第6章流量、位移傳感器及應(yīng)用固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)是自然界物質(zhì)存在的三種形態(tài)，液態(tài)和氣態(tài)的物質(zhì)通常被稱為流體。在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中，時常需要對流體進行計量與控制，如石油化工的反應(yīng)塔流體計量與控制，日常生活中的自來水、煤氣、暖氣計量等，在此流量傳感器將發(fā)揮主導(dǎo)作用。第6章流量、位移傳感器及應(yīng)用位移是和物體的位置、尺寸及其在運動過程中的移動有關(guān)的量；在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機械位移兩種。常用位移傳感器包括電位器式、電容式、電感式、超聲波式、光柵式、激光式位移傳感器等。第6章流量、位移傳感器及應(yīng)用了解常用流量傳感器的工作原理及基本特性；掌握1～2種常用流量傳感器的典型測量電路及使用方法；了解常用位移傳感器的工作原理及基本特性；掌握1～2種常用位移傳感器的典型測量電路及使用方法；第6章流量、位移傳感器及應(yīng)用6.1認識流量傳感器

6.2常用流量傳感器

6.3流量傳感器的應(yīng)用

6.4常用位移傳感器

6.5其他位移傳感器6.6項目實訓(xùn)：HC-SR04超聲波測距儀6.1認識流量傳感器6.1.1流量的定義6.1.2流量傳感器的檢測方法6.1認識流量傳感器在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中，時常需要對流體進行計量與控制。例如，加油站對汽車油箱加油量的計量與控制，關(guān)系到千家萬戶的天然氣使用與計量，對應(yīng)大型管網(wǎng)中（如輸油管、輸氣管、蒸汽管網(wǎng)、化工高壓工藝管線等）的流量測量則可采用V錐差壓流量計或渦街流量計。V錐壓差流量計利用V錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)，通過檢測上下游壓差來測量流量。汽油加油機家用天然氣表V錐流量計6.1認識流量傳感器在利用天然氣合成氨的生產(chǎn)工藝過程中，需將天然氣和高溫水蒸氣在高壓下混合反應(yīng)，生成氫氣和一氧化碳；然后分離出氫氣，再與空氣中的氮氣在高溫加催化劑的作用下生成氨（其化學反應(yīng)式如下）。其中，對各種氣體流量的檢測、計量和控制，是實現(xiàn)節(jié)能、減排、綠色、環(huán)保、高效的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。6.1認識流量傳感器為此，流量檢測儀表已成為發(fā)展生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益和管理水平的重要工具。隨著人類對流量的理解及科技的進步，流量測量已經(jīng)廣泛深入到國民經(jīng)濟生活中，主要包括以下幾個方面：在過程控制領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)。在各種工業(yè)行業(yè)，都需要對生產(chǎn)過程中的流體進行測量與控制，因而流量的正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)。能源計量領(lǐng)域：石化行業(yè)的主要產(chǎn)品為流體。從石油開采、儲運、煉制直到貿(mào)易銷售，任何一個環(huán)節(jié)都離不開流量計；在天然氣的采集、處理、儲存、輸送和分配過程中，需要數(shù)以百萬計的流量計；在煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽、壓縮空氣、氧氣、氮氣、水的計量中，也要使用大量的流量計。6.1認識流量傳感器在環(huán)境保護領(lǐng)域，人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴?，必須對污染大氣的煙氣以及其他溫室氣體排放量進行監(jiān)測；為了控制廢液和污水對地表水源和地下水源的污染，人們必須對廢液和污水進行處理，對排放量進行控制。在科學試驗領(lǐng)域，種類繁多的流量計提供了大量的實驗數(shù)據(jù)。這一領(lǐng)域中使用的流量計更具特殊性，其中流體的高溫、高壓、高黏度以及變組分、脈動流和微小流量等都是經(jīng)常要面對的測量對象。除了上述的應(yīng)用領(lǐng)域之外，流量計在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、水利建設(shè)、生物工程、航天航空、軍事領(lǐng)域等也都有廣泛的應(yīng)用。6.1認識流量傳感器超聲波流量傳感器6.1認識流量傳感器渦輪流量傳感器6.1.1流量的定義1.流體流體是指氣體、液體或固體與液體混合物等形狀容易改變的物體。流體具有一定的可壓縮性，液體可壓縮性很小，氣體的可壓縮性較大；流體的形狀發(fā)生改變時，流體各層之間存在一定的運動阻力（即粘滯性）。當流體的粘滯性和可壓縮性很小時，可近似看作是理想流體，它是人們?yōu)檠芯苛黧w的運動和狀態(tài)而引入的一個理想模型。6.1.1流量的定義2.流量通常在有物質(zhì)流動的場合，人們?yōu)檎莆掌鋽?shù)量都需要進行流量測量。流量是指單位時間內(nèi)流過管道橫截面或河渠橫截（斷）面液體的量。流量按測量的計量表示方法不同，可分為質(zhì)量流量與體積流量兩種：流量以質(zhì)量表示，則稱之為“質(zhì)量流量”，單位為T／h、kg／h，質(zhì)量流量通常用Qm表示；流量以體積表示，則稱之為“體積流量”，單位為m3／h、L／s等，體積流量通常用Qυ表示。6.1.1流量的定義2.流量設(shè)流體的密度為ρ

