Trafficdetection流量及流速檢測Trafficdetection流量檢測流量檢測流量的定義質(zhì)量流量體積流量質(zhì)量體積流量計(jì)量的應(yīng)用熱工行業(yè)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)無法保證正常生產(chǎn)貿(mào)易交往流量計(jì)量不準(zhǔn)確化學(xué)成分分配比例失調(diào)無法保證產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生生產(chǎn)安全事故介質(zhì)流量的測量和調(diào)節(jié)占有重要地位流量的準(zhǔn)確與否保證發(fā)電廠在最佳參數(shù)下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)意義流量測量保證發(fā)電廠安全運(yùn)行重要環(huán)節(jié)準(zhǔn)確計(jì)量及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)流量流速傳感器的種類工作原理、應(yīng)用場景等均不相同對(duì)選用和應(yīng)用合適的傳感器有所幫助了解常見種類的流量傳感器流量檢測的基本概念瞬時(shí)流量累積流量5min1h瞬時(shí)流量質(zhì)量流量體積流量重量流量..................

以體積計(jì)算的單位時(shí)間內(nèi)流過的流體量單位

流速：v通過微小面積的體積流量

體積流量

平均體積流量

2質(zhì)量流量

以質(zhì)量表示單位時(shí)間內(nèi)通過的流體量單位

密度：ρ

質(zhì)量流量

1h累積流量

累積體積流量

單位:

m3單位:

kg

質(zhì)量累計(jì)流量流量檢測條件流量檢測方法非常多多樣性復(fù)雜性流量檢測方法的分類錯(cuò)綜復(fù)雜檢測量的不同體積流量檢測質(zhì)量流量檢測1容積法在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷進(jìn)行度量排出流體固定容積數(shù)計(jì)算流量1容積法流量檢測儀表受流體的流動(dòng)狀態(tài)影響小測量高黏度流體測量低雷諾數(shù)流體2速度法測出管道內(nèi)的平均流速乘以管道截面面積求得流體的體積流量2速度法較寬的使用條件利用平均流速計(jì)算流量管路條件的影響很大流動(dòng)產(chǎn)生渦流截面上流速分布不對(duì)稱測量誤差2速度法質(zhì)量流量的檢測方法質(zhì)量流量的檢測方法測定單位時(shí)間內(nèi)通過管道的質(zhì)量確定流量1直接法2間接法對(duì)被檢測物理量的直接測量判斷被檢測物的質(zhì)量是否符合要求質(zhì)量流量的檢測方法測定單位時(shí)間內(nèi)通過管道的質(zhì)量確定流量1直接法2間接法20hm25hm通過運(yùn)算間接獲取流體的質(zhì)量流量Thankyou謝謝大家謝謝大家Trafficdetection差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)是一類歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的流量計(jì)。歷史悠久技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛差壓式流量計(jì)按其檢測件的作用原理，可分為節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、水力阻力式、離心式、動(dòng)壓增益式和射流式等，其中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最為廣泛。節(jié)流式動(dòng)壓頭式水力阻力式離心式動(dòng)壓增益式射流式節(jié)流式的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、適應(yīng)能力強(qiáng)，幾乎能測量各種工況下的流量。節(jié)流式結(jié)構(gòu)簡單使用壽命長適應(yīng)能力強(qiáng)測量各種工況流量根據(jù)節(jié)流原理測量流量如圖4-1-1所示的差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成，圖4-1-1差壓式流量計(jì)一次裝置二次裝置一次裝置稱為流量測量元件，它安裝在被測流體的管道中，產(chǎn)生與流量（流速）成比例地壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示；圖4-1-1差壓式流量計(jì)一次裝置流量測量元件產(chǎn)生與流量（流速）成比例地壓力差二次裝置進(jìn)行流量顯示二次裝置稱為顯示儀表，它接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示。二次裝置顯示儀表接收測量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示圖4-1-1差壓式流量計(jì)差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測定裝置（皮托管、均速管等）。