包装测试技术PPT教学课件-第四章 典型参数测试.ppt

1,第四章、 典型参数测试,本章学习要求：,1.了解典型参数测试原理 2.掌握温度、湿度、压力和振动等典型参数的测量方法 3.了解同一参数的不同测量方法,包装测试技术,2,第四章 典型参数测试,温标、温度检测的主要方法和分类 热电偶及其测温原理 热电阻及其测温原理 热辐射及其测温原理,第一节 温度测试,3,1 温标、温度检测方法和分类,第一节 温度测试,温度是表征物体冷热程度的物理量，温度量值用温标表示。,在its90温标中指出，热力学温度是基本物理量，符号为t，其单位为开尔文，符号为k，它的大小定义为水的三相点（即水的固态、液态、气态三相共存的点）热力学温度的,开尔文温度与摄氏温度之间的关系为：,温标的种类很多，华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标，还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测的国际实用温标。,4,1 温标、温度检测方法和分类,第一节 温度测试,5,2 热电偶及其测温原理,热电效应和热电偶 热电偶中间导体定律 与 热电势的检测 热电偶的等值替代定律 和 补偿导线 标准化热电偶和分度表 热电偶冷端温度的处理,第一节 温度测试,6,热电效应和热电偶,热电效应（热电偶测温的基本原理）：任何两种不同的导体或半导体组成的闭合回路，如果将它们的两个接点分别置于温度各为 t 及 t0 的热源中，则在该回路内就会产生热电势。,t 端称为工作端(假定该端置于热源中)，又称测量端或热端 t0端称为自由瑞，又称参考端或冷端 这两种不同导体或半导体的组合称为热电偶 每根单独的导体或半导体称为热电极,第一节 温度测试,闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成,7,当a和b两种不同材料的导体接触时，由于两者内部单位体积的自由电子数目不同(即电子密度不同)，因此，电子在两个方向上扩散的速率就不一样。 在a、b两导体的接触界面上便形成一个由a到b的电场。 当扩散作用与阻碍扩散作用相等时，即自导体a扩散到导体b的自由电子数与在电场作用下自导体b到导体a的自由电子数相等时，便处于一种动态平衡状态。在这种状态下，a与b两导体的接触处就产生了电位差，称为接触电动势。,接触电势,第一节 温度测试,8,对于导体a或b，将其两端分别置于不同的温度场t、t0中(t t0)。在导体内部，热端的自由电子具有较大的动能，向冷端移动，从而使热端失去电子带正电荷，冷端得到电子带负电荷。这样，导体两端便产生了一个由热端指向冷端的静电场。这样，导体两端便产生了电位差，我们将该电位差称为温差电动势。温差电动势的大小取决于导体的材料及两端的温度，如下式所示,第一节 温度测试,温差电动势,9,闭合回路中所产生的热电势由接触电势和温差电势两部分组成：,下标a表示正电极，b表示负电极，由于温差电势比接触电势小很多，常常把它忽略不计，这样热电偶的电势可表示为：,注意：如果下标次序改为eba，则热电势e前面的符号也应相应改变，即,式(i)就是热电偶测温的基本公式。当冷端温度t0一定时，对于确定的热电偶来说，eab(t0)为常数，因此，其总热电势eab(t,t0)就与温度t成单值函数对应关系，和热电偶的长短、直径无关。只要测量出热电势大小，就能判断被测温度的高低，这就是热电偶的温度测量原理。,重要结论： 1.如果组成热电偶的两种电极材料相同，则无论热电偶冷、热两端的温度如何，闭合回路中的总热电势为零； 2.如果热电偶冷、热两端的温度相同，则无论两电极材料如何，闭合回路中的总热电势也为零 3.热电偶产生的热电势除了冷、热两端的温度有关之外，还与电极材料有关，也就是说由不同电极材料制成的热电偶在相同的温度下产生的热电势是不同的。,第一节 温度测试,10,中间温度定律,热电偶的中间温度定律是指在热电偶回路中，两接点温度为t和t0时的热电动势等于该热电偶在两接点温度为t、tn和tn、t0时所产生的热电动势之代数和（如图4.5），即,第一节 温度测试,11,例 用k型热电偶来测量温度，在冷端温度为t025时，测得热电势为22.9mv，求被测介质的实际温度。,解1： 根据题意有,由k型热电偶的分度表查出,因此有,反查分度表有,12,中间导体定律和热电势的测量,热电偶的输出信号是毫伏信号，毫伏信号的大小不仅与冷、热两端的温度有关，还和热电偶的电极材料有关，理论上任何两种不同导体都可以组成热电偶，都会产生热电势。 