自动检测与控制课件

温标及测温方法

温度是表示物体冷热程度的物理量。

温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。

*低温高温模拟图：在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温时快！2.1.1温标

温度的数值表示方法称为温标。它规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。各温标间的换算关系见表2-1。*几种温标的对比*正常体温为37

C

，相当于华氏温度多少度？1990国际温标(ITS-90)

从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式等。*2.1.2测温方法及其分类

温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。

**物理现象

体积热膨胀电阻变化温差电现象导磁率变化电容变化压电效应超声波传播速度变化物质颜色P–N结电动势晶体管特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射种类铂测温电阻、热敏电阻热电偶BaSrTiO3陶瓷石英晶体振动器超声波温度计示温涂料液晶半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅辐射温度传感器光学高温计1.气体温度计2.玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计4.双金属温度计5.液体压力温度计6.气体压力温度计1．

热铁氧体2．

Fe-Ni-Cu合金*应用热膨胀原理测温

测量原理物体受热时产生膨胀

固体膨胀式温度计

双金属温度计

液体膨胀式温度计

玻璃管温度计*装满热水后图案变得清晰可辨示温涂料（变色涂料）变色涂料在电脑内部温度中的示温作用*CPU散热风扇低温时显示蓝色温度升高后变为红色红外温度计*2.2热电偶※热电偶是目前温度测量中使用最普遍的传感元件之一。※特点：结构简单、测量范围宽、准确度高、热惯性小，输出信号为电信号，便于远传或信号转换。※用途：用来测量流体、固体以及固体壁面的温度。微型热电偶还可用于快速及动态温度的测量。*先看一个实验——热电偶工作原理演示*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A右端称为：自由端（参考端、冷端）

2.2.1热电偶测温原理

左端称为：测量端（工作端、热端）

热电极B热电势AB从实验到理论：热电效应

1821年，德国物理学家赛贝克用两种不同金属组成闭合回路，并用酒精灯加热其中一个接触点（称为结点），发现放在回路中的指南针发生偏转（说明什么？），如果用两盏酒精灯对两个结点同时加热，指南针的偏转角反而减小（又说明什么？）

。显然，指南针的偏转说明回路中有电动势产生并有电流在回路中流动，电流的强弱与两个结点的温差有关。*通过以上演示得出结论

——有关热电偶热电势的讨论

热电偶两结点所产生的总的热电势等于热端热电势与冷端热电势之差，是两个结点的温差Δt

的函数：

EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）*产生：两种不同导体接触时产生

原因：两者电子密度不同，扩散速度不同*2.2.1.1接触电势

两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产生热电势。

*自由电子＋ABeAB（

T）T*产生：同一导体因两端温度不同而产生的热电势原因：高温端电子能量向能量小的低温端移动2.2.1.2温差电势2.2.1.3回路总电势结论：P182.2.2热电偶的基本定律2.2.2.1均质材料定律由一种导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度如何都不产生热电势。反之，如产生热电势，则材料必为非均质。*tCt0t0AB2.2.2.2中间导体定律在A、B构成的热电偶接入第三种导体C，并使AC和BC接触点的温度均为t0，则C的接入不会影响原回路中的热电势。2.2.2.3中间温度定律热电偶A、B在接点温度为T和T0

时的热电势等于热电偶A、B在接点温度为和的热电势和的代数和，即：*2.2.3热电偶的结构*

热电偶的结构形式普通型、铠装型和薄膜型等。普通型热电偶应用最广。由热电极、绝缘材料、保护套管、接线盒等组成典型的普通型热电偶的结构：*热电极：一般金属Φ0.5～3.2mm，昂贵金属Φ0.3～0.6mm，长度与被测物有关，一般在300～2000mm，通常在350mm左右。绝缘管：隔离热电偶与被测物，一般在室温要5MΩ以上。保护套管：避免受被测介质的化学腐蚀或机械损伤。接线盒：固定接线座，连接补偿导线。普通型热电偶的外形*安装螺纹安装法兰普通装配型热电偶的结构放大图接线盒*引出线套管

固定螺纹

（出厂时用塑料包裹）热电偶工作端（热端）

不锈钢保护管

铠装型热电偶外形法兰*铠装型热电偶可长达上百米BA绝缘材料铠装型热电偶横截面薄壁金属保护套管（铠体）隔爆型热电偶外形*厚壁保护管压铸的接线盒电缆线其他热电偶外形*小形K型热电偶2.2.4热电偶的种类*2.2.4.1标准型热电偶几种常用热电偶的测温范围分度号

名称

测量温度范围

B铂铑30－铂铑650～1820

CT铜—康铜-270～350

CS铂铑10—铂-50～1768

CK镍铬－镍铬

(铝)-270～1370

CE镍铬－铜镍(康铜)－270～800

C几种常用热电偶的热电势与温度的关系曲线分析*为什么所有的曲线均过原点（零度点）？热电偶的分度表*2.2.4.2特殊热电偶（1）钨铼热电偶

是60年代发展起来的，是目前一种较好的高温热电偶，可使用在真空惰性气体介质或氢气介质中，但高温抗氧能力差。国产钨铼-钨铼20热电偶使用温度范围300～2000℃分度精度为1％。(2)

快速反应薄膜热电偶(表面热电偶)

用真空蒸镀等方法使两种热电极材料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。如图，其热接点极薄(0.01～0.lμm)

特别适用于对壁面温度的快速测量。安装时,用粘结剂将它粘结在被测物体壁面上。测温范围在300℃以下；反应时间仅为几ms。*(3)铠装式热电偶（又称套管式热电偶）

断面如教材P24图2-9所示。它是由热电偶丝、绝缘材料，金属套管三者拉细组合而成一体。特点：热响应时间短，减小动态误差；可弯曲安装使用；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；2.2.5热电偶冷端温度补偿*