一次裝置節(jié)流裝置或動(dòng)壓測定裝置圖4-1-1差壓式流量計(jì)二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表。二次裝置圖4-1-1差壓式流量計(jì)差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。差壓敏感元件圖4-1-1差壓式流量計(jì)由于差壓和流量呈二次方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開二次方裝置，以使流量刻度線性化。差壓和流量呈二次方根關(guān)系儀表配有開二次方裝置流量刻度線性化流量計(jì)算裝置顯示累積流量方便經(jīng)濟(jì)核算發(fā)電廠主蒸氣、給水、凝結(jié)水等的流量測量都采用這種傳感器。流量計(jì)算裝置它由三部分組成：①將被測值轉(zhuǎn)換成差壓值的節(jié)流裝置；②信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)；③用來檢測差壓并轉(zhuǎn)換成4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的差壓計(jì)或差壓變送器。圖4-1-2差壓式流量計(jì)組成示意圖4～20mAThankyou謝謝大家謝謝大家Electromagneticflowsensorstructure,principle,application同學(xué)們，今天我們主要學(xué)習(xí)電磁式流量計(jì)的工作原理、轉(zhuǎn)換電路及應(yīng)用場合。電磁式流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用電磁式流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用電磁流量傳感器電磁流量傳感器可以用來測量酸，堿，鹽等腐蝕性液體或混有固體的液體，腐蝕性液體或混有固體的液體如泥漿和含有大量雜物的污水及粘度很大的介質(zhì)。泥漿大量雜物污水粘度很大介質(zhì)在化工、冶金、造紙、制藥、輕紡、釀酒、食品、環(huán)保、化纖、水利等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用?；ひ苯鹪旒堉扑庉p紡釀酒食品環(huán)保化纖水利廣泛應(yīng)用首先，我們先學(xué)習(xí)一下電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)測量流量的傳感器與儀表隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)流量測量的準(zhǔn)確度和范圍的要求越來越高，流量測量技術(shù)日新月異。工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展測量的準(zhǔn)確度范圍的要求流量測量技術(shù)日新月異為了適應(yīng)各種用途，各種類型的流量計(jì)相繼問世。目前，已投入使用的流量計(jì)已超過100種。已投入使用的流量計(jì)已超過100種從不同的角度出發(fā)，流量計(jì)有不同的分類方法。常用的分類方法有兩種：一是按流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分類；二是。流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理流量計(jì)不同的分類方法流量計(jì)的測量原理法拉第電磁感應(yīng)定律測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量1.電磁式流量傳感器電磁流量傳感器是電磁流量計(jì)的組成部分，1電磁式流量傳感器瞬時(shí)流量與體積流量分體式一體式電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器配套組成分體型電磁流量傳感器，分體型電磁流量傳感器裝在管道上安裝在離傳感器200m以內(nèi)2.工作原理電磁流量計(jì)的工作原理基于法拉第電磁感應(yīng)定律。2工作原理法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)的大小與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小成正比在圖4-2-2中，當(dāng)導(dǎo)電流體以平均流速v(m/s）通過裝有一對(duì)測量電極的一根內(nèi)徑為D(m）的絕緣管子流動(dòng)時(shí)，并且該管子處于一個(gè)均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B(T）的磁場中，那么在一對(duì)電極上就會(huì)感應(yīng)出垂直于磁場方向和流動(dòng)方向的電動(dòng)勢(shì)E(V)。V（m/s）D（m）B（T）電動(dòng)勢(shì)E(V)由電磁感應(yīng)定律可得E