但如何来检测热电偶产生的毫伏信号呢？ 因为要测量毫伏信号，必须在热电偶回路中串接毫伏信号的检测仪表，那串接的检测仪表是否会产生额外的热电势，对热电偶回路产生影响呢？ 答：不会产生影响的。,第一节 温度测试,13,如果断开冷端，接入第三种导体c，并保持a和c、b和c接触处的温度均为t0，则回路中的总热电势等于各接点处的接触电势之和:,中间导体定律,当tt0时，有,于是可得,同理还可以证明，在热电偶中接入第四种、第五种导体以后，只要接入导体的两端温度相同，接入的导体对原热电偶回路中的热电势均没有影响。 根据这一性质，可以在热电偶回路中接入各种仪表和连接导线，只要保证两个接点的温度相同就可以对热电势进行测量而不影响热电偶的输出。,第一节 温度测试,14,中间导体定律,例：求热电偶回路的电势。 已知：eab(240)=9.747mv，eab(50)=2.023mv，eac(50)=3.048mv，eac（l0）=0.591mv。,解一：e=eab(240)+ebc(50)+eca(10)， 而 eab(50)+ebc(50)+eca(50)=0 e= eab(240) +eca(10)- eab(50)-eca(50)=10.181 mv,解二：利用中间导体定律 e=eab(240)+eba(50)+eac(50)+eca(10) = eab(240) +eca(10)- eab(50)-eca(50)=10.181 mv 。,第一节 温度测试,15,标准化热电偶和分度号,从理论上分析，似乎任何两种不同的导体都可以组成热电偶，用来测量温度。 但实际情况并非如此，为了保证在工业现场应用可靠，并具有足够的精度，热电偶的电极材料在被测温度范围内应满足： 热电性质稳定、物理化学性能稳定、热电势随温度的变化率要大、热电势与温度尽可能成线性对应关系、具有足够的机械强度、复制性和互换性好等要求，目前在国际上被公认的热电偶材料只有几种。 ,根据标准规定，热电偶的分度表是以t00为基准进行分度的。 当t0时，所有型号热电偶产生的热电势为0mv； 当t0时，热电势为负值。 在所有标准化热电偶中，相同温度条件下b型热电偶产生的热电势最小，e型最大。如果把各型号热电偶的热电势和温度制成曲线，可以看出二者呈一定的非线性关系。即：,第一节 温度测试,16,热电偶种类,国际电工委员会在1975年向世界各国推荐七种标准型热电偶。我国生产的符合iec标准的热电偶有六种，分别是： (1)铂铑30-铂铑6热电偶 这种热电偶分度号为“b”。它的正极是铂铑丝(铂70%，铑30%)，负极也是铂铑丝(铂94%，铑6%)，故俗称双铂铑。测温范围为01700。其特点是测温上限高。在冶金反应、钢水测量等高温领域中得到了广泛的应用。 (2)铂铑10-铂热电偶 这种热电偶分度号为“s”。它的正极是铂铑丝(铂90%，铑l0%)，负极是纯铂丝。测温范围为01700。其特点是热电性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性、惰性气氛中工作。由于精度高，故国际温标中规定它为630.741064.43温度范围内复现温标的标准仪器。常用作标准热电偶或用于高温测量。 (3)镍铬-镍硅热电偶 这种热电偶分度号为“k”。它的正极是镍铬合金(镍90.5%，铬9.5%)，负极为镍硅(镍97.5%，硅2.5%)。测温范围为-200+1300。其特点是测温范围很宽、热电动势与温度关系近似线性、热电动势大及价格低。缺点是热电动势的稳定性较b型或s型热电偶差，且负极有明显的导磁性，分度值见表5-3所示。 (4)镍铬-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“e”。它的正极是镍铬合金，负极是铜镍合金(铜55%，镍45%)。测温范围为-200+1000。其特点是热电动势较其他常用热电偶大。适宜在氧化性或惰性气氛中工作。 (5)铁-康铜热电偶 这种热电偶分度号为“j”。它的正极是铁，负极是铜镍合金。测温范围为-200+1300。其特点是价格便宜，热电动势较大，仅次于e型热电偶。缺点是铁极易氧化。,17,热电偶的结构形式,热电偶广泛应用于各种条件下的温度测量，尤其适用于500以上较高温度的测量，普通型热电偶和铠装型热电偶是实际应用最广泛的两种结构。