2.2.5.1必要性：

1、用热电偶的分度表查毫伏数-温度时，必须满足t0=0

C的条件。在实际测温中，冷端温度常随环境温度而变化，这样t0不但不是0

C，而且也不恒定，因此将产生误差。

2、一般情况下，冷端温度均高于0

C，热电势总是偏小。应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失。*2.2.5.2冷端温度补偿方法一、冰点法方法：使用时将热电偶的冷端置于0℃的恒温器（如冰水混合物）内。特点：简单，避免经常校正；虽然补偿彻底，但在工程上较难实现，一般只能用于实验室。*二、热电势修正法用普通室温计算出参比端实际温度Tn，利用公式计算例：用铜-康铜热电偶测某一温度T，参比端在室温环境Tn中，测得热电动势EAB(T，Tn)=1.999mV，又用室温计测出Tn=21℃,查此种热电偶的分度表可知，EAB(21,0)=0.832mV，故得

EAB(T，0)=EAB(T，21)+EAB(21，0)=1.999+0.832=2.831(mV)再次查分度表，与2.831mV对应的热端温度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)三、冷端补偿器法*

利用不平衡电桥产生的不平衡电动势补偿（抵消）热电偶因冷端温度波动引起的误差。工程上最常用的方法五、补偿导线法*补偿导线是指在一定温度范围内，其热电性能与其相应的热电性能十分相近的一种廉价的导线，以热电偶连接导体应用定则为依据工作。常用补偿导线的结构分为普通型和带屏蔽层型两种按照补偿原理分为补偿型及延伸型两种补偿导线按使用度可分为一般用（0～100℃）和耐热用（0～150℃）*补偿导线的正确使用：

①各种补偿导线只能与相应型号的热电偶用；

②使用时必须各级相连，切勿将其极性接反；

③热电偶和补偿导线连接点的温度不能超过规定的使用温度范围，规定为0~100℃及0~150℃两种。常用补偿导线P26补偿导线外形

*AB屏蔽层保护层*2.2.6热电偶实用测温线路2.2.6.1基本电路补偿导线铜导线2.2.6.2多点测温线路*1—工作端热电偶；2—工作端补偿导线；3—接线板；4—铜导线；

5—切换开关；6—数字显示仪；7—参比端补偿导线；8—参比端热电偶*mV2.2.6.3串、并联电路串联电路*mV并联电路2.2.7热电偶的检定

为了保证热电偶的测量精度，必须定期进行检定。热电偶的检定方法有两种，比较法和定点法。用被校热电偶和标准热电偶同时测量同一对象的温度，然后比较两者示值，以确定被检电偶的基本误差等质量指标，这种方法称为比较法。**78564321稳压电源220V热电偶校验图

1-调压变压器；2-管式电炉；3标准热电偶；4-被校热电偶；5-冰瓶；6-切换开关；7-测试仪表；8-试管

导体或半导体的电阻率与温度有关，利用此特性制成电阻温度感温件，它与测量电阻阻值的仪表配套组成电阻温度计。

优点：测温准确度高，信号便于传送。

缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差。

热电阻2.3.1热电阻的测温原理热电阻是用金属导体或半导体材料制成的感温元件。铂热电阻和铜热电阻属国际电工委员会推荐的，也是我国国标化的热电阻。电阻温度系数：在某一温度间隔内，温度变化1℃

时的电阻相对变化量，单位为1/℃。

大多数金属热电阻随其温度升高而增加，当温度升高1℃时，其阻值约增加0.4%~0.6%，称具有正的电阻温度系数。电阻值Rt与温度t（℃）的关系可表示为Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3）式中，Rt——温度为t℃时金属导体的电阻；

R0——温度为0℃时金属导体的电阻；

A、B、C——与金属材料有关的常数。

大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减小，当温度升高1℃时，其阻值约减小3%~6%，称具有负的电阻温度系数。电阻值RT与热力学温度T（K）的关系可表示为RT=RT0·exp[B(1/T)－B(1/T0)]式中，RT0——热力学温度T0（K）时的电阻值；

B——与半导体材料有关的常数。

热电阻温度传感器材料的选择标准

虽然大多数金属和半导体的电阻与温度之间都存在着一定的关系，但并不是所有的金属或半导体都能做成电阻温度计。用于测温的热电阻（或热敏电阻）应满足以下要求：（1）电阻温度系数要大，以得到高敏感度；（2）在测温范围内化学与物理性能要稳定；

（3）复现性要好；（4）电阻率要大，以得到小体积的元件，进而保证热容量和热惯性小，使得对温度变化的响应比较快；（5）电阻温度特性尽可能接近线性，以便于分度和读数；（6）价格相对低廉。2.3.2常用热电阻2.3.2.1铂热电阻特点：精度高，稳定性好，性能可靠。在氧化性的气氛中，甚至在高温下的物理化学性质都非常稳定。它易于提纯，复现性好，有良好的工艺性，可以制成极细的铂丝或极薄的铂箔。与其他热电阻材料相比，有较高的电阻率。缺点：电阻温度系数较小，在还原性气氛中，特别是在高温下易被沾污变脆，价格较贵。在－200℃~0℃范围内，铂的电阻温度关系为Rt=R0[1+At+Bt2+C(t－100)t3]在0~650℃范围内，其关系为Rt=R0(1+At+Bt2)

式中，A、B、C——分度常数。P30表2-92.3.2.2铜热电阻特点：它的电阻值与温度的关系是线性的，电阻温度系数也比较大，而且材料易提纯，价格比较便宜，但它的电阻率低，易于氧化。在－50℃~150℃范围内，铜的电阻温度关系为Rt=R0(1+αt)式中，α——铜的电阻温度系数。

