自动化仪表概述

1、l2.1 检测仪表检测仪表l2.2 控制仪表控制仪表温度检测仪表温度检测仪表压力检测仪表压力检测仪表流量检测仪表流量检测仪表物位检测仪表物位检测仪表成分检测仪表成分检测仪表机械量检测仪表机械量检测仪表调节器调节器执行器执行器PH计计电导率仪电导率仪热值仪热值仪浓度计浓度计氧化锆氧量计氧化锆氧量计位移检测仪表位移检测仪表厚度检测仪表厚度检测仪表力检测仪表力检测仪表转速传感器转速传感器加速度检测仪表加速度检测仪表模拟调节器模拟调节器数字（智能）调节器数字（智能）调节器电动执行器电动执行器 气动执行器气动执行器 液动执行器液动执行器2.1 检测仪表检测仪表2.1.1 温度检测仪表温度检测仪表 膨胀式

2、温度计：膨胀式温度计：基于物质的热胀冷缩现象，通过测量物质的膨胀或基于物质的热胀冷缩现象，通过测量物质的膨胀或收缩量来反映被测温度的高低。收缩量来反映被测温度的高低。 1.玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计组成：组成：玻璃温包、毛细管和刻度标尺。玻璃温包、毛细管和刻度标尺。除了水银温度计以外，还有有机液体温度计，它们主要用于测量低温。除了水银温度计以外，还有有机液体温度计，它们主要用于测量低温。 2.双金属温度计双金属温度计 用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的，将其一端固定，另一用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的，将其一端固定，另一端（称为自由端）通过传动机构与指针相连。端（

3、称为自由端）通过传动机构与指针相连。 双金属片双金属片 可以直接测量生产过程中的可以直接测量生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。范围内液体、蒸汽和气体介质温度。 双金属温度信号器双金属温度信号器 3.压力式温度计压力式温度计 内装工作物质内装工作物质 ： 气体式气体式一般充氮气；一般充氮气；液体式液体式一般充二甲一般充二甲苯或甲醇；苯或甲醇；蒸气式蒸气式一般充有丙酮、氯一般充有丙酮、氯甲烷或乙醚等。甲烷或乙醚等。 组成：组成：温包、毛细管和弹簧管。温包、毛细管和弹簧管。 利用金属导体或半导体材料的电阻率利用金属导体或半导体材料的电阻率随温度而变化的特性进行温度测量。随温度

4、而变化的特性进行温度测量。 电阻温度关系式：电阻温度关系式： 在在200 0范围内，铂的电阻温度关系为范围内，铂的电阻温度关系为Rt = R0 1 + At + Bt2 + C( t100 )t3 在在0 650范围内，其关系为范围内，其关系为Rt = R0 ( 1 + At + Bt2 )1.铂的电阻铂的电阻Pt100热电阻分度表热电阻分度表 目前，工业铂电阻的目前，工业铂电阻的R0值有值有10和和100两种，对应的分度号分别为两种，对应的分度号分别为Pt10和和Pt100。 2.铜热电阻铜热电阻在在50150的温度范围内，铜热电阻与温度之间的关系为的温度范围内，铜热电阻与温度之间的关系为)

5、1 (320CtBtAtRRt 目前，国内工业用铜热电阻的目前，国内工业用铜热电阻的R R0 0值有值有5050和和100100两种，对应的分度号分别为两种，对应的分度号分别为CuCu5050和和CuCu100100。 铜热电阻结构示意图铜热电阻结构示意图 铂热电阻结构示意图铂热电阻结构示意图铠装热电阻的结构铠装热电阻的结构11不锈钢管；不锈钢管；22感温元件；感温元件；33内引线；内引线；44氧化镁绝缘材料氧化镁绝缘材料3.热电阻的结构热电阻的结构 普通工业用热电阻的结构普通工业用热电阻的结构 1热电阻丝；热电阻丝；2电阻体支架；电阻体支架；3引线；引线；4绝缘瓷管；绝缘瓷管；5保护套管；保

6、护套管；6连接法兰；连接法兰；7接线盒；接线盒；8引线孔。引线孔。4.半导体热敏电阻温度计半导体热敏电阻温度计优点：优点：热敏电阻的温度系数比金属大，约大热敏电阻的温度系数比金属大，约大49倍；倍；电阻率大，因此电阻率大，因此 可以制成极小的电阻元件，体积小；可以制成极小的电阻元件，体积小；结构简单、机械性能好。结构简单、机械性能好。 热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻可分为正温度系数(PTC)、负温度系数、负温度系数(NTC)和临界温度系数和临界温度系数(CTR)三种类型。三种类型。5.热电阻温度传感器的应用热电阻温度传感器的应用 热电阻测温电桥的三线制接法热电阻测温电桥的三线制接法 热电阻测

7、温电桥的二线制接法热电阻测温电桥的二线制接法 结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。 热电极热电极A A右端称为：右端称为：自由端自由端（参考端、（参考端、冷端）冷端） 左端称为：左端称为：测量端测量端（工作端、（工作端、热端）热端） 热电极热电极B B热电势热电势AB热电偶热电偶是一种将温度变化转换为热电势变化的温度检测元件。是一种将温度变化转换为热电势变化的温度检测元件。 热电偶测温是基于热电效应。热电偶测温是基于热电效应。 1.原理原理 接触电势接触电势BAABNNekTTeln)( 温差电势温差电势TTAdTTTe0),(0