,普通型热电偶,普通型热电偶主要由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。,贵重金属热电极的直径一般为0.30.65mm，普通金属热电极的直径一般为0.53.2mm；热电极的长度由安装条件和插入深入而定，一般为3502000mm。,绝缘管用于防止两根电极短路,保护套管用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤,材料的选择因工作条件而定,普通型热电偶主要有法兰式和螺纹式两种安装方式,第一节 温度测试,18,铠装型热电偶,铠装型热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者经过拉伸加工成型的,金属套管一般为铜、不锈钢、镍基高温合金等,保护套管和热电极之间填充绝缘材料粉末，常用的绝缘材料有氧化镁、氧化铝等。,铠装型热电偶可以做得很细，一般为28mm，在使用中可以随测量需要任意弯曲。,铠装热电偶具有动态响应快、机械强度高、抗震性好、可弯曲等优点，可安装在结构较复杂的装置上，应用十分广泛。,第一节 温度测试,19,3 热电阻及其测温原理,热电阻的测温原理 工业上常用的金属热电阻 热电阻的结构型式,第一节 温度测试,20,热电阻的测温原理,在工业应用中，热电偶一般适用于测量500以上的较高温度。对于500以下的中、低温度，热电偶输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低的温度区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。所以测量中、低温度，一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。,热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出被测温度。 目前，主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。,金属热电阻：金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示：,式中， 为温度t时对应的电阻值 为温度t0(通常t00)时对应的电阻值 为温度系数。,第一节 温度测试,敏感材料的要求： 温度系数要大，则灵敏度高； 物理化学稳定性要好； 电阻温度系数要保持常数； 具有较高的电阻率； 材料易于提纯。,21,当t=0630.755时，铂丝的电阻值与温度之间的关系为,当t=-1900时，铂丝的电阻值与温度之间的关系为,铂热电阻：最好的热电阻材料,铜热电阻：电阻率较低，易氧化。,22,半导体热敏电阻：半导体热敏电阻的阻值和温度的关系为：,式中， 为温度t时对应的电阻值 a、b是取决于半导体材料和结构的常数,第一节 温度测试,23,金属热电阻和半导体热敏电阻的比较：,热敏电阻的温度系数更大，常温下的电阻值更高（通常在数千欧以上），但互换性较差，非线性严重，测温范围只有50300左右，大量用于家电和汽车用温度检测和控制。 金属热电阻一般适用于测量200500范围内的温度测量，其特点测量准确、稳定性好、性能可靠，在过程控制领域中的应用极其广泛。,第一节 温度测试,24,工业上常用的金属热电阻,从电阻随温度的变化来看，大部分金属导体都有这种性质，但并不是都能用作测温热电阻，作为热电阻的金属材料一般要求： 尽可能大而且稳定的温度系数、电阻率要大、在使用的温度范围内具有稳定的化学和物理性能、材料的复制性好、电阻值随温度变化要有单值函数关系（最好呈线性关系）。,我国最常用的铂热电阻有r010、r0100和r01000等几种， 它们的分度号分别为pt10、 pt100 和 pt1000； 铜热电阻有r050和r0100两种， 分度号分别为cu50和 cu100 其中 pt100 和 cu50 的应用更为广泛,第一节 温度测试,25,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,热辐射的基本概念,任何物体，当其温度高于绝对零度（273.15）时，都将有一部分能量向外辐射。,对于测温来讲，主要是研究物体能吸收的，并且在吸收它们的能量以后，又能重新转变为热能的那些射线。明显具有这种性质的射线是波长从0.840m范围的红外线，其次是0.40.8m的可见光。