度檢測(cè)儀表力檢測(cè)儀表轉(zhuǎn)速傳感器加速度檢測(cè)儀表模擬調(diào)節(jié)器數(shù)字（智能）調(diào)節(jié)器電動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)執(zhí)行器液動(dòng)執(zhí)行器2.1檢測(cè)儀表2.1.1溫度檢測(cè)儀表一、膨脹式溫度計(jì)

膨脹式溫度計(jì)：基于物質(zhì)的熱脹冷縮現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)量物質(zhì)的膨脹或收縮量來(lái)反映被測(cè)溫度的高低。1.玻璃管液體溫度計(jì)組成：玻璃溫包、毛細(xì)管和刻度標(biāo)尺。除了水銀溫度計(jì)以外，還有有機(jī)液體溫度計(jì)，它們主要用于測(cè)量低溫。2.雙金屬溫度計(jì)用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起制成的，將其一端固定，另一端（稱為自由端）通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與指針相連。雙金屬片可以直接測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中的-80℃～+500℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。雙金屬溫度信號(hào)器3.壓力式溫度計(jì)內(nèi)裝工作物質(zhì)：氣體式一般充氮?dú)猓灰后w式一般充二甲苯或甲醇；蒸氣式一般充有丙酮、氯甲烷或乙醚等。

組成：溫包、毛細(xì)管和彈簧管。二、熱電阻溫度計(jì)利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度而變化的特性進(jìn)行溫度測(cè)量。電阻溫度關(guān)系式：在－200℃~0℃范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為Rt=R0[1+At+Bt2+C(t－100)t3]

在0~650℃范圍內(nèi)，其關(guān)系為Rt=R0(1+At+Bt2)1.鉑的電阻Pt100熱電阻分度表目前，工業(yè)鉑電阻的R0值有10Ω和100Ω兩種，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)分別為Pt10和Pt100。2.銅熱電阻在－50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅熱電阻與溫度之間的關(guān)系為目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的R0值有50Ω和100Ω兩種，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)分別為Cu50和Cu100。

銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖

鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)1—不銹鋼管；2—感溫元件；3—內(nèi)引線；4—氧化鎂絕緣材料3.熱電阻的結(jié)構(gòu)

普通工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)1—熱電阻絲；2—電阻體支架；3—引線；4—絕緣瓷管；5—保護(hù)套管；6—連接法蘭；7—接線盒；8—引線孔。4.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)優(yōu)點(diǎn)：①熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大，約大4～9倍；②電阻率大，因此可以制成極小的電阻元件，體積??；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)械性能好。

熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)和臨界溫度系數(shù)(CTR)三種類型。5.熱電阻溫度傳感器的應(yīng)用

熱電阻測(cè)溫電橋的三線制接法熱電阻測(cè)溫電橋的二線制接法結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測(cè)量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢(shì)AB三、熱電偶溫度計(jì)熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢(shì)變化的溫度檢測(cè)元件。熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)。1.原理⑴接觸電勢(shì)⑵溫差電勢(shì)⑶熱電偶回路的熱電勢(shì)在同一金屬導(dǎo)體內(nèi)，溫差電勢(shì)極小，可以忽略。因此這樣則有2.熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系曲線熱電偶的分度表熱電偶的結(jié)構(gòu)(a)：l—接線柱；2—接線座；3—絕緣套管；4—熱電極(b)：1—測(cè)量端；2—熱電極；3—絕緣套管；4—保護(hù)管；5—接線盒(2)鎧裝型熱電偶(1)普通裝配式熱電偶3.熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線通常由補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層組成。在100℃（或200℃）以下的溫度范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線具有與所匹配的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同的特性。補(bǔ)償導(dǎo)線外形