8、 热电偶回路的热电势热电偶回路的热电势dTTNTNekTTNTNekTTTeTTeTeTeTTEBTTABABABAABABAB)()()(ln)()(ln),(),()()(),(00000000)()(),(00TeTeTTEABABAB)()()()(),(00TcTfTfTeTTEABAB在同一金属导体内，温差电势极小，可以忽略。因此在同一金属导体内，温差电势极小，可以忽略。因此 常数）()()(00cTfTeAB这样则有这样则有 2.热电偶的种类与结构热电偶的种类与结构标准化热电偶热电势与温度之间的关系曲线标准化热电偶热电势与温度之间的关系曲线 热电偶的分度表热电偶的分度表热电偶的结

9、构热电偶的结构(a)：l接线柱；接线柱；2接线座；接线座；3绝缘套管；绝缘套管；4热电极热电极(b)：1测量端；测量端；2热电极；热电极；3绝缘套管；绝缘套管；4保护管；保护管；5接线盒接线盒(2) 铠装型热电偶铠装型热电偶(1) 普通装配式热电偶普通装配式热电偶3.热电偶的冷端温度补偿热电偶的冷端温度补偿 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为，或者是进行一定，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为。 热电偶的补偿导线通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层热电偶的补偿导线通常由补偿导

10、线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。在组成。在100（或（或200）以下的温度范围内，补偿导线具有与所匹配）以下的温度范围内，补偿导线具有与所匹配的热电偶的热电势标称值相同的特性。的热电偶的热电势标称值相同的特性。 补偿导线外形 AB屏蔽层屏蔽层保护层保护层使用补偿导线时必须注意以下问题：使用补偿导线时必须注意以下问题： 补偿导线只能用在规定的温度范围内（普通型小于补偿导线只能用在规定的温度范围内（普通型小于100，耐热型小于，耐热型小于200）；）； 补偿导线与热电偶的两个接点温度必须相同；补偿导线与热电偶的两个接点温度必须相同； 不同型号的热电偶配有不同的补偿导线；不同型号的热电偶配有不同

11、的补偿导线； 补偿导线的正、负极分别与热电偶的正、负极相连；补偿导线的正、负极分别与热电偶的正、负极相连； 补偿导线的作用是将冷端迁移到温度恒定的地方。补偿导线的作用是将冷端迁移到温度恒定的地方。冰点法冰点法恒温迁移法恒温迁移法 根据补偿导线末端所处环境温度估计值的大小，人为将显示或记录仪表的零根据补偿导线末端所处环境温度估计值的大小，人为将显示或记录仪表的零点调到该值。点调到该值。 计算修正法计算修正法基于中间温度定律基于中间温度定律 00( ,0)( ,)(,0)ABABABETET TET冷端温度补偿方法如下：冷端温度补偿方法如下：电桥补偿法电桥补偿法二极管补偿法二极管补偿法集成温度传感

12、器补偿法集成温度传感器补偿法软件补偿法软件补偿法利用高性能半导体温度传感器实现测温和补偿利用高性能半导体温度传感器实现测温和补偿 物体处于绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动会以电磁波的物体处于绝对零度以上时，其内部带电粒子的热运动会以电磁波的形式向外辐射能量，这就是热辐射。通过测量该辐射能量的大小便可间形式向外辐射能量，这就是热辐射。通过测量该辐射能量的大小便可间接求出被测物体的温度。接求出被测物体的温度。 红外线辐射温度计红外线辐射温度计用于食品温度测量用于食品温度测量红外线辐射温度计在非接触测温中的应用耳温仪耳温仪红外线辐射温度计用于人体额温测量 红外线辐射温度计在非接触温红外线辐射温

13、度计在非接触温度测量中的应用度测量中的应用集成集成IC 温度测量温度测量 利用红利用红色激光瞄准色激光瞄准被测物（电被测物（电控柜、天花控柜、天花板内的布线板内的布线层）层）温度温度 采集系统采集系统便携式产品便携式产品 在线式产品在线式产品 空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具空调制冷、火灾安全和保护，以及工业维护和质量控制等，可作为故障诊断工具 集成温度传感器是利用晶体管集成温度传感器是利用晶体管PN结的电流和电压特性与温度的关结的电流和电压特性与温度的关系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分集成化，并把它们装封在系，把敏感元件、放大电路和补偿电路等部分

14、集成化，并把它们装封在同一壳体内的一种一体化温度检测元件。同一壳体内的一种一体化温度检测元件。 1. 模拟集成温度传感器模拟集成温度传感器 电流输出型集成温度传感器电流输出型集成温度传感器典型代表是典型代表是AD590温度传感器温度传感器 AD590基本温度检测电路基本温度检测电路 电压输出型集成温度传感器电压输出型集成温度传感器LMl35LM235LM335系列系列 2. 模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器LM56、TMP01、AD22015、MAX6509/6510和和TC652/653等型号。等型号。 3. 集成数字温度传感器控制器集成数字温度传感器控制器 典型产品有典型产品有DSl8

15、20DSl820、DSl8S20DSl8S20、DSl8B20DSl8B20、DSl821DSl821、DSl822DSl822、DSl624DSl624、DSl629DSl629等。等。集成数字温度传感器控制器属于智能化产品。集成数字温度传感器控制器属于智能化产品。 单总线系统连接示意图单总线系统连接示意图 DS1820引脚排列引脚排列 2.1.2 压力检测仪表压力检测仪表1.1.弹性元件弹性元件 弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。 波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量 单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。单