把这种射线又称作热射线，它的传递过程称为热辐射。,26,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,热辐射的基本概念,式中：,物体的吸收率；,物体的反射率；,物体的透射率。,当a1时，必然有r0，d0，这说明落在物体上的辐射能全部被吸收，这类物体称为绝对黑体，或简称黑体。当r1时，说明辐射能全被反射，这类物体称为绝对白体，简称白体。当dl时，说明辐射能全被透射，这类物体称为绝对透明体。,27,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,2热辐射的基本定律,（1）绝对黑体模型,辐射能几乎被全部吸收，可认为a = 1。,（2）普朗克定律,在各种不同温度下，黑体辐射能量按波长分布的规律，其关系式,（3）斯忒藩波耳兹曼定律（stefan-boltzmann law）,式中：,斯忒藩波耳兹曼常数，,5.67,（w/m2k4）。,28,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,2热辐射的基本定律,把灰体全辐射能e与同一温度下黑体全辐射能e0相比较，就得到物体的另一个特征量,e称为黑度，反映物体接近黑体的程度，黑度说明物体辐射能力的大小程度，它的数值在01之间。,29,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,3辐射温度计,辐射温度计的工作原理是基于四次方定律。,30,三、热辐射测温仪,第一节 温度测试,4红外辐射温度计,被测物体的热辐射线由光学系统聚焦，经光栅盘调制后变换为一定频率的光能，照射在热敏电阻探测器上，经电桥转变为交流电压信号，放大后输出显示或记录。光栅盘由两片扇形光栅板组成，一块固定，另一块受光栅调制电路控制，按一定频率正、反向转动，实现开（光可透过）、关（光不通过），使入射线变为一定频率的能量作用在探测器上。这种红外测温仪可测0600范围内的物体表面温度。,31,5 温度检测仪表的选用,工业上常见的温度检测仪表主要有:,双金属温度计 热电偶 热电阻 辐射式温度计等,选项使用热电阻、热电偶时还应该根据相应的要求确定合适的分度号。,第一节 温度测试,32,第四章 典型参数测试,第二节 湿度测试,湿度是指气体中水蒸气含量的多少，可以表示为绝对湿度和相对湿度。,1绝对湿度 单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度，单位g/m3。湿度与水蒸气压、温度有关，在一个大气压（101325pa）下，绝对湿度d与水蒸气压、温度的关系为,2相对湿度 某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比定义为相对湿度，即,绝对湿度与相对湿度、饱和水蒸气压的关系为,33,第二节 湿度测试,干湿球湿度计,干湿球湿度计由两个结构相同的温度计（如水银温度计或酒精温度计）组成，如图4.14所示。一个谓干球，其感温部暴露在被测气体中；另一个谓湿球，其感温部被水湿棉布包裹。,34,第二节 湿度测试,干湿球湿度计,35,第二节 湿度测试,电阻式湿度计,1、湿敏电阻湿度计,湿敏电阻湿度计是利用某些物质的电阻随湿度变化而变化的性质制成的，即电阻与相对湿度是一一对应的。,36,第二节 湿度测试,电阻式湿度计,1、热敏电阻湿度计,热敏电阻湿度计是利用干、湿空气热传导率的差异来测定湿度的。即电阻随温度的变化而变化，这一特性称为热敏特性。,37,第二节 湿度测试,电容式湿度计,单片智能化湿度/温度传感器,38,第三节 位移的测量,一 常用位移传感器,39,第三节 位移的测量,二、厚度测量,非接触式测厚仪,非接触式测厚仪的种类很多，应用较多的是 射线测厚仪，目前已研制出红外线纸张测厚仪，它们统称为射线测厚仪 。,40,第三节 位移的测量,二、厚度测量,非接触式测厚仪,41,第三节 位移的测量,二、厚度测量,2 接触式测厚仪,在带钢上下各装一个位移传感器（如差动变压器式传感器）。当带钢厚度变化时，上下与带钢接触的传感器同时测出位移变化量，从而形成厚度偏差信号输出。,42,第三节 位移的测量,三、物位的测量,1、电感测量法,浮子通过刚性杆与电感测头的铁芯相连，带动铁芯与液位升降同步运动。铁心在线圈内移动时，会引起线圈电感的变化，从而将物位转化为电信号。