BD

通常，體積流量qv(m3/s）可以寫作電磁感應(yīng)定律

體積流量qv(m3/s）電動(dòng)勢(shì)當(dāng)B是個(gè)常數(shù)時(shí)流量qV與電動(dòng)勢(shì)E成正比則電磁流量轉(zhuǎn)換器一方面向電磁流量傳感器勵(lì)磁線圈提供穩(wěn)定的勵(lì)磁電流，向電磁流量傳感器勵(lì)磁線圈提供穩(wěn)定的勵(lì)磁電流以達(dá)到圖4-2-2中的B是個(gè)常量；同時(shí)把傳感器感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)放大、轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或頻率信號(hào)便于流量的顯示、控制與調(diào)節(jié)?！Ａ堪褌鞲衅鞲袘?yīng)的電動(dòng)勢(shì)放大、轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)或頻率信號(hào)便于流量的顯示、控制與調(diào)節(jié)c它廣泛地適用于石油化工、鋼鐵冶金、給水排水、水利灌溉、水處理、環(huán)保污水總量控制、造紙、醫(yī)藥、食品等工、農(nóng)業(yè)部門的生產(chǎn)工藝過程流量測量和控制；適用于導(dǎo)電液體的總量計(jì)量。圖4-2-3轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)石油化工鋼鐵冶金給水排水水利灌溉水處理環(huán)保污水總量控制造紙醫(yī)藥食品工、農(nóng)業(yè)部門的生產(chǎn)工藝過程流量測量和控制導(dǎo)電液體的總量計(jì)量接下來，我們來學(xué)習(xí)一下電磁流量計(jì)應(yīng)用于水處理系統(tǒng)。電磁流量計(jì)應(yīng)用于水處理系統(tǒng)各種流量計(jì)的測量原理以及構(gòu)造不同水處理系統(tǒng)12這主要是因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響；（2）沒有壓力損失；能連續(xù)測量，測量精確度高；（3）口徑范圍和測量范圍大，測量范圍連續(xù)可調(diào)；與流速分布無關(guān)；電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)測量不受被測液體的溫度、壓力或粘度的影響；沒有壓力損失；能連續(xù)測量，測量精確度高；3口徑范圍和測量范圍大，測量范圍連續(xù)可調(diào)；與流速分布無關(guān)；45穩(wěn)定性好，輸出為標(biāo)準(zhǔn)化信號(hào)，可方便地進(jìn)入自控系統(tǒng)；變送器導(dǎo)管內(nèi)壁有襯里材料，具備良好的耐腐、耐磨性；6轉(zhuǎn)換器體積小，消耗功率小，抗干擾性能強(qiáng)，便于現(xiàn)場觀察；應(yīng)用于水處理系統(tǒng)的電磁流量計(jì)的襯里材料多選用氯丁橡膠，因其有較好的耐磨性。襯里材料較好的耐磨性安裝時(shí)遠(yuǎn)離外界的電磁場源以免影響傳感器的工作磁場及流量信號(hào)傳感器水平安裝時(shí)，要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài)，防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作。傳感器水平安裝要求兩個(gè)電極的中心軸線處于水平狀態(tài)防止顆粒雜質(zhì)沉積，影響電極工作測量管內(nèi)應(yīng)為滿管不允許大量氣泡通過傳感器不能滿足條件時(shí)采取相應(yīng)措施同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了電磁式流量傳感器結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用，大家都學(xué)會(huì)了嗎？Thankyou謝謝大家謝謝大家Fundamentalsofultrasound,ultrasonicprobesandcoupling同學(xué)們，本節(jié)課我們一起來學(xué)習(xí)超聲波的基本原理。超聲波的基本原理、超聲波探頭與耦合超聲波的基本原理、超聲波探頭與耦合超聲波超聲波是頻率超過人耳聽覺頻率極限(大約為20kHz)機(jī)械波的總稱，頻率超過人耳聽覺頻率極限機(jī)械波的總稱20kHz氣體液體固體超聲波在標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣中的速度大約是340m/s，在水中的速度為1440m/s。340m/s1440m/s超聲波空氣的測距標(biāo)準(zhǔn)頻率——20kHz高頻率的聲波有較好的指向性發(fā)散度比較大由于高頻超聲波在空氣中的發(fā)散和吸收散射衰減，超聲波測距一般都限制在短距離(幾十米以內(nèi))。高頻超聲波發(fā)散和吸收散射衰減測距限制在短距離(幾十米以內(nèi))由于聲波在水中的吸收散射衰減要小得多，吸收散射衰減小得多方向性更好頻率更高測量范圍可達(dá)千米的量級(jí)1.超聲波的頻率。振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng),簡稱波。1超聲波的頻率波振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播——波動(dòng)頻率在20Hz～20kHz之間,人耳所能聽到的機(jī)械波稱為聲波；20Hz～20kHz聲波低于20Hz高于20kHz聲波頻率的界限劃分如圖4-3-1所示。圖4-3-1聲波頻率的界限劃分當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí),由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同,因此在介質(zhì)表面會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。在兩種介質(zhì)中傳播速度不同反射折射波形轉(zhuǎn)換2.超聲波的波形由于聲源在介質(zhì)中的施力方向與波在介質(zhì)中的傳播方向不同,因此聲波的波形也不同。2超聲波的波形聲源在介質(zhì)中的施力方向與波在介質(zhì)中的傳播方向不同聲波的波形不同超聲波的波形通常有以下幾種。①縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波。超聲波的波形種類①縱波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向波的傳播方向②橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波。②橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向波的傳播方向③表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間,沿著表面?zhèn)鞑サ牟?。③表面波質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間橫波只能在固體中傳播,縱波能在固體,液體和氣體中傳播,而表面波隨深度的增加衰減很快。固體固體、液體，氣體隨深度的增加衰減很快為了測量各種狀態(tài)下的物理量,多采用縱波。為了測量各種狀態(tài)下的物理量多采用縱波固體、液體，氣體3.超聲波的反射和折射超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一介質(zhì)時(shí),在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上一部分被反射回原介質(zhì),這部分稱為反射波；圖4-3-3超聲波的反射和折射3超聲波的反射和折射這樣的兩種情況分別稱之為聲波的反射和折射,如圖4-3-3所示。接下來，我們來看看超聲波探頭。超聲波探頭換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)頻率高波長短繞射現(xiàn)象小方向好成為射線而定向傳播以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。檢測手段超聲換能器超聲探頭超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。探測作用它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、直探頭(縱波)斜探頭(橫波)表面波探頭(表面波)蘭姆波探頭(蘭姆波)雙探頭(反射\接收)其他專用探頭超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片，構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。超聲探頭的核心塑料外套或者金屬外套每個(gè)探頭的性能不同大小、直徑和厚度各不相同圖4-3-5是壓電式超聲波探頭的結(jié)構(gòu)圖,壓電式超聲波探頭主要由壓電晶片,吸收塊（阻尼塊）,保護(hù)膜等組成。圖4-3-5壓電式超聲波探頭的結(jié)構(gòu)圖壓電晶片多為圓形板,厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓片晶體的兩面鍍有銀層,作為導(dǎo)電的極板。超聲波頻率f與其厚度δ成反比厚度：δ導(dǎo)電極板吸收塊的作用是降低晶片的機(jī)械品質(zhì),吸收聲能量。降低晶片的機(jī)械品質(zhì)吸收聲能量激勵(lì)電脈沖信號(hào)停止晶片繼續(xù)振蕩加長超聲波脈沖寬度沒有阻尼塊無論是直探頭還是斜探頭，一般不能直接將其放在被測介質(zhì)(特別是粗糙金屬)表面來回移動(dòng)，以防磨損。不能直接將其放在被測介質(zhì)（特別是粗糙金屬）表面來回移動(dòng)以防磨損超聲波的耦合更重要的是，由于超聲探頭與被測物體接觸時(shí)，在工件表面不平整的情況下，探頭與被測物體表面間必然存在一層空氣薄層?？諝獗涌諝獾拿芏群苄?，將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，而且空氣也將對(duì)超聲波造成很大的衰減。空氣的密度很小空氣對(duì)超聲波造成很大的衰減為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。充滿在接觸層中傳遞超聲波耦合劑的厚度應(yīng)盡量薄一些，以減小耦合損耗。耦合劑的厚度應(yīng)盡量薄一些減小耦合損耗常用的耦合劑有時(shí)為了減少耦合劑的成本，還可在單晶直探頭、雙晶直探頭或斜探頭的側(cè)面，加工一個(gè)自來水接口。減少耦合劑的成本在使用時(shí)，自來水通過此孔壓入到保護(hù)膜和試件之間的空隙中。使用完畢，將水跡擦干即可，這種探頭稱為水沖探頭。水沖探頭耦合劑的作用可以歸納為以下3點(diǎn)：（1）具有排除換能器與工件之間的空氣，填充不平的凹坑和縫隙的功能，防止縫隙中的空氣影響超聲波的透射；耦合劑的作用排除換能器與工件之間的空氣填充不平的凹坑和縫隙防止縫隙中的空氣影響超聲波的透射1減小超聲波在界面上的反射聲能增加穿過工件的透射聲能2一定的粘度和流動(dòng)性防止換能器在工件表面摩擦受損方便探頭在工件表面進(jìn)行移動(dòng)3通常還要求耦合劑具有對(duì)工件無腐蝕，對(duì)操作人員無毒、無損害，對(duì)工件無腐蝕對(duì)操作人員無毒、無損害不易燃燒不易污染方便擦除同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了超聲波的基本原理、超聲波探頭與耦合，大家都學(xué)會(huì)了嗎？Thankyou謝謝大家謝謝大家Ultrasonicflowmeter同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)超聲流量計(jì)超聲流量計(jì)是一種新型流量計(jì)，新型流量計(jì)20世紀(jì)70年代實(shí)際應(yīng)用目前已成功地應(yīng)用于河流量、血流量等特殊場合的流量測量中。河流量血流量超聲波在流動(dòng)流體中傳播會(huì)帶上有關(guān)流體流速的信息，帶上有關(guān)流體流速的信息檢測流體流速和流量超聲流量計(jì)中發(fā)射和接受超聲波的部分稱為換能器。換能器以一定的方式穿過流動(dòng)的流體接收換能器接收到返回的超聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理得到流體流速而流體質(zhì)量流量qm與流速v之間滿足以下關(guān)系qm=ρVA式中，密度ρ、截面A一般都可以測量得到，因此檢測到流速v就可以得到質(zhì)量流量。流速V可以得到質(zhì)量流量流體質(zhì)量流量qm與流速V之間滿足的關(guān)系

