自动检测与控制课件

溫標及測溫方法

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。

溫度標誌著物質內部大量分子無規則運動的劇烈程度。溫度越高，表示物體內部分子熱運動越劇烈。

*低溫高溫模擬圖：在一個密閉的空間裏，氣體分子在高溫時的運動速度比低溫時快！2.1.1溫標

溫度的數值表示方法稱為溫標。它規定了溫度的讀數的起點（即零點）以及溫度的單位。各類溫度計的刻度均由溫標確定。國際上規定的溫標有：攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標等。各溫標間的換算關係見表2-1。*幾種溫標的對比*正常體溫為37

C

，相當於華氏溫度多少度？1990國際溫標(ITS-90)

從1990年1月1日開始在全世界範圍內採用1990年國際溫標，簡稱ITS-90。它定義了一系列溫度的固定點，測量和重現這些固定點的標準儀器以及計算公式等。*2.1.2測溫方法及其分類

溫度感測器按照用途可分為基準溫度計和工業溫度計；按照測量方法又可分為接觸式和非接觸式；按工作原理又可分為膨脹式、電阻式、熱電式、輻射式等等；按輸出方式分，有自發電型、非電測型等。

**物理現象

體積熱膨脹電阻變化溫差電現象導磁率變化電容變化壓電效應超聲波傳播速度變化物質顏色P–N結電動勢電晶體特性變化可控矽動作特性變化熱、光輻射種類鉑測溫電阻、熱敏電阻熱電偶BaSrTiO3陶瓷石英晶體振動器超聲波溫度計示溫塗料液晶半導體二極體電晶體半導體積體電路溫度感測器可控矽輻射溫度感測器光學高溫計1.氣體溫度計2.玻璃制水銀溫度計3.玻璃制有機液體溫度計4.雙金屬溫度計5.液體壓力溫度計6.氣體壓力溫度計1．

熱鐵氧體2．

Fe-Ni-Cu合金*應用熱膨脹原理測溫

測量原理物體受熱時產生膨脹

固體膨脹式溫度計

雙金屬溫度計

液體膨脹式溫度計

玻璃管溫度計*裝滿熱水後圖案變得清晰可辨示溫塗料（變色塗料）變色塗料在電腦內部溫度中的示溫作用*CPU散熱風扇低溫時顯示藍色溫度升高後變為紅色紅外溫度計*2.2熱電偶※熱電偶是目前溫度測量中使用最普遍的傳感元件之一。※特點：結構簡單、測量範圍寬、準確度高、熱慣性小，輸出信號為電信號，便於遠傳或信號轉換。※用途：用來測量流體、固體以及固體壁面的溫度。微型熱電偶還可用於快速及動態溫度的測量。*先看一個實驗——熱電偶工作原理演示*結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產生電動勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

2.2.1熱電偶測溫原理

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB從實驗到理論：熱電效應

1821年，德國物理學家賽貝克用兩種不同金屬組成閉合回路，並用酒精燈加熱其中一個接觸點（稱為結點），發現放在回路中的指南針發生偏轉（說明什麼？），如果用兩盞酒精燈對兩個結點同時加熱，指南針的偏轉角反而減小（又說明什麼？）

。顯然，指南針的偏轉說明回路中有電動勢產生並有電流在回路中流動，電流的強弱與兩個結點的溫差有關。*通過以上演示得出結論

——有關熱電偶熱電勢的討論

熱電偶兩結點所產生的總的熱電勢等於熱端熱電勢與冷端熱電勢之差，是兩個結點的溫差Δt

的函數：

EAB（T，T0）=eAB（

T）-eAB（

T0

）*產生：兩種不同導體接觸時產生

原因：兩者電子密度不同，擴散速度不同*2.2.1.1接觸電勢

兩種不同的金屬互相接觸時，由於不同金屬內自由電子的密度不同，在兩金屬A和B的接觸點處會發生自由電子的擴散現象。自由電子將從密度大的金屬A擴散到密度小的金屬B，使A失去電子帶正電，B得到電子帶負電，從而產生熱電勢。

*自由電子＋ABeAB（

T）T*產生：同一導體因兩端溫度不同而產生的熱電勢原因：高溫端電子能量向能量小的低溫端移動2.2.1.2溫差電勢2.2.1.3回路總電勢結論：P182.2.2熱電偶的基本定律2.2.2.1均質材料定律由一種導體組成的閉合回路，不論導體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度如何都不產生熱電勢。反之，如產生熱電勢，則材料必為非均質。*tCt0t0AB2.2.2.2中間導體定律在A、B構成的熱電偶接入第三種導體C，並使AC和BC接觸點的溫度均為t0，則C的接入不會影響原回路中的熱電勢。2.2.2.3中間溫度定律熱電偶A、B在接點溫度為T和T0

時的熱電勢等於熱電偶A、B在接點溫度為和的熱電勢和的代數和，即：*2.2.3熱電偶的結構*

熱電偶的結構形式普通型、鎧裝型和薄膜型等。普通型熱電偶應用最廣。由熱電極、絕緣材料、保護套管、接線盒等組成典型的普通型熱電偶的結構：*熱電極：一般金屬Φ0.5～3.2mm，昂貴金屬Φ0.3～0.6mm，長度與被測物有關，一般在300～2000mm，通常在350mm左右。絕緣管：隔離熱電偶與被測物，一般在室溫要5MΩ以上。保護套管：避免受被測介質的化學腐蝕或機械損傷。接線盒：固定接線座，連接補償導線。普通型熱電偶的外形*安裝螺紋安裝法蘭普通裝配型熱電偶的結構放大圖接線盒*引出線套管

固定螺紋

（出廠時用塑膠包裹）熱電偶工作端（熱端）

不銹鋼保護管

鎧裝型熱電偶外形法蘭*鎧裝型熱電偶可長達上百米BA絕緣材料鎧裝型熱電偶橫截面薄壁金屬保護套管（鎧體）隔爆型熱電偶外形*厚壁保護管壓鑄的接線盒電纜線其他熱電偶外形*小形K型熱電偶2.2.4熱電偶的種類*2.2.4.1標準型熱電偶幾種常用熱電偶的測溫範圍分度號

名稱

測量溫度範圍

B鉑銠30－鉑銠650～1820

CT銅—康銅-270～350

CS鉑銠10—鉑-50～1768

CK鎳鉻－鎳鉻

(鋁)-270～1370

CE鎳鉻－銅鎳(康銅)－270～800

C幾種常用熱電偶的熱電勢與溫度的關係曲線分析*為什麼所有的曲線均過原點（零度點）？熱電偶的分度表*2.2.4.2特殊熱電偶（1）鎢錸熱電偶

是60年代發展起來的，是目前一種較好的高溫熱電偶，可使用在真空惰性氣體介質或氫氣介質中，但高溫抗氧能力差。國產鎢錸-鎢錸20熱電偶使用溫度範圍300～2000℃分度精度為1％。(2)

快速反應薄膜熱電偶(表面熱電偶)

用真空蒸鍍等方法使兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣板上而形成薄膜裝熱電偶。如圖，其熱接點極薄(0.01～0.lμm)