,43,2 电容测量法,第三节 位移的测量,44,2 电容测量法,基本工作原理,由两个同轴圆柱极板组成的电容器，当两极板之间填充介电常数为1的介质时，两极板间的电容量为：,当极板之间一部分介质被介电常数为2的另一种介质填充时，可推导出电容变化量,当电容器的几何尺寸和介电常数保持不变时，电容变化量就与物位高度h成正比。,特点和要求,电容式物位计可以用于液位的测量，也可以用于料位的测量，但要求介质的介电常数保持稳定。在实际使用过程中，当现场温度、被测液体的浓度、固体介质的湿度或成分等发生变化时，介质的介电常数也会发生变化，应及时对仪表进行调整才能达到预想的测量精度。,第三节 位移的测量,45,第三节 位移的测量,46,第三节 位移的测量,三、物位的测量,3、超声波测量法,超声波测量法的原理是利用超声波在不同介质中反射和折射速度不同的特点，发射超声波后再接收，根据回波时间测定物位高度，并将声波信号转变为电信号。,47,第三节 位移的测量,三、物位的测量,4、透射法,光源发射的光线透过容器被光电元件接收，当光线被内装物遮挡时，光电元件接收的光通量减弱或降为零，并发出控制信号。,48,第三节 位移的测量,三、物位的测量,4、透射法,在料斗上下物位极限位置两测分别安装光源和光电管，并开设透光孔。当包装速度加快时，如果物位低于下极限位置，则光电管接收到光信号，发出控制信号，使电机转速增加，向料斗内送料速度加快；反之，如果物位超过上极限时，光电管的光信号被切断，发出控制信号，降低电机转速，送料速度减慢，这样，控制物位在上下极限范围之内。,49,第三节 位移的测量,三、物位的测量,5、放射性同位素测量法,放射性同位素测量物位的原理，是基于射线经过被测材料时，会被材料吸收而使射线探测器接收到的射线强度发生变化。测试装置由辐射源、接收器、测量线路和显示仪表组成。,50,第四节 质量测试,一、测重传感器:电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等,1、柱式弹性元件,在包装工程中，物料的充填方式之一是称重式充填，即将产品按预定质量充填到包装容器内。称重方式有间歇式和连续式称重两种，采用的装置有机械式和电子式。,柱式弹性元件可分为实心和空心两种.,51,第四节 质量测试,在弹性元件上粘贴8个金属应变片，其中4片轴向粘贴，另4片周向粘贴，连接成桥式电路 。,、,、,52,第四节 质量测试,一、测重传感器:电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等,2、梁式弹性元件,梁式弹性元件有悬臂梁、两端固定梁等形式,53,第四节 质量测试,一、测重传感器:电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等,3环式弹性元件,在圆环式弹性元件上施加径向力时，圆环各处的应变不同，其中与作用力成39.6处（图4.32中b点）应变等于零。水平中心线上则有最大的应变。,54,第四节 质量测试,一、测重传感器:电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等,4轮辐式弹性元件,具有对加载方式不敏感、抗偏载能力强、侧向稳定、外形矮等特点 .,55,第四节 质量测试,二、皮带电子秤,皮带电子秤是一种连续式称重充填机，主要用于测量输送过程中固体散料的流量，并对散料流量进行积分，求得被输送物料的总重量。其称重过程是连续的。所求的称重值，实际上是对一段时间内物料流量的累计。,其工作原理是：物料经闸门、传送带连续送入称斗中。测重传感器和测速传感器分别将称盘范围内的重量、皮带速度转换为电信号，放大后输入积分器进行计算。,56,第四节 质量测试,二、皮带电子秤,设称盘长度为 ，流经称盘物料重量为 ，皮带速度为 ，则其单位长度上的重量 为,皮带瞬时传送量为,在0t时间内皮带输送物料总量为,57,第四节 质量测试,三、定量电子秤,定量电子秤用于称量液体、粉状、粒状、块状等物料，其精度可达0.51.0。 物料经料门流入称斗，传感器通过称重杠杆测量料斗中物料的重量，当物料重量达到预定值时，传感器发出电信号，通过控制系统使气缸活塞动作，关闭储料斗门，打开料斗门，将物料充填到容器中。,58,第五节 压力测量,压力：工业生产中，由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。 