P31表2-102.3.2.3半导体热敏电阻大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数。半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。2.3.3热电阻的基本结构直径1mm的银丝或镀银铜丝云母、石英或陶瓷塑料双线无感绕法外接线路相连电阻丝和电阻支架测量电路：经常采用电桥电路2.3.4引线方式引线方式有二线制、三线制和四线制三种二线制中引线电阻对测量影响大，用于测温精度不高的场合三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。

温度变送器2.4.1DDZ-Ⅲ型温度变送器说明:1)输入回路可实现热电偶冷端补偿、热电阻三线制引入、零点调整与迁移、量程调整；

2）反馈回路可实现非线性校正；（1）输入电桥

作用：冷端温度补偿、调整零点。下面介绍热电偶温度变送器（2）反馈电路

在DDZ-Ⅲ型的温度变送器中，在温度变送器中的反馈回路加入线性化电路。（3）放大单元构成：直－交－直变换电路；集成运放；功放电路；输出电路；反馈电路。2.4.2一体化温度变送器

它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。

结构：测温元件和变送器模块变送器模块的正常工作温度：-20～+80℃2.5非接触测温任何物体，其温度超过绝对零度，都会以电磁波的形式向周围辐射能量。这种电磁波是由物体内部带电粒子在分子和原子内振动产生的，其中与物体本身温度有关传播热能的那部分辐射，称为热辐射。把能对被测物体热辐射能量进行检测，进而确定被测物体温度的仪表，通称为辐射式温度计。辐射式温度计的感温元件不需和被测物体或被测介质直接接触。2.5.1

辐射测温的基本理论辐射式温度计的感温元件通常工作在属于可见光和红外光的波长区域。辐射式温度计的感温元件使用的波长范围为0.3—40μm。相关概念：绝对黑体：在任何温度下，均能全部吸收辐射到它上面的任何辐射能量选择吸收体：对辐射能的吸收(或辐射)除与温度有关外，还与波长有关灰体：吸收(或辐射)本领与波长无关热辐射测温理论基础普朗克公式黑体光谱辐射亮度维恩公式全辐射定律其他相关概念2.5.2

光学高温计依据物体光谱辐射出射度或辐射亮度与其温度T的关系，可以测出物体的温度。这种辐射温度计称为光谱辐射温度计。目前国内外使用的光谱辐射温度计都是根据被测物体的光谱辐射亮度来确定物体的温度。分类：光学高温计；光电高温计；硅辐射温度计光学高温计特点：结构较简单，使用方便，适用于1000K～3500K范围的温度测量，其精度通常为1.0级和l.5级，可满足一般工业测量的精度要求。它被广泛用于高温熔体、高温窑炉的温度测量。用光学高温计测量被测物体的温度时，读出的数值将不是该物体的实际温度，而是这个物体此时相当于绝对黑体的温度，即所谓的“亮度温度”。物体的真实温度为：

2.5.3光电高温计光电高温计与光学高温计相比，主要优点有：灵敏度高；精确度高；使用波长范围不受限制；光电探测器的响应时间短；便于自动测量与控制。缺点：光电高温计在测量物体的温度时，由于要靠手动调节灯丝的亮度，由眼睛判别灯丝的“隐灭”，故观察误差较大，也无法实现自动检测和记录。图2-26光电高温计工作原理图 （a）工作原理示意图；（b）光调制器1-物镜；2-光栏；3,5-孔；4-光电器件；6-遮光板；7-调制片；8-永久磁钢；9-激磁绕组；10-透镜；11-反射镜；12-观察孔；13-前置放大器；14-主放大镜；15-反馈镜；16-电子电位差计；17-被测物体2.5.4辐射温度计辐射温度计是根据全辐射定律，基于被测物体的辐射热效应进行工作的。辐射温度计由辐射敏感元件、光学系统、显示仪表及辅助装置等几大部分组成。辐射温度计与光学高温计一样是按绝对黑体进行温度分度的，因此用它测量非绝对黑体的具体物体温度时，仪表上的温度指示值将不是该物体的真实温度，我们称该温度为此被测物体的辐射温度。2.5.5

比色高温计比色温度定义为：绝对黑体辐射的两个波长λ1和λ2的亮度比等于被测辐射体在相应波长下的亮度比时，绝对黑体的温度就称为这个被测辐射体的比色温度。绝对黑体，对应于波长λ1与λ2的光谱辐射亮度之比R，可用下式表示：2.5.6红外温度计

红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围可以从-10℃～3000℃，中间分成若干个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形

红外线辐射温度计用于食品温度测量红外线辐射温度计

在非接触体温测量中的应用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度测量中的应用集成IC温度测量红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）温度采集系统钢铁工业解决方案汽车检测与维护供热、通风及制冷行业应用水泥回转窑筒体扫描温度测量系统

玻璃加工制造

电气系统故障诊断便携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2.5.7热像仪红外成像原理红外摄像管：将物体的红外辐射转换成电信号，经过电子系统放大处理，再还原为光学像的成像装置。红外变像管：把物体红外图像变成可见图像的电真空器件，主要由光电阴极、电子光学系统和荧光屏三部分组成，均安装在高度真空的密封玻璃壳内。固态图像变换器：由许多小单元（称为像元或像素）组成的受光面，各像素将感受的光像转换为电信号后顺序输出的一种大规模集成光电器件。AGA—750热像仪工作原理框图Ti30热像仪2.6新型温度传感器及其测温技术不讲

压力检测仪表3.1概述

垂直作用在单位面积上的力称压力。在国际单位制（SI）和我国法定计量单位中，压力的单位是“帕斯卡”，简称“帕”，符号为“Pa”。即1N的力垂直均匀作用在1m2的面积上所形成的压力值为1Pa。过去采用的压力单位“工程大气压力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大气压”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均应改成法定计量单位帕。