特別適用於對壁面溫度的快速測量。安裝時,用粘結劑將它粘結在被測物體壁面上。測溫範圍在300℃以下；反應時間僅為幾ms。*(3)鎧裝式熱電偶（又稱套管式熱電偶）

斷面如教材P24圖2-9所示。它是由熱電偶絲、絕緣材料，金屬套管三者拉細組合而成一體。特點：熱回應時間短，減小動態誤差；可彎曲安裝使用；測量範圍大；機械強度高，耐壓性能好；2.2.5熱電偶冷端溫度補償*

2.2.5.1必要性：

1、用熱電偶的分度表查毫伏數-溫度時，必須滿足t0=0

C的條件。在實際測溫中，冷端溫度常隨環境溫度而變化，這樣t0不但不是0

C，而且也不恒定，因此將產生誤差。

2、一般情況下，冷端溫度均高於0

C，熱電勢總是偏小。應想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失。*2.2.5.2冷端溫度補償方法一、冰點法方法：使用時將熱電偶的冷端置於0℃的恒溫器（如冰水混合物）內。特點：簡單，避免經常校正；雖然補償徹底，但在工程上較難實現，一般只能用於實驗室。*二、熱電勢修正法用普通室溫計算出參比端實際溫度Tn，利用公式計算例：用銅-康銅熱電偶測某一溫度T，參比端在室溫環境Tn中，測得熱電動勢EAB(T，Tn)=1.999mV，又用室溫計測出Tn=21℃,查此種熱電偶的分度表可知，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，與2.831mV對應的熱端溫度T=68℃。EAB(T,T0)=EAB(T,Tn)+EAB(Tn,T0)三、冷端補償器法*

利用不平衡電橋產生的不平衡電動勢補償（抵消）熱電偶因冷端溫度波動引起的誤差。工程上最常用的方法五、補償導線法*補償導線是指在一定溫度範圍內，其熱電性能與其相應的熱電性能十分相近的一種廉價的導線，以熱電偶連接導體應用定則為依據工作。常用補償導線的結構分為普通型和帶遮罩層型兩種按照補償原理分為補償型及延伸型兩種補償導線按使用度可分為一般用（0～100℃）和耐熱用（0～150℃）*補償導線的正確使用：

①各種補償導線只能與相應型號的熱電偶用；

②使用時必須各級相連，切勿將其極性接反；

③熱電偶和補償導線連接點的溫度不能超過規定的使用溫度範圍，規定為0~100℃及0~150℃兩種。常用補償導線P26補償導線外形

*AB遮罩層保護層*2.2.6熱電偶實用測溫線路2.2.6.1基本電路補償導線銅導線2.2.6.2多點測溫線路*1—工作端熱電偶；2—工作端補償導線；3—接線板；4—銅導線；

5—切換開關；6—數字顯示儀；7—參比端補償導線；8—參比端熱電偶*mV2.2.6.3串、並聯電路串聯電路*mV並聯電路2.2.7熱電偶的檢定

為了保證熱電偶的測量精度，必須定期進行檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點法。用被校熱電偶和標準熱電偶同時測量同一對象的溫度，然後比較兩者示值，以確定被檢電偶的基本誤差等品質指標，這種方法稱為比較法。**78564321穩壓電源220V熱電偶校驗圖

1-調壓變壓器；2-管式電爐；3標準熱電偶；4-被校熱電偶；5-冰瓶；6-切換開關；7-測試儀表；8-試管

導體或半導體的電阻率與溫度有關，利用此特性製成電阻溫度感溫件，它與測量電阻阻值的儀錶配套組成電阻溫度計。

優點：測溫準確度高，信號便於傳送。

缺點：不能測太高的溫度，需外部電源供電，連接導線的電阻易受環境溫度影響而產生測量誤差。

熱電阻2.3.1熱電阻的測溫原理熱電阻是用金屬導體或半導體材料製成的感溫元件。鉑熱電阻和銅熱電阻屬國際電工委員會推薦的，也是我國國標化的熱電阻。電阻溫度係數：在某一溫度間隔內，溫度變化1℃

時的電阻相對變化量，單位為1/℃。

大多數金屬熱電阻隨其溫度升高而增加，當溫度升高1℃時，其阻值約增加0.4%~0.6%，稱具有正的電阻溫度係數。電阻值Rt與溫度t（℃）的關係可表示為Rt=R0（1+At+Bt2+Ct3）式中，Rt——溫度為t℃時金屬導體的電阻；

R0——溫度為0℃時金屬導體的電阻；

A、B、C——與金屬材料有關的常數。

大多數半導體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，當溫度升高1℃時，其阻值約減小3%~6%，稱具有負的電阻溫度係數。電阻值RT與熱力學溫度T（K）的關係可表示為RT=RT0·exp[B(1/T)－B(1/T0)]式中，RT0——熱力學溫度T0（K）時的電阻值；

B——與半導體材料有關的常數。

熱電阻溫度感測器材料的選擇標準

雖然大多數金屬和半導體的電阻與溫度之間都存在著一定的關係，但並不是所有的金屬或半導體都能做成電阻溫度計。用於測溫的熱電阻（或熱敏電阻）應滿足以下要求：（1）電阻溫度係數要大，以得到高敏感度；（2）在測溫範圍內化學與物理性能要穩定；

（3）複現性要好；（4）電阻率要大，以得到小體積的元件，進而保證熱容量和熱慣性小，使得對溫度變化的回應比較快；（5）電阻溫度特性盡可能接近線性，以便於分度和讀數；（6）價格相對低廉。2.3.2常用熱電阻2.3.2.1鉑熱電阻特點：精度高，穩定性好，性能可靠。在氧化性的氣氛中，甚至在高溫下的物理化學性質都非常穩定。它易於提純，複現性好，有良好的工藝性，可以製成極細的鉑絲或極薄的鉑箔。與其他熱電阻材料相比，有較高的電阻率。缺點：電阻溫度係數較小，在還原性氣氛中，特別是在高溫下易被沾汙變脆，價格較貴。在－200℃~0℃範圍內，鉑的電阻溫度關係為Rt=R0[1+At+Bt2+C(t－100)t3]在0~650℃範圍內，其關係為Rt=R0(1+At+Bt2)

式中，A、B、C——分度常數。P30表2-92.3.2.2銅熱電阻特點：它的電阻值與溫度的關係是線性的，電阻溫度係數也比較大，而且材料易提純，價格比較便宜，但它的電阻率低，易於氧化。在－50℃~150℃範圍內，銅的電阻溫度關係為Rt=R0(1+αt)式中，α——銅的電阻溫度係數。

P31表2-102.3.2.3半導體熱敏電阻大多數半導體熱敏電阻具有負的溫度係數。半導體熱敏電阻通常用鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂、銅等複合氧化物高溫燒結而成。2.3.3熱電阻的基本結構直徑1mm的銀絲或鍍銀銅絲雲母、石英或陶瓷塑膠雙線無感繞法外接線路相連電阻絲和電阻支架測量電路：經常採用電橋電路2.3.4引線方式引線方式有二線制、三線制和四線制三種二線制中引線電阻對測量影響大，用於測溫精度不高的場合三線制可以減小熱電阻與測量儀錶之間連接導線的電阻因環境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，用於高精度溫度檢測。

