弱信号检测技术课件第四章过程参数检测技术.ppt

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1、第四章第四章 过程参数检测技术过程参数检测技术第一节第一节 压力的检测压力的检测第二节第二节 物位的检测物位的检测第三节第三节 温度的检测温度的检测第四节第四节 流量的检测流量的检测第五节第五节 物质成分的检测物质成分的检测第六节第六节 机械量的检测机械量的检测1第三章第三章 过程参数检测技术过程参数检测技术第一节第一节 压力的检测压力的检测一、压力检测方法及分类一、压力检测方法及分类重力平衡方法重力平衡方法机械力平衡方法：机械力平衡方法：将压力转换成集中力，用外力与之平衡，将压力转换成集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力间接测量压力通过测量平衡时的外力间接测量压力弹性力平衡方法：弹性

2、力平衡方法：利用弹性元件的弹性变形特性进行测量利用弹性元件的弹性变形特性进行测量物性测量方法物性测量方法液柱式压力计：上限液柱式压力计：上限0.10.2MPa,精度精度0.15负荷式压力计：范围宽，精度高，负荷式压力计：范围宽，精度高，0.01电测式压力计：将被测压力直接转换为各种电测式压力计：将被测压力直接转换为各种电量测量电量测量其他新型压力计：集成压力计、光纤压力计其他新型压力计：集成压力计、光纤压力计2二、常用压力检测仪表二、常用压力检测仪表1、弹性压力计、弹性压力计弹性元件是仪表的核心部分，弹性元件是仪表的核心部分，其作用是感受压力并产生弹其作用是感受压力并产生弹性变形，弹性元件采用

3、的形性变形，弹性元件采用的形式要根据测量要求选择和设式要根据测量要求选择和设计；计；变换放大机构的作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；指示变换放大机构的作用是将弹性元件的变形进行变换和放大；指示机构如指针与刻度标尺，用于给出压力示值；调整机构是用于调机构如指针与刻度标尺，用于给出压力示值；调整机构是用于调整仪表的零点和量程。整仪表的零点和量程。弹性膜片弹性膜片波纹管波纹管弹簧管弹簧管弹簧管压力计：测压范围：弹簧管压力计：测压范围：105109Pa,精度精度0.1波纹管差压计：波纹管差压计：弹性测压计：电位器式、霍尔元件式弹性测压计：电位器式、霍尔元件式32、力平衡式压力计、力平衡式压力计采用

4、反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以是弹性力平衡或采用反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以是弹性力平衡或电磁力平衡等。电磁力平衡等。被测压力或压差作用于弹性敏感元件上，它感受压力作用并将其转被测压力或压差作用于弹性敏感元件上，它感受压力作用并将其转换为位移或力，并作用于力平衡系统，力平衡系统受力后将偏离原换为位移或力，并作用于力平衡系统，力平衡系统受力后将偏离原有的平衡状态；由偏差检测器输出偏差值至放大器；放大器将信号有的平衡状态；由偏差检测器输出偏差值至放大器；放大器将信号放大并输出电流放大并输出电流(或电压或电压)信号，电流信号控制反馈力或力矩发生机信号，电流信号控制反馈力或力矩发生机

5、构，使之产生反馈力；当反馈力与作用力平衡时，仪表处于新的平构，使之产生反馈力；当反馈力与作用力平衡时，仪表处于新的平衡状态；显示机构可输出与被测压力或压差相对应的信号。衡状态；显示机构可输出与被测压力或压差相对应的信号。43、压力传感器、压力传感器能够检测压力值并提供远传信号的装置称为压力传感器能够检测压力值并提供远传信号的装置称为压力传感器应变式压力传感器应变式压力传感器压阻式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器电容式压力传感器压电式压力传感器压电式压力传感器振频式压力传感器振频式压力传感器集成式压力传感器集成式压力传感器光纤式压力传感器光纤式压力传感器5三、压力检测实例三、压力检测实

6、例1基于光纤的压力检测基于光纤的压力检测6三、压力检测实例三、压力检测实例2压电式压力传感器压电式压力传感器根根据据使使用用要要求求不不同同，压压电电式式测测压压传传感感器器有有各各种种不不同同的的结结构形式。但它们的基本原理相同。构形式。但它们的基本原理相同。由由引引线线1、壳壳体体2、基基座座3、压压电电晶晶片片4、受受压压膜膜片片5及及导导电电片片6组组成成。当当膜膜片片5受受到到压压力力P作作用用后后，则则在在压压电电晶晶片片上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为为 123456p 压电式测压传感器原理图F作用于压电片上的力；作用于压电片上的力