16、圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。 pxpx平薄膜波纹膜xp波纹管px单圈弹簧管xp多圈弹簧管2a2brROBBAp1 1，4 4 静触点；静触点；2 2 动触点；动触点；3 3 绿灯；绿灯；5 5 红灯红灯 压力表指针上有动触点压力表指针上有动触点2 2，表盘上另有两根可调节指针，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点上面分别有静触点1 1和和4 4。当压。当压力超过上限给定数值时，力超过上限给定数值时，2 2和和4 4接触，红色信号灯接触，红色信号灯5 5的电路被接的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，限给定数值时，2 2与与1 1接

17、触，接接触，接通了绿色信号灯通了绿色信号灯3 3的电路。的电路。1 1、4 4的位置可根据需要灵活调节。的位置可根据需要灵活调节。 普通型膜盒压力计原理图普通型膜盒压力计原理图1-膜盒；膜盒；2-连杆；连杆；3-绞链块；绞链块；4-拉杆；拉杆；5-曲柄；曲柄； 6-转轴；转轴；7-平衡片；平衡片；8-游丝；游丝；9-指针；指针；10-刻度刻度盘盘 其压力其压力-位移转换元件是位移转换元件是金属膜盒金属膜盒，常用来测量几百至几万帕以下的无腐蚀性气，常用来测量几百至几万帕以下的无腐蚀性气体的正压或负压体的正压或负压 。膜盒压力表膜盒压力表金属膜片金属膜片金属膜盒金属膜盒内部结构内部结构 硅膜片示意

18、图硅膜片示意图 在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压应力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。力区，另外两片位于受拉应力区，它们组成一个全桥测量电路。线 圈 1C形 弹 簧 管调 机 械零 点 螺 钉线 圈 2衔 铁输 出P 当被测压力进入当被测压力进入C C形形弹簧管时，弹簧管时，C C形弹簧管产形弹簧管产生变形，其自由端发生位生变形，其自由端发生位移，带动与自由端连接成移，带动与自由端连接成一体的衔铁运动，使线圈一体的衔铁运动，使线圈1 1和线圈和线圈2 2中的电感发生大中的电感发生大小相等、符号

19、相反的变化。小相等、符号相反的变化。即一个电感量增大，另一即一个电感量增大，另一个电感量减小。电感的这个电感量减小。电感的这种变化通过电桥电路转换种变化通过电桥电路转换成电压输出。由于输出电成电压输出。由于输出电压与被测压力之间成比例压与被测压力之间成比例关系，所以只要用检测仪关系，所以只要用检测仪表测量出输出电压，即可表测量出输出电压，即可得知被测压力的大小。得知被测压力的大小。 l压电效应原理：压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量 与所受的压力成正比。与所受的压力成正比。l压电材料：压电材料：单晶体、多晶体。单晶体、多晶体。 压

20、电元件夹于两个弹压电元件夹于两个弹性膜片之间，压电元件的性膜片之间，压电元件的一个侧面与下方弹性膜片一个侧面与下方弹性膜片接触并接地，另一个侧面接触并接地，另一个侧面与上方弹性膜片接触，并与上方弹性膜片接触，并通过金属箔和引线将电量通过金属箔和引线将电量引出。引出。 压力先转换成位移，再应用霍尔电势与位移的关系测量压力压力先转换成位移，再应用霍尔电势与位移的关系测量压力。 IBRUHH 霍尔电势霍尔电势UH的大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量，的大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量，从霍尔元件的输出电压的大小即可反映出压力的大小。从霍尔元件的输出电压的大小即可反映出压力的大小

21、。应用：应用：差压变送器差压变送器显示、记录或控制显示、记录或控制配电器配电器测压力：测压力：差压变送器差压变送器配电器配电器显示、记录控制显示、记录控制开方器开方器测流量：测流量：H 通大气通大气测液位：测液位：电容式差压变送器方框图电容式差压变送器方框图 输入差压输入差压Pi作用于差动电容的动极板作用于差动电容的动极板, 使其产生位移使其产生位移, 从而使差动电容器的电容量从而使差动电容器的电容量发生变化。此电容变化量由电容发生变化。此电容变化量由电容-电流转换电路变换成直流电流信号电流转换电路变换成直流电流信号, 此信号与反馈信此信号与反馈信号进行比较号进行比较, 其差值送入放大电路其差

22、值送入放大电路, 经放大得到整机的输出电流经放大得到整机的输出电流I0 。1，2，3-电极引线；电极引线；4-负压管导入口；负压管导入口；5-硅油；硅油；6-负压侧隔离膜片；负压侧隔离膜片；7-负压室基座；负压室基座；8-负压侧固定电极；负压侧固定电极；9-可动电极；可动电极；10-正侧固定电极；正侧固定电极；11-正压室基座；正压室基座；12-正压侧隔离膜片；正压侧隔离膜片；13-正压管导入口正压管导入口 当当pi0，将迫使硅油向右移动，进而使可动极板向右发生微小位移，将迫使硅油向右移动，进而使可动极板向右发生微小位移S 差动电容容量的相对变化值与被测差压差动电容容量的相对变化值与被测差压p

23、 pi i成线性关系；成线性关系； 差动电容容量的相对变化值与介电常数无关，这可大大减小温度对变送器差动电容容量的相对变化值与介电常数无关，这可大大减小温度对变送器测量精度的影响；测量精度的影响； 差动电容容量的相对变化值与差动电容容量的相对变化值与S S0 0 有关，有关，S S0 0 越小，灵敏度越高。越小，灵敏度越高。 21002210001/() 1/()1/() 1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSSS1iSKP11110iAACSSS22220iAACSSS采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。采用硅杯压阻传感器作为敏感元件。 硅杯是由两片研磨后胶合成杯状的硅片组成硅杯是由两