，則質(zhì)量流量與體積流量之間的關(guān)系為：當流體通過管道橫截面各處的流速相等時，體積流量Qυ還可以用下式計算：式中，A為管道的橫截面積；

為流體流速。實際上，流體在管道中流動時，同一截面上各處的速度并不相等，所以流速實際是平均流速。6.1.1流量的定義2.流量流量按測量的時間可分瞬時流量（FlowRate）與累計流量（TotalFlow）兩種。瞬時流量是指單位時間內(nèi)通過封閉管道或河渠有效截面的量。累計流量是值在某一段時間間隔內(nèi)（可以是一天、一周、一月、一年），流體流過封閉管道或河渠有效截面的總流量，總流量的單位常用m3或kg表示。在石油天然氣管道輸送和成本核算中更多的是使用累計流量。6.1.1流量的定義3.流量計用于測量流量的儀表統(tǒng)稱為流體計量表或流量計。由于流體的性質(zhì)各不相同，例如液體和氣體在可壓縮性上差別很大，其密度受溫度、壓力的影響也相差懸殊；另外，各種流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性等也不一樣，很難用同一種方法測量其流量；特別是在石化工業(yè)生產(chǎn)過程中，時常伴隨著高溫、高壓，甚至是氣液兩相或液固兩相的混合流體流動。這些特性決定了流量計的選型也不完全相同。6.1.2流量傳感器的檢測方法由于流量檢測條件的多樣性和復(fù)雜性，流量檢測的方法非常多，根據(jù)測量原理可將流量測量方法分為：容積法、節(jié)流差壓法、速度法和質(zhì)量流量測量法。1.容積法容積法采用殼體和活動壁構(gòu)成流體計量室，當流體流經(jīng)該測量裝置時，在其入口、出口之間產(chǎn)生壓力差，此壓力差推動活動壁旋轉(zhuǎn)，將流體一份一份地排出，記錄總的排出份數(shù)，則可得出一段時間內(nèi)的累積流量。6.1.2流量傳感器的檢測方法1.容積法容積式流量計有橢圓齒輪流量計、腰輪（羅茨式）流量計、刮板式流量計、膜式煤氣表及旋轉(zhuǎn)葉輪式水表等。橢圓齒輪流量傳感器氣體羅茨流量計旋轉(zhuǎn)葉輪式流量傳感器6.1.2流量傳感器的檢測方法1.容積法工作原理如圖所示，精確度較高，適用于測量高黏度、低雷諾數(shù)的流體，但不適于高溫、高壓和臟污介質(zhì)的流量測量。