密度ρ、截面A一般可以測量得到超聲流量計(jì)按工作原理主要可以分為以下三種。超聲流量計(jì)工作原理1傳播時(shí)間差法2聲束偏移法3多普勒法產(chǎn)生的時(shí)差與流體流速有關(guān)精確測量河流流速或體積流量產(chǎn)生的偏移量與流速有關(guān)多普勒效應(yīng)聲波束沿流體流動(dòng)方向傳播的聲波與反向散射的聲波之間的頻差與流速有關(guān)。適用于醫(yī)學(xué)測量，因此在醫(yī)學(xué)上可用來測量人體血管深處的血流量。3多普勒法測量人體血管深處的血流量這幾種方法測量流量各有利弊，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)被測流體和測量要求等加以選擇。各有利弊1傳播時(shí)間差法2聲束偏移法3多普勒法實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)被測流體和測量要求等加以選擇其中傳播時(shí)間差法是較為常用的一種方法，它又可分為時(shí)差法、相差法和頻差法。1傳播時(shí)間差法較為常用的方法時(shí)差法相差法頻差法超聲流量計(jì)的原理超聲波在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度有所不同，傳播速度有所不同靜止流體中超聲波傳播速度為聲速c，假設(shè)流體流速為v，那么當(dāng)超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向一致時(shí)，其傳播速度為(c+v)；當(dāng)兩者方向相反時(shí),傳播速度為(c-v)。聲速c流速v方向一致