AB屏蔽層保護(hù)層使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意以下問(wèn)題：①補(bǔ)償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（普通型小于100℃，耐熱型小于200℃）；②補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的兩個(gè)接點(diǎn)溫度必須相同；③不同型號(hào)的熱電偶配有不同的補(bǔ)償導(dǎo)線；④補(bǔ)償導(dǎo)線的正、負(fù)極分別與熱電偶的正、負(fù)極相連；⑤補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是將冷端遷移到溫度恒定的地方。⑴冰點(diǎn)法⑵恒溫遷移法根據(jù)補(bǔ)償導(dǎo)線末端所處環(huán)境溫度估計(jì)值的大小，人為將顯示或記錄儀表的零點(diǎn)調(diào)到該值。⑶計(jì)算修正法基于中間溫度定律冷端溫度補(bǔ)償方法如下：⑷電橋補(bǔ)償法⑸二極管補(bǔ)償法⑹集成溫度傳感器補(bǔ)償法⑺軟件補(bǔ)償法利用高性能半導(dǎo)體溫度傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)溫和補(bǔ)償紅外線輻射溫度計(jì)產(chǎn)品四、輻射式溫度計(jì)物體處于絕對(duì)零度以上時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)會(huì)以電磁波的形式向外輻射能量，這就是熱輻射。通過(guò)測(cè)量該輻射能量的大小便可間接求出被測(cè)物體的溫度。紅外線輻射溫度計(jì)用于食品溫度測(cè)量紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸測(cè)溫中的應(yīng)用耳溫儀紅外線輻射溫度計(jì)用于人體額溫測(cè)量紅外線輻射溫度計(jì)在非接觸溫度測(cè)量中的應(yīng)用集成IC溫度測(cè)量利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測(cè)物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）溫度采集系統(tǒng)便攜式產(chǎn)品在線式產(chǎn)品空調(diào)制冷、火災(zāi)安全和保護(hù)，以及工業(yè)維護(hù)和質(zhì)量控制等，可作為故障診斷工具五、集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路等部分集成化，并把它們裝封在同一殼體內(nèi)的一種一體化溫度檢測(cè)元件。1.模擬集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器典型代表是AD590溫度傳感器AD590基本溫度檢測(cè)電路電壓輸出型集成溫度傳感器LMl35／LM235／LM335系列2.模擬集成溫度控制器LM56、TMP01、AD22015、MAX6509/6510和TC652/653等型號(hào)。3.集成數(shù)字溫度傳感器／控制器典型產(chǎn)品有DSl820、DSl8S20、DSl8B20、DSl821、DSl822、DSl624、DSl629等。集成數(shù)字溫度傳感器／控制器屬于智能化產(chǎn)品。單總線系統(tǒng)連接示意圖DS1820引腳排列2.1.2壓力檢測(cè)儀表一、液柱式壓力計(jì)1.彈性元件彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。二、彈性式壓力計(jì)波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測(cè)量單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓和真空度的測(cè)量。2.彈簧管壓力表電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤(pán)上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過(guò)上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。三、膜盒壓力計(jì)普通型膜盒壓力計(jì)原理圖1-膜盒；2-連桿；3-絞鏈塊；4-拉桿；5-曲柄；6-轉(zhuǎn)軸；7-平衡片；8-游絲；9-指針；10-刻度盤(pán)其壓力-位移轉(zhuǎn)換元件是金屬膜盒，常用來(lái)測(cè)量幾百至幾萬(wàn)帕以下的無(wú)腐蝕性氣體的正壓或負(fù)壓。膜盒壓力表金屬膜片金屬膜盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)硅膜片示意圖在一塊圓形的單晶硅膜片上，布置四個(gè)擴(kuò)散電阻，兩片位于受壓應(yīng)力區(qū)，另外兩片位于受拉應(yīng)力區(qū)，它們組成一個(gè)全橋測(cè)量電路。四、壓阻式壓力計(jì)五、變隙式差動(dòng)電感壓力計(jì)當(dāng)被測(cè)壓力進(jìn)入C形彈簧管時(shí)，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動(dòng)與自由端連接成一體的銜鐵運(yùn)動(dòng)，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號(hào)相反的變化。即一個(gè)電感量增大，另一個(gè)電感量減小。電感的這種變化通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測(cè)壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測(cè)儀表測(cè)量出輸出電壓，即可得知被測(cè)壓力的大小。六、壓電式壓力計(jì)壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時(shí)會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：?jiǎn)尉w、多晶體。壓電元件夾于兩個(gè)彈性膜片之間，壓電元件的一個(gè)側(cè)面與下方彈性膜片接觸并接地，另一個(gè)側(cè)面與上方彈性膜片接觸，并通過(guò)金屬箔和引線將電量引出。七、霍爾式壓力計(jì)壓力先轉(zhuǎn)換成位移，再應(yīng)用霍爾電勢(shì)與位移的關(guān)系測(cè)量壓力。

霍爾電勢(shì)UH的大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對(duì)位置的變化量，從霍爾元件的輸出電壓的大小即可反映出壓力的大小。應(yīng)用：差壓變送器顯示、記錄或控制配電器測(cè)壓力：差壓變送器配電器顯示、記錄控制開(kāi)方器測(cè)流量：H＋－通大氣測(cè)液位：八、差壓變送器電容式差壓變送器方框圖輸入差壓ΔPi作用于差動(dòng)電容的動(dòng)極板,使其產(chǎn)生位移,從而使差動(dòng)電容器的電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容-電流轉(zhuǎn)換電路變換成直流電流信號(hào),此信號(hào)與反饋信號(hào)進(jìn)行比較,其差值送入放大電路,經(jīng)放大得到整機(jī)的輸出電流I0