1kgf/cm2=0.9807×105Pa1mmH2O=0.9807×10Pa1mmHg=1.332×102Pa1atm=1.01325×105Pa1bar=105Pa

1PSI=6.89×103Pa详见表3-13.1.1压力的概念及单位3.1.2压力表示方式绝对压力PJ大气压力PD表压力PB

PB=PJ

－PD真空度PZ（负压）

PZ＝

PD－PJ表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度3.1.3压力检测方法1.弹性力平衡法：利用弹性元件受压力作用发生弹性形变而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理。将压力转换成位移，测出形变位移的大小就可以测出被测压力。如：弹簧管压力计、波纹管压力计。2.重力平衡法：通过仪表使液柱高度的重力或砝码的重量与被测压力相平衡的原理测量压力。如：U型管压力计、活塞压力计3.机械力平衡法：将被测压力经变换元件转移成一个集中的力，用外力与之平衡，通过测外力的大小得到被测压力。如：压力变送器。4.电气法：用压力敏感元件直接将压力转换成电阻、电荷量等电量的变化。如压电式、应变片式、电容式、光纤式压力计。3.2液柱式压力计

利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力相平衡的原理，通过液柱高度来反映被测压力的大小优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确度。缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃管容易损坏及读数不方便采用水银或水为工作液，用U形管或单管进行测量，常用于低压、负压或压力差的检测。被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量。U形管压力计△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低。

单管压力计

由于U形管压力计需两次读取液面高度，为使用方便，设计出一次读取液面高度的单管压力计。

因则故由于D>>d，所以P=ρgh2

斜管微压计

主要用于测量微小压力、负压和压差，它将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，这样可以提高灵敏度，减少读数相对误差。倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误差增大。这种倾斜管液柱式压力计可以测量到0.98Pa的微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选用密度小的酒精作为工作液体。

液柱式压力计的测量误差及其修正1.环境温度变化2.重力加速度变化3.毛细管现象3.3弹性式压力计

用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪表称为弹性式压力计。弹性元件受压后产生的形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某种电气元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。它结构简单，价格低廉，现场使用和维修都很方便，又有较宽的压力测量范围，因此在工程中获得了非常广泛的应用。

弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形，变形大小与被测压力成正比关系。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。

3.3.1弹性元件

上图给出了一些常用弹性元件的示意图。其中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。

弹簧管的横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成圆弧形的空心管子，如图所示。管子的一端为封闭，作为位移输出端，另一端为开口，为被测压力输入端。当开口端通入被测压力后，非圆横截面在压力p作用下将趋向圆形，并使弹簧管有伸直的趋势而产生力矩，其结果使弹簧管的自由端由B移至B′，而产生位移，输入压力越大，位移越大。3.3.2弹簧管压力表弹簧管压力表：结构简单，使用方便，价格低廉，使用范围广，测量范围宽可测负压、微压、低压、中压和高压精度有0.5、1.0、1.5、2.5等3.4.1霍尔式压力传感器测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。

3.4压力传感器

弹簧管霍尔片

K——霍尔式压力传感器输出系数

χ——自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片+弹簧管

磁场由一对特殊几何形状的马蹄型磁钢产生。右侧磁场方向向下，左侧向上，大小相等方向相反，构成差动磁场。当霍尔片处于中心平衡位置时，因磁通大小相等方向相反，且对称，所以霍尔电势代数和为零。当弹簧管自由段带动霍尔片偏离平衡位置时，产生电势的代数和不为零。完成位移-电势转换。压电效应原理：压电材料受压时会在其表面产生电荷，其电荷量与所受的压力成正比。压电材料：单晶体、多晶体特点：结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，线性度好，频率响应高，量程范围广3.4.2压电式压力传感器测量范围：0～70MPa应用：加速度、压力等3.4.3电容式压力传感器压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件，它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而改变。扩散电阻正常工作需依附弹性元件，常用的是单晶体硅膜片。3.4.4压阻式压力传感器优点：体积小，结构简单，能直接反映微小的压力变化，动态响应好。缺点：敏感元件易受温度的影响，从而影响压阻系数的大小。作用:(1)变送：将被测参数成比例转换成标准统一信号，并能将信号一定距离远传。

(2)可调量程：同一参数的不同范围转换为成比例的统一信号。3.5差压变送器测压原理:是利用转换元件将压力变化转换成电容变化，再通过检测电容的方法来测量压力的。特点：结构简单（小型化、轻量化）、性能稳定、可靠，具有较高的精度。3.5.1电容式压力变送器

差动平板电容器的工作原理:

差动平板电容器共有三个极板，其中中间一个电极板为活动电极板，两端为固定电极板。电容器在初始状态下，活动极板正好位于两固定电极板的中间，如图(a)所示。此时上下两个电容容量完全相等，其差值为零。而每个电容的容量为

当受到外界作用，使中间的活动电极板产生一个微小的位移后，如图(b)所示。≈感压膜片差动电容电容-电流转换电路

放大和输出限制电路反馈电路调零、迁移信号＋－反馈信号变送器构成方框图变送器构成方框图电容式压力传感器结论：(1)相对变化值与被测差压成线性关系。

(2)与介电常数无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)

与有关。愈小，灵敏度越高。

扩散硅压力变送器属应变式压力变送器。它是基于电阻应变原理测量压力的。当电阻体在外力作用下，产生机械变形时，其电阻值也将随之发生变化。这种现象称之为电阻应变效应。通过对电阻变化量的检测，即可得知其受力情况。扩散硅压力变送器检测部件的原理结构如图(a)所示。它的感压元件叫做扩散硅应变片。其电阻布置如图(b)所示、杯内腔承受被测压力p，杯的外侧为大气压力。如用来测量差压，则分别接p1及p2。3.5.2扩散硅压力变送器