方向相反

圖4-3-10是傳播時(shí)間差法的測量原理圖，分別有兩組超聲波發(fā)射器和接收器T1、R1和T2、R2，超聲波發(fā)射器到接收器傳播路徑長度為L，圖4-3-10傳播時(shí)間差法的原理那么順方向即超聲波從T1到R1的傳播時(shí)間為而逆方向即超聲波從T2到R2的傳播時(shí)間為，兩束波傳播的時(shí)間差為一般工業(yè)過程中的v＜＜c，因此上式可以簡化為，所以v＜＜c當(dāng)聲速一定時(shí)，測量超聲波順向和逆向傳播的時(shí)間差流體流速下面，我們學(xué)習(xí)一下超聲波流量計(jì)的主要特點(diǎn)。超聲流量計(jì)的主要特點(diǎn)1非接觸式測量儀表不會(huì)影響流場沒有壓力損失（2）適用范圍廣，在工程上適用于各種流體和中低壓氣體的流量測量，包括一般流量計(jì)難以解決的強(qiáng)腐蝕性、放射性等流體的流量測量問題，2適用范圍廣各種流體中低壓氣體強(qiáng)腐蝕性放射性采用多普勒法兩相流體流量彌補(bǔ)電磁流量計(jì)不能測量的非導(dǎo)電性流體的缺點(diǎn)（3）測量準(zhǔn)確度不受流體電導(dǎo)率、黏度、密度、腐蝕性和成分的影響，3測量準(zhǔn)確度電導(dǎo)率黏度密度腐蝕性成分不受管徑大小的限制管道直徑5～20cm流速0.001～100m/s（4）傳播時(shí)間差法只能用于清潔液體和氣體，4傳播時(shí)間差法多普勒法多普勒法測量精度不高5（5）多普勒法測量精度不高。同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了超聲波流量計(jì)的測量原理及主要特點(diǎn)，大家都學(xué)會(huì)了嗎？Thankyou謝謝大家謝謝大家Themeasuringcircuitofaninductivesensor同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容是光導(dǎo)纖維。首先，我們先來學(xué)習(xí)一下光纖的結(jié)構(gòu)。什么是光導(dǎo)纖維什么是光導(dǎo)纖維項(xiàng)目四、流量及流速檢測光纖的結(jié)構(gòu)如圖4-4-1所示。中心圓柱體，稱為纖芯，由某種類型的玻璃或塑料制成。環(huán)繞纖芯的是一層圓柱形套層，稱為包層，由特性與纖芯略有不同的玻璃或塑料制成。纖芯的折射率略大于包層的折射率。最外面通常由一層護(hù)套包覆。圖4-4-1光纖的結(jié)構(gòu)纖芯的折射率略大于包層......................................................光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的光學(xué)性能，而纖芯的強(qiáng)度則由護(hù)套來維持。護(hù)套通常由塑料制成。纖芯包層護(hù)套導(dǎo)光能力纖芯強(qiáng)度光在光纖中傳播的基本原理可以用光線或光波的概念來描述。光線光波光線的概念是一個(gè)簡便的近似的方法，可以用它來導(dǎo)出一些重要概念，如全內(nèi)反射概念、光線截留的概念等。光線近似方法全內(nèi)反射光線截留進(jìn)一步研究光的傳播理論不夠用必須借助波動(dòng)理論。即要考慮到光是電磁波動(dòng)現(xiàn)象以及光纖是圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)等，光線全內(nèi)反射光線截留進(jìn)一步研究光的傳播理論光波光是電磁波動(dòng)現(xiàn)象光纖是圓柱形介質(zhì)波導(dǎo)研究光在圓柱波導(dǎo)中允許存在的傳播模式導(dǎo)出波導(dǎo)參數(shù)(V值)下面，先從光線在層狀介質(zhì)中的傳播，來討論光在光纖中傳播的基本原理。光線在層狀介質(zhì)中的傳播斯涅爾定律光線在兩種不同介質(zhì)的分界面上會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象α：入射角β：折射角如圖4-4-2所示。圖4-4-2光線在兩種不同介質(zhì)分界面上的折射n1和n2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的折射率圖4-4-2光線在兩種不同介質(zhì)分界面上的折射....................................光線在真空中的傳播速度與光線在該介質(zhì)中的傳播速度之比。介質(zhì)的折射率越高，則光線在該介質(zhì)中傳播得越慢。介質(zhì)的折射率定義光線由光的密媒質(zhì)（折射率大）的介質(zhì)向光的疏媒質(zhì)（折射率?。┑慕橘|(zhì)傳播時(shí)將發(fā)生全內(nèi)反射，即反射光將不再離開介質(zhì)1。圖4-4-2光線在兩種不同介質(zhì)分界面上的折射密媒質(zhì)疏媒質(zhì)圖4-4-3光在光纖中的傳輸n2n1圖中所示的兩根光線，其中一根代表掠射角（入射角的余角）θ>θc（臨界角）的一些光線。這些光線由于從纖芯折射到包層中，不能傳播很遠(yuǎn)。θ>θc不能傳播很遠(yuǎn)另外一根代表掠射角θ＜θc（臨界角）的一些光線。