工业温度、流速、流量检测方法

温度、流速、流量检测方法I三」I三三1温度测量温度测量方法主要包括热电阻测量、热电偶测量、压力式测量、红外测量、双金属温度计测量、光纤温度传感器等方法，可分为接触式和非接触式。接触式测量方法中，热电阻和热电偶应用最为广泛。在现场使用中，温度小于300C。的一般使用热电阻，高于300C。的大多使用热电偶，如电厂的燃烧炉、汽包、发电机蒸汽进出口都选用的是热电偶，而循环水，低压蒸汽等多用的是热电阻。非接触式测量方法中，红外测温技术应用较为广泛，在高温（＞630°C）和超高温情况下可采用光学高温计或辐射高温计。几种温度测量传感器价格都不高，小至十几元，贵的约几千元，取决于测量核心敏感元件。搭载传输、显示等附件系统后造价会有所提高。1）热电阻测量（接触式）利用导体或半导体电阻值随温度变化而改变的性质测量温度，测温范围-利用导体或半导体电阻值随温度变化而改变的性质测量温度，测温范围-200〜500C。铠装热电阻（如下图）将温度检测元件、绝缘材料、导线三者封焊在一根金属管内，它的外径可以做得很小，具有良好的力学性能，不怕震动。同时，它具有响应快，时间常数小的优点。优点：测量精度高；再现性好；与热电偶测量相比它不需要冷端温度补偿及补偿导线；低温段测温灵敏度高，输出信号便于远传、测量和自动控制。缺点：是外接电源；热惯性大；不能使用在有机械振动场合。价格：热电阻根据类型，测温范围，测温精度，产品寿命，反应时间，引线方式，品牌，产地等等因素，价格会有很大差异，以上价格是个概略的参考价格范围。比如，常见的PT100热电阻，国产便宜的大约5块钱，进口的，做过各种防护的，上千块钱。NTCPTC如果是板载的，例如0603封装的，便宜的大约0.1元，如果带外壳，带灌装的，或者带引线的，大约2元到10元不等。类型最大测温苑围[D参考价格〔元）FT10-200-100010-2CC0F72C0UEFT1.OJlllZO-50-15010-Cll_FXil.OJ-60-250§-也IITC-50-3500.1-1UPTC-，一-里，。0.1-1L另外，测温系统还需包括信号放大、ADC、MCU和其它配套成本。假设我们测量环境温度，比如仓库温度，空调出风口温度或者室温情况。测量精度不高，误差±1摄氏度。采用PT100热电阻，比较经济的测量电路。整体硬件成本大约在13-29元左右。项日价冷（元）热电阻5-10屯路8-19m成不.13-2Q2）热电偶测量（接触式）工业测温中占了很大比重，生产过程远距离测温大多使用热电偶。测温范围-50〜1600°C，材料不同，价格、精度都不同。:常用热电偶的材料、特点和站构：常用热电偶镣信——康铜热电偶〔分度号，E）特点：金属丝直径范围:。,5~3帅，价格最便宜、灵敏度高「适用于中性或还原性气氛中.伯健，广伯能£热电偶【分度号：B）特点；价格昂贵、测量温度上限可达1800S测量精度高、适应于氧化或中性气氛中使用，灵敏度低.铜-康铜热电偶（分度号，T>特点】直径：0.「1.6岫适用于-200>4001C；测量精度高、稳定性好、低温时灵敏度高、价格低廉.优点：体积小，安装方便；信号远传可作显示、控制用；与压力式温度计相比，响应速度快；测温范围宽；温量精度较高；再现性好；校验容易；价低。缺点：热电势与温度之间是非线性关系；精度比电阻低；在同样条件下，热电偶接点易老化。价格：热电偶根据类型，测温范围，测温精度，产品寿命，反应时间，引线方式，品牌，产地等等因素，价格会有很大差异，如下价格是个概略的参考价格范围。比如，常见的KJE型热电偶，国产便宜的大约几块钱，多数从几块到二十几块不等，进口产品要200到400不等。最大•叫品范曰2参考忻格i?LJ镣岳-裸硅4C-12CC10-350至70'-充世'■0-b?CC100-3000裸铭-铜镣（康铜〕-:C.C.C.10-350铁-祁早（康铜）-40-1200:u-gT铜-铜镣：（康铜）-Jr-4CC:u-泞钳能10-iH0-1700500-3000镣铭硅-镣硅镁-200-1200500-3000钳镌1：-钳「-1出SCO-计33另外，测温系统还需包括信号放大、ADC、MCU和其它配套成本。假设我们测量环境温度，比如仓库温度，空调出风口温度或者室温情况。测量精度不高，误差±1摄氏度。采用K型热电偶，比较经济的测量电路。整体硬件成本大约在16-31兀左右。项目价格（元）1热电偶5-10|电路-W1怠.