7、；d11压电系数；压电系数；P压强，压强，；S膜片的有效面积。膜片的有效面积。7 测测压压传传感感器器的的输输入入量量为为压压力力P，如如果果传传感感器器只只由由一一个压电晶片组成，则根据灵敏度的定义有：个压电晶片组成，则根据灵敏度的定义有：电荷灵敏度电荷灵敏度 电压灵敏度电压灵敏度 根据（根据（5.4-42）式，电荷灵敏度可表示为）式，电荷灵敏度可表示为因为因为 ，所以电压灵敏度也可表示为，所以电压灵敏度也可表示为式中式中 U0压电片输出电压；压电片输出电压；C0压电片等效电容。压电片等效电容。8案例：案例：电子称电子称原理将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片转化为电量输出。三、压力

8、检测实例三、压力检测实例39第二节第二节 物位的检测物位的检测一、物位定义及分类一、物位定义及分类1、物位的定义、物位的定义 “物位物位”指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应不同性质的物料又有以下的定义。不同性质的物料又有以下的定义。(1)液位液位 指设备和容器中液体介质表面的高低。指设备和容器中液体介质表面的高低。(2)料位料位 指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。物料的堆积高度。(3)界位界位 指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体，因其指相界面位置。容器中两种互不相溶的

9、液体，因其重度不同而形成分界面，为液重度不同而形成分界面，为液液相界面；容器中互不相溶的液相界面；容器中互不相溶的液体和固体之间的分界面，为液液体和固体之间的分界面，为液固相界面。液固相界面。液液、液液、液固固相界面的位置简称界位。相界面的位置简称界位。物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测量、指示和控制的仪表，称物位检测仪表。控制的仪表，称物位检测仪表。102、物位检测仪表分类、物位检测仪表分类按测量方式：连续测量和定点测量按测量方式：连续测量和定点测量 按工作原理：直读式、压力式、浮力式、机械式、电气式等。按工作原理：直读式、压力式、

10、浮力式、机械式、电气式等。(1)直读式：直读式：采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。方法可靠、准确，但是只能就地指不。主要用于液物位的高度。方法可靠、准确，但是只能就地指不。主要用于液位检测和压力较低的场合。位检测和压力较低的场合。(2)静压式：静压式：基于流体静力学原理，适用于液位检测。容器内基于流体静力学原理，适用于液位检测。容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。(

11、3)浮力式：基于阿基米德定律，适用于液位检测。漂浮于液面浮力式：基于阿基米德定律，适用于液位检测。漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液面变动时其浮力会产生相应的变化，从而检测液位。应的变化，从而检测液位。(4)机械接触式：机械接触式：通过测量物位探头与物料面接触时的机械力通过测量物位探头与物料面接触时的机械力实现物位的测量。这类仪表有重锤式、旋冀式和音叉式等。实现物位的测量。这类仪表有重锤式、旋冀式和音叉式等。(5)电气式：将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变电气式：将电气式物位敏感元件置于被测介质中，当物位变化时其电气参

12、数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的化时其电气参数如电阻、电容等也将改变，通过检测这些电量的变化可知物位。变化可知物位。(6)其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式、激光式等其他物位检测方法如声学式、射线式、光纤式、激光式等11二、常用物位检测仪表二、常用物位检测仪表1、浮子式液位检测仪表、浮子式液位检测仪表作为检测元件的浮子漂浮在液面上，作为检测元件的浮子漂浮在液面上，浮子随着液面的变化而上下移动，其浮子随着液面的变化而上下移动，其所受浮力的大小保持一定，检测浮子所受浮力的大小保持一定，检测浮子所在位置可知液面高低。浮子的形状所在位置可知液面高低。浮子的形状常见有圆盘形、圆柱形和球

13、形等，其常见有圆盘形、圆柱形和球形等，其结构根据使用条件和使用要求设计。结构根据使用条件和使用要求设计。若圆柱形浮子的外直径为若圆柱形浮子的外直径为D、浮子浸、浮子浸入液体的高度为入液体的高度为h、液体密度为、液体密度为o则其则其所受浮力所受浮力F为为 此浮力与浮子的重量减去绳带向上的拉力相平衡。当液位发此浮力与浮子的重量减去绳带向上的拉力相平衡。当液位发生变化时，浮子浸入液体的深度将改变，所受浮力亦变化。生变化时，浮子浸入液体的深度将改变，所受浮力亦变化。浮力变化浮力变化F与液位变化与液位变化H的关系：的关系：122、电容式物位计、电容式物位计hC1CC22r12r2hxC=+可见传感器电容