硅杯设计时，取R1=R2=R3=R4=R，所以此时桥路平衡时，当压力为零时，桥路输出为U=0当外界有压力时，由于四个电阻的位置经过精确选择，使得电阻变化量相等，即：

△R1=△R2=△R3=△R4=△R这时桥路失去平衡输出电压信号为：

上式表明桥路的输出电压与应变电阻的变化量成正比。这个信号再经放大和转换，变成4~20mA直流电流信号作为显示和调节仪表的输入。3.5.3智能型压力变送器

为适应现场总线控制系统的要求，近年来出现了采用微处理器和先进传感器技术的智能变送器，有智能温度变送器、智能压力变送器、智能差压变送器等。智能变送器可以输出数字和模拟两种信号，其精度、稳定性和可靠性均比模拟式变送器优越，并且可以通过现场总线网络与上位计算机相连。智能变送器具有以下特点：①

测量精度高;②

具有较宽的零点迁移范围和较大的量程比；其量程范围为100:1；③

具有温度、静压补偿功能（差压变送器）和非线性校正能力（温度变送器），以保证仪表精度；④

具有数字、模拟两种输出方式，能够实现双向数据通讯；⑤

通过手持通信器（手持终端）能对1500m之内的现场变送器进行遥控操作。对现场变送器进行各种工作参数的设定，远程组态调零、调量程和自诊断，维护和使用十分方便。以3051C为例：组成：传感膜头：被测压力---A/D转换----数字信号电子线路板：对信号进行修正，线性化处理---D/A转换--4～20mA信号3.6压力检测仪表的选用3.6.1压力检测仪表的选择3.6.1.1仪表量程的选择被测压力较稳定：最大工作压力不应超过仪表满量程的2/3；被测压力波动较大或测脉动压力：最大工作压力不应超过仪表满量程的1/2；为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的1/3；优先满足最大工作压力条件。3.6.1.2仪表精度的选择

压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差。3.6.1.3仪表类型的选择从被测介质压力大小来考虑被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境3.6.2压力表的安装3.6.2.1取压口的选择测管道静压应该避开压力扰动处、保证测量管路内为单相流体。开孔：压力稳定处，即不要有阀，弯头等阻力件。方位：液体在管道下方45度区域取压，气体在管道上方。导压管是传递压力、压差信号的。1、内径一般6~10mm，长度尽可能短，最长<50m。减少压力指示迟缓。2、导压管水平安装应保证有一定角度。以便积存的液体、气体排出。3、取压口和压力计之间要有切断阀。以备检修。3.6.2.2导压管的铺设3.6.2.3压力、压差计的安装3.6.3压力仪表的校验校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力，比较它们的指示数值，如果被校表对于标准表的读数误差，不大于被校表规定的最大准许绝对误差时，则认为被校表合格。常用的校验仪器是活塞式压力计，它由压力发生部分和测量部分组成，它的精度等级有0.02、0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，也可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值为60MPa。压力发生部分测量部分

流量测量4.1流量概述总(流)量或累积流量：在某一段时间内流过管道横截面的流体的总和。它是瞬时流量对时间的积分或积累,单位有与等。流量：是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体数量，称为瞬时(平均)流量。有体积流量和质量流量之分。（1）体积流量qv

：单位时间内通过某截面的流体的体积，单位为m3/s。根据定义，体积流量可用下式表示：式中，v为截面A中某一面积元dA上的流速。如果流速处处相等，则体积流量可写成qv=vA

单位有：（2）质量流量qm：单位时间内通过某截面的流体的质量，单位为kg/s。根据定义，质量流量可用下式表示：则有qm=ρqv=ρvA

单位有：(3)流体总量即瞬时流量对时间的积分，称之流体总量。

用来测量流量的仪表统称为流量计。测量总量的仪表称为流体计量表或总量计。流量检测方法的分类：1.体积流量

直接法（容积法）直接测出在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮腰轮刮板旋转活塞精度较高间接法（速度法）测量平均流速节流式力学转子力学涡轮力学电磁电学超声波声学涡街力学热线风速热学激光多普勒光学2.质量流量直接式：涡轮转矩式质量流量计科里奥利质量流量计间接式：差压流量计与密度计组合差压流量计与速度流量计组合靶式流量计与速度流量计组合补偿：用压力、温度补偿

差压式流量计又称节流式流量计，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现流量测量。4.2差压式流量计（节流式流量计）图4-1差压式流量传感器流量测量系统差压式流量传感器流量测量系统主要由节流装置和差压计（或差压变送器）组成，如下图所示。

流装置的作用是把被测流体的流量转换成压差信号，差压计则对压差信号进行测量并显示测量值，差压变送器能把差压信号转换为与流量对应的标准电信号或气信号，以供显示、记录或控制。差压式流量传感器发展较早，技术成熟而较完善，而且结构简单，对流体的种类、温度、压力限制较少，因而应用广泛。(1)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、喷嘴、文丘里管。它们的结构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流元件，如下页图所示。4.2.1测量原理与流量方程式图4-2标准节流元件(a)孔板；(b)喷嘴；(c)文丘里管

其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便，在工业生产过程中常被采用。标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计、加工、安装，无需检测和标定，可以直接投产使用，并可保证流量测量的精度。

(2)测量原理测量原理：在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差Δp(Δp=p1-p2)，且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大，流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。

流体流经节流孔板时，压力和流速的变化情况

节流孔板流速变快，压力变小

图4-3节流件前后流速和压力分布情况能量形式的转换截面Ⅰ和节流件开孔截面Ⅱ的流体量相同截面Ⅰ的速度v1截面Ⅱ的速度v2v2>v1动压能和静压能发生变化能量守恒定律孔板前后出现了压力差压力差流速和流量