24、片研磨后胶合成杯状的硅片组成, 它既是弹性元件它既是弹性元件, 又是检又是检测元件。测元件。 当硅杯受压时当硅杯受压时, 压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化压阻效应使其上的扩散电阻（应变电阻）阻值发生变化, 通过测量电路把电阻变化转换成电压变化。通过测量电路把电阻变化转换成电压变化。 硅杯硅杯 硅杯的应变电阻通过不平衡电桥转换为电压变化硅杯的应变电阻通过不平衡电桥转换为电压变化 。 当变送器输入差压当变送器输入差压信号时，使硅杯受压，信号时，使硅杯受压，电桥就有不平衡电压输电桥就有不平衡电压输出，运算放大器出，运算放大器A将此电将此电压放大，并控制晶体管压放大，并控制晶体管V使输

25、出电流使输出电流Io增加增加 。在在差压变化的量程范围内，差压变化的量程范围内，晶体管晶体管V的发射极电流的发射极电流Ie为为319 mA, 故输出电故输出电流流Io便是便是420 mA 。 以美国费希尔以美国费希尔- -罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C3051C型智能差型智能差压变送器为例介绍其工作原理。压变送器为例介绍其工作原理。手持通信器手持通信器功能：功能：（1 1）组态）组态 （2 2）测量范围的变更）测量范围的变更 （3 3）变送器的校准）变送器的校准 （4 4）自诊断）自诊断基于电阻应变效应工作基于电阻应变效应工作 。 利用电阻应变片将被测试件的应变量转换为电阻变化，利用电

26、阻应变片将被测试件的应变量转换为电阻变化，然后再利用桥式电路将电阻变化转换为相应的电压信号，进然后再利用桥式电路将电阻变化转换为相应的电压信号，进而完成对压力的测量。而完成对压力的测量。 可测量压力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。可测量压力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。各种电子秤各种电子秤广泛的应用广泛的应用高高 精精 度度 电电 子子 汽汽 车车 衡衡 动态电子秤动态电子秤电子天平电子天平机械秤包装机机械秤包装机吊秤吊秤平行双孔梁平行双孔梁2.1.3 流量检测仪表流量检测仪表 由节流装置、差由节流装置、差压引压导管及差压计压引压导管及差压计（或差压变送器）等（或差压变送器）等组成。

27、组成。节流装置节流装置 节流装置节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件是差压式流量传感器的流量敏感检测元件, , 安装在流体流动的管道中的阻力元件。安装在流体流动的管道中的阻力元件。 常用的节流元件有孔板、常用的节流元件有孔板、 喷嘴、文丘里管。工业生产喷嘴、文丘里管。工业生产过程中常采用孔板。过程中常采用孔板。 孔板孔板 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管 v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）p2节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图节流现象及流体流经节流装置时压力和流速分布图 流量方程式流量方程式PaAqv20paAqm20法兰取压法兰取压环室取压环室取压单独钻孔取

28、压单独钻孔取压1-1角接取压；角接取压；2-2法兰取压；法兰取压；3-3径距取压；径距取压；4-4缩流取压；缩流取压；5-5管接取压管接取压取压方式取压方式标准孔板及其安装方法标准孔板及其安装方法根据根据法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律测量导电性液体的流量。测量导电性液体的流量。BDvdtdExhLdvhLdvDD导压孔导压孔铂电阻丝铂电阻丝圆柱形漩涡发生体圆柱形漩涡发生体热敏电阻热敏电阻三角柱形漩涡发生体三角柱形漩涡发生体 对于圆柱体，当两列漩涡的间距对于圆柱体，当两列漩涡的间距h h与同列中相邻漩涡与同列中相邻漩涡的间距的间距L L满足满足h/ Lh/ L =0.281=0.281条件

29、时，卡曼涡列才是稳定的条件时，卡曼涡列才是稳定的 。 每一列漩涡产生的频率每一列漩涡产生的频率f与流速与流速v、圆柱体直径、圆柱体直径d的关系为的关系为 dvSfr 涡轮流量传感器类似于叶涡轮流量传感器类似于叶轮式水表，是一种速度式流量轮式水表，是一种速度式流量计计 。F1发射的超声波先到达发射的超声波先到达 T1 非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传非接触式流量测量仪表，利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的播特性来测量流体流量的。 直式安装直式安装斜插式安装斜插式安装 如设顺流方向的传播时间为如设顺流方向的传播时间为t1，逆流方向的传播，逆流方向的传播时间为时间为t2，流体静

30、止时的超声波传播速度为，流体静止时的超声波传播速度为c，流体流，流体流动速度为动速度为v，则有，则有vcLtvcLt21超声波传播时间差为超声波传播时间差为22122vcLvttt 一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播一般来说，流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度，即速度，即cv, 则从上式便可得到流体的流速，即则从上式便可得到流体的流速，即tLcv22此时超声波的传输时间将由右式确定此时超声波的传输时间将由右式确定sincossincos21vcDtvcDt 在实际应用中在实际应用中, 超声波传感器安装在管道的外部超声波传感器安装在管道的外部, 从从管道的外面透过管壁发射和接收

31、超声波不会给管路内流管道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响动的流体带来影响，如下图。如下图。 均速管可以测取管道截面几个等面积圆环的速度均速管可以测取管道截面几个等面积圆环的速度平均值，即平均动压头。平均值，即平均动压头。 将平均总将平均总压头和静压头压头和静压头接到差压计或接到差压计或差压变送器，差压变送器，测出二者之压测出二者之压差便是平均动差便是平均动压头，根据平压头，根据平均动压头可求均动压头可求出流体的流量出流体的流量。Q0.003996KD2 p1212645. 0PDFYKMrrr 质量流量方程式：质量流量方程式： 体积流量方程式：体积流量方程式：12/