14、量C与被测液位高度hx成线性关系。133、超声式物位计、超声式物位计回波反射式超声波物位计原理：利用发射的回波反射式超声波物位计原理：利用发射的超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量超声波脉冲将由被测物料的表面反射，测量从发射超声波到接收回波所需的时间，求出从发射超声波到接收回波所需的时间，求出从探头到分界面的距离，进而测得物位。从探头到分界面的距离，进而测得物位。设设c为超声波在被测介质中的传播速度，为超声波在被测介质中的传播速度，t为从发射超声波到接收回波所需的时间，为从发射超声波到接收回波所需的时间，则测得液位则测得液位H:注意：超声波在介质中的传播速度易受介质的温度、成分等注意：超声波

15、在介质中的传播速度易受介质的温度、成分等变化的影响，是影响物位测量的主要因素，需要进行补偿。变化的影响，是影响物位测量的主要因素，需要进行补偿。通常可在超声换能器附近安装湿度传感器，自动补偿声速因通常可在超声换能器附近安装湿度传感器，自动补偿声速因温度变化对物位测量的影响。还可使用校正器，定期校正声温度变化对物位测量的影响。还可使用校正器，定期校正声速。速。144、光纤式物位计、光纤式物位计15三、物位检测实例三、物位检测实例联合站注水水源井的无线遥控系统联合站注水水源井的无线遥控系统 由主控站和各水源井测控箱两大部分组成。由主控站和各水源井测控箱两大部分组成。主控站以工控机作为主机，对各个水

16、源井的现场状态、数据进行主控站以工控机作为主机，对各个水源井的现场状态、数据进行遥测和远程遥控开关机，还可对注水罐、消防罐、净化污水罐的遥测和远程遥控开关机，还可对注水罐、消防罐、净化污水罐的水位和注水主干线的压力进行检测，主控站与各水源井之间由无水位和注水主干线的压力进行检测，主控站与各水源井之间由无线电台进行通信，具备打印报表和网络传输功能。水源井测控箱线电台进行通信，具备打印报表和网络传输功能。水源井测控箱对水源井的压力、流速、流量、液面、电压、电流、功率进行检对水源井的压力、流速、流量、液面、电压、电流、功率进行检测，还可对电机的过载、缺相、过热、三相不平衡、逆相进行检测，还可对电机的

17、过载、缺相、过热、三相不平衡、逆相进行检测，具有电机软启动和遥控启停功能，由无线电台控制其工作。测，具有电机软启动和遥控启停功能，由无线电台控制其工作。工控机显 示 器打 印 机主控器三个干线压力信号注水罐消防罐污水罐键盘/鼠标天线16单单片片机机系系统统压压 力力 表表电压传感器电压传感器电流传感器电流传感器流流 量量 表表 电机检测电机检测液位传感器液位传感器电压变送器电压变送器隔隔 离离 器器数字隔离器数字隔离器压力变送器压力变送器电流变送器电流变送器液位变送器液位变送器数数 码码 电电 台台电源电源控制箱控制箱电机电机控制器控制器水泵电机水泵电机水泵电机水泵电机手控开关手控开关水源井各

18、部件框图水源井各部件框图17第三节第三节 温度的检测温度的检测一、测温原理及方法一、测温原理及方法温度测量方式有接触式和非接触式测温两大类。采用接触式测温温度测量方式有接触式和非接触式测温两大类。采用接触式测温时，依靠传热和对流进行热交换，二者需要良好的热接触，以获时，依靠传热和对流进行热交换，二者需要良好的热接触，以获得较高的测量精度。但是它往往会破坏被测对象的热平衡，存在得较高的测量精度。但是它往往会破坏被测对象的热平衡，存在置人误差。由于测量环境特点，对温度敏感元件的结构和性能要置人误差。由于测量环境特点，对温度敏感元件的结构和性能要求较高。采用非接触式测温方法，是通过热辐射进行热交换，

19、或求较高。采用非接触式测温方法，是通过热辐射进行热交换，或温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小温度敏感元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能的大小推出被测对象的温度。特点是测温响应快，对被测对象干扰小，推出被测对象的温度。特点是测温响应快，对被测对象干扰小，可测量高温、运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。可测量高温、运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。温度反映物体的冷热程度，是物体分子运动平均动能大小的标温度反映物体的冷热程度，是物体分子运动平均动能大小的标志。温度的定量测量以热平衡现象为基础，两个受热程度不同志。温度的定量测量以热平衡现象为基础，两个受