這些光線每當(dāng)光入射到纖芯一包層分界面時(shí)，都發(fā)生全反射，θ＜θc發(fā)生全反射所以這些光線一直被截留在光纖中，在界面上產(chǎn)生多次的全內(nèi)反射，以鋸齒形的路線在纖芯中傳播。理想情況下將無損耗地傳輸?shù)焦饫w端面θ＜θc接下來，我們來學(xué)習(xí)光纖的傳輸特性。光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性在光纖通信系統(tǒng)中是一個(gè)非常重要的問題，它直接影響到傳輸系統(tǒng)的最大傳輸距離。最大傳輸距離光纖的傳輸特性非常重要損耗特性色散特性非線性效應(yīng)光波在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗。光纖每單位長度的損耗，直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長短。傳輸距離增加而功率逐漸下降單位長度的損耗傳輸距離的長短形成光纖損耗的原因很多，有來自光纖本身的損耗，也有光纖與光源的耦合損耗以及光纖之間的連接損耗。這里只對(duì)光纖本身的損耗進(jìn)行簡單分析。光纖損耗的原因來自光纖本身的損耗光纖與光源的耦合損耗光纖之間的連接損耗來自光纖本身的損耗光纖與光源的耦合損耗光纖之間的連接損耗吸收損耗散射損耗(1)吸收損耗吸收作用是光波通過光纖材料時(shí)，有一部分光能變成熱能，從而造成光功率的損失。1.吸收損耗造成光功率的損失下面主要介紹本征吸收和雜質(zhì)吸收。1.吸收損耗本征吸收雜質(zhì)吸收光纖基本材料固有的吸收，并不是由雜質(zhì)或缺陷引起。確定了特定材料的吸收下限吸收損耗的大小與波長有關(guān)，對(duì)于SiO2石英系光纖，本征吸收有兩個(gè)吸收帶，一個(gè)是紫外吸收帶，一個(gè)是紅外吸收帶。吸收損耗的大小與波長有關(guān)紫外吸收帶紅外吸收帶紫外區(qū)的波長范圍是6×10-3～0.39μm，它吸收的峰值在0.16μm附近，是在現(xiàn)用的光通信頻段之外（目前光纖通信使用的波長范圍是0.8～1.8μm）。紫外區(qū)的波長范圍是6×10-3～0.39μm，它吸收的峰值在0.16μm附近，是在現(xiàn)用的光通信頻段之外（目前光纖通信使用的波長范圍是0.8～1.8μm）。6×10-3μm0.39μm本征吸收峰值0.16μm現(xiàn)用光通信頻段之外0.8～1.8μm但此吸收帶的尾部可拖到1μm左右，將影響到0.7～1μm的波段范圍，隨著波長增加，吸收的能量按指數(shù)規(guī)律下降。6×10-3μm0.39μm本征吸收尾部0.16μm影響0.7～1μm的波段范圍1μm隨著波長增加，吸收的能量按指數(shù)規(guī)律下降紅外區(qū)的波長范圍是0.76～300μm，對(duì)于純SiO2的吸收峰值在9.1μm、12.5μm和21μm處。吸收帶的尾部可延伸到1.5～1.7μm，已影響到目前使用的石英系光纖工作波長的上限，這也是使得波段擴(kuò)展困難的原因之一。0.76μm300μm本征吸收峰值9.1μm吸收帶的尾部可延伸到1.5～1.7μm12.5μm導(dǎo)致波段擴(kuò)展困難21μm除本征吸收以外，還有雜質(zhì)吸收，它是由材料的不純凈和工藝不完善而造成的附加吸收損耗。影響最嚴(yán)重的是過渡金屬離子吸收和水的氫氧根離子吸收。1.吸收損耗本征吸收除本征吸收以外，還有雜質(zhì)吸收，它是由材料的不純凈和工藝不完善而造成的附加吸收損耗。影響最嚴(yán)重的是過渡金屬離子吸收和水的氫氧根離子吸收。1.吸收損耗雜質(zhì)吸收是由材料不純凈和工藝不完善而造成的。過渡金屬離子吸收水的氫氧根離子吸收過渡金屬離子主要包括鐵、鉻、鈷、銅等，它們?cè)诠饫w工作波段都有自己的吸收峰，如鐵離子的吸收峰在1.1μm處，銅離子的吸收峰在0.8μm處。雜質(zhì)含量越高，損耗就越嚴(yán)重。為了降低損耗，需要嚴(yán)格控制這些金屬離子的含量。鐵鉻鈷銅吸收峰值1.1μm吸收峰值0.8μm雜質(zhì)含量越高，損耗越嚴(yán)重熔融的石英玻璃中含水時(shí)，由水分子中的氫氧根離子(OH―）振動(dòng)而造成的吸收為氫氧根離子吸收。它的吸收峰在2.7μm附近，振動(dòng)損耗的二次諧波在0.9μm處，三次諧波在0.72μm處。近年來在生產(chǎn)工藝上使用了許多方法降低OH―的含量，目前在1.39μm處氫氧根離子的損耗已低于0.5dB/km。OH-OH-OH-氫氧根離子吸收吸收峰值2.7μm二次諧波0.9μm三次諧波0.72μm1.39μm處氫氧根離子損耗已低于0.5dB/km(2)散射損耗由于光纖的材料、形狀及折射指數(shù)分布等的缺陷或不均勻，光纖中傳導(dǎo)的光散射而產(chǎn)生的損耗稱為散射損耗。2.散射損耗材料形狀折射指數(shù)分布缺陷或不均勻散射產(chǎn)生的損耗線性散射損耗非線性散射損耗損耗功率與傳播模式的功率是否成線性關(guān)系....................................線性散射損耗主要包括瑞利散射和材料不均勻引起的散射，非線性散射主要包括：受激拉曼散射和受激布里淵散射等。這里只介紹兩種線性散射損耗。2.散射損耗線性散射損耗非線性散射損耗瑞利散射材料不均勻引起的散射受激拉曼散射受激布里淵散射①瑞利散射損耗。瑞利散射損耗也是光纖的本征散射損耗。