32、12645. 0PDFYKQrrrHigh高压高压Two (2) Independent& Stable Flow Signals两路独立、稳定的流量信号两路独立、稳定的流量信号Low低压低压低压取压孔低压取压孔威尔巴探头威尔巴探头高压取压孔高压取压孔210.12645MKY DP 210.12645/QKYDP威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头 威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表，流体流过的流量与威尔巴流量计作为一种差压式流量测量仪表，流体流过的流量与差压的平方根成比例关系，与节流式流量计类似。差压的平方根成比例关系，与节流式流量计类似。

33、 根据排出体积进行流量累计的仪表。利用根据排出体积进行流量累计的仪表。利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例的关系对被测流体进行连续的检测量成比例的关系对被测流体进行连续的检测 。可以计量各种液体和气体的累积流量可以计量各种液体和气体的累积流量 。可以精确测量体积量。可以精确测量体积量。 家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。 根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型）根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型） 腰轮流量计（气体型和液体）腰轮流量计（气体型和液体） 刮板式流量计（液体型）刮板

34、式流量计（液体型）设：设：V V0 0计量室的容积；计量室的容积；n n转子的旋转次数，则有转子的旋转次数，则有排出的流体总量排出的流体总量 0nVQn椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计腰轮流量计腰轮流量计( (罗茨流量计罗茨流量计) ) 皮膜式家用煤气表皮膜式家用煤气表 在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成在刚性容器中由柔性皮膜分隔而成I和和 II、III和和IV四个计量室。四个计量室。 可以左右运动的滑阀在煤可以左右运动的滑阀在煤气进出口差压的作用下作往复气进出口差压的作用下作往复运动。运动。煤气由入口进入，通过煤气由入口进入，通过滑阀的换向依次进入气室滑阀的换向依次进入气室I、或或、，并排向出口。皮

35、膜，并排向出口。皮膜往复一次将流过一定体积的煤往复一次将流过一定体积的煤气，通过传动机构和计数装置气，通过传动机构和计数装置能测得往复次数，从而可知煤能测得往复次数，从而可知煤气总量气总量 。 此仪表结构简单，使用维护方便，价格低廉，精确度可达此仪表结构简单，使用维护方便，价格低廉，精确度可达 2，是，是家庭专用煤气仪表。家庭专用煤气仪表。 当流体通过管道弯头时，受到当流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产生的离心力会在角加速的作用而产生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧形成差弯头的外半径侧与内半径侧形成差压，此差压的平方根与流体流量成压，此差压的平方根与流体流量成正比，这就是弯管流量计的

36、测量原正比，这就是弯管流量计的测量原理。理。 弯管流量计的流量方程式弯管流量计的流量方程式 242kDqVD为弯头内径；为弯头内径； 为流体密度；为流体密度； P为差压值；为差压值；k是为弯管流量系数是为弯管流量系数 九、九、 转子流量计转子流量计流量流量qv与浮子高度与浮子高度h之间的关系近似线性。之间的关系近似线性。 转子流量计有两大类：转子流量计有两大类： 直读式转子流量计直读式转子流量计主要由玻璃锥形管、浮子和支撑结构主要由玻璃锥形管、浮子和支撑结构组成由浮子位置高度读出流量值。组成由浮子位置高度读出流量值。 远传式转子流量计远传式转子流量计可采用金属锥形管，其测量转换机构可采用金属锥

37、形管，其测量转换机构将浮子的位移转换为电信号输出。将浮子的位移转换为电信号输出。 相关测量技术的数学基础主要是随机过程理论。基本思相关测量技术的数学基础主要是随机过程理论。基本思想是通过对流动噪声信号的分析，将流速测量转化为时间间想是通过对流动噪声信号的分析，将流速测量转化为时间间隔的测量。隔的测量。 2.1.4 物位检测仪表物位检测仪表基于连通器原理工作。基于连通器原理工作。 普通型压力计式液位计普通型压力计式液位计法兰式压力液位计法兰式压力液位计 投入式液位计投入式液位计 投入式液位计的突出优点是安装投入式液位计的突出优点是安装使用方便，只需将量程合适的投入式液使用方便，只需将量程合适的投

38、入式液位计从敞口容器顶部投入到液体中，并位计从敞口容器顶部投入到液体中，并经零点调整、量程调整和电缆固定即可，经零点调整、量程调整和电缆固定即可，一般不存在零点迁移问题。一般不存在零点迁移问题。 不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量。不适合含泥沙等杂质较多的液体液位测量。 正、负压室的压力差正、负压室的压力差P为为gHppp 在测量密闭容器液位时，气相压力与大气压力不等，尤其是气相压力有变在测量密闭容器液位时，气相压力与大气压力不等，尤其是气相压力有变化甚至变化较大时，就不能采用上述压力式液位计，而应采用差压式液位计。化甚至变化较大时，就不能采用上述压力式液位计，而应采用差压式液位计。实际应用

39、举例实际应用举例双室平衡容器与双室平衡容器与DDZ-型差压变送器配套的锅炉汽包液位测量系统如下图。型差压变送器配套的锅炉汽包液位测量系统如下图。 双室平衡容器的内部结构如图双室平衡容器的内部结构如图5-85-8所示，正管所示，正管p p+ + 内的压力随被测内的压力随被测液位变化而变化；负管液位变化而变化；负管p p 内用以内用以产生固定的压力，正、负管之间就产生固定的压力，正、负管之间就形成与被测液位高度相对应的差压形成与被测液位高度相对应的差压信号信号p p = =p p+ - + - p p。 零点迁移和零点调整零点迁移和零点调整都是都是使变送器的输出信号下限值使变送器的输出信号下限值y