若压力不符合要求，不仅会影响生产效率，降低产品质量，还会造成严重生产事故。 压力测试广泛用于包装生产及试验中，如压力罐装、真空包装；塑料材料及容器的气密性、透湿性试验；玻璃瓶耐内压强度试验等。,59,三种压力表示方法,绝对压力 pa 表压力 p 负压或真空度 ph,压力单位,绝对压力是指物体所受的实际压力。,表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即,真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即,由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。,第五节 压力测量,60,一 压力测量弹性元件,第五节 压力测量,压力测量弹性元件通常有波登管、膜片、波纹管等几种 。,61,1. 波登管（弹簧管）,横截面都是椭圆形或扁圆形的空心金属管，当管的固定端通入有一定压力的流体时，由于管内外的压力差（管外一般为大气压力），迫使管子截面从椭圆向圆形变化，这种变形导致波登管封闭的自由端产生线位移或角位移。,波登管横截面的纵横直径比愈大，灵敏度愈高，通常c形灵敏度低，可测几百兆帕的压力；螺线形、螺旋形灵敏度高，可测7mpa以下的压力。 波登管虽有较高测量精度，但因尺寸和质量较大，固有频率较低，且有明显滞后，故不宜作动态压力测量。,第五节 压力测量,62,2. 膜片,受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但是膜片的位移较小，灵敏度低，指示精度不高，一般为2.5级。膜片更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号。膜片的形状有平膜片、波纹膜片和隔膜三种。,第五节 压力测量,63,3.波纹管,波纹管是一种表面有许多同心环状波纹的薄壁圆筒，位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（1.0106pa），但波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级。,第五节 压力测量,64,二 压力传感器,第五节 压力测量,1. 应变式压力传感器,应变式压力传感器的原理，是利用粘贴在弹性元件上的应变片，感受压力作用时弹性元件的局部应变，测量被测压力值的大小。,平膜片压力传感器的优点是结构简单，缺点是受温度影响较大，而使灵敏度下降。其原因是： a、流体温度的变化通过膜片传至应变片； b、膜片两侧的温差使膜片向温度高的一侧凸起，产生附加应力（应变）； c、膜片材料的弹性模量和泊松比随膜片温度的变化而变化。,65,二 压力传感器,第五节 压力测量,2. 压阻式压力传感器,压阻式压力传感器是以单晶硅膜片作为敏感元件,在该膜片上采用集成电路工艺制作四个电阻，并组成惠斯登电桥。,压阻式压力传感器的灵敏度高，体积小，可靠性高，动态响应快。膜片直径甚至可以小到零点几毫米，频率特性可以达到几十千赫兹。但温度对膜片的影响仍较大，因半导体温度系数大，传感器的使用温度范围受限，一般都在100以内。,66,二 压力传感器,第五节 压力测量,3.压电式压力传感器,压电式压力传感器利用了某些具有压电效应的压电晶体（如石英、云母等）制成的。,压电式压力传感器对温度变化较为敏感，因此必须采取补偿措施。最大特点是固有频率高 ；主要用于动态测量。此外，压电式压力传感器还具有灵敏度高、体积小、线性好、刚度大、稳定性好等特点。,67,三、真空度测试,第五节 压力测量,68,三、真空度测试,第五节 压力测量,1.波登管式真空计,弹簧管（波登管）的封闭端通过机械装置与真空计表针相联，当真空计与真空系统连接时，封闭端的位移驱动与表针固联的齿轮转动，从而显示压力值。,69,三、真空度测试,第五节 压力测量,2. 热电偶真空计,热电偶真空计是通过检测细灯丝温度来测量压力的。 测量范围为0.133133pa）。,70,三、真空度测试,第五节 压力测量,3. 皮拉尼真空计,皮拉尼真空计是通过检测电阻的阻值来测量压力的。测量范围为1.3310313.3pa。,71,几个概念,流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，称为总量或累积流量。