20、热程度不同的物体相接触后，经过一段时间的热交换，达到共同的平衡态的物体相接触后，经过一段时间的热交换，达到共同的平衡态后具有相同的温度。温度测量原理是选择合适的物体作为温度后具有相同的温度。温度测量原理是选择合适的物体作为温度敏感元件，其某一物理性质随温度而变化的特性为已知，通过敏感元件，其某一物理性质随温度而变化的特性为已知，通过温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可温度敏感元件与被测对象的热交换，测量相关的物理量，即可确定被测对象的温度。确定被测对象的温度。18常用温度检测方法常用温度检测方法19二、接触式测温二、接触式测温热电偶测温热电偶测温热电阻测温热电阻测温热敏电阻热

21、敏电阻光纤温度传感器光纤温度传感器液晶温度传感器液晶温度传感器分布温度传感器分布温度传感器双金属温度传感器双金属温度传感器集成温度传感器集成温度传感器20三、非接触式测温三、非接触式测温在在工工业业生生产产中中，有有些些场场合合是是利利用用非非接接触触式式温温度度传传感感器器测测量量温温度度，其其优优点点：不不从从被被测测物物体体上上吸吸收收热热量量；不不会会干干扰扰被被测测对对象象的的温温度度场场；连连续续测测量量不不会会产产生生消消耗耗；反反应快等。近年来，这种温度传感器在国外发展迅猛。应快等。近年来，这种温度传感器在国外发展迅猛。l辐射高温计辐射高温计 是是发发展展得得较较早早的的一一类

22、类非非接接触触式式温温度度传传感感器器，常常用用来来测测量量 1000以以上上高高温温。它它可可分分为为四四种种：光光学学高高温温计计、比比色高温计、辐射高温计和光电高温计。色高温计、辐射高温计和光电高温计。2光谱高温计光谱高温计 前前苏苏联联研研制制的的YCII型型自自动动测测温温通通用用光光谱谱高高温温计计、其其测测量量范范围围为为4006000，它它是是采采用用电电子子化化自自动动跟跟踪踪系系统，保证有足够准确的精度进行自动测量。统，保证有足够准确的精度进行自动测量。213超声波温度传感器超声波温度传感器 特特点点是是响响应应快快（约约为为10ms左左右右），方方向向性性强强。目目前前国

23、国外已有可测到外已有可测到5000 的产品。的产品。4激光温度传感器激光温度传感器 适适用用于于远远程程和和特特殊殊环环境境下下的的温温度度测测量量。据据报报导导，美美、日日、英英等等国国均均在在致致力力于于将将其其应应用用到到科科研研工工程程，如如NBS公公司司用用氦氦氖氖激激光光源源的的激激光光做做光光反反射射计计可可测测很很高高的的温温度度,精精度度为为1。美美国国麻麻省省理理工工学学院院正正在在研研制制一一种种激激光光温温度度计计，最最高高温温度度可可达达8000，是是专专门门用用于于核核聚聚变变研研究究的的。瑞瑞士士Browa Borer研研究究中中心心用用激激光光温温度度传传感感器

24、器可可测几千开（测几千开（K）的高温。）的高温。22四、设计实例四、设计实例温控系统温控系统电气接口：电气接口：、电源：、电源：AC220V，50Hz、加热控制部分（选用固态继电、加热控制部分（选用固态继电 器）：器）：开始加热开始加热 3535停止加热停止加热 加热器电气接口：加热器电气接口：10001000，AC220V，50Hz、散热控制部分（选用固态继电器）：、散热控制部分（选用固态继电器）：5050开始散热开始散热 4040停止散热停止散热 加热器电气接口：加热器电气接口：200200，AC220V，50Hz4、对外接线方式：、对外接线方式：8芯接线柱，芯接线柱，AC220V，10A

25、；主用；主用3对（对（AC220V电源输入、电源输入、AC220V加加热输出、热输出、AC220V散热输出），备用一对。散热输出），备用一对。4 mm 固定孔4个线路板尺寸示意图15mm150mm120mm15mm15mm15mm8芯接线柱23第四节第四节 流量的检测流量的检测qv=vAF如果介质的密度为，那么质量流量：qm=qv流过管道某截面的流体的速度在截面上各处不可能是均匀的，假定在这个截面上某一微小单元面积上dAF速度是均匀的，流过该单元面积上的体积流量为qv=vAF整个截面上的流量qv为一、流量的概念一、流量的概念AF为流通截面面积24流量计分类流量计分类25二、体积流量检测方法二、