。⑴電容式差壓變送器差動(dòng)電容傳感器1，2，3-電極引線；4-負(fù)壓管導(dǎo)入口；5-硅油；6-負(fù)壓側(cè)隔離膜片；7-負(fù)壓室基座；8-負(fù)壓側(cè)固定電極；9-可動(dòng)電極；10-正側(cè)固定電極；11-正壓室基座；12-正壓側(cè)隔離膜片；13-正壓管導(dǎo)入口當(dāng)△pi＞0，將迫使硅油向右移動(dòng)，進(jìn)而使可動(dòng)極板向右發(fā)生微小位移△S

①差動(dòng)電容容量的相對(duì)變化值與被測(cè)差壓△pi成線性關(guān)系；②差動(dòng)電容容量的相對(duì)變化值與介電常數(shù)無(wú)關(guān)，這可大大減小溫度對(duì)變送器測(cè)量精度的影響；③差動(dòng)電容容量的相對(duì)變化值與S0有關(guān)，S0越小，靈敏度越高。

⑵擴(kuò)散硅式差壓變送器采用硅杯壓阻傳感器作為敏感元件。硅杯是由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成,它既是彈性元件,又是檢測(cè)元件。當(dāng)硅杯受壓時(shí),壓阻效應(yīng)使其上的擴(kuò)散電阻（應(yīng)變電阻）阻值發(fā)生變化,通過(guò)測(cè)量電路把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。硅杯擴(kuò)散硅差壓變送器電路原理：硅杯的應(yīng)變電阻通過(guò)不平衡電橋轉(zhuǎn)換為電壓變化。當(dāng)變送器輸入差壓信號(hào)時(shí)，使硅杯受壓，電橋就有不平衡電壓輸出，運(yùn)算放大器A將此電壓放大，并控制晶體管V使輸出電流Io增加。在差壓變化的量程范圍內(nèi)，晶體管V的發(fā)射極電流Ie為3～19mA,故輸出電流Io便是4～20mA

。以美國(guó)費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。⑶智能變送器手持通信器功能：（1）組態(tài)（2）測(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

九、電阻應(yīng)變式壓力計(jì)基于電阻應(yīng)變效應(yīng)工作。利用電阻應(yīng)變片將被測(cè)試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換為電阻變化，然后再利用橋式電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，進(jìn)而完成對(duì)壓力的測(cè)量?？蓽y(cè)量壓力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。各種電子秤廣泛的應(yīng)用高精度電子汽車衡

動(dòng)態(tài)電子秤電子天平機(jī)械秤包裝機(jī)吊秤平行雙孔梁電阻應(yīng)變式壓力計(jì)2.1.3流量檢測(cè)儀表一、節(jié)流式流量測(cè)量系統(tǒng)

由節(jié)流裝置、差壓引壓導(dǎo)管及差壓計(jì)（或差壓變送器）等組成。節(jié)流裝置節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測(cè)元件,安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常采用孔板。孔板

噴嘴

文丘里管

v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）ⅠⅡⅢp2′節(jié)流現(xiàn)象及流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)壓力和流速分布圖

流量方程式法蘭取壓環(huán)室取壓?jiǎn)为?dú)鉆孔取壓1-1—角接取壓；2-2—法蘭取壓；3-3—徑距取壓；4-4—縮流取壓；5-5—管接取壓取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板及其安裝方法根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律測(cè)量導(dǎo)電性液體的流量。二、電磁流量計(jì)三、渦街式流量計(jì)hLdvhLdvDD導(dǎo)壓孔鉑電阻絲圓柱形漩渦發(fā)生體熱敏電阻三角柱形漩渦發(fā)生體對(duì)于圓柱體，當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距L滿足h/L

=0.281條件時(shí)，卡曼渦列才是穩(wěn)定的。每一列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流速v、圓柱體直徑d的關(guān)系為

漩渦頻率的測(cè)量四、渦輪流量計(jì)渦輪流量傳感器類似于葉輪式水表，是一種速度式流量計(jì)。渦輪流量計(jì)F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)

T1五、超聲波流量計(jì)非接觸式流量測(cè)量?jī)x表，利用超聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量流體流量的。直式安裝斜插式安裝如設(shè)順流方向的傳播時(shí)間為t1，逆流方向的傳播時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳播速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則有超聲波傳播時(shí)間差為一般來(lái)說(shuō)，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，即c>>v,則從上式便可得到流體的流速，即此時(shí)超聲波的傳輸時(shí)間將由右式確定在實(shí)際應(yīng)用中,超聲波傳感器安裝在管道的外部,從管道的外面透過(guò)管壁發(fā)射和接收超聲波不會(huì)給管路內(nèi)流動(dòng)的流體帶來(lái)影響，如下圖。六、均速管流量計(jì)均速管可以測(cè)取管道截面幾個(gè)等面積圓環(huán)的速度平均值，即平均動(dòng)壓頭。將平均總壓頭和靜壓頭接到差壓計(jì)或差壓變送器，測(cè)出二者之壓差便是平均動(dòng)壓頭，根據(jù)平均動(dòng)壓頭可求出流體的流量。Q＝0.003996KD2