溫度變送器2.4.1DDZ-Ⅲ型溫度變送器說明:1)輸入回路可實現熱電偶冷端補償、熱電阻三線制引入、零點調整與遷移、量程調整；

2）回饋回路可實現非線性校正；（1）輸入電橋

作用：冷端溫度補償、調整零點。下麵介紹熱電偶溫度變送器（2）回饋電路

在DDZ-Ⅲ型的溫度變送器中，在溫度變送器中的回饋回路加入線性化電路。（3）放大單元構成：直－交－直變換電路；集成運放；功放電路；輸出電路；回饋電路。2.4.2一體化溫度變送器

它是指將變送器模組安裝在測溫元件接線盒或專用接線盒內的一種溫度變送器。

結構：測溫元件和變送器模組變送器模組的正常工作溫度：-20～+80℃2.5非接觸測溫任何物體，其溫度超過絕對零度，都會以電磁波的形式向周圍輻射能量。這種電磁波是由物體內部帶電粒子在分子和原子內振動產生的，其中與物體本身溫度有關傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻射。把能對被測物體熱輻射能量進行檢測，進而確定被測物體溫度的儀錶，通稱為輻射式溫度計。輻射式溫度計的感溫元件不需和被測物體或被測介質直接接觸。2.5.1

輻射測溫的基本理論輻射式溫度計的感溫元件通常工作在屬於可見光和紅外光的波長區域。輻射式溫度計的感溫元件使用的波長範圍為0.3—40μm。相關概念：絕對黑體：在任何溫度下，均能全部吸收輻射到它上面的任何輻射能量選擇吸收體：對輻射能的吸收(或輻射)除與溫度有關外，還與波長有關灰體：吸收(或輻射)本領與波長無關熱輻射測溫理論基礎普朗克公式黑體光譜輻射亮度維恩公式全輻射定律其他相關概念2.5.2

光學高溫計依據物體光譜輻射出射度或輻射亮度與其溫度T的關係，可以測出物體的溫度。這種輻射溫度計稱為光譜輻射溫度計。目前國內外使用的光譜輻射溫度計都是根據被測物體的光譜輻射亮度來確定物體的溫度。分類：光學高溫計；光電高溫計；矽輻射溫度計光學高溫計特點：結構較簡單，使用方便，適用於1000K～3500K範圍的溫度測量，其精度通常為1.0級和l.5級，可滿足一般工業測量的精度要求。它被廣泛用於高溫熔體、高溫窯爐的溫度測量。用光學高溫計測量被測物體的溫度時，讀出的數值將不是該物體的實際溫度，而是這個物體此時相當於絕對黑體的溫度，即所謂的“亮度溫度”。物體的真實溫度為：

2.5.3光電高溫計光電高溫計與光學高溫計相比，主要優點有：靈敏度高；精確度高；使用波長範圍不受限制；光電探測器的回應時間短；便於自動測量與控制。缺點：光電高溫計在測量物體的溫度時，由於要靠手動調節燈絲的亮度，由眼睛判別燈絲的“隱滅”，故觀察誤差較大，也無法實現自動檢測和記錄。圖2-26光電高溫計工作原理圖 （a）工作原理示意圖；（b）光調製器1-物鏡；2-光欄；3,5-孔；4-光電器件；6-遮光板；7-調製片；8-永久磁鋼；9-激磁繞組；10-透鏡；11-反射鏡；12-觀察孔；13-前置放大器；14-主放大鏡；15-回饋鏡；16-電子電位差計；17-被測物體2.5.4輻射溫度計輻射溫度計是根據全輻射定律，基於被測物體的輻射熱效應進行工作的。輻射溫度計由輻射敏感元件、光學系統、顯示儀錶及輔助裝置等幾大部分組成。輻射溫度計與光學高溫計一樣是按絕對黑體進行溫度分度的，因此用它測量非絕對黑體的具體物體溫度時，儀錶上的溫度指示值將不是該物體的真實溫度，我們稱該溫度為此被測物體的輻射溫度。2.5.5

比色高溫計比色溫度定義為：絕對黑體輻射的兩個波長λ1和λ2的亮度比等於被測輻射體在相應波長下的亮度比時，絕對黑體的溫度就稱為這個被測輻射體的比色溫度。絕對黑體，對應於波長λ1與λ2的光譜輻射亮度之比R，可用下式表示：2.5.6紅外溫度計

紅外輻射溫度計既可用於高溫測量，又可用於冰點以下的溫度測量，所以是輻射溫度計的發展趨勢。市售的紅外輻射溫度計的溫度範圍可以從-10℃～3000℃，中間分成若干個不同的規格，可根據需要選擇適合的型號。紅外線輻射溫度計外形紅外線輻射溫度計外形

紅外線輻射溫度計用於食品溫度測量紅外線輻射溫度計

在非接觸體溫測量中的應用耳溫儀紅外線輻射溫度計用於人體額溫測量

紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應用集成IC溫度測量紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應用利用紅色鐳射瞄準被測物（冷藏牛奶和麵食）紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應用利用紅色鐳射瞄準被測物（電控櫃、天花板內的佈線層）溫度採集系統鋼鐵工業解決方案汽車檢測與維護供熱、通風及製冷行業應用水泥回轉窯筒體掃描溫度測量系統

玻璃加工製造

電氣系統故障診斷可攜式產品線上式產品空調製冷、火災安全和保護，以及工業維護和品質控制等，可作為故障診斷工具2.5.7熱像儀紅外成像原理紅外攝像管：將物體的紅外輻射轉換成電信號，經過電子系統放大處理，再還原為光學像的成像裝置。紅外變像管：把物體紅外圖像變成可見圖像的電真空器件，主要由光電陰極、電子光學系統和螢光屏三部分組成，均安裝在高度真空的密封玻璃殼內。固態圖像變換器：由許多小單元（稱為像元或像素）組成的受光面，各像素將感受的光像轉換為電信號後順序輸出的一種大規模集成光電器件。AGA—750熱像儀工作原理框圖Ti30熱像儀2.6新型溫度感測器及其測溫技術不講

壓力檢測儀錶3.1概述

垂直作用在單位面積上的力稱壓力。在國際單位制（SI）和我國法定計量單位中，壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”。即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。過去採用的壓力單位“工程大氣壓力”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、“物理大氣壓”（atm）、“巴”（bar）、“PSI”等均應改成法定計量單位帕。

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

1PSI=6.89×103Pa詳見表3-13.1.1壓力的概念及單位3.1.2壓力錶示方式絕對壓力PJ大氣壓力PD表壓力PB

PB=PJ

－PD真空度PZ（負壓）

PZ＝

PD－PJ表壓（正壓）絕對壓力的零線大氣壓力線絕對壓力絕對壓力真空度3.1.3壓力檢測方法1.彈性力平衡法：利用彈性元件受壓力作用發生彈性形變而產生的彈性力與被測壓力相平衡的原理。將壓力轉換成位移，測出形變位移的大小就可以測出被測壓力。如：彈簧管壓力計、波紋管壓力計。2.重力平衡法：通過儀錶使液柱高度的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理測量壓力。如：U型管壓力計、活塞壓力計3.機械力平衡法：將被測壓力經變換元件轉移成一個集中的力，用外力與之平衡，通過測外力的大小得到被測壓力。如：壓力變送器。4.電氣法：用壓力敏感元件直接將壓力轉換成電阻、電荷量等電量的變化。如壓電式、應變片式、電容式、光纖式壓力計。3.2液柱式壓力計