26、体积流量检测方法是直接根据排出体积进行流量累计的仪表，它利用运动元件的往是直接根据排出体积进行流量累计的仪表，它利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测。容积式流量计可计量各种液体和气体的累积流量，由于这检测。容积式流量计可计量各种液体和气体的累积流量，由于这种流量计可以精密测量体积量，所以其类型包括从小型的家用煤种流量计可以精密测量体积量，所以其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表。气表到大容积的石油和天然气计量仪表。组成：测量室、运动部件、传动和显示部件。组成：测量室、运动部件、

27、传动和显示部件。测量室是具有固定标准容积的测量主体，由流量计内部的运动部测量室是具有固定标准容积的测量主体，由流量计内部的运动部件与壳体构成。在流体进、出口压力差的作用下，运动部件不断件与壳体构成。在流体进、出口压力差的作用下，运动部件不断地将充满在测量室中的流体从入口排向出口。假定测量室的固定地将充满在测量室中的流体从入口排向出口。假定测量室的固定容积为容积为V，某一时间间隔内经过流量计排出流体的固定容积数为，某一时间间隔内经过流量计排出流体的固定容积数为n，则被测流体的体积总量，则被测流体的体积总量Q可知。容积流量计的流量方程式可以可知。容积流量计的流量方程式可以表示为：表示为：计数器通过

28、传动机构测出运动部件的转数，计数器通过传动机构测出运动部件的转数，n即可知，从而得出通即可知，从而得出通过流量计的流体总量。在测量较小流量时，要考虑泄漏量的影响，过流量计的流体总量。在测量较小流量时，要考虑泄漏量的影响，通常仪表有最小流量的测量限度。通常仪表有最小流量的测量限度。1、容积式流量计、容积式流量计26基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生压力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差力差，此压力差与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量差压值求得流体流量。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置压值求

29、得流体流量。最常用的差压式流量计是由产生差压的装置和差压计组合而成。流体流过差压产生装置形成静压差，由差压和差压计组合而成。流体流过差压产生装置形成静压差，由差压计测得差压值，并转换为流量信号输出。产生差压的装置有多种计测得差压值，并转换为流量信号输出。产生差压的装置有多种型式，包括节流装置：如孔板、喷嘴、文丘利管等，以及动压管、型式，包括节流装置：如孔板、喷嘴、文丘利管等，以及动压管、均速管、弯管等。其他型式的差压式流量计还有浮子流量计、靶均速管、弯管等。其他型式的差压式流量计还有浮子流量计、靶式流量计等。式流量计等。2、差压式流量计、差压式流量计节流式流量计：用于测量液体、气体或蒸汽的流量

30、。节流式流量计：用于测量液体、气体或蒸汽的流量。均速管流量计：基于动压管测速原理发展而成的一种流量计，均速管流量计：基于动压管测速原理发展而成的一种流量计，流体流经均速管产生差压信号，该信号与流体流量有确定关系，流体流经均速管产生差压信号，该信号与流体流量有确定关系，经过差压计可测出流体流量。经过差压计可测出流体流量。弯管流量计：当流体通过管道弯头时，受到角加速的作用而产弯管流量计：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弯头的外半径侧与内半径侧之间形成差压，此生的离心力会在弯头的外半径侧与内半径侧之间形成差压，此差压的平方根与流体流量成正比。差压的平方根与流体流量成正比。27

31、3、速度式流量计、速度式流量计基于与流体流速有关的各种物理现象，仪表的输出与流速有确定基于与流体流速有关的各种物理现象，仪表的输出与流速有确定的关系，即可知流体的体积流量。工业生产中使用的速度式流量的关系，即可知流体的体积流量。工业生产中使用的速度式流量计种类很多，新的品种也不断开发，它们各有特点和适用范围。计种类很多，新的品种也不断开发，它们各有特点和适用范围。涡轮流量计是利用安装在管道中可以自由转动的叶轮感受流涡轮流量计是利用安装在管道中可以自由转动的叶轮感受流体的速度变化，从而测定管道内的流体流量。体的速度变化，从而测定管道内的流体流量。涡街流量计属旋涡流量计类型，它是利用涡街流量计属旋

32、涡流量计类型，它是利用流体振荡流体振荡的原理进的原理进行流量测量。当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡，行流量测量。当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡，旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测量频率的旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测量频率的变化，就可以得知流体的流量。变化，就可以得知流体的流量。电磁流量计用于测量具有导电性的液体介质流量，基于电磁电磁流量计用于测量具有导电性的液体介质流量，基于电磁感应原理，导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通感应原理，导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速管道