，成本16-31|3）压力式测温系统（接触式）适用于对铜或铜合金不起腐蚀作用场合，常作为电路接点开关用于温度就地控制，现在已经很少使用，在锅炉蒸气温度测试中使用较多，大部分已经被热电阻和双金属温度计取代。优点：结构简单，机械强度高，不怕震动；不需外部电源；价格低。缺点：测温范围有限制（-80〜400C。）；热损失大，响应时间较慢；仪表密封系统（温包，毛细管，弹簧管）损坏难以修理，必须更换；测量精度受环境温度及温包安装位置影响较大；毛细管传送距离有限制。价格：50~20000元不等，一般不到1万。4）红外测温仪（非接触式）红外测温受被检测物体辐射率、测量距离、环境温度和大气吸收的影响，测量精度、响应时间和测量目标尺寸均有所限制。包含亮度测温法（精度高，只适用于高温测量）、比色测温法（受烟雾灰尘影响小，测量误差下）、全辐射测温法（测量精度较差，适合中低温度）可分为便携式测温仪和在线式测温仪。便携红外测温在线红外测温便携红外测温在线红外测温价格：便携红外测温，从几十到几千，价格不等。在线红外测温价格从几百到几万，价格不等。5）双金属温度计（接触式）双金属温度计也是用途十分广泛的就地温度计，测温范围-80〜500C。优点：结构简单，价格低；维护方便；比玻璃温度计坚固、耐振、耐冲击;示值连续，缺点：测量精度较低；大多用于现场显示，不需要控制的场合a2.2双金属温度计结构牌|3表壳F3—钢属缺点：测量精度较低；大多用于现场显示，不需要控制的场合a2.2双金属温度计结构牌|3表壳F3—钢属保护管】J指针轴5—双金属感湛元件,；6—固定端17—刻度盘灵敏度高、电绝缘性好，适用于强电磁干扰、强辐射环境；体积小、重量轻、可弯曲；可实现不带电全光型测头。包括液晶光纤温度传感器（-50~250°C，精度0.1°C）、荧光光纤温度长安器（-50~250C）、半导体光纤温度传感器（-30~300C）、光纤辐射温度计（200~4000C，分辨率0.01C）利用半导体的光吸收响应随温度变化而变化的特性，根据透过半导体光强度变化检测温度，测量范围。

哈帝反射光光纤光栅□透射光昼飘哗单7）高温和超高温测量（非接触式）哈帝反射光光纤光栅□透射光昼飘哗单光学高温计（400〜3000°C）：结构简单、轻巧、使用方便，常用于金属冶炼、玻璃熔融、热处理等工艺过程中，是非接触式温度测量。缺点：测量靠人眼比较，容易引入主观误差，价格高。辐射高温计：主要用于热电偶无法测量的超高温场合。优点：高温测量；响应速度快；非接触式测温；价格适中。缺点：非线性刻度；被测对象的辐射率、辐射通道中间介质的吸收率会对测量造成影响；结构复杂。2流速测量（气体、液体）流速测量方法主要包括机械流速仪、毕托管、热线流速仪、粒子图像测速仪、激光多普勒测速仪、超声波多普勒流速仪和超声波风速仪等，也可分为接触式和非接触式测量。其中，只有粒子图像测速仪可以实现二维或三维的宏观大范围检测，其它均为流场内的单点测量。机械风速仪和流速仪、毕托管、热线流速仪和超声波风速仪的使用较为普遍，价格也较低，随测量精度灵敏度和传输方式变化，从几百到几万都有。粒子图像测试仪、激光多普勒测试仪和超声波多普勒测速仪的精度较高，但测量系统造价曰中.昂贝。1）机械流速仪（接触式）流速过小无法测量。一般的，风速仪测量范围0.5m/s〜30m/s，旋浆流速仪测量范围2m/s〜8m/s。价格：风速仪和流速仪的价格随测量精度灵敏度和传输方式变化，从几百到几万都有，上万的产品只有少量进口的流速仪。翼式风速仪和杯式风速仪WWW—最黄安装心早粮都忤■豪36柞旋浆流速仪（液体流速）

2）毕托管（接触式）WWW—最黄安装心早粮都忤■豪36柞旋浆流速仪（液体流速）常用皮托管测量管道风速、炉窑烟道内的气流速度，经过换算来确定流量，也可测量管道内的水流速度，应用最为广泛。测量气体总压和静压确定气流速度，测量空间某点的平均速度，头部尺寸决定了空间分辨率。流速小于0.1m/s时误差大。I—息任#!花；-庠解头；5州；4I—息任#!花；-庠解头；5州；4一静压札；5-内骨1分曾桂；7—神££那出配S-总吟曾价格：价格便宜，几十到几千不等，较好毕托管3千左右。3）超声波风速仪（接触式）原理是测量超声波脉冲在两个探头之间传播的时间来计算空气移动的速度，也就是风速。当空气移动时，超声波在两个探头之间的时间会变长或变短。不同超速波风速仪探头优点：没有运动部件，不存在机械磨损；时间响应快；灵敏度高，检测风速最小值可达每秒几厘米，广泛适用于大气湍流等要素的精确测量；测量的结果属于线性输出，准确度较高；可以测量任意方向的风速，且在测风的同时还可以测量大气的温度。缺点：有可能形成局部紊流，影响精度。