阿牛巴流量計(jì)測(cè)量原理：①質(zhì)量流量方程式：②體積流量方程式：High高壓Two(2)Independent&StableFlowSignals兩路獨(dú)立、穩(wěn)定的流量信號(hào)Low低壓低壓取壓孔威爾巴探頭高壓取壓孔威爾巴(Wellbar)流量計(jì)威爾流量計(jì)采用截面形狀如子彈頭形的探頭威爾巴流量計(jì)作為一種差壓式流量測(cè)量?jī)x表，流體流過(guò)的流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計(jì)類似。七、容積式流量計(jì)根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計(jì)的儀表。利用運(yùn)動(dòng)元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例的關(guān)系對(duì)被測(cè)流體進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)?？梢杂?jì)量各種液體和氣體的累積流量?？梢跃_測(cè)量體積量。家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計(jì)量?jī)x表。

根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計(jì)（液體型）腰輪流量計(jì)（氣體型和液體）刮板式流量計(jì)（液體型）設(shè)：V0——計(jì)量室的容積；n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，則有排出的流體總量

橢圓齒輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì))皮膜式家用煤氣表在剛性容器中由柔性皮膜分隔而成I和II、III和IV四個(gè)計(jì)量室。

可以左右運(yùn)動(dòng)的滑閥在煤氣進(jìn)出口差壓的作用下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。煤氣由入口進(jìn)入，通過(guò)滑閥的換向依次進(jìn)入氣室I、Ⅲ或Ⅱ、Ⅳ，并排向出口。皮膜往復(fù)一次將流過(guò)一定體積的煤氣，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和計(jì)數(shù)裝置能測(cè)得往復(fù)次數(shù)，從而可知煤氣總量。此儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，價(jià)格低廉，精確度可達(dá)2％，是家庭專用煤氣儀表。八、彎管流量計(jì)當(dāng)流體通過(guò)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)形成差壓，此差壓的平方根與流體流量成正比，這就是彎管流量計(jì)的測(cè)量原理。彎管流量計(jì)的流量方程式D為彎頭內(nèi)徑；為流體密度；P為差壓值；k是為彎管流量系數(shù)

九、轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量qv與浮子高度h之間的關(guān)系近似線性。

轉(zhuǎn)子流量計(jì)有兩大類：

直讀式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由玻璃錐形管、浮子和支撐結(jié)構(gòu)組成由浮子位置高度讀出流量值。

遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)可采用金屬錐形管，其測(cè)量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將浮子的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

相關(guān)測(cè)量技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要是隨機(jī)過(guò)程理論?；舅枷胧峭ㄟ^(guò)對(duì)流動(dòng)噪聲信號(hào)的分析，將流速測(cè)量轉(zhuǎn)化為時(shí)間間隔的測(cè)量。

十、相關(guān)流量計(jì)2.1.4物位檢測(cè)儀表一、直讀式液位計(jì)基于連通器原理工作。二、壓力式液位計(jì)普通型壓力計(jì)式液位計(jì)法蘭式壓力液位計(jì)

投入式液位計(jì)投入式液位計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是安裝使用方便，只需將量程合適的投入式液位計(jì)從敞口容器頂部投入到液體中，并經(jīng)零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)整和電纜固定即可，一般不存在零點(diǎn)遷移問(wèn)題。不適合含泥沙等雜質(zhì)較多的液體液位測(cè)量。三、差壓式液位計(jì)普通型差壓式液位計(jì)正、負(fù)壓室的壓力差△P為在測(cè)量密閉容器液位時(shí)，氣相壓力與大氣壓力不等，尤其是氣相壓力有變化甚至變化較大時(shí)，就不能采用上述壓力式液位計(jì)，而應(yīng)采用差壓式液位計(jì)。實(shí)際應(yīng)用舉例雙室平衡容器與DDZ-Ⅲ型差壓變送器配套的鍋爐汽包液位測(cè)量系統(tǒng)如下圖。雙室平衡容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-8所示，正管p+內(nèi)的壓力隨被測(cè)液位變化而變化；負(fù)管p－內(nèi)用以產(chǎn)生固定的壓力，正、負(fù)管之間就形成與被測(cè)液位高度相對(duì)應(yīng)的差壓信號(hào)△p=p+-p－。法蘭式差壓液位計(jì)零點(diǎn)遷移零點(diǎn)遷移和零點(diǎn)調(diào)整都是使變送器的輸出信號(hào)下限值ymin與測(cè)量范圍的下限值xmin相對(duì)應(yīng)，在xmin=