橢圓齒輪流量計工作原理羅茨流量計工作原理旋轉(zhuǎn)葉輪式流量計工作原理2.節(jié)流差壓法通常在管道中安裝一個直徑比管徑小的節(jié)流件，如孔板、噴嘴、文丘利管等，當充滿管道的單相流體流經(jīng)節(jié)流件時，由于流道截面突然縮小，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，使流速加快。由能量守恒定律可知，動壓能和靜壓能在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，流速加快必然導(dǎo)致靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓差。根據(jù)密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理：在理想流體的情況下管道中的流量與差壓的平方根成正比；用測出差壓值根據(jù)伯努利方程即可計算出管道中的流量。6.1.2流量傳感器的檢測方法孔板流量傳感器

多孔平衡流量傳感器孔板流量計多孔平衡流量計6.1.2流量傳感器的檢測方法3.速度法。測出流體的流速，再乘以管道截面積即可得出流量。顯然，對于給定的管道，其截面積是個常數(shù)。流量的大小僅與流體流速大小有關(guān)，流速大則流量大，流速小則流量小。由于該方法是根據(jù)流速而來的，因而稱為速度法。根據(jù)測量流速方法的不同，有不同的流量計，如動壓管式、熱量式、電磁式和超聲式等。管段式超聲波流量計電磁流量傳感器6.1.2流量傳感器的檢測方法4.質(zhì)量流量測量法質(zhì)量流量的測量通常分為兩種方法，分別為間接式和直接式。間接式質(zhì)量流量測量是在測出體積流量的同時，再測出被測流體的密度或壓力、溫度等參數(shù)，求出流體的密度，進而計算出流體的質(zhì)量流量。因此，測量系統(tǒng)的構(gòu)成將由測量體積流量的流量計（如節(jié)流差壓式、渦輪式等）和密度計或帶有溫度、壓力等的補償環(huán)節(jié)組成，其中還有相應(yīng)的計算環(huán)節(jié)。直接式質(zhì)量流量測量是直接利用熱、差壓或動量來檢測。如雙渦輪質(zhì)量流量計、科里奧利力質(zhì)量流量計等。觀察與思考:

自來水表在自來水管道系統(tǒng)中，需要對自來水的流量進行計量，常用的流量計有管道水表、家用自來水表，其測量原理多采用機械旋轉(zhuǎn)葉輪方式計量自來水的體積流量。管道水表家用自來水表觀察與思考:

自來水表家用自來水表的表盤上有沿圓弧排列著的多個流量數(shù)字指針（全指針式對應(yīng)的有1000m3、100m3、10m3、1m3、0.1m3、0.01m3、0.001m3、0.0001m3共計8個數(shù)字單位指針，數(shù)碼式則只有后4個數(shù)字單位指針），中央有個紅色的小三角形（或黑色小齒輪）。當龍頭擰開有水流動時，小紅三角（或黑色小齒輪）就開始旋轉(zhuǎn)，小指針按流量及指示的流量單位對應(yīng)旋轉(zhuǎn)。自來水的累計流量可通過指針或數(shù)字窗直接讀出。觀察與思考:

自來水表水表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從外向里可分為殼體、套筒、內(nèi)芯三大件。殼體是生鐵鑄成，分為上環(huán)室和下環(huán)室，下環(huán)室與進水口相通，上環(huán)室與出水口相通。套筒側(cè)面有上、下兩排圓孔，兩排孔均沿圓的切線方向開口，且兩排孔的方向相反，孔的位置恰好與殼體的上、下環(huán)室對應(yīng)；套筒的底部有個帶有小孔的過濾網(wǎng)，濾掉進水中的雜物。觀察與思考:

自來水表內(nèi)芯分為上、中、下三層。從玻璃窗看到的是上層，為指針和刻度盤；下層是葉輪，葉輪安裝在套管底部，與下環(huán)室對應(yīng)，切線水流沖擊葉片使葉輪旋轉(zhuǎn)并從上環(huán)室流出，葉輪的轉(zhuǎn)速與水流速成正比。葉輪的軸上有個小齒輪，它與中層的“十進制數(shù)齒輪”嚙合，實現(xiàn)累計轉(zhuǎn)數(shù)實現(xiàn)流量計量。觀察與思考:

自來水表機械水表憑借其結(jié)構(gòu)簡單、物美價廉，能在潮濕環(huán)境里長期使用，且無需維修、不用電源，而得到廣泛使用。為實現(xiàn)自來水以用水量的實時自動監(jiān)測，請根據(jù)已掌握的單片機技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)，研討電子自來水表的設(shè)計方案。6.2常用流量傳感器6.2.1電磁流量計6.2.2渦街流量計6.2.3差壓式流量計6.2.4容積式流量計6.2.1電磁流量計電磁流量計是20世紀60年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型流量測量儀表。它應(yīng)用電磁感應(yīng)原理測出導(dǎo)管中導(dǎo)電液體的平均流速。由于其獨特的優(yōu)點：壓力損失小、使用壽命長，測量范圍寬、可進行雙向流的流量測量，對儀表前后直管段要求不高等，目前已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)導(dǎo)電液體（如各種酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)）的流量測量和脈動流的測量中，形成了獨特的應(yīng)用領(lǐng)域。6.2.1電磁流量計1.電磁流量計的測量原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當導(dǎo)體在磁場中運動切割磁力線時，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強度B、導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度l及導(dǎo)體的運動速度υ成正比，如果B、l、υ三者互相垂直，則：電磁流量計則是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理研制的一種流量計。當被測導(dǎo)電液體流過管道時切割磁力線，于是在和磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電勢，其值和被測流體的流速成比例。因此，測量感應(yīng)電勢就可以測出被測導(dǎo)電液體的流量。6.2.1電磁流量計電磁流量傳感器工作原理如圖所示。流體管道由非導(dǎo)磁材料制成，在管道壁外加上兩個相對的電極，在沿垂直于兩電極和導(dǎo)電的流體方向加上磁場，當導(dǎo)電的液體在導(dǎo)管中流動時，導(dǎo)電液體切割磁感應(yīng)線，于是在兩電極間產(chǎn)生與管內(nèi)徑、磁通密度和流體流速成正比的電動勢。其電動勢U為：式中：U為電極兩端產(chǎn)生的電動勢，B為磁場磁感應(yīng)強度，D為管道的直徑，υ為流體在管道中的平均流速。6.2.1電磁流量計根據(jù)體積流量的定義可知：流體在管道中的平均流速