33、两侧的电极上将产生感应电势，感应电势的大小与流体速度有关，通过测量此电势可求得流体流量。度有关，通过测量此电势可求得流体流量。超声流量计利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量。超声流量计利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量。超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超超声波在流体中传播，将受到流体速度的影响，检测接收的超声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。声波信号可以测知流速，从而求得流体流量。28三、质量流量检测方法三、质量流量检测方法又称为推导式质量流量计。采用密度或温度、压力补偿的办法，又称为推导式质量流量计。采用密度或温度、压力补偿的办法，在测量体积流量的同时，测量

34、流体的密度或流体的温度、压力值，在测量体积流量的同时，测量流体的密度或流体的温度、压力值，再通过运算求得质量流量。再通过运算求得质量流量。1、间接式质量流量计、间接式质量流量计体积流量计与密度计的组合方式体积流量计与密度计的组合方式差压式流量计与密度计的组合差压式流量计与密度计的组合其他体积流量计与密度计组合其他体积流量计与密度计组合体积流量计与体积流量计的组合方式体积流量计与体积流量计的组合方式 温度、压力补偿式质量流量计温度、压力补偿式质量流量计 流体密度是温度、压力的函数，通过测量流体温度和压力，流体密度是温度、压力的函数，通过测量流体温度和压力，与体积流量测量组合可求出流体质量流量。与

35、体积流量测量组合可求出流体质量流量。29直接输出与质量流量相对应的信号，反映质量流量的大小。其直接输出与质量流量相对应的信号，反映质量流量的大小。其测量不受流体的温度、压为、密度变化的影响。测量不受流体的温度、压为、密度变化的影响。2、直接式质量流量计、直接式质量流量计简称科氏力流量计，它是利用流体在振动管中流动时，将产生简称科氏力流量计，它是利用流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力的测量原理。科氏力流量计由与质量流量成正比的科里奥利力的测量原理。科氏力流量计由检测科里奥利力的传感器与转换器组成。检测科里奥利力的传感器与转换器组成。科里奥利质量流量计科里奥利质量流量计基于流

36、体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。其工作机基于流体中热传递和热转移与流体质量流量的关系。其工作机理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度理是利用外热源对被测流体加热，测量因流体流动造成的温度场变化，从而测得流体的质量流量。场变化，从而测得流体的质量流量。热式质量流量计热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，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，经转换放大输出与质量流量成比例的标准信号。经转换放大输出与质量流量成比例的标准信号

37、。冲量式流量计冲量式流量计30四、流量检测实例四、流量检测实例利利用用超超声声波波在在顺顺流流方方向向和和逆逆流流方方向向的的传传播播速速度度不不同同来来进进行行测测量量。在在管管外外设设置置两两个个相相隔隔一一定定距距离离的的收收发发两两用用压压电电超超声声换换能能器器，每每隔隔一一段段时时间间(如如1/100s)，发发射射和和接接收收互互换换一一次次。在在顺顺流流和和逆逆流流的的情情况况下下，发发射射和和接接收收的的相相位位差差与与流流速速成成正正比比。根根据据这这个个关关系系，便便可可精精确确测测定定流流速速。流流速速与与管管道道横横截截面面积积的的乘乘积积等等于于流流量量。此此种种流流

38、量量计计可可以以测测量量各各种种液液体体的的流流速速。中中压压和和低低压压气气体体的的流流速速,不不受受该该流流体体的的导导电电率率、粘粘度度、密密度度、腐腐蚀蚀性性以以及及成成分分的的影影响响。其其准准确确度度可可达达0.5%，有的可达到，有的可达到0.01%。同理，可用于直接测量随海同理，可用于直接测量随海洋深度而变化的声速分布。洋深度而变化的声速分布。即以一定距离放置两个正对即以一定距离放置两个正对着的陶瓷换能器，一个为发着的陶瓷换能器，一个为发射器、一个为接收器。根据射器、一个为接收器。根据测定的发射和接收的相位差测定的发射和接收的相位差随深度的变化，即可得到声随深度的变化，即可得到声

39、速随深度的分布情况。速随深度的分布情况。流量显示1789输出信号换能器换能器接收接收发射发射31光纤多普勒流速计光纤多普勒流速计 下下图图为为利利用用光光纤纤多多普普勒勒计计来来测测量量流流体体流流速速的的原原理理。当当待待测测流流体体为为气气体体时时，散散射射光光将将非非常常微微弱弱，此此时时可可采采用用大大功功率率的的Ar激激光光器器（出出射射光光功功率率为为2W，=514.5nm）以以提提高高信信噪噪比比。光光纤纤多多普普勒勒流流速速计计的的特特点点是是非非接接触触测测量量，不会影响待测物体的流动状态。不会影响待测物体的流动状态。光纤多谱勒流量计结构探测器频谱分析仪He-Ne激光器123