利用液柱對液柱底面產生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度來反映被測壓力的大小優點：結構簡單，使用方便，有相當高的準確度。缺點：量程受液柱高度的限制，體積大，玻璃管容易損壞及讀數不方便採用水銀或水為工作液，用U形管或單管進行測量，常用於低壓、負壓或壓力差的檢測。被廣泛用於實驗室壓力測量或現場鍋爐煙、風道各段壓力、通風空調系統各段壓力的測量。U形管壓力計△P=P1－P2=ρg(h1+h2)提高工作液密度將增加壓力的測量範圍，但靈敏度要降低。

單管壓力計

由於U形管壓力計需兩次讀取液面高度，為使用方便，設計出一次讀取液面高度的單管壓力計。

因則故由於D>>d，所以P=ρgh2

斜管微壓計

主要用於測量微小壓力、負壓和壓差，它將單管液柱壓力計的測量管傾斜放置，這樣可以提高靈敏度，減少讀數相對誤差。傾斜角度越小，l越長，測量靈敏度就越高；但不可太小，否則液柱易沖散，讀數較困難，誤差增大。這種傾斜管液柱式壓力計可以測量到0.98Pa的微壓。為了進一步提高微壓計的精確度，應選用密度小的酒精作為工作液體。

液柱式壓力計的測量誤差及其修正1.環境溫度變化2.重力加速度變化3.毛細管現象3.3彈性式壓力計

用彈性感測器（又稱彈性元件）組成的壓力測量儀錶稱為彈性式壓力計。彈性元件受壓後產生的形變輸出（力或位移），可以通過傳動機構直接帶動指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實現壓力（或壓差）信號的遠傳。它結構簡單，價格低廉，現場使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測量範圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應用。

彈性元件在彈性限度內受壓後會產生變形，變形大小與被測壓力成正比關係。目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。

3.3.1彈性元件

上圖給出了一些常用彈性元件的示意圖。其中波紋膜片和波紋管多用於微壓和低壓測量；單圈和多圈彈簧管可用於高、中、低壓和真空度的測量。

彈簧管的橫截面呈非圓形（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，如圖所示。管子的一端為封閉，作為位移輸出端，另一端為開口，為被測壓力輸入端。當開口端通入被測壓力後，非圓橫截面在壓力p作用下將趨向圓形，並使彈簧管有伸直的趨勢而產生力矩，其結果使彈簧管的自由端由B移至B′，而產生位移，輸入壓力越大，位移越大。3.3.2彈簧管壓力錶彈簧管壓力錶：結構簡單，使用方便，價格低廉，使用範圍廣，測量範圍寬可測負壓、微壓、低壓、中壓和高壓精度有0.5、1.0、1.5、2.5等3.4.1霍爾式壓力感測器測壓原理：利用霍爾片式感測器（根據半導體材料的霍爾效應的原理）實現壓力-位移-霍爾電勢的轉換。霍爾片：是一種半導體或化合物半導體轉換元件。霍爾效應：把一塊霍爾元件置於均勻磁場中，並使霍爾片與磁感應強度B的方向垂直，在沿著霍爾片的左右兩個縱向端面上通入恒定的控制電流I，則會在霍爾片的兩個橫向端面之間形成電位差VH，此電位差稱為霍爾電勢。

3.4壓力感測器

彈簧管霍爾片

K——霍爾式壓力感測器輸出係數

χ——自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片+彈簧管

磁場由一對特殊幾何形狀的馬蹄型磁鋼產生。右側磁場方向向下，左側向上，大小相等方向相反，構成差動磁場。當霍爾片處於中心平衡位置時，因磁通大小相等方向相反，且對稱，所以霍爾電勢代數和為零。當彈簧管自由段帶動霍爾片偏離平衡位置時，產生電勢的代數和不為零。完成位移-電勢轉換。壓電效應原理：壓電材料受壓時會在其表面產生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體、多晶體特點：結構簡單、緊湊，小巧輕便，工作可靠，線性度好，頻率回應高，量程範圍廣3.4.2壓電式壓力感測器測量範圍：0～70MPa應用：加速度、壓力等3.4.3電容式壓力感測器壓阻元件是基於壓阻效應工作的一種壓力敏感元件，它指在半導體材料的基片上用基成電路工藝製成的擴散電阻，當它受外力作用時，其阻值由於電阻率的變化而改變。擴散電阻正常工作需依附彈性元件，常用的是單晶體矽膜片。3.4.4壓阻式壓力感測器優點：體積小，結構簡單，能直接反映微小的壓力變化，動態回應好。缺點：敏感元件易受溫度的影響，從而影響壓阻係數的大小。作用:(1)變送：將被測參數成比例轉換成標準統一信號，並能將信號一定距離遠傳。

(2)可調量程：同一參數的不同範圍轉換為成比例的統一信號。3.5差壓變送器測壓原理:是利用轉換元件將壓力變化轉換成電容變化，再通過檢測電容的方法來測量壓力的。特點：結構簡單（小型化、輕量化）、性能穩定、可靠，具有較高的精度。3.5.1電容式壓力變送器

差動平板電容器的工作原理:

差動平板電容器共有三個極板，其中中間一個電極板為活動電極板，兩端為固定電極板。電容器在初始狀態下，活動極板正好位於兩固定電極板的中間，如圖(a)所示。此時上下兩個電容容量完全相等，其差值為零。而每個電容的容量為

當受到外界作用，使中間的活動電極板產生一個微小的位移後，如圖(b)所示。≈感壓膜片差動電容電容-電流轉換電路

放大和輸出限制電路回饋電路調零、遷移信號＋－回饋信號變送器構成方框圖變送器構成方框圖電容式壓力感測器結論：(1)相對變化值與被測差壓成線性關係。

(2)與介電常數無關,可大大減小溫度對變送器的影響。(3)

與有關。愈小，靈敏度越高。

擴散矽壓力變送器屬應變式壓力變送器。它是基於電阻應變原理測量壓力的。當電阻體在外力作用下，產生機械變形時，其電阻值也將隨之發生變化。這種現象稱之為電阻應變效應。通過對電阻變化量的檢測，即可得知其受力情況。擴散矽壓力變送器檢測部件的原理結構如圖(a)所示。它的感壓元件叫做擴散矽應變片。其電阻佈置如圖(b)所示、杯內腔承受被測壓力p，杯的外側為大氣壓力。如用來測量差壓，則分別接p1及p2。3.5.2擴散矽壓力變送器

矽杯設計時，取R1=R2=R3=R4=R，所以此時橋路平衡時，當壓力為零時，橋路輸出為U=0當外界有壓力時，由於四個電阻的位置經過精確選擇，使得電阻變化量相等，即：