40、 ymimin n与测量范围的下限与测量范围的下限值值x xmimin n相对应，在相对应，在x xmimin n= 0= 0时，称为零点调整，在时，称为零点调整，在x xminmin 0 0时，称为零点迁移时，称为零点迁移。 舌簧管式液位计舌簧管式液位计磁翻转式液位计磁翻转式液位计磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭容器内的液位。磁翻转式液位计可替代玻璃式液位计，用于测量敞口容器或密闭容器内的液位。浮球式液位开关浮球式液位开关常用的电容式物位计多采用平行板或圆筒型电容传感器。常用的电容式物位计多采用平行板或圆筒型电容传感器。 对于圆筒型电容传感器，如果被测介质为非导电性物

41、质，在不考虑边缘效应对于圆筒型电容传感器，如果被测介质为非导电性物质，在不考虑边缘效应的情况下，其电容量为的情况下，其电容量为AHCrrHCrrHLrrHCx012120121122ln2ln2ln2）（）（液位为液位为H时上述两种情况下电容量的变化量分别为时上述两种情况下电容量的变化量分别为HrrCCCx12120ln2）（HrrrrCCCx1211220ln2ln2电极式液位计的典型产品是电接点水位计电极式液位计的典型产品是电接点水位计 电接点水位计由电接点水位传感器和显示仪表组成，而电接点水位传感器电接点水位计由电接点水位传感器和显示仪表组成，而电接点水位传感器又包括测量筒和若干个电接点

42、，测量筒与汽包构成连通器，测量筒与电接点之又包括测量筒和若干个电接点，测量筒与汽包构成连通器，测量筒与电接点之间有良好的绝缘，间有良好的绝缘， 电接点水位传感器的结构电接点水位传感器的结构电接点水位计的显示仪表电路原理电接点水位计的显示仪表电路原理气介式超声波物位计气介式超声波物位计液介式超声波液位计液介式超声波液位计固介式超声波物位计固介式超声波物位计超声波声速补偿超声波声速补偿 温度补偿温度补偿 设置校正具设置校正具根据已知声速与温度之间的函数关系，由相应的设备对声速进行自动补偿。根据已知声速与温度之间的函数关系，由相应的设备对声速进行自动补偿。 工程上常用的声速校正具如图所示。在超声波传

43、播介质中安装两组换能器工程上常用的声速校正具如图所示。在超声波传播介质中安装两组换能器探头，其中的一组探头用作检测，另一组探头用作声速校正。探头，其中的一组探头用作检测，另一组探头用作声速校正。0002tLv气介穿透式超声波料位开关气介穿透式超声波料位开关 射线的透射强度与介质厚度有关，在入射强度一定的情况下，透射强度会随射线的透射强度与介质厚度有关，在入射强度一定的情况下，透射强度会随着介质厚度的增加按指数规律衰减。着介质厚度的增加按指数规律衰减。HoeII 当放射源和被测介质确定后，当放射源和被测介质确定后，I I0 0和和就都是常数，这样，根据上式，测出就都是常数，这样，根据上式，测出I

44、 I 即可求得被测介质厚度即可求得被测介质厚度H H。定点方式定点方式 图可进行上、下限报警信号，但不能进行连续测量。图（图可进行上、下限报警信号，但不能进行连续测量。图（b）可对物位进行）可对物位进行连续测量，但测量范围比较窄，测量准确度也较低。连续测量，但测量范围比较窄，测量准确度也较低。自动跟踪方式自动跟踪方式 放射源和接收器始终保持在同一高度，并可由电机带动沿导轨随物位变化放射源和接收器始终保持在同一高度，并可由电机带动沿导轨随物位变化而升降。可实现对物位的自动跟踪。而升降。可实现对物位的自动跟踪。 雷达物位计又称微波物位计，是利用雷达测距原理工作的。雷达物位计又称微波物位计，是利用雷

45、达测距原理工作的。2.1.5 成分分析仪表成分分析仪表 成分检测方法很多，可以按工作原理、测试对象、使用目的及使用成分检测方法很多，可以按工作原理、测试对象、使用目的及使用场合来进行分类。场合来进行分类。 成分分析仪表一般包括自动取样装置、预处理系统、分离检测器、成分分析仪表一般包括自动取样装置、预处理系统、分离检测器、信号处理系统及显示仪表等信号处理系统及显示仪表等 。 热导式气体分析仪是一种热学式气体分析仪，它是利热导式气体分析仪是一种热学式气体分析仪，它是利用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。常用于分析混用不同气体导热特性不同的原理进行分析的。常用于分析混合气体中合气体中H2、CO2

46、、NH3、SO2、Ar等组分的百分含量。等组分的百分含量。 各种气体都具有一定的导热能力，但是导热系数有一定差异。各种气体都具有一定的导热能力，但是导热系数有一定差异。 几种气体在几种气体在0时的导热系数时的导热系数 混合气体是由多组分气体组成，彼此之间无相互作用，其导热系混合气体是由多组分气体组成，彼此之间无相互作用，其导热系数可以近似地认为是各组分导热系数的算术平均值数可以近似地认为是各组分导热系数的算术平均值 niiinnCCCC1221112 如果被测组分的导热系数为如果被测组分的导热系数为 ，其余组分为背景组分，并假定它们的导热，其余组分为背景组分，并假定它们的导热系数近似等于系数近