40、456781、3 分束器；2 反射镜；4 透镜；5 流体管道；6 窗口；7、8 光纤32第五节第五节 物质成分的检测物质成分的检测一、物质成分检测方法一、物质成分检测方法定期取样检测：通过实验室测定的实验室检测方法定期取样检测：通过实验室测定的实验室检测方法连续现场检测：连续测定被测物质的含量或性质的自动检测连续现场检测：连续测定被测物质的含量或性质的自动检测(1)电化学式，如电导式、电量式、电位式、电解式、酸度计、离电化学式，如电导式、电量式、电位式、电解式、酸度计、离子浓度计等；子浓度计等；(2)热学式，如热导式、热谱式、热化学式等；热学式，如热导式、热谱式、热化学式等；(3)磁学式，如磁

41、式氧分析器、核磁共振分析仪等：磁学式，如磁式氧分析器、核磁共振分析仪等：(4)射线式，如射线式，如X射线分忻仪、射线分忻仪、射线分析仪、同位素分析仪、微波射线分析仪、同位素分析仪、微波分析仪等；分析仪等；(5)光学式，如红外、紫外等吸收式光学分析仪，光散射、光干涉光学式，如红外、紫外等吸收式光学分析仪，光散射、光干涉式光学分析仪等；式光学分析仪等；(6)电子光学式和离子光学式，如电子探针、离子探针、质谱仪等电子光学式和离子光学式，如电子探针、离子探针、质谱仪等(7)色谱式，如气相色谱仪、液相色诺仪等；色谱式，如气相色谱仪、液相色诺仪等；(8)物性测量仪表，如水分计、粘度计、密度计、湿度计、尘量

42、计物性测量仪表，如水分计、粘度计、密度计、湿度计、尘量计(9)其他，如晶体振荡式分析仪、半导体气敏传感器等。其他，如晶体振荡式分析仪、半导体气敏传感器等。33二、气体成分检测二、气体成分检测是使用最早的一种物理式气体分析器，通过检测混合气体导热系是使用最早的一种物理式气体分析器，通过检测混合气体导热系数变化得知待测组分含量。被测气体组分含量变化时，将引起导数变化得知待测组分含量。被测气体组分含量变化时，将引起导热系数变化，从而间接得知待测组分含量。热系数变化，从而间接得知待测组分含量。设待测组分的浓度为设待测组分的浓度为C1，相应的导热系数为，相应的导热系数为1混合气体中其他组混合气体中其他组

43、分的导热系数近似相等，分的导热系数近似相等，2 3 n，则，则1、热导式气体分析器、热导式气体分析器测量多组分某一气体组分的含量必须满足两个条件：测量多组分某一气体组分的含量必须满足两个条件：混合气体中除待测组分外，其余各组分的导热系数应相同或十混合气体中除待测组分外，其余各组分的导热系数应相同或十分接近。分接近。待测组分的的导热系数与其余组分的导热系数要有显著的差别，待测组分的的导热系数与其余组分的导热系数要有显著的差别，差别越大，灵敏度越高，即待测组分浓度变化引起混合气体的差别越大，灵敏度越高，即待测组分浓度变化引起混合气体的变变化就越大。化就越大。34热导池是用导热良好的金属制成的长圆柱

44、热导池是用导热良好的金属制成的长圆柱形小室，室内装有一根细的铂或钨电阻丝形小室，室内装有一根细的铂或钨电阻丝,电阻丝与腔体有良好的绝缘。电源供给热电阻丝与腔体有良好的绝缘。电源供给热丝恒定电流，使之维持一定的温度丝恒定电流，使之维持一定的温度tn，tn高于室壁温度高于室壁温度tc，被测气体从小室下部引，被测气体从小室下部引入入,从小室上部排出从小室上部排出,热丝的热量通过混合热丝的热量通过混合气体向室壁传递。热导池一般放在恒温装气体向室壁传递。热导池一般放在恒温装置中，故室壁温度恒定，热丝的热平衡温置中，故室壁温度恒定，热丝的热平衡温度将随被测气体的热导率变化而改变。热度将随被测气体的热导率变