0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在xmin≠

0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移。四、浮力式液位計(jì)浮子式液位計(jì)舌簧管式液位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)式液位計(jì)可替代玻璃式液位計(jì)，用于測(cè)量敞口容器或密閉容器內(nèi)的液位。浮球式液位開(kāi)關(guān)浮筒式液位計(jì)五、電容式液位計(jì)常用的電容式物位計(jì)多采用平行板或圓筒型電容傳感器。對(duì)于圓筒型電容傳感器，如果被測(cè)介質(zhì)為非導(dǎo)電性物質(zhì)，在不考慮邊緣效應(yīng)的情況下，其電容量為液位為H時(shí)上述兩種情況下電容量的變化量分別為六、電極式液位計(jì)電極式液位計(jì)的典型產(chǎn)品是電接點(diǎn)水位計(jì)電接點(diǎn)水位計(jì)由電接點(diǎn)水位傳感器和顯示儀表組成，而電接點(diǎn)水位傳感器又包括測(cè)量筒和若干個(gè)電接點(diǎn)，測(cè)量筒與汽包構(gòu)成連通器，測(cè)量筒與電接點(diǎn)之間有良好的絕緣，電接點(diǎn)水位傳感器的結(jié)構(gòu)電接點(diǎn)水位計(jì)的顯示儀表電路原理七、熱電偶式液位計(jì)八、超聲波物位計(jì)連續(xù)式超聲波物位計(jì)氣介式超聲波物位計(jì)液介式超聲波液位計(jì)固介式超聲波物位計(jì)超聲波聲速補(bǔ)償⑴溫度補(bǔ)償⑵設(shè)置校正具根據(jù)已知聲速與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，由相應(yīng)的設(shè)備對(duì)聲速進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。工程上常用的聲速校正具如圖所示。在超聲波傳播介質(zhì)中安裝兩組換能器探頭，其中的一組探頭用作檢測(cè)，另一組探頭用作聲速校正。超聲波物位開(kāi)關(guān)氣介穿透式超聲波料位開(kāi)關(guān)九、核輻射式物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度與介質(zhì)厚度有關(guān)，在入射強(qiáng)度一定的情況下，透射強(qiáng)度會(huì)隨著介質(zhì)厚度的增加按指數(shù)規(guī)律衰減。當(dāng)放射源和被測(cè)介質(zhì)確定后，I0和μ就都是常數(shù)，這樣，根據(jù)上式，測(cè)出I即可求得被測(cè)介質(zhì)厚度H。核輻射式物位計(jì)的類型定點(diǎn)方式圖可進(jìn)行上、下限報(bào)警信號(hào)，但不能進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。圖（b）可對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，但測(cè)量范圍比較窄，測(cè)量準(zhǔn)確度也較低。自動(dòng)跟蹤方式放射源和接收器始終保持在同一高度，并可由電機(jī)帶動(dòng)沿導(dǎo)軌隨物位變化而升降?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)物位的自動(dòng)跟蹤。十、雷達(dá)物位計(jì)雷達(dá)物位計(jì)又稱微波物位計(jì)，是利用雷達(dá)測(cè)距原理工作的。2.1.5成分分析儀表一、概述成分檢測(cè)方法很多，可以按工作原理、測(cè)試對(duì)象、使用目的及使用場(chǎng)合來(lái)進(jìn)行分類。成分分析儀表一般包括自動(dòng)取樣裝置、預(yù)處理系統(tǒng)、分離檢測(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)及顯示儀表等。二、熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種熱學(xué)式氣體分析儀，它是利用不同氣體導(dǎo)熱特性不同的原理進(jìn)行分析的。常用于分析混合氣體中H2、CO2、NH3、SO2、Ar等組分的百分含量。工作原理各種氣體都具有一定的導(dǎo)熱能力，但是導(dǎo)熱系數(shù)有一定差異。幾種氣體在0℃時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)