价格：几十到几万，较好的一般1万多。4）热线（热膜）流速仪HotWire/FilmAnemometry,HWFA）（接触式）利用被加热的金属丝或金属膜的热量损失来测量气体流速，可用来测量微风，脉动速度（如内燃机燃烧室内的湍流强度和压气机的旋转失速），常用于皮托管难以安装的场合（如边界层、压气机级间测速）。热膜流速仪多用于测量液体的流速。利用被加热的金属丝或金属膜的热量损失来测量气体流优点:空间、时间分辨率高，背景噪声低，能进行三维测量;适用范围广，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可适用，除测量平均速度外，可测量脉动值和湍流量，也可同时测量多方向速度风量；频率响应高，可达1MHz；测量精度高，重复性好。部分热线流速仪也同时具备测量温度和湿度。③④⑤③④⑤缺点：对流场有一定干扰，热线容易断裂。除重复标定，价格：几千到几万不等，如右图美国TSI-9535/9535-A风量流速仪约1万元。5）粒子图像测速仪（ParticleImageVelocimetry，PIV）（非接触式）通过图像记录装置获得流场中示踪粒子的运动信息图像，从而获得粒子的速度信息，即反映了流场的流速。利用图像处理技术，融合计算机图像处理和光学技术。PIV系统由作为光源的激光器、形成片光的柱面镜、用来拍摄粒子图像的照相机或者CCD、进行数据处理和保存的计算机、控制激光脉冲和照相机快门同步的电子控制器等组成。优点：非接触式测量，对流场无扰动，可实现全流场瞬态测量；容易求得全场速度信息，方便求解压力场、涡流场等物理信息;可应用于定常流到非定常流、低速流到高速流、单相流到多相流，非常适于涡流、湍流等幅值流动结构。缺点：设备较为复杂，价格较高；需要在流场内投入示踪粒子，且要求示踪粒子跟随性好，但高质量固体粒子价格非常昂贵；价格：50~300万元。6）激光多普勒测速仪（LaserDopplerAnemometer/Velocimeter，LDA或LDV）（非接触式）将激光束穿透流体照射在随流体一起运动的微粒上，检测微粒散色光的频率，根据多普勒效应确定微粒即流体的运动速度，是目前世界上测量精度最高的仪器。漱灿源紫冥计算机崩批勃威大器镭?优点：分辨率高，测量无需标定；非接触测量，不干扰流场，测量范围大。缺点：仍属于单点测量；需要在流场内投入示踪粒子；价格较昂贵。价格：几万到几十万7）超声波多普勒流速仪（AcousticDopplerVelocimetry，ADV）（相对非接触）与LDV类似，利用超速的多普勒效应。实验时，应保证ADV发射和接收探

讨都位于水中。多用于管道、渠道和河流内测量水的流速，现有传感器可同时测量水深和水温等。3流量测量现今市场上流量计的种类有很多，可按照测量原理、采用技术等进行分类。使用时，可根据测量对象（液体或气体）、测量对象的性质（纯净度、导电性、流速）和管道的性状、大小选择合适的种类，再根据测量精度、反应快慢进行选型。几种风量测量装置性能对照表测量精度压力损失防堵性能输出稳定性常用场合均速管高小一般较好洁净度高的气体或液体文丘里高（单点）小一般一般大管道的低流速气体，杂质含量低机翼型一般大一般较好方形或圆形大流量管道热式气体流量计高（单点）小较好好火炉、锅炉、工业熔炉中的燃料和气体供应PBS防堵阵列式风量测量高小好较好电厂输煤粉管道1）均速管流量计基于皮托管测速原理，以测管道中直线上几点流速来推算流量。（如威力巴，

阿牛巴，德尔塔巴，威尔巴，超力巴等）优点：结构简单，价格低廉，装、拆方便，压损小等特点。可实现多点布置测量大风道平均流速缺点：采用取压孔取压，取压口易堵塞，要求流体洁净度较高，运行维护量大，不适宜含粉介质风量测量；因为是多点测量，反吹也只能吹通个别点，很难把全部取压孔吹通。2）文丘里流量计原理是利用外文丘管喉部加速产生低压，而将内文丘利管的尾部置于的喉部低压区，促使内文丘利管的喉部产生更低的低压，因而在同样的流量下可获得更大的输出差压。优点：较适用于大管道的低流速气体流量测量，插入式，安装方便；反应速度快。缺点：仅测一点流速，管道中流速分布对其影响很大，因而准确度较低。