45、化而改变。热丝温度的变化使其电阻值亦发生变化，通丝温度的变化使其电阻值亦发生变化，通过电阻变化的可得知气体组分的变化。过电阻变化的可得知气体组分的变化。352、热磁式气体分析器、热磁式气体分析器是利用被测气体混合物待测组分比其他气体有高得多的磁化率，是利用被测气体混合物待测组分比其他气体有高得多的磁化率，以及磁化率随温度的升高而降低等热磁效应来检测待测气体组以及磁化率随温度的升高而降低等热磁效应来检测待测气体组分含量的原理制成的。它主要用来检测混合气体的氧含量，测分含量的原理制成的。它主要用来检测混合气体的氧含量，测量范围为百分之百，具有反应快、稳定性好等特点。量范围为百分之百，具有反应快、稳

46、定性好等特点。热磁式氧气体分析仪热磁式氧气体分析仪主要是利用氧的磁特性工作的，如氧气比其他组分的磁化率主要是利用氧的磁特性工作的，如氧气比其他组分的磁化率大得多，并且其他组分的磁化率近似相等，随着温度的升高。大得多，并且其他组分的磁化率近似相等，随着温度的升高。气体的磁化率迅速下降。气体的磁化率迅速下降。氧化锆式氧量体分析仪氧化锆式氧量体分析仪属于电化学分析方法这种分析器的优点是灵敏度高、稳定属于电化学分析方法这种分析器的优点是灵敏度高、稳定性好、响应快、测量范围宽性好、响应快、测量范围宽(从从106到百分含量到百分含量)，而且不需，而且不需要复杂的采样和预处理系统，它的探头可以直接插入烟道中

47、要复杂的采样和预处理系统，它的探头可以直接插入烟道中连续地分析烟气中的氧含量。连续地分析烟气中的氧含量。36浓差电池的左侧为被测气体右侧为浓差电池的左侧为被测气体右侧为参比气体，参比气体一般为空气。当参比气体，参比气体一般为空气。当两侧气体的氧分压不同时，吸附在电两侧气体的氧分压不同时，吸附在电极上的氧分子离解得到极上的氧分子离解得到4个电子，形成个电子，形成两个两个O 2，进入固体电解质中，在高，进入固体电解质中，在高温下，氧离子从高浓度向低浓度转移温下，氧离子从高浓度向低浓度转移而产生电势。而产生电势。氧化锆分析器正常工作的必要条件：氧化锆分析器正常工作的必要条件：(1)工作温度要恒定，传

48、感器要有温度调节控制的环节，一般工工作温度要恒定，传感器要有温度调节控制的环节，一般工作温度保持在作温度保持在T850，此时仪表灵敏度最高。工作温度，此时仪表灵敏度最高。工作温度T的变的变化直接影响氧浓差电势化直接影响氧浓差电势E的大小，传感器还应有温度补偿环节。的大小，传感器还应有温度补偿环节。(2)必须要有参比气体，参比气体的氧含量要稳定不变。二者氧必须要有参比气体，参比气体的氧含量要稳定不变。二者氧含量差别越大，仪表灵敏度越高。例如用氧化锆分析器分析烟气含量差别越大，仪表灵敏度越高。例如用氧化锆分析器分析烟气的氧含量时，以空气为参比气体时，被测气体氧含量为的氧含量时，以空气为参比气体时，

49、被测气体氧含量为34，传感器可以有几十毫伏的输出。传感器可以有几十毫伏的输出。(3)参比气体与被测气体压力应该相等，仪表可以直接以氧浓度参比气体与被测气体压力应该相等，仪表可以直接以氧浓度刻度。刻度。37属于光学分析仪表中的一种。它是利用不同气体对不同波长的属于光学分析仪表中的一种。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。这类仪表的特点红外线具有选择性吸收的特性来进行分析的。这类仪表的特点是测量范围宽；灵敏度高，能分析的气体体积分数可到是测量范围宽；灵敏度高，能分析的气体体积分数可到106(ppm级级)；反应速度快、选择性好。红外线气体分析器常用于连；反应速度快、选

50、择性好。红外线气体分析器常用于连续分析混合气体中续分析混合气体中CO、CO2、CH4、NH3等气体的浓度。等气体的浓度。大部分有机和无机气体在红外波段内有其特征的吸收峰，下大部分有机和无机气体在红外波段内有其特征的吸收峰，下图为一些气体的吸收光谱，红外线气体分析器主要利用图为一些气体的吸收光谱，红外线气体分析器主要利用225m之间的一段红外光谱。之间的一段红外光谱。3、红外线气体分析器、红外线气体分析器5半半导导体体体体分分析析器器4质质谱谱分分析析仪仪38三、湿度和含水量检测三、湿度和含水量检测电电解解质质型型：以以氯氯化化锂锂为为例例，它它在在绝绝缘缘基基板板上上制制作作一一对对电电极极，