△R1=△R2=△R3=△R4=△R這時橋路失去平衡輸出電壓信號為：

上式表明橋路的輸出電壓與應變電阻的變化量成正比。這個信號再經放大和轉換，變成4~20mA直流電流信號作為顯示和調節儀錶的輸入。3.5.3智慧型壓力變送器

為適應現場匯流排控制系統的要求，近年來出現了採用微處理器和先進感測器技術的智能變送器，有智能溫度變送器、智能壓力變送器、智能差壓變送器等。智能變送器可以輸出數字和模擬兩種信號，其精度、穩定性和可靠性均比模擬式變送器優越，並且可以通過現場匯流排網路與上位電腦相連。智能變送器具有以下特點：①

測量精度高;②

具有較寬的零點遷移範圍和較大的量程比；其量程範圍為100:1；③

具有溫度、靜壓補償功能（差壓變送器）和非線性校正能力（溫度變送器），以保證儀錶精度；④

具有數字、模擬兩種輸出方式，能夠實現雙向數據通訊；⑤

通過手持通信器（手持終端）能對1500m之內的現場變送器進行遙控操作。對現場變送器進行各種工作參數的設定，遠程組態調零、調量程和自診斷，維護和使用十分方便。以3051C為例：組成：傳感膜頭：被測壓力---A/D轉換----數字信號電子線路板：對信號進行修正，線性化處理---D/A轉換--4～20mA信號3.6壓力檢測儀錶的選用3.6.1壓力檢測儀錶的選擇3.6.1.1儀錶量程的選擇被測壓力較穩定：最大工作壓力不應超過儀錶滿量程的2/3；被測壓力波動較大或測脈動壓力：最大工作壓力不應超過儀錶滿量程的1/2；為保證測量準確度：最小工作壓力不應低於滿量程的1/3；優先滿足最大工作壓力條件。3.6.1.2儀錶精度的選擇

壓力檢測儀錶的精度主要根據生產允許的最大誤差來確定，即要求實際被測壓力允許的最大絕對誤差應小於儀錶的基本誤差。3.6.1.3儀錶類型的選擇從被測介質壓力大小來考慮被測介質的性質對儀錶輸出信號的要求使用的環境3.6.2壓力錶的安裝3.6.2.1取壓口的選擇測管道靜壓應該避開壓力擾動處、保證測量管路內為單相流體。開孔：壓力穩定處，即不要有閥，彎頭等阻力件。方位：液體在管道下方45度區域取壓，氣體在管道上方。導壓管是傳遞壓力、壓差信號的。1、內徑一般6~10mm，長度盡可能短，最長<50m。減少壓力指示遲緩。2、導壓管水準安裝應保證有一定角度。以便積存的液體、氣體排出。3、取壓口和壓力計之間要有切斷閥。以備檢修。3.6.2.2導壓管的鋪設3.6.2.3壓力、壓差計的安裝3.6.3壓力儀錶的校驗校驗就是將被校驗壓力錶和標準壓力錶通以相同壓力，比較它們的指示數值，如果被校表對於標準表的讀數誤差，不大於被校表規定的最大准許絕對誤差時，則認為被校表合格。常用的校驗儀器是活塞式壓力計，它由壓力發生部分和測量部分組成，它的精度等級有0.02、0.05和0.2級，可用來校準0.25級精密壓力錶，也可校準各種工業用壓力錶，被校壓力的最高值為60MPa。壓力發生部分測量部分

流量測量4.1流量概述總(流)量或累積流量：在某一段時間內流過管道橫截面的流體的總和。它是暫態流量對時間的積分或積累,單位有與等。流量：是指單位時間內流過管道或特定通道橫截面的流體數量，稱為暫態(平均)流量。有體積流量和品質流量之分。（1）體積流量qv

：單位時間內通過某截面的流體的體積，單位為m3/s。根據定義，體積流量可用下式表示：式中，v為截面A中某一面積元dA上的流速。如果流速處處相等，則體積流量可寫成qv=vA

單位有：（2）品質流量qm：單位時間內通過某截面的流體的品質，單位為kg/s。根據定義，品質流量可用下式表示：則有qm=ρqv=ρvA

單位有：(3)流體總量即暫態流量對時間的積分，稱之流體總量。

用來測量流量的儀錶統稱為流量計。測量總量的儀錶稱為流體計量表或總量計。流量檢測方法的分類：1.體積流量

直接法（容積法）直接測出在單位時間內以標準固定體積對流動介質連續不斷地進行度量，以排出流體固定容積數來計算流量。橢圓齒輪腰輪刮板旋轉活塞精度較高間接法（速度法）測量平均流速節流式力學轉子力學渦輪力學電磁電學超聲波聲學渦街力學熱線風速熱學鐳射多普勒光學2.品質流量直接式：渦輪轉矩式品質流量計科裏奧利品質流量計間接式：差壓流量計與密度計組合差壓流量計與速度流量計組合靶式流量計與速度流量計組合補償：用壓力、溫度補償

差壓式流量計又稱節流式流量計，它是利用管路內的節流裝置，將管道中流體的暫態流量轉換成節流裝置前後的壓力差的原理來實現流量測量。4.2差壓式流量計（節流式流量計）圖4-1差壓式流量感測器流量測量系統差壓式流量感測器流量測量系統主要由節流裝置和差壓計（或差壓變送器）組成，如下圖所示。

流裝置的作用是把被測流體的流量轉換成壓差信號，差壓計則對壓差信號進行測量並顯示測量值，差壓變送器能把差壓信號轉換為與流量對應的標準電信號或氣信號，以供顯示、記錄或控制。差壓式流量感測器發展較早，技術成熟而較完善，而且結構簡單，對流體的種類、溫度、壓力限制較少，因而應用廣泛。(1)節流裝置

節流裝置是差壓式流量感測器的流量敏感檢測元件，是安裝在流體流動的管道中的阻力元件。常用的節流元件有孔板、噴嘴、文丘裏管。它們的結構形式、相對尺寸、技術要求、管道條件和安裝要求等均已標準化，故又稱標準節流元件，如下頁圖所示。4.2.1測量原理與流量方程式圖4-2標準節流元件(a)孔板；(b)噴嘴；(c)文丘裏管

其中孔板最簡單又最為典型，加工製造方便，在工業生產過程中常被採用。標準節流裝置按照規定的技術要求和試驗數據來設計、加工、安裝，無需檢測和標定，可以直接投產使用，並可保證流量測量的精度。

(2)測量原理測量原理：在管道中流動的流體具有動壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉換，但參加轉換的能量總和不變。用節流元件測量流量時，流體流過節流裝置前後產生壓力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過的流量越大，節流裝置前後的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關係，這就是差壓式流量感測器測量原理。

流體流經節流孔板時，壓力和流速的變化情況

節流孔板流速變快，壓力變小

圖4-3節流件前後流速和壓力分佈情況能量形式的轉換截面Ⅰ和節流件開孔截面Ⅱ的流體量相同截面Ⅰ的速度v1截面Ⅱ的速度v2v2>v1動壓能和靜壓能發生變化能量守恆定律孔板前後出現了壓力差壓力差流速和流量

流束最小截面在Ⅱ-Ⅱ截面處。對於不可壓縮的理想流體，節流件前後的流體密度相等(ρ1=ρ2=ρ)。當忽略壓頭損失時，根據伯努利方程，在兩截面Ⅰ、Ⅱ處管中心流體的能量方程為：（3）流量方程式設Ⅰ-Ⅰ截面時管中心的流速為v1，靜壓為，密度為ρ1，Ⅱ-Ⅱ截面時管中心的流速為v2、靜壓為，密度為ρ2，假定流體的流速是均勻一致的，則由上式可得：(1)(2)由於流體流動的連續性，則A1V1ρ=A2V2ρ