,体积流量,以体积表示的瞬时流量用 qv 表示，单位为 m3/s 以体积表示的累积流量用 qv 表示，单位为 m3,质量流量,以质量表示的瞬时流量用 qm 表示，单位为 kg/s 以质量表示的累积流量用 qm 表示，单位为 kg,第六节 流量测试,72,流量检测的主要方法和分类,流量检测方法有很多，就测量原理而言，可以分为直接测量法和间接测量法两类。 直接测量法可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量 间接测量法则是通过测量出流体的(平均)流速，结合管道的截面积、流体的密度及工作状态等参数计算得出。,除了椭圆齿轮流量计直接测量体积流量、科里奥利力质量流量计之外，其它均基于间接法来流量测量,第六节 流量测试,73,1 椭圆齿轮流量计直接测量,基本工作原理,“一碗一碗”计量,转子每旋转一周，就排出四个由椭圆齿轮与外壳围成的半月形空腔的流体体积(4v)。在v一定的情况下，只要测出流量计的转速n就可以计算出被测流体的流量,流量方程,特点和要求,计量精度高，一般可达0.20.5级，有的甚至能达到0.1级 安装直管段对计量精度影响不大， 一般只适用于10150mm的中小口径。 容积式流量计对被测流体的粘度变化不敏感，特别适合于测量高粘度的流体（例如重油、树脂等）甚至糊状物的流量，但要求被测介质干净，不含固体颗粒，所以一般情况下，流量计前要装过滤器。 由于受零件变形的影响，容积式流量计一般不宜在高温或低温下使用。,第六节 流量测试,74,2 差压式流量计,差压式流量计也称为节流式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。 如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。 压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。,(a) 标准孔板,(b) 喷嘴,(c) 文丘里管,把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流件。 作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。 标准节流件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管。,第六节 流量测试,75,节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能和动能。流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的。,2 差压式流量计,76,流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,为流量系数 为可膨胀性系数 a0为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度 p节流装置前后实际测得的压差,主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关。对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定。,可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，对于不可压缩性流体，1；对于可压缩性流体，则1。应用时可以查阅有关手册而得,2 差压式流量计,77,3 涡轮流量计,基本工作原理,流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮的旋转速度随流量的变化而变化，通过涡轮外的磁电转换装置可将涡轮的旋转转换成电脉冲,流量方程,特点和要求,流量与涡轮转速之间成线性关系， 涡轮流量计的测量精度较高，可达到0.5级以上； 反应迅速，可测脉动流量； 主要用于中小口径的流量检测； 仅适用洁净的被测介质，通常在涡轮前要安装过滤装置； 流量计水平安装，前后需一定长度的直管段，一般上游侧和下游侧的直管段长度要求在10d和5d以上；,第六节 流量测试,78,4 电磁流量计,基本工作原理,导体切割磁力线，会产生电动势,适用场合,可以检测具有一定电导率的酸、碱、盐溶液，腐蚀性液体以及含有固体颗粒的的液体测量，但不能检测气体、蒸汽和非导电液体的流量。