這種散射是由光纖材料的折射率隨機(jī)性變化而引起的。光纖的本征散射損耗，由光纖材料的折射率隨機(jī)性變化引起瑞利散射損耗材料的折射率隨機(jī)性變化密度不均勻應(yīng)力不均勻當(dāng)折射率變化很小時(shí)，引起的瑞利散射是光纖散射損耗的最低限度，這種瑞利散射是固有的，不能消除。折射率變化很小時(shí)，引起的瑞利散射是光纖散射損耗的最低限度瑞利散射損耗不能消除瑞利散射損耗與1/λ?成正比，它隨波長的增加而急劇減小。長波長工作時(shí)瑞利散射大大減小②材料不均勻所引起的散射損耗。結(jié)構(gòu)的不均勻性以及在制作光纖的過程中產(chǎn)生的缺陷也可能使光線產(chǎn)生散射。結(jié)構(gòu)的不均勻性及制作光纖過程中產(chǎn)生的缺陷也能使光線產(chǎn)生散射。材料不均勻引起的散射損耗光纖中的氣泡未發(fā)生反應(yīng)的原材料包層交界處粗糙它與瑞利散射不同，這種不均勻性較大，尺寸大于波長，散射損耗與波長無關(guān)。材料不均勻引起的散射損耗瑞利散射損耗不均勻性較大尺寸大于波長散射損耗與波長無關(guān)通過改造制作工藝予以減小2.光纖的色散特性光纖的色散特性光纖色散是光纖通信的另一個(gè)重要特性。光纖色散使輸入脈沖在傳輸過程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，這樣就限制了通信容量。因此，制造優(yōu)質(zhì)的、色散小的光纖，對(duì)增加通信系統(tǒng)的通信容量和加大傳輸距離是非常重要的。增加通信容量加大傳輸距離優(yōu)質(zhì)、色散小的光纖非常重要什么是光纖的色散？由于實(shí)際光源發(fā)出的不是單色光（或單頻的)，而是具有一定波長范圍的，這個(gè)范圍就稱為光源的譜線寬度，如圖4-4-4所示。圖4-4-4光源的譜線寬度一般將光功率降到峰值一半時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長范圍稱為光源的譜線寬度，用Δλ表示。ΔλΔλ越大，則表示光信號(hào)中包含的頻率成分越多；ΔλΔλ越小，則光源的相干性就越強(qiáng)。Δλ一個(gè)理想的光源發(fā)出的應(yīng)是單色光，即譜線寬度應(yīng)為零。理想的光源譜線寬度為零另外，光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)是經(jīng)過調(diào)制以后的信號(hào)，而調(diào)制信號(hào)又具有一定的帶寬，因此，送到光纖中的信號(hào)應(yīng)該是一個(gè)被調(diào)制了的波譜。光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)是調(diào)制信號(hào)送到光纖中的信號(hào)是被調(diào)制的波譜由此可以看出，光纖中傳送的信號(hào)是由不同的頻率成分和不同的模式成分構(gòu)成的，它們有不同的傳播速度，將會(huì)引起脈沖波形的形狀發(fā)生變化。光纖中傳送的信號(hào)頻率成分和模式成分不同傳播速度不同脈沖波形的形狀發(fā)生變化也可以從波形在時(shí)間上展寬的角度去理解，也就是光脈沖在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的加大，脈沖波形在時(shí)間上發(fā)生了展寬，。光纖中傳送的信號(hào)頻率成分和模式成分不同傳播速度不同脈沖波形的形狀發(fā)生變化光脈沖在光纖中傳輸傳輸距離加大脈沖波形在時(shí)間上發(fā)生展寬這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。光纖中傳送的信號(hào)頻率成分和模式成分不同傳播速度不同脈沖波形的形狀發(fā)生變化光脈沖在光纖中傳輸傳輸距離加大脈沖波形在時(shí)間上發(fā)生展寬光纖的色散色散的大小，用色散系數(shù)表示，單位為ps/km·nm，即單位波長間隔內(nèi)各波長成分通過單位長度光纖就產(chǎn)生的延時(shí)。光纖的色散ps/km·nm色散系數(shù)單位波長間隔內(nèi)各波長成分通過單位長度光纖產(chǎn)生的延時(shí)（2）光纖中的色散光纖中的色散光纖中色散的分類模式色散材料色散波導(dǎo)色散模式色散：光纖中的不同模式，在同一波長下傳輸，各自的相位常數(shù)不同，它所引起的色散稱為模式色散。模式色散光纖中的不同模式，在同一波長下傳輸，各自的相位常數(shù)不同引起的。材料色散由于光纖材料本身的折射指數(shù)和波長呈非線性關(guān)系，從而使光的傳播速度隨波長而變化引起的。波導(dǎo)色散：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時(shí)，其相位常數(shù)不同，這樣引起的色散稱為波導(dǎo)色散。波導(dǎo)色散光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時(shí)相位常數(shù)不同引起的模式色散材料色散從物理概念上可以看出，材料色散和波導(dǎo)色散都屬于頻率色散。模式色散材料色散波導(dǎo)色散頻率色散在多模光纖中，頻率色散和模式色散都存在；而在單模光纖中