A1為Ⅰ-Ⅰ截面的流通面積；A2為Ⅱ-Ⅱ截面流束的流通面積。(為節流件的開孔面積)設收縮係數μ=A2/Ad，即設管道直徑為D和節流體開孔直徑為d,則有：式中β稱為直徑比，(3)由式(2)、(3)可得：(4)實際流體流動時有壓頭損失，流速也並非均勻一致的，測出壓差並非考慮到這些因素，在上式中應引入修正係數，則：(5)被測流體的體積流量為：令流量係數α與節流裝置的結構形式、取壓方式、節流裝置開孔直徑、流體流動狀態（雷諾數）及管道條件等因素有關。則(6)(7)

—流出係數；

—漸近速度係數，實際應用中流量係數α常用流出係數C來表示：國家標準GB/T2624-93採納C值不可壓縮流體的流量基本方程為：對於可壓縮流體，則引入一個膨脹係數ε如果以表示

(4)實用流量方程如果式中流量Q以m3/h表示；A1=πdt2/4,其中dt為在流體工作溫度下節流件開孔直徑，以mm表示，壓差ΔP仍以Pa表示，流體工作密度ρ仍以kg/m3表示，則得流量實用方程為：4.2.2差壓式流量檢測系統差壓式流量檢測系統結構示意圖

環室取壓單獨鑽孔取壓法蘭取壓標準噴嘴取壓方式標準孔板的幾種取壓方式4.2.3標準孔板取壓方式

標準取壓裝置是國家標形中規定的兩種取壓裝置，即角接取壓裝置和法蘭取壓裝置。其中角接取壓適用於孔板和噴嘴，而法蘭取壓僅用於孔板。

均速管式流量計均速管流量探頭主要有阿牛巴(Annubar)、威力巴(Vrabar)、威爾巴（Wellbar）、德爾塔巴(Deltaflow)、托巴（Torbar）、雙D巴等幾種。結構簡單:插入式探頭，測量氣體、蒸汽和液體的流量，管道內徑:從十幾毫米到幾米，測量準確度通常為1~3％。均速管尚未標準化,應經過標定後才能使用。原理：測量管道內流動流體的速度壓力——流速，典型的方法是早期使用皮托(Pitot)管。4.3.1阿牛巴流量計常見的阿牛巴流量計測量原理：平均速度頭平均速度流量①品質流量方程式：②體積流量方程式：High高壓Two(2)Independent&StableFlowSignals兩路獨立、穩定的流量信號Low低壓4.3.2威爾巴(Wellbar)流量計威爾流量計採用截面形狀如子彈頭形的探頭1)威爾巴探頭的流量方程式威爾巴流量計作為一種差壓式流量測量儀錶，流體流過的流量與差壓的平方根成比例關係，與節流式流量計類似，其實用流量方程式如下：③流體（氣體）溫度、壓力變化的補償方程④氣體標準體積流量方程①品質流量方程式：②體積流量方程式：4.4電磁流量計檢測原理：基於電磁感應定律當導電流體（相當於導體）在磁場中作垂直於磁場方向流動而切割磁力線時，在兩電極上也會產生感應電勢，其方向由右手定則判斷，其大小為：則

k是儀錶常數4.4.1工作原理4.4.2電磁流量計的結構磁路系統：直流磁場簡單，但使管道中的導電液體電解、電極極化，常採用交流B＝Bmsinωt交變磁場，但會產生正交干擾。按勵磁繞組不同主要有兩種結構：集中繞組式；分組繞組式。測量管：不導磁、低導電率、低導熱率、具有一定強度，讓被測流體通過，不銹鋼、玻璃鋼、高強度塑膠。電極：測量感應電勢襯裏：直接接觸被測介質，主要作用是增加測量管的耐磨與耐蝕性，防止感應電勢被金屬測量管管壁短路外殼：一般用鐵磁材料製成，它是保護勵磁線圈的外罩，並可隔離外磁場的干擾轉換電路：流體流動產生的感應電勢十分微弱，而且各種干擾因素的影響也很大，轉換電路的目的是將感應電勢放大並能抑制主要的干擾信號電磁流量計的轉換電路主要由前置放大、差動交流放大、高通濾波、採樣電路和差動直流放大等部分組成採樣電路電磁流量計信號轉換電路框圖差動直流放大高通濾波差動交流放大前置放大4.4.3電磁流量計的特點測量導管中無可動部件，壓力損失小，並可測含有雜物、懸浮物等流體的流量。只要流體導電，結果與流體的溫度、壓力、密度、粘度無關。量程比較寬10：1。反應速度快，可測脈動流量。電磁流量計單位時間內所排出固定容積的數目作為測量依據

測量原理設：V0——計量室的容積

n——轉子的旋轉次數則排出的流體總量

根據轉子的形狀分為：橢圓齒輪流量計（液體型）腰輪流量計（氣體型和液體）刮板式流量計（液體型）4.5容積式流量計容積式流量計的工作特點：精度高，可達0.2～0.5%，用於企業管理和商品銷售。主要測高粘度流體，測總流量。量程比10：1。對直管段無要求。小流量時洩漏大，使讀數偏低。被測流體要求清潔，否則易堵或磨損。測量原理4.5.1橢圓齒輪流量計1)液體推動一對橢圓齒輪轉動；2)每個腔體的容積是固定體積；3)齒輪轉速引出，感測器發出同步脈衝計數。每轉一周，兩個齒輪共送出四個標準體積的流體。測量原理

腰形輪每轉動一周，就把轉子與殼體之間所構成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。計量室體積腰輪轉速體積流量4.5.2腰輪流量計（羅茨流量計）微小/小流量流量計橢圓齒輪流量計用於高粘度介質渦輪流量計用於低粘度介質橢圓齒輪流量計4.6品質流量計品質流量的檢測方法主要有三大類：直接式品質流量計

直接式品質流量檢測方法有許多種，如由孔板和定量泵組合實現的差壓式方法；由兩個用彈簧連接的渦輪構成的渦輪轉矩式方法；應用麥納斯效應的檢測方法和基於科裏奧利力的檢測方法等補償式品質流量計

同時檢測流體的體積流量和流體的溫度、壓力值，再根據流體密度與溫度、壓力的關係，由計算單元計算得到該狀態下流體的密度值，最後再計算得到流體的品質流量值。主要的組合方式有：差壓式流量計與密度計組合方式體積式流量計與密度計組合方式差壓式流量計或靶式流量計與體積式流量計或速度式流量計組合方間接式品質流量計

間接式品質流量計實際上就是組合式品質流量計，它是在管道上串聯多個(常見的是兩個)檢測元件(或儀錶)，建立各自的輸出信號與流體的體積流量、密度等之間的關係，通過組合，聯立求解方程間接推導出流體的品質流量。