目前市场上还有一种三文丘利管，它在双文丘利管内再安装一个文丘管，企图获得更大的差压，当尺寸较小时，附面层的作用将呈现出来，制约了这种加速降压效果，且带来了结构复杂，系数不稳定负面影响，不宜倡导。对含尘气流的测量时，灰尘只进不出，造成感压管路堵塞，取压口易堵塞，运行维护量大，不适宜含粉介质。当风道横截面积较大，而直管段不够长时，输出差压不线性，重复性差。如果单点布置，不适宜大风道的风量测量。3）机翼型流量计其测量的理论基础是：在充满流体的管道中，固定放置一个流通面积小于管道截面积的节流件，则管道内流体在通过该节流件时就会造成局部收缩，在收缩处流速增加，静压力降低，因此，在节流件前后将产生一定的压力差。对于一定形状和尺寸的节流件、一定的测压位置和前后直管段、一定的流体参数情况下，节流件前后的差压AP与流量Q之间关系符合伯努利方程。优点：其优点反应速度快；多点测量大风道平均流速；核心节流元件为流线型机翼形状，其阻力系数达到了最小极限。压损较小，产生的压损不超过差压值的14%；长期稳定性好、适用范围广、结构简单、操作便于掌握、故障容易排除；具有独特的机翼线型，能产生较大的差压，测量稳定精度较高。缺点；较笨重，体积大，安装不方便；风道阻力大，不节能；取压口易堵塞，运行维护量大，不适宜含粉介质。机翼型流量计不可避免地会在管道中产生永久压损，其流体压力损失的主要原因是机翼前后涡流的形成以及流体的沿程摩擦，它使得流体具有的总机械能的一部分不可逆转地变成了热能，消失在流体内。PBS防堵阵列式风量测量装置基于文丘里测量原理，适用于各种流体的流量测量，每套防堵阵列式风量测量装置由一支或多支测量探头组成，每支探头包括多个具有防堵功能的基于文丘里管测量原理的气体流速传感器，每个传感器是以测量整流管以及同轴安装在测量整流管内的节流件及相应的取压口组成，整套装置相当于组成了测速阵列进行风量测量。优点：插入式，安装方便；阻力小，节能性能好；反应速度快；多点测量大风道平均流速；防堵塞常用于电站锅炉风管、风道的流量测试，电厂输煤粉管道。流量检测方法，以其采用的技术分类，如下：差压流量计(DP)这是最普通的流量技术，包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。DP流量计可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速。DP流量计没有移动部分，应用广泛，易于使用。但堵塞后，它会产生压力损失，影响精确度。流量测量的精确度取决于压力表的精确度。容积流量计(PD)PD流量计用于测量液体或气体的体积流速，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械丈量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据丈量室逐次重复地布满和排放该体积部分流体的次数来丈量流体体积总量。PD流量计的精确度较高，是测量粘性液体的几种方法之一。但是它也会产生不可恢复的压力误差，以及需装有移动部件。优点：（1）计量精度高；（2）安装管道条件对计量精度没有影响；（3）可用于高粘度液体的丈量；（4）范围度宽；（5）直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清楚明了，操纵简便。缺点：（1）结果复杂，体积庞大；（2）被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；（3）不适用于高、低温场合；（4）大部分仪表只适用于洁净单相流体；（5）产生噪声及振动。涡轮流量计当流体流经涡轮流量计时，流体使转子旋转。转子的旋转速度与流体的速度相关。通过转子感受到的流体平均流速，推导出流量或总量。涡轮流量计可精确地测量洁净的液体和气体。像PD流量计，涡轮流量计也会产生不可恢复的压力误差，也需要移动部件。涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，和容积式流量计、科里奥利质量流量计称为流量计中三类重复性、精度最佳的产品。电磁流量计具有传导性的流体在流经电磁场时，通过测量电压可得到流体的速度。电磁流量计没有移动部件，不受流体的影响。在满管时测量导电性液体精确度很高。电磁流量计可用于测量浆状流体的流速。超声流量计传播时间法和多普勒效应法是超声流量计常采用的方法，用以测量流体的平均速度。像其他速度测量计一样，是测量体积流量的仪表。它