47、似等于 ，则混合气体的总，则混合气体的总导热系数为导热系数为1212121132211)()1 ()(CCCCCCCn2121C被测组分的体积百分含量被测组分的体积百分含量 为为 在实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热系数必须近似相等，并与被在实际测量中，要求混合气体中背景组分的导热系数必须近似相等，并与被测组分的热导系数有明显差别。测组分的热导系数有明显差别。 热导式气体分析仪的检测热导式气体分析仪的检测器又称器又称热导池热导池，它将由于混合，它将由于混合气体中待测组分含量变化所引气体中待测组分含量变化所引起总的导热系数的改变转换为起总的导热系数的改变转换为电阻的变化。电阻的变化。热导池

48、的结构（一）热导池的结构（一） 热敏元件热敏元件节流孔支气管(a) (b) 热导池结构示意图（二）热导池结构示意图（二） 它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。它是利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。 仪常用于连续分析混合气体中仪常用于连续分析混合气体中CO、CO2、CH4、NH3等气体的浓度。等气体的浓度。 各种气体对红外光谱范围内波长具有选择吸收能力，吸收光谱如下图。各种气体对红外光谱范围内波长具有选择吸收能力，吸收光谱如下图。 红外线通过吸收物质前后其光强度与被测组分浓度的关系服从朗伯红外线通过吸收物质前后其光强度与被测组分浓度的

49、关系服从朗伯贝尔定律贝尔定律 KCLeII0 当光强度为当光强度为I 0的光通过均匀介质后，剩余光强度的大小的光通过均匀介质后，剩余光强度的大小I将随着介质浓度将随着介质浓度C和光和光程程L的增大而按指数规律衰减。的增大而按指数规律衰减。 92314865571-光源；光源；2-抛物体反射镜；抛物体反射镜；3-同步电动机；同步电动机；4-切光片；切光片；5-滤波室；滤波室；6-参比室；参比室；7-测量室；测量室；8-红外探测器；红外探测器；9-放大器放大器 测量时测量时(如分析如分析CO气体的含量气体的含量)，两束，两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参红外线经反射、切光后射入测量气室和参比

50、气室，测量气室中的比气室，测量气室中的CO气体对气体对4.65m的的红外线有较强的吸收能力，而参比气室中红外线有较强的吸收能力，而参比气室中气体不吸收红外线，这样探测器两个吸收气体不吸收红外线，这样探测器两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收室压力不同，测量室一侧的压力减小，于室压力不同，测量室一侧的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，改变了电容是薄膜偏向定片方向，改变了电容C。电容。电容的变化量就反映了被测气体的浓度。的变化量就反映了被测气体的浓度。 茨维特实验茨维特实验: : 当石油醚携带菠菜叶色素当石油醚携带菠菜叶色素混合物流经碳酸钙粉末时，由混合物

51、流经碳酸钙粉末时，由于各种叶色素分子在结构和性于各种叶色素分子在结构和性质上的差异，它们在石油醚中质上的差异，它们在石油醚中的溶解能力的大小各不相同。的溶解能力的大小各不相同。 色谱分析方法是利用色谱柱将混合物各组分分离开来，色谱分析方法是利用色谱柱将混合物各组分分离开来，然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组然后按各组分从色谱柱出现的先后顺序分别测量，根据各组分出现的时间以及测量值的大小可确定混合物的组成以及各分出现的时间以及测量值的大小可确定混合物的组成以及各组分的浓度。组分的浓度。 混合物在色谱柱中的分离过程混合物在色谱柱中的分离过程 色谱分析法根据流动相的不同可分为气相色

52、谱法和液相色谱分析法根据流动相的不同可分为气相色谱法和液相色谱法两种。色谱法两种。 氧化锆氧分析仪的检测器是由氧化锆管组成的一个氧浓差电池。氧化锆氧分析仪的检测器是由氧化锆管组成的一个氧浓差电池。 当氧化锆两面的混合气体当氧化锆两面的混合气体的氧分压不同时，在两个电极的氧分压不同时，在两个电极之间就产生电动势，该电动势之间就产生电动势，该电动势是由于氧化锆固体电解质两侧是由于氧化锆固体电解质两侧的氧浓差所形成，所以叫浓差的氧浓差所形成，所以叫浓差电势。电势。 氧浓差电势的大小与两侧氧浓度有关，通过理论分析和实验验证，它们氧浓差电势的大小与两侧氧浓度有关，通过理论分析和实验验证，它们的关系可用能

53、斯特公式表示为的关系可用能斯特公式表示为 10lnppnFRTE 假定参比侧与被测气体的总压力相等，则上式可改写为假定参比侧与被测气体的总压力相等，则上式可改写为 10lnCCnFRTE 利用氧化锆氧浓差电势测氧含量必需满足的条件有：利用氧化锆氧浓差电势测氧含量必需满足的条件有： 工作温度要恒定。一般工作温度保持在工作温度要恒定。一般工作温度保持在T=750T=750。 必须有参比气体，且参比气体的氧含量要稳定不变。必须有参比气体，且参比气体的氧含量要稳定不变。 参比气体与检测气体总压力应该相等，仪表可以直接以氧浓度刻度。参比气体与检测气体总压力应该相等，仪表可以直接以氧浓度刻度。1氧化锆管；