科裏奧利品質流量感測器是利用流體在直線運動的同時，處於一個旋轉系中，產生與品質流量成正比的科裏奧利力而製成的一種直接式品質流量感測器。

1)工作原理4.6.1科裏奧利品質流量計

流量感測器的測量管道是兩根兩端固定平行的U形管，在兩個固定點的中間位置由驅動器施加產生振動的激勵能量，在管內流動的流體產生科裏奧利力，使測量管兩側產生方向相反的扭曲。位於U形管的兩個直管管端的兩個檢測器用光學或電磁學方法檢測扭曲量以求得品質流量。

當管道充滿流體時，流體也成為轉動系的組成部分，流體密度不同，管道的振動頻率會因此而有所改變，而密度與頻率有一個固定的非線性關係，因此科裏奧利品質流量感測器也可測量流體密度。

4.6.2.推導式品質流量感測器

推導式品質流量感測器實際上是由多個感測器組合而成的品質流量測量系統，根據感測器的輸出信號間接推導出流體的品質流量。組合方式主要有以下幾種。

（1）差壓式流量感測器與密度感測器組合方式差壓式流量感測器的輸出信號是差壓信號，它正比於ρq2v，若與密度感測器的輸出信號進行乘法運算後再開方即可得到品質流量。即

（2）體積流量感測器與密度流量感測器組合方式能直接用來測量管道中的體積流量qv的感測器有電磁流量感測器、渦輪流量感測器、超聲波流量感測器等，利用這些感測器的輸出信號與密度感測器的輸出信號進行乘法運算即可得到品質流量。即K1qvK2ρ=Kqm

（3）差壓式流量感測器與體積式流量感測器組合方式

差壓式流量感測器的輸出差壓信號Δp與ρq2v成正比，而體積流量感測器輸出信號與qv成正比，將這兩個感測器的輸出信號進行除法運算也可得到品質流量。即

其他流量計轉子流量計渦輪流量計渦街流量計彎管流量計超聲波流量計沖板式流量計4.7.1轉子流量計

又稱恒壓降變面積流量計，適用於中小流量。檢測原理

流體在錐形管中自下而上流動，其中的浮子（轉子）將穩定在某一個位置。A0—環狀流通面積；AS—浮力面積（最大）信號轉換

轉子流量計根據顯示方式的不同可分為兩類：直接指示型的轉子流量計電遠傳轉子流量計轉子流量計LZ系列金屬管浮子流量計轉子流量計的特點

主要適用於中小管徑、較低雷諾數的中小流量的檢測；結構簡單，使用方便，工作可靠，儀錶前直管段長度要求不高；基本誤差約為儀錶量程的±1～2%，量程比可達10︰1；易受工作介質密度，粘度，純淨度等影響注意節流孔板與轉子的區別：

a.恒壓降

b.變截面

4.7.2渦輪流量計渦輪流量計是從葉輪流量計（水錶）基礎上發展起來的；當流體流經渦輪時，由於流體的衝擊作用，將使渦輪發生旋，轉動的頻率與流量等相關；測量出葉輪的轉速或頻率，就可確定流過管道的流體流量和總量。渦輪流量計主要由渦輪、導流器、磁電感應轉換器、放大與信號變換。磁電感應轉換器是將渦輪轉換成電脈衝數，這是渦輪流量計的關鍵部分。葉輪用磁性的不銹鋼做，管道外裝上感測器，它由磁鋼和線圈組成。當葉片轉動時週期也改變檢測器中磁路的磁阻，使通過感應線圈的磁通量隨之變化。這樣，在感應線圈的兩端即感應出脈衝信號。渦輪流量感測器結構示意圖1、一個設計和加工精良的渦輪轉子2、流體推動渦輪轉子3、一副電磁脈衝發生器精度較高0.5級，常作標準表。量程比較大10：1。適用於清潔介質（一般要裝篩檢程式）。周圍不能有強磁場。介質的密度、粘度變化對測量結果有影響。反應迅速，可測脈動流量。渦輪流量計4.7.3渦街流量計渦街流量計也稱漩渦流量計漩渦流量計有兩種：一種是應用自然振盪的卡門漩渦列原理而製成的稱為卡門漩渦流量計；另一種是應用強迫振盪的漩渦旋進原理而製成的稱為旋進式漩渦流量計60年代末期發展起來的一種較新的流量測量技術。一、檢測原理渦街流量計實現流量測量的理論基礎是流體力學中著名的“卡門渦街”原理。若在流體中垂直於流向放置一個圓柱體或棱柱體，在它下游兩側就會交替出現漩渦，兩側漩渦的旋轉方向相反，並輪流地從柱體上分離出來，這兩排平行的非對稱的漩渦列稱為卡門渦街。漩渦發生體是漩渦流量計的核心。漩渦發生體的形狀主要有圓柱形、方柱形和三角柱形，也有組合式的。卡門渦街圓柱體後漩渦發生的頻率為：V1、V——分別為圓柱體兩側的流體速度和管道流體的平均流速：m/s；d—圓柱體直徑，m；m—管道流體的平均流速與圓柱體兩側流速之比。m＝V/V1；

如採用三角柱體作為旋渦發生體，其迎流面的邊長或寬度為d，流體的體積流量Q為：二、漩渦頻率的檢測漩渦頻率的檢測有很多，一般與漩渦發生體形狀有關：熱電絲——圓柱體熱敏電阻——三角柱壓電元件——組合式超聲波檢測元件——三角柱渦街流量計由渦街流量感測器和流量顯示儀錶兩部分構成在三角柱的兩側面各有相同的彈性金屬膜片，內充矽油，旋渦引起的壓力波動，使兩膜片與柱體間構成的電容產生差動變化。其變化頻率與旋渦產生的頻率相對應，故檢測由電容變化頻率可推算出流量。(1)電容檢測法常用渦街頻率檢測方法：在三角柱中央或其後部插入嵌有壓電陶瓷片的杆，杆端為扁平片，產生旋渦引起的壓力變化作用在杆端而形成彎矩，使壓電元件出現相應的電荷。此法技術上比較成熟，應用較多，已有系列化產品。(2)應力檢測法(3)熱敏檢測法在圓柱體下端有一段空腔，被隔板分成兩側，中心位置有一根細鉑絲，它被加熱到比所測流體溫度略高10℃左右，並保持溫度恒定。產生旋渦引起的壓力變化，流體向空控內流動，穿過空腔將鉑絲上的熱量帶走，鉑絲溫度下降，電阻值變小。其變化頻率與旋渦產生的頻率相對應，故可通過測量鉑絲阻值變化的頻率來推算流量。(4)超聲檢測法在柱體後設置橫穿流體的超聲波束，流體出現旋渦將使超聲波由於介質密度變化而折射或散射，使收到的聲信號產生週期起伏，經放大得到相應於流量變化的脈衝信號。渦街頻率的檢測方法（熱阻絲）