流束最小截面在Ⅱ-Ⅱ截面处。对于不可压缩的理想流体，节流件前后的流体密度相等(ρ1=ρ2=ρ)。当忽略压头损失时，根据伯努利方程，在两截面Ⅰ、Ⅱ处管中心流体的能量方程为：（3）流量方程式设Ⅰ-Ⅰ截面时管中心的流速为v1，静压为，密度为ρ1，Ⅱ-Ⅱ截面时管中心的流速为v2、静压为，密度为ρ2，假定流体的流速是均匀一致的，则由上式可得：(1)(2)由于流体流动的连续性，则A1V1ρ=A2V2ρ

A1为Ⅰ-Ⅰ截面的流通面积；A2为Ⅱ-Ⅱ截面流束的流通面积。(为节流件的开孔面积)设收缩系数μ=A2/Ad，即设管道直径为D和节流体开孔直径为d,则有：式中β称为直径比，(3)由式(2)、(3)可得：(4)实际流体流动时有压头损失，流速也并非均匀一致的，测出压差并非考虑到这些因素，在上式中应引入修正系数，则：(5)被测流体的体积流量为：令流量系数α与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。则(6)(7)

—流出系数；

—渐近速度系数，实际应用中流量系数α常用流出系数C来表示：国家标准GB/T2624-93采纳C值不可压缩流体的流量基本方程为：对于可压缩流体，则引入一个膨胀系数ε如果以表示

(4)实用流量方程如果式中流量Q以m3/h表示；A1=πdt2/4,其中dt为在流体工作温度下节流件开孔直径，以mm表示，压差ΔP仍以Pa表示，流体工作密度ρ仍以kg/m3表示，则得流量实用方程为：4.2.2差压式流量检测系统差压式流量检测系统结构示意图

环室取压单独钻孔取压法兰取压标准喷嘴取压方式标准孔板的几种取压方式4.2.3标准孔板取压方式

标准取压装置是国家标形中规定的两种取压装置，即角接取压装置和法兰取压装置。其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰取压仅用于孔板。

均速管式流量计均速管流量探头主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威尔巴（Wellbar）、德尔塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar）、双D巴等几种。结构简单:插入式探头，测量气体、蒸汽和液体的流量，管道内径:从十几毫米到几米，测量准确度通常为1~3％。均速管尚未标准化,应经过标定后才能使用。原理：测量管道内流动流体的速度压力——流速，典型的方法是早期使用皮托(Pitot)管。4.3.1阿牛巴流量计常见的阿牛巴流量计测量原理：平均速度头平均速度流量①质量流量方程式：②体积流量方程式：High高压Two(2)Independent&StableFlowSignals两路独立、稳定的流量信号Low低压4.3.2威尔巴(Wellbar)流量计威尔流量计采用截面形状如子弹头形的探头1)威尔巴探头的流量方程式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，其实用流量方程式如下：③流体（气体）温度、压力变化的补偿方程④气体标准体积流量方程①质量流量方程式：②体积流量方程式：4.4电磁流量计检测原理：基于电磁感应定律当导电流体（相当于导体）在磁场中作垂直于磁场方向流动而切割磁力线时，在两电极上也会产生感应电势，其方向由右手定则判断，其大小为：则

k是仪表常数4.4.1工作原理4.4.2电磁流量计的结构磁路系统：直流磁场简单，但使管道中的导电液体电解、电极极化，常采用交流B＝Bmsinωt交变磁场，但会产生正交干扰。按励磁绕组不同主要有两种结构：集中绕组式；分组绕组式。测量管：不导磁、低导电率、低导热率、具有一定强度，让被测流体通过，不锈钢、玻璃钢、高强度塑料。电极：测量感应电势衬里：直接接触被测介质，主要作用是增加测量管的耐磨与耐蚀性，防止感应电势被金属测量管管壁短路外壳：一般用铁磁材料制成，它是保护励磁线圈的外罩，并可隔离外磁场的干扰转换电路：流体流动产生的感应电势十分微弱，而且各种干扰因素的影响也很大，转换电路的目的是将感应电势放大并能抑制主要的干扰信号电磁流量计的转换电路主要由前置放大、差动交流放大、高通滤波、采样电路和差动直流放大等部分组成采样电路电磁流量计信号转换电路框图差动直流放大高通滤波差动交流放大前置放大4.4.3电磁流量计的特点测量导管中无可动部件，压力损失小，并可测含有杂物、悬浮物等流体的流量。只要流体导电，结果与流体的温度、压力、密度、粘度无关。量程比较宽10：1。反应速度快，可测脉动流量。电磁流量计单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据

测量原理设：V0——计量室的容积

n——转子的旋转次数则排出的流体总量

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）刮板式流量计（液体型）4.5容积式流量计容积式流量计的工作特点：精度高，可达0.2～0.5%，用于企业管理和商品销售。主要测高粘度流体，测总流量。量程比10：1。对直管段无要求。小流量时泄漏大，使读数偏低。被测流体要求清洁，否则易堵或磨损。测量原理4.5.1椭圆齿轮流量计1)液体推动一对椭圆齿轮转动；2)每个腔体的容积是固定体积；3)齿轮转速引出，传感器发出同步脉冲计数。每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。测量原理

腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。计量室体积腰轮转速体积流量4.5.2腰轮流量计（罗茨流量计）微小/小流量流量计椭圆齿轮流量计用于高粘度介质涡轮流量计用于低粘度介质椭圆齿轮流量计4.6质量流量计质量流量的检测方法主要有三大类：直接式质量流量计

直接式质量流量检测方法有许多种，如由孔板和定量泵组合实现的差压式方法；由两个用弹簧连接的涡轮构成的涡轮转矩式方法；应用麦纳斯效应的检测方法和基于科里奥利力的检测方法等补偿式质量流量计