混合氣體是由多組分氣體組成，彼此之間無(wú)相互作用，其導(dǎo)熱系數(shù)可以近似地認(rèn)為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值如果被測(cè)組分的導(dǎo)熱系數(shù)為，其余組分為背景組分，并假定它們的導(dǎo)熱系數(shù)近似等于，則混合氣體的總導(dǎo)熱系數(shù)為被測(cè)組分的體積百分含量為在實(shí)際測(cè)量中，要求混合氣體中背景組分的導(dǎo)熱系數(shù)必須近似相等，并與被測(cè)組分的熱導(dǎo)系數(shù)有明顯差別。熱導(dǎo)檢測(cè)器熱導(dǎo)式氣體分析儀的檢測(cè)器又稱熱導(dǎo)池，它將由于混合氣體中待測(cè)組分含量變化所引起總的導(dǎo)熱系數(shù)的改變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)（一）(a)(b)

熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu)示意圖（二）三、紅外線氣體分析儀它是利用不同氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線具有選擇性吸收的特性來(lái)進(jìn)行分析的。儀常用于連續(xù)分析混合氣體中CO、CO2、CH4、NH3等氣體的濃度。各種氣體對(duì)紅外光譜范圍內(nèi)波長(zhǎng)具有選擇吸收能力，吸收光譜如下圖。紅外線通過(guò)吸收物質(zhì)前后其光強(qiáng)度與被測(cè)組分濃度的關(guān)系服從朗伯—貝爾定律當(dāng)光強(qiáng)度為I

0的光通過(guò)均勻介質(zhì)后，剩余光強(qiáng)度的大小I將隨著介質(zhì)濃度C和光程L的增大而按指數(shù)規(guī)律衰減。結(jié)構(gòu)及原理1-光源；2-拋物體反射鏡；3-同步電動(dòng)機(jī)；4-切光片；5-濾波室；6-參比室；7-測(cè)量室；8-紅外探測(cè)器；9-放大器測(cè)量時(shí)(如分析CO氣體的含量)，兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測(cè)量氣室和參比氣室，測(cè)量氣室中的CO氣體對(duì)4.65μm的紅外線有較強(qiáng)的吸收能力，而參比氣室中氣體不吸收紅外線，這樣探測(cè)器兩個(gè)吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測(cè)量室一側(cè)的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，改變了電容C。電容的變化量就反映了被測(cè)氣體的濃度。四、色譜分析儀檢測(cè)原理茨維特實(shí)驗(yàn):

當(dāng)石油醚攜帶菠菜葉色素混合物流經(jīng)碳酸鈣粉末時(shí)，由于各種葉色素分子在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的差異，它們?cè)谑兔阎械娜芙饽芰Φ拇笮「鞑幌嗤?。色譜分析方法是利用色譜柱將混合物各組分分離開(kāi)來(lái)，然后按各組分從色譜柱出現(xiàn)的先后順序分別測(cè)量，根據(jù)各組分出現(xiàn)的時(shí)間以及測(cè)量值的大小可確定混合物的組成以及各組分的濃度。混合物在色譜柱中的分離過(guò)程色譜分析法根據(jù)流動(dòng)相的不同可分為氣相色譜法和液相色譜法兩種。氣相色譜儀液相色譜儀氣相色譜分析流程氧化鋯氧分析儀的檢測(cè)器是由氧化鋯管組成的一個(gè)氧濃差電池。當(dāng)氧化鋯兩面的混合氣體的氧分壓不同時(shí)，在兩個(gè)電極之間就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)是由于氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)的氧濃差所形成，所以叫濃差電勢(shì)。氧濃差電勢(shì)的大小與兩側(cè)氧濃度有關(guān)，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，它們的關(guān)系可用能斯特公式表示為假定參比側(cè)與被測(cè)氣體的總壓力相等，則上式可改寫(xiě)為五、氧化鋯氧分析儀利用氧化鋯氧濃差電勢(shì)測(cè)氧含量必需滿足的條件有：①工作溫度要恒定。一般工作溫度保持在T=750℃。②必須有參比氣體，且參比氣體的氧含量要穩(wěn)定不變。③參比氣體與檢測(cè)氣體總壓力應(yīng)該相等，儀表可以直接以氧濃度刻度。利用氧濃差電池原理制成的氧化鋯傳感器結(jié)構(gòu)1—氧化鋯管；2—陶瓷過(guò)濾管；3—鉑電極；4—熱電偶；5—AI2O3陶瓷管；6—信號(hào)線氧化鋯氧分析儀的安裝與使用一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：①測(cè)量點(diǎn)位置應(yīng)具有代表性，應(yīng)能正確反映所測(cè)爐內(nèi)氣體，切忌選在氣流死角和漏風(fēng)點(diǎn)附近；②測(cè)量點(diǎn)不能太靠近燃燒點(diǎn)等部位，這會(huì)造成氧量計(jì)示值劇烈波動(dòng)，也不能太靠近風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，以免電機(jī)的震動(dòng)損壞氧化鋯探頭；③遠(yuǎn)離移動(dòng)物體，以免碰撞損壞探頭；④應(yīng)便于安裝、調(diào)試及維護(hù)。氧化鋯氧分析儀的安裝方式有直插式和抽吸式兩種結(jié)構(gòu)。(a)直插式結(jié)構(gòu)(b)抽吸式結(jié)構(gòu)氧化鋯探頭①分壓法測(cè)量電路ＲＸ為待測(cè)溶液電阻，ＲK為外電阻在交流電源電壓Ｕ的作用下，ＲK上的分壓為