圓柱體表面開有導壓孔，與圓柱體內部空腔相通．空腔由隔板分成兩部分，在隔板的中央部分有—小孔，在小孔中裝有檢測流體流動的鉑電阻絲．三、渦街流量計的選用渦街流量計適用於測量液體、氣體、蒸汽的單相介質流量，滿管式渦街流量計管徑範圍25mm～250mm插入式管徑範圍250～2000mm。主要技術性能是：雷諾數範圍2×104～7×106，介質溫度－40℃～+300℃，介質壓力0～2.5Mpa，介質流速：空氣5～60m/s，蒸汽6～70m/s，水0.4～7m/s，渦街流量計的特點精度高0.2～1.0%。量程比100：1～20：1。幾乎不受流體性質變化的影響結構簡單。頻率輸出，便於數位化測量，f與v成正比。渦街流量計4.7.4彎管流量計流體流過彎曲管道時，因流向改變，產生慣性離心力，彎管外側壓力Pg，會高於其內側的壓力Pd，形成壓差ΔP(ΔP＝Pg－Pd)原理流量實用方程為下：

或彎管流量計屬於差壓式流量測量系統，是利用流體離心力原理測量管道內介質流量的儀錶，可用於測量氣體（焦爐煤氣、高爐煤氣等幹濕氣體），蒸汽，液體各種介質。彎管流量計由感測器，轉換器壓差變送器及一些管道閥門組成，當流量測量需要溫度、壓力補償時還應配備壓力變送器、溫度變送器。彎管流量計測量範圍寬，重現性精度高，無附加壓力損失，現場免維護，運行費用低，可實現溫壓即時補償。MLW-2000系列彎管流量計

4.7.5超聲波流量計聲波在靜止流體中的傳播速度與流動流體中的傳播速度不同。超聲波的接收和發射稱換能器，換能器既可兼作聲波的收和發，也可以分開進行。當前封閉管道用USF主要是傳播時間法和多普勒效應法F1發射的超聲波先到達

T11)

頻率差法

F1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關的控制，交替地作為超聲波發射器與接收器用。首先由F1發射出第一個超聲脈衝，它通過管壁、流體及另一側管壁被F2接收，此信號經放大後再次觸發F1的驅動電路，使F1發射第二個聲脈衝。緊接著，由F2發射超聲脈衝，而F1作接收器，可以測得F1的脈衝重複頻率為f1。同理可以測得F2的脈衝重複頻率為f2。順流發射頻率f1與逆流發射頻率f2的頻率差

f與被測流速v成正比。F2F1

此法是通過測量順流和逆流時超聲脈衝的重複頻率差去測量流速。在單通道法中脈衝重複頻率是在一個發射脈衝被接收器接收之後，立即發射出一個脈衝，這樣以一定頻率重複發射，對於順流和逆流重複發射頻率為：

多普勒效應是當聲源和目標之間有相對運動，會引起聲波在頻率上的變化，這種頻率變化正比於運動的目標和靜止的換能器之間的相對速度。2）多普勒法

多普勒法是利用聲學多普勒原理確定流體流量

多普勒效應是奧地利物理學家ChristianDoppler1842年發現的，通過運動火車的鳴笛聲音的高低與火車的速度有關系

當單色光束入射到運動體上某點時，光波在該點被運動體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產生了正比於物體運動速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。例：多普勒流量計測污水管道內的流體流量，若流體流速為12，發送的聲波和流體的流向夾角為45°，發射波的頻率為1MHz，超聲波在水中的速度為1482，求發射和接收信號之間的頻率差？已知：流體的流速（可視為散射質點的流速），發射和接收聲波與流體的流動方向的夾角，超聲波在靜止水中的傳播速度，，發射超聲波的頻率。故多普勒超聲波流量計的頻移為解多普勒超聲波流量計的頻移公式為

直式安裝斜插式安裝多普勒流量計

4.7.6衝量式品質流量計衝量式品質流量計用於測量自由落下的固體粉料的品質流量。衝量式流量計由衝量感測器及顯示儀錶組成。衝量感測器感受被測介質的衝力，經轉換、放大等處理後輸出與品質流量成比例的標準信號，其工作原理如圖所示。

1—沖板；2—沖板軸；3—物料；4—輸送機

物位檢測與儀錶

一、基本概念液位：在容器中液體介質的高低。料位：容器中固體或顆粒狀物質的堆積高度。液位計：測量液位的儀錶。料位計：測量料位的儀錶。介面計：測量兩種密度不同的液體介質分界面的高低（界位）的儀錶。上述三種儀錶統稱為物位計。物位開關：在物位檢測中，有時不需要對物位進行連續測量，只需要測量物位是否達到上線、下限或某個特定的位置，這種定點測量用的儀錶被稱為物位開關。一般用來監視、報警、輸出控制信號。5.1概述5.2浮力式液位計原理：基於浮力原理，適用於液位的檢測。浮力式物位檢測有兩種方法：恒浮力式，變浮力式。一、浮子式液位計原理：在液體中放置一個浮子，浮子隨液面變化而自由浮動，借此測量液位。F浮不變。

圖5-1浮力式液位計1-浮子，2-磁鐵，3-鐵心,4-導輪，5-非導磁管，6-浮球，7-連杆，8-轉動軸,9-重錘，10-杠杆(a)浮子式(敞口容器)(b)浮子式(密閉容器)(c)浮球式二、磁翻轉浮標液位計為克服玻璃管浮標液位計易碎問題，在浮標上設置永久磁鐵1，安裝在非導磁不銹鋼導筒內，它隨導筒內的液位升降，借助於磁耦合作用，使導管外翻轉箱內的紅白相間的翻板或翻球2依次翻轉有液體的位置紅色朝外，無液體的位置白色朝外。NSNNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSSN圖磁翻轉液位計UNS(UGS)系列彩色石英管液位計：三、浮筒式液位計（變浮力式液位計）

如圖是一用彈簧平衡的浮筒的測量原理圖，將一截面相同，品質為m的圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，當h＝0時，浮筒的重量被彈簧的反作用所平衡。當液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時，由於受到液位的浮力作用而使浮筒向上移動，直到與彈簧的反作用力重新平衡。設此時彈簧的位移為△x，則5.3差壓式液位計檢測原理容器中某點的靜壓力和容器內物位的高度有關：ρ為介質的密度，對於固體顆粒，ρ應理解為堆積密度由於物料（液體）上方的自由空間有壓力p0,則根據靜力學原理，有因此要知道物位，需要測出壓力容器下部某點與上部自由空間之間的壓力差。實現方法對於液位測量，一般可在容器壁面開孔，安裝壓力（差壓）感測器；對於不易在壁面開孔（常壓容器）或容器在地面以下的，可採用投入式壓力感測器，將壓力感測器投到容器的底部。通過電纜線傳輸壓力信號。靜壓式液位變送器靜壓式液位計壓力錶測量液位原理

通過液柱靜壓的方法對液位進行測量的。敞口容器：多用直接測量容器底部壓力的方法。如圖所示，測壓儀錶通過導壓管與容器底部相連，由測壓儀錶的壓力指示值，便可推知液位的高度。

其關係為式中

P—測壓儀錶指示值H—液位的高度ρ—液體的密度g—重力加速度式中PA、PB——分別是液面上部介質壓力和液面以下H深度的液體壓力。密閉容器：測量容器底部壓力，除與液面高度有關外，還與液面上部介質壓力有關，其關係為一、敞口容器液位測量工業生產中普遍採用差壓變送器來測量液位，二、密閉容器液位測量設被測介質的密度為ρ，容器頂部為氣相介質，氣相壓力為pA，pB是液位零面的壓