同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。主要的组合方式有：差压式流量计与密度计组合方式体积式流量计与密度计组合方式差压式流量计或靶式流量计与体积式流量计或速度式流量计组合方间接式质量流量计

间接式质量流量计实际上就是组合式质量流量计，它是在管道上串联多个(常见的是两个)检测元件(或仪表)，建立各自的输出信号与流体的体积流量、密度等之间的关系，通过组合，联立求解方程间接推导出流体的质量流量。

科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时，处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量传感器。

1)工作原理4.6.1科里奥利质量流量计

流量传感器的测量管道是两根两端固定平行的U形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反的扭曲。位于U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测扭曲量以求得质量流量。

当管道充满流体时，流体也成为转动系的组成部分，流体密度不同，管道的振动频率会因此而有所改变，而密度与频率有一个固定的非线性关系，因此科里奥利质量流量传感器也可测量流体密度。

4.6.2.推导式质量流量传感器

推导式质量流量传感器实际上是由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。组合方式主要有以下几种。

（1）差压式流量传感器与密度传感器组合方式差压式流量传感器的输出信号是差压信号，它正比于ρq2v，若与密度传感器的输出信号进行乘法运算后再开方即可得到质量流量。即

（2）体积流量传感器与密度流量传感器组合方式能直接用来测量管道中的体积流量qv的传感器有电磁流量传感器、涡轮流量传感器、超声波流量传感器等，利用这些传感器的输出信号与密度传感器的输出信号进行乘法运算即可得到质量流量。即K1qvK2ρ=Kqm

（3）差压式流量传感器与体积式流量传感器组合方式

差压式流量传感器的输出差压信号Δp与ρq2v成正比，而体积流量传感器输出信号与qv成正比，将这两个传感器的输出信号进行除法运算也可得到质量流量。即

其它流量计转子流量计涡轮流量计涡街流量计弯管流量计超声波流量计冲板式流量计4.7.1转子流量计

又称恒压降变面积流量计，适用于中小流量。检测原理

流体在锥形管中自下而上流动，其中的浮子（转子）将稳定在某一个位置。A0—环状流通面积；AS—浮力面积（最大）信号转换

转子流量计根据显示方式的不同可分为两类：直接指示型的转子流量计电远传转子流量计转子流量计LZ系列金属管浮子流量计转子流量计的特点

主要适用于中小管径、较低雷诺数的中小流量的检测；结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；基本误差约为仪表量程的±1～2%，量程比可达10︰1；易受工作介质密度，粘度，纯净度等影响注意节流孔板与转子的区别：

a.恒压降

b.变截面

4.7.2涡轮流量计涡轮流量计是从叶轮流量计（水表）基础上发展起来的；当流体流经涡轮时，由于流体的冲击作用，将使涡轮发生旋，转动的频率与流量等相关；测量出叶轮的转速或频率，就可确定流过管道的流体流量和总量。涡轮流量计主要由涡轮、导流器、磁电感应转换器、放大与信号变换。磁电感应转换器是将涡轮转换成电脉冲数，这是涡轮流量计的关键部分。叶轮用磁性的不锈钢做，管道外装上传感器，它由磁钢和线圈组成。当叶片转动时周期也改变检测器中磁路的磁阻，使通过感应线圈的磁通量随之变化。这样，在感应线圈的两端即感应出脉冲信号。涡轮流量传感器结构示意图1、一个设计和加工精良的涡轮转子2、流体推动涡轮转子3、一副电磁脉冲发生器精度较高0.5级，常作标准表。量程比较大10：1。适用于清洁介质（一般要装过滤器）。周围不能有强磁场。介质的密度、粘度变化对测量结果有影响。反应迅速，可测脉动流量。涡轮流量计4.7.3涡街流量计涡街流量计也称漩涡流量计漩涡流量计有两种：一种是应用自然振荡的卡门漩涡列原理而制成的称为卡门漩涡流量计；另一种是应用强迫振荡的漩涡旋进原理而制成的称为旋进式漩涡流量计60年代末期发展起来的一种较新的流量测量技术。一、检测原理涡街流量计实现流量测量的理论基础是流体力学中著名的“卡门涡街”原理。若在流体中垂直于流向放置一个圆柱体或棱柱体，在它下游两侧就会交替出现漩涡，两侧漩涡的旋转方向相反，并轮流地从柱体上分离出来，这两排平行的非对称的漩涡列称为卡门涡街。漩涡发生体是漩涡流量计的核心。漩涡发生体的形状主要有圆柱形、方柱形和三角柱形，也有组合式的。卡门涡街圆柱体后漩涡发生的频率为：V1、V——分别为圆柱体两侧的流体速度和管道流体的平均流速：m/s；d—圆柱体直径，m；m—管道流体的平均流速与圆柱体两侧流速之比。m＝V/V1；

如采用三角柱体作为旋涡发生体，其迎流面的边长或宽度为d，流体的体积流量Q为：二、漩涡频率的检测漩涡频率的检测有很多，一般与漩涡发生体形状有关：热电丝——圆柱体热敏电阻——三角柱压电元件——组合式超声波检测元件——三角柱涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成在三角柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的压力波动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。(1)电容检测法常用涡街频率检测方法：在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡引起的压力变化作用在杆端而形成弯矩，使压电元件出现相应的电荷。此法技术上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。(2)应力检测法(3)热敏检测法在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两侧，中心位置有一根细铂丝，它被加热到比所测流体温度略高10℃左右，并保持温度恒定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过空腔将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故可通过测量铂丝阻值变化的频率来推算流量。(4)超声检测法在柱体后设置横穿流体的超声波束，流体出现旋涡将使超声波由于介质密度变化而折射或散射，使收到的声信号产生周期起伏，经放大得到相应于流量变化的脉冲信号。涡街频率的检测方法（热阻丝）

圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通．空腔由隔板分成两部分，在隔板的中央部分有—小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝．三、涡街流量计的选用涡街流量计适用于测量液体、气体、蒸汽的单相介质流量，满管式涡街流量计管径范围25mm～250mm插入式管径范围250～2000mm。主要技术性能是：雷诺数范围2×104～7×106，介质温度－40℃～+300℃，介质压力0～2.5Mpa，介质流速：空气5～60m/s，蒸汽6～70m/s，水0.4～7m/s，涡街流量计的特点精度高0.2～1.0%。量程比100：1～20：1。几乎不受流体性质变化的影响结构简单。频率输出，便于数字化测量，f与v成正比。涡街流量计4.7.4弯管流量计流体流过弯曲管道时，因流向改变，产生惯性离心力，弯管外侧压力Pg，会高于其内侧的压力Pd，形成压差ΔP(ΔP＝Pg－Pd)原理流量实用方程为下：

或弯管流量计属于差压式流量测量系统，是利用流体离心力原理测量管道内介质流量的仪表，可用于测量气体（焦炉煤气、高炉煤气等干湿气体），蒸汽，液体各种介质。弯管流量计由传感器，转换器压差变送器及一些管道阀门组成，当流量测量需要温度、压力补偿时还应配备压力变送器、温度变送器。弯管流量计测量范围宽，重现性精度高，无附加压力损失，现场免维护，运行费用低，可实现温压实时补偿。MLW-2000系列弯管流量计

4.7.5超声波流量计声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度不同。超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声波的收和发，也可以分开进行。当前封闭管道用USF主要是传播时间法和多普勒效应法F1发射的超声波先到达

T11)

频率差法

F1、F2是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f2的频率差

f与被测流速v成正比。F2F1

此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射，对于顺流和逆流重复发射频率为：

多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。2）多普勒法

多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量

多普勒效应是奥地利物理学家ChristianDoppler1842年发现的，通过运动火车的鸣笛声音的高低与火车的速度有关系

当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该点被运动体散射，散射光频率与入射光频率相比，产生了正比于物体运动速度的频率偏移，称为多普勒频移。例：多普勒流量计测污水管道内的流体流量，若流体流速为12，发送的声波和流体的流向夹角为45°，发射波的频率为1MHz，超声波在水中的速度为1482，求发射和接收信号之间的频率差？已知：流体的流速（可视为散射质点的流速），发射和接收声波与流体的流动方向的夹角，超声波在静止水中的传播速度，，发射超声波的频率。故多普勒超声波流量计的频移为解多普勒超声波流量计的频移公式为

直式安装斜插式安装多普勒流量计

4.7.6冲量式质量流量计冲量式质量流量计用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。冲量式流量计由冲量传感器及显示仪表组成。冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换、放大等处理后输出与质量流量成比例的标准信号，其工作原理如图所示。

1—冲板；2—冲板轴；3—物料；4—输送机

物位检测与仪表

一、基本概念液位：在容器中液体介质的高低。料位：容器中固体或颗粒状物质的堆积高度。液位计：测量液位的仪表。料位计：测量料位的仪表。界面计：测量两种密度不同的液体介质分界面的高低（界位）的仪表。上述三种仪表统称为物位计。物位开关：在物位检测中，有时不需要对物位进行连续测量，只需要测量物位是否达到上线、下限或某个特定的位置，这种定点测量用的仪表被称为物位开关。一般用来监视、报警、输出控制信号。5.1概述5.2浮力式液位计原理：基于浮力原理，适用于液位的检测。浮力式物位检测有两种方法：恒浮力式，变浮力式。一、浮子式液位计原理：在液体中放置一个浮子，浮子随液面变化而自由浮动，借此测量液位。F浮不变。

图5-1浮力式液位计1-浮子，2-磁铁，3-铁心,4-导轮，5-非导磁管，6-浮球，7-连杆，8-转动轴,9-重锤，10-杠杆(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密闭容器)(c)浮球式二、磁翻转浮标液位计为克服玻璃管浮标液位计易碎问题，在浮标上设置永久磁铁1，安装在非导磁不锈钢导筒内，它随导筒内的液位升降，借助于磁耦合作用，使导管外翻转箱内的红白相间的翻板或翻球2依次翻转有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外。NSNNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSSN图磁翻转液位计UNS(UGS)系列彩色石英管液位计：三、浮筒式液位计（变浮力式液位计）

如图是一用弹簧平衡的浮筒的测量原理图，将一截面相同，质量为m的圆筒形空心金属浮筒悬挂在弹簧上，当h＝0时，浮筒的重量被弹簧的反作用所平衡。当液位变化使浮筒的一部分被液位浸泡时，由于受到液位的浮力作用而使浮筒向上移动，直到与弹簧的反作用力重新平衡。设此时弹簧的位移为△x，则5.3差压式液位计检测原理容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关：ρ为介质的密度，对于固体颗粒，ρ应理解为堆积密度由于物料（液体）上方的自由空间有压力p0,则根据静力学原理，有因此要知道物位，需要测出压力容器下部某点与上部自由空间之间的压力差。实现方法对于液位测量，一般可在容器壁面开孔，安装压力（差压）传感器；对于不易在壁面开孔（常压容器）或容器在地面以下的，可采用投入式压力传感器，将压力传感器投到容器的底部。通过电缆线传输压力信号。静压式液位变送器静压式液位计压力表测量液位原理

通过液柱静压的方法对液位进行测量的。敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度。

其关系为式中

P—测压仪表指示值H—液位的高度ρ—液体的密度g—重力加速度式中PA、PB——分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介质压力有关，其关系为一、敞口容器液位测量工业生产中普遍采用差压变送器来测量液位，二、密闭容器液位测量设被测介质的密度为ρ，容器顶部为气相介质，气相压力为pA，pB是液位零面的压力，