由上式可知，在保持電源電壓Ｕ恒定不變的情況下，只要測(cè)得分壓電阻ＲＸ上的電壓，即可求出待測(cè)溶液電阻RＸ的大小，對(duì)RＸ取倒數(shù)即為溶液電導(dǎo)。六、工業(yè)電導(dǎo)儀②電橋測(cè)量電路平衡電橋法測(cè)量電路原理圖不平衡電橋法測(cè)量電路原理圖③電磁感應(yīng)測(cè)量法基于法拉第電磁感應(yīng)原理工作的。兩個(gè)變壓器T1和T2由待測(cè)溶液構(gòu)成的短路環(huán)C1耦合起來(lái)，T1為勵(lì)磁變壓器，T2為檢測(cè)變壓器。

Io的數(shù)值與待測(cè)溶液的電導(dǎo)率有關(guān)（單值關(guān)系）。該電導(dǎo)率越大，Io也就越大，反之亦然。

筒狀電極的電極常數(shù)Ｋ與外筒電極的內(nèi)半徑Ｒ、內(nèi)筒電極的外半徑ｒ及電極的有效長(zhǎng)度Ｌ的定量關(guān)系為；

環(huán)狀電極的電極常數(shù)Ｋ與電導(dǎo)池外套筒內(nèi)半徑Ｒ、電極環(huán)的最大外半徑ｒ及電極間的距離Ｌ的定量關(guān)系為；電導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)七、pH計(jì)pH值與溶液中氫離子濃度的關(guān)系為：

pH=－lg[H+]pH值測(cè)量原理溶液的pH值是通過(guò)將其轉(zhuǎn)化成原電池的輸出電動(dòng)勢(shì)來(lái)間接測(cè)量的。原電池電動(dòng)勢(shì)的大小為式中，E——原電池電動(dòng)勢(shì)；R——?dú)怏w常數(shù)；T——溶液絕對(duì)溫度；F——法拉第常數(shù)；pH——pH值。pH計(jì)的電極工業(yè)在線測(cè)量pH計(jì)一般不用氫電極，最常用的測(cè)量電極有玻璃電極和銻電極，參考電極有甘汞電極和銀—氯化銀電極。pH計(jì)測(cè)量系統(tǒng)二線制PH計(jì)測(cè)量系統(tǒng)如圖玻璃電極八、硅酸根表硅酸根分析儀簡(jiǎn)稱硅酸根表，用于測(cè)量溶液中的硅酸根含量。九、鈉表鈉離子濃度測(cè)量?jī)x表簡(jiǎn)稱鈉表。比較典型的在線鈉表一般由樣品處理系統(tǒng)、測(cè)量室及信號(hào)處理與顯示系統(tǒng)三部分組成，如下圖：十、溶氧表測(cè)量溶液中的氧含量。2.1.6機(jī)械量檢測(cè)儀表一、位移檢測(cè)儀表位移是指物體或其某一部分的位置對(duì)參考點(diǎn)產(chǎn)生的偏移量。位移的形式可以是直線位移或角位移。1.電容式位移檢測(cè)方法電容式位移測(cè)量系統(tǒng)以平板電容器作為傳感元件。在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)充分考慮分布電容、非線性及干擾等因素對(duì)測(cè)量的影響。在位移測(cè)量系統(tǒng)中常采用變極距型電容式傳感器。電容式軸位移測(cè)量系統(tǒng)如圖7-2所示。其中包括了軸向位移和徑向位移兩套測(cè)量裝置。2.電渦流式位移檢測(cè)方法電渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)工作的。如果導(dǎo)體的磁導(dǎo)率及線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度和頻率等參數(shù)恒定不變，則可把線圈的電抗看成是線圈與金屬導(dǎo)體間距離的單值函數(shù)，即二者之間成比例關(guān)系。這樣，根據(jù)渦流的大小即可測(cè)量出線圈與金屬導(dǎo)體間的距離。電渦流傳感器根據(jù)激勵(lì)電流頻率的高低可分為高頻反射式電渦流傳感器和低頻透射式電渦流傳感器兩類。目前，高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用比較多，上面介紹的就是這一種。測(cè)量系統(tǒng)傳感器線圈由鉑金屬絲平繞在固定支架上，并采用不銹鋼殼體和耐腐蝕的材料封裝而成。石英晶體振蕩器用于產(chǎn)生一個(gè)頻率和幅值都固定的高頻信號(hào)，這一信號(hào)經(jīng)固定電阻R加到由傳感器線圈L和固定電容C組成的并聯(lián)回路上。這樣，并聯(lián)回路的阻抗就會(huì)隨著軸與傳感器線圈之間的距離x的變化而變化。2.超聲波測(cè)厚儀超聲波測(cè)厚與超聲波測(cè)距有相同的工作原理，不同的是，前者的超聲波傳播介質(zhì)是各種固體材料，而后者是空氣，如圖所示。二、厚度檢測(cè)儀表1.射線式厚度儀射線穿過(guò)被測(cè)物體后，射線的衰減程度與被測(cè)物體的厚度有關(guān)，這就是射線式厚度儀的測(cè)量原理。三、轉(zhuǎn)速檢測(cè)儀表轉(zhuǎn)速即旋轉(zhuǎn)角速度或旋轉(zhuǎn)頻率，它是衡量物體旋轉(zhuǎn)快慢的一個(gè)物理量。旋轉(zhuǎn)角速度的SI單位弧度/秒（rad/s）與單位轉(zhuǎn)/分（r/min）之間的關(guān)系是1.離心力檢測(cè)法質(zhì)量為m的重錘旋轉(zhuǎn)時(shí)受到mrω2的離心力而遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧力向上拉動(dòng)套筒，套筒的升降通過(guò)齒輪帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，可直接讀出轉(zhuǎn)數(shù)。2.光電碼盤(pán)檢測(cè)法光電碼盤(pán)檢測(cè)法是利用光電碼盤(pán)和透射型光電耦合器結(jié)合來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的，光電耦合器的輸出信號(hào)是對(duì)應(yīng)于碼盤(pán)窗口明暗的脈沖序列。光電耦合器如圖7-21所示，可分為透射型和反射型兩種。