,流量公式,当导电的流体在磁场中以垂直方向流动而切割磁力线时，就会在管道两边的电极上产生感应电势，感应电势的大小与磁场的强度、流体的速度和流体垂直切割磁力线的有效长度成正比：,式中：ex为感应电势；k为比例系数；b为磁场强度；d为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度。,在管道直径d已经确定，磁场强度b维持不变时，流体的体积流量与磁感应电势成线性关系。利用上述原理制成的流量检测仪表称为电磁流量计。,第六节 流量测试,79,电磁流量计的特点,测量导管内无可动或突出于管道内部的部件，因而压力损失极小； 只要是导电的，被测流体可以是含有颗粒、悬浮物等，也可以是酸、碱、盐等腐蚀性物质； 流量计的输出电流与体积流量成线性关系，并且不受液体的温度、压力、密度、粘度等参数的影响； 测量口径范围大，可以从lmm到2m以上，特别适用于lm以上口径的水流量测量；测量精度一般优于0.5级； 电磁流量计反应迅速，可以测量脉动流量； 主要缺点： 被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0200；,4 电磁流量计,80,电磁流量计的安装,可以水平安装，也可以垂直安装，但要求液体充满管道； 直管段要求：前10d，后5d以上； 远离磁场； 变送器前后管道有时带有较大的杂散电流，一般要把变送器前后11.5m处和变送器外壳连接在一起，共同接地。,4 电磁流量计,81,5 转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度。转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。,孔板流量计：,节流面积不变,流量变化,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,流量变化,节流面积发生变化,转子流量计主要由两个部分组成： 一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在锥形管内可自由运动的转子。 被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出。 当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起。当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上。 若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大。随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小。这样，转子在一个新的高度上重新平衡。这样，转子在锥形管中平衡位置的高低h与被测介质的流量大小相对应。,第六节 流量测试,82,转子流量计的锥形管一般采用透明材料制成，在锥形管上刻有流量读数，用户只要根据转子高度来读取读数。 转子流量计一般只适用于就地指示。对配有电远传装置的转子流量计，也可以把反应流量大小的转子高度h转换为电信号，传送到其它仪表进行显示、记录或控制。,5 转子流量计,转子流量计的特点,转子流量计主要适合于检测中小管径的中小流量； 流量计结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高； 流量计的基本误差约为仪表量程的土2; 流量计的测量精度易受被测介质密度、粘度、温度、压力、纯净度、安装质量等的影响。,83,基本知识,振动是指物体相对平衡位置所作的往复运动。,振动使产品破坏的方式有两种：一是在共振情况下，运输工具传递给产品的加速度超过产品本身的承受能力，直接导致产品破损；二是长期振动使产品产生疲劳破损和内装物同容器间的摩擦损伤。,第七节 振动测试,84,基本知识,机械振动的分类方法有多种，按振动产生的原因分为自由振动（系统受到初始干扰或原有外激力取消后产生的振动）、强迫振动（在外激力作用下的振动）； 按振动的自由度分为单自由度系统振动和多自由度系统振动； 按振动规律分为简谐振动、周期振动、瞬态振动和随机振动等。其中简谐振动是最简单的周期振动.,第七节 振动测试,85,运输包装件的振动,第七节 振动测试,在研究包装件的振动时，通常将其简化为质量