54、氧化锆管；2陶瓷过滤管；陶瓷过滤管；3铂电极；铂电极；4热电偶；热电偶；5AI2O3陶瓷管；陶瓷管；6信号线信号线 一般应遵循以下几项原则：一般应遵循以下几项原则： 测量点位置应具有代表性，应能正确反映所测炉测量点位置应具有代表性，应能正确反映所测炉内气体，切忌选在气流死角和漏风点附近；内气体，切忌选在气流死角和漏风点附近； 测量点不能太靠近燃烧点等部位，这测量点不能太靠近燃烧点等部位，这会造成氧量计示值剧烈波动，也不能太靠近风机等机械设备，以免电机的震动损坏会造成氧量计示值剧烈波动，也不能太靠近风机等机械设备，以免电机的震动损坏氧化锆探头；氧化锆探头； 远离移动物体，以免碰撞损坏探头；远离移

55、动物体，以免碰撞损坏探头； 应便于安装、调试及维护。应便于安装、调试及维护。 氧化锆氧分析仪的安装方式有直插式和抽吸式两种结构。氧化锆氧分析仪的安装方式有直插式和抽吸式两种结构。 为待测溶液电阻，为待测溶液电阻，K为外电阻为外电阻 在交流电源电压在交流电源电压的作用下，的作用下，K上的分压为上的分压为kxkkRRURU 由上式可知，在保持电源电压由上式可知，在保持电源电压恒定不变的情况下，只要测得分压电阻恒定不变的情况下，只要测得分压电阻上的电压，即可求出待测溶液电阻上的电压，即可求出待测溶液电阻R的大小，对的大小，对R取倒数即为溶液电导。取倒数即为溶液电导。 平衡电桥法测量电路原理图平衡电桥

56、法测量电路原理图 不平衡电桥法测量电路原理图不平衡电桥法测量电路原理图 基于法拉第电磁感应原理工作的基于法拉第电磁感应原理工作的 。 两个变压器两个变压器T1和和T2由待测溶液构成的短路环由待测溶液构成的短路环C1耦合起来，耦合起来，T1为励磁变压器，为励磁变压器，T2为检测变压器。为检测变压器。 Io的数值与待测溶液的电导率有关（单值关系）。该电导率越大，的数值与待测溶液的电导率有关（单值关系）。该电导率越大，Io也就也就越大，反之亦然。越大，反之亦然。 筒状电极的电极常数筒状电极的电极常数与外筒电极的内半径与外筒电极的内半径、内筒电极的外半径、内筒电极的外半径及电极及电极的有效长度的有效长

57、度的定量关系为；的定量关系为； rRLKln21 环状电极的电极常数环状电极的电极常数与电导池外套筒内半径与电导池外套筒内半径、电极环的最大外半径、电极环的最大外半径及及电极间的距离电极间的距离的定量关系为；的定量关系为；)(22rRLKpH值与溶液中氢离子浓度的关系为：值与溶液中氢离子浓度的关系为： pH=lgH+ 溶液的溶液的pH值是通过将其转化成原电池的输出电动势来间接测量的。值是通过将其转化成原电池的输出电动势来间接测量的。 原电池电动势的大小为原电池电动势的大小为 式中，式中，E原电池电动势；原电池电动势； R气体常数；气体常数；T溶液绝对温度；溶液绝对温度；F法拉第法拉第常数；常数

58、；pHpH值。值。 工业在线测量工业在线测量pHpH计一计一般不用氢电极，最常用的般不用氢电极，最常用的测量电极有玻璃电极和锑测量电极有玻璃电极和锑电极，参考电极有甘汞电电极，参考电极有甘汞电极和银极和银氯化银电极。氯化银电极。二线制二线制PH计测量系统如图计测量系统如图 玻璃电极玻璃电极硅酸根分析仪简称硅酸根表，用于测量溶液中的硅酸根含量。硅酸根分析仪简称硅酸根表，用于测量溶液中的硅酸根含量。钠离子浓度测量仪表简称钠表。钠离子浓度测量仪表简称钠表。 比较典型的在线钠表一般由样品处理系统、测量室及信号处理与显示系统三比较典型的在线钠表一般由样品处理系统、测量室及信号处理与显示系统三部分组成，如

59、下图部分组成，如下图 ：测量溶液中的氧含量。测量溶液中的氧含量。2.1.6 机械量检测仪表机械量检测仪表 位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生的偏移量。位移的形式可以位移是指物体或其某一部分的位置对参考点产生的偏移量。位移的形式可以是直线位移或角位移。是直线位移或角位移。 电容式位移测量系统以平板电容器作为传感元件。电容式位移测量系统以平板电容器作为传感元件。 在实际使用时，应充分考虑分布电容、非线性及干扰等因素对测量的影响。在实际使用时，应充分考虑分布电容、非线性及干扰等因素对测量的影响。 在位移测量系统中常采用变极距型电容式传感器。在位移测量系统中常采用变极距型电容式传感器。 电容式

60、电容式轴位移测量系统轴位移测量系统如图如图7-2所示。其中包括了轴向位移和径向所示。其中包括了轴向位移和径向位移两套测量装置。位移两套测量装置。 电涡流传感器是基于电涡流传感器是基于涡流效应涡流效应工作的。工作的。 如果导体的磁导率及线圈如果导体的磁导率及线圈激励电流强度和频率等参数恒激励电流强度和频率等参数恒定不变，则可把线圈的电抗看定不变，则可把线圈的电抗看成是线圈与金属导体间距离的成是线圈与金属导体间距离的单值函数，即二者之间成比例单值函数，即二者之间成比例关系。这样，根据涡流的大小关系。这样，根据涡流的大小即可测量出线圈与金属导体间即可测量出线圈与金属导体间的距离。的距离。 电涡流传感器根据激