增量光電碼盤(pán)在工業(yè)中的應(yīng)用遠(yuǎn)比絕對(duì)碼盤(pán)多。為了使增量光電碼盤(pán)也能檢測(cè)轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向，可以采取圖所示的檢測(cè)A，B和Z三個(gè)增量脈沖信號(hào)的辦法。當(dāng)只需檢測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)，選擇帶一個(gè)光電耦合器的單相輸出增量碼盤(pán)即可；若還要判別正負(fù)轉(zhuǎn)向并控制轉(zhuǎn)角位置時(shí)，則需要選擇內(nèi)部含三個(gè)光電耦合器的有三相輸出的增量碼盤(pán)。四、振動(dòng)與加速度檢測(cè)儀表由牛頓運(yùn)動(dòng)方程可知，加速度和力是通過(guò)質(zhì)量聯(lián)系在一起的。如圖所示，可以將彈簧質(zhì)量系統(tǒng)作為傳感器，使之與被調(diào)系統(tǒng)直接連在一起。1.動(dòng)電型振動(dòng)傳感器

在磁場(chǎng)密度為B的磁場(chǎng)中，長(zhǎng)度為l的導(dǎo)體以速度v切割磁力線，導(dǎo)體兩端則產(chǎn)生電勢(shì)差為利用這一原理檢測(cè)振動(dòng)速度，稱為動(dòng)電型振動(dòng)檢測(cè)。2.應(yīng)變片式加速度傳感器測(cè)量時(shí)，將傳感器殼體與被測(cè)物體剛性連接，當(dāng)被測(cè)物體以加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊受到一個(gè)與加速度方向相反的慣性力作用，使彈簧片變形，該變形被粘貼在彈簧片上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，這樣即可得出被測(cè)物體的振動(dòng)加速度和振動(dòng)頻率。3.壓電式加速度傳感器主要由殼體、壓電元件、質(zhì)量塊、彈簧及引線等組成。使用時(shí)，將傳感器與振動(dòng)物體剛性固定在一起，這樣，傳感器就會(huì)隨振動(dòng)物體的振動(dòng)而一起振動(dòng)，其內(nèi)部的質(zhì)量塊在重力、外力及彈簧彈力的共同作用下，會(huì)給壓電元件施加與振動(dòng)同頻率的作用力，壓電元件便會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的電壓輸出，該電壓信號(hào)經(jīng)進(jìn)一步處理即可得到振動(dòng)的振幅和加速度。2.2控制儀表2.2.1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器方框圖測(cè)量信號(hào)指示線路測(cè)量信號(hào)指示線路輸入電路PD電路PI電路輸出電路硬手操電路軟手