為：則檢測到流體的電動勢U與體積流量Qυ的關(guān)系為：6.2.1電磁流量計由上式可知：電動勢與流體的流量成正比。流體的流量越大，電動勢就越大。電動勢與流體的管徑成反比。管道直徑越小，電壓就越大。電壓與磁場強度成正比。磁場強度越大，電壓越大。電磁流量計測量的體積流量Qυ：即：體積流量Qυ與感應(yīng)電動勢U和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強度B成反比，與其他物理參數(shù)無關(guān)，這就是電磁流量計的測量原理。6.2.1電磁流量計2.電磁流量計的結(jié)構(gòu)電磁流量計在結(jié)構(gòu)上一般由電磁流量計傳感器和電磁流量計轉(zhuǎn)換器兩部分組成。一般情況下，傳感器和轉(zhuǎn)換器是分開的，傳感器在生產(chǎn)過程中安裝管道上感受流量信號；轉(zhuǎn)換器將傳感器送來的流量信號進行放大，并轉(zhuǎn)換成標準電信號，以便進行顯示、記錄、計算和調(diào)節(jié)控制，有的電磁流量計將轉(zhuǎn)換器和傳感器裝在一起，組成一體型電磁流量計。電磁流量計傳感器主要由測量管組件、磁路系統(tǒng)、電極及屏蔽外殼部分組成。6.2.1電磁流量計2.電磁流量計的結(jié)構(gòu)測量管組件由測量導(dǎo)管和內(nèi)襯構(gòu)成，位于傳感器中心，兩端帶有連接法蘭或其他形式的連接裝置，被測流體由測量管通過。測量導(dǎo)管是由非導(dǎo)磁、高阻抗材料制成；內(nèi)襯材料為耐腐蝕、耐磨損、耐高溫等性能的材料制成，如聚四氟乙烯、耐酸橡膠等。6.2.1電磁流量計2.電磁流量計的結(jié)構(gòu)磁路系統(tǒng)主要由勵磁線圈和磁軛組成。勵磁方式有直流勵磁、交流勵磁和低頻方波勵磁3種。直流勵磁方式和交流勵磁方式各有優(yōu)缺點，為了充分發(fā)揮二者的優(yōu)點、避免缺點，20世紀70年代以來，人們開始采用低頻方波勵磁方式。它的勵磁電流波形如圖所示，其頻率通常為5～12.5Hz。6.2.1電磁流量計電磁流量計的特點電磁流量計的變送器結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部件，也沒有任何阻礙流體流動的節(jié)流部件，所以當流體通過時不會引起任何附加的壓力損失。同時，它不會引起諸如磨損、堵塞等問題，特別適用于測量帶有固體顆粒的礦漿、污水等液固兩相流體，以及各種粘性較大的漿液等。電磁流量計的量程范圍極寬，一臺電磁流量計的量程比可達1:100。電磁流量計無機械慣性，反應(yīng)靈敏，可以測量瞬時脈動流量，而且線性好。因此，可將測量信號直接轉(zhuǎn)換成標準信號輸出。6.2.1電磁流量計電磁流量計的特點電磁流量計不能用于測量氣體、蒸汽以及含有大量氣體的液體。電磁流量計目前還不能用來測量電導(dǎo)率很低的液體介質(zhì)，被測液體介質(zhì)的電導(dǎo)率不能低于10-5（S/cm），相當于蒸餾水的電導(dǎo)率。由于測量管絕緣襯里材料受溫度的限制，目前工業(yè)電磁流量計還不能測量高溫高壓流體。由于電磁流量計有其獨特的優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于化工化纖、造紙、制糖、礦冶、環(huán)保、鋼鐵、食品、制藥等工業(yè)領(lǐng)域，用來測量各種酸／堿／鹽溶液、泥漿、礦漿、紙漿、煤水漿、玉米漿、糖漿、石灰乳、污水、冷卻原水、雙氧水、啤酒、麥汁、飲料、黑液、綠液等導(dǎo)電液體介質(zhì)的體積流量。6.2.2渦街流量計在特定的流動條件下，一部分流體動能轉(zhuǎn)化為流體振動，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關(guān)系，依據(jù)這種原理工作的流量計稱為流體振動流量計。目前流體振動流量計的典型產(chǎn)品為渦街流量計，它可用于絕大多數(shù)氣體、液體和蒸汽的流量計量、測量、控制，其結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，便于維護，具有很高的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性，對不同測量介質(zhì)通用性好，測量范圍寬（一般范圍度可達10:1以上），可與任何監(jiān)控系統(tǒng)或其他類型系統(tǒng)配套使用，是一種先進、理想的測量儀器。6.2.2渦街流量計1.渦街流量計的測量原理渦街流量計是根據(jù)流體力學著名的“卡門渦街”原理制成的一種流體振動型流量儀表。在流動的流體中垂直插入一個稱作漩渦發(fā)生體的對稱形狀的物體（如三角柱體）。當流體沿三角柱體繞流時，在三角柱體后部兩側(cè)會產(chǎn)生兩列交錯排列的旋渦列，在一定的流量范圍內(nèi)旋渦分離頻率正比于管道內(nèi)的平均流速，這就是所謂的卡門渦街。通過采用各種形式的檢測元件測出旋渦頻率就可以計算出流體的流量。6.2.2渦街流量計1.渦街流量計的測量原理由于漩渦之間的相互影響，其形成通常是不穩(wěn)定的。馮·卡門對渦街的穩(wěn)定條件進行了研究，于1911年得到結(jié)論：只有當兩漩渦列之間的距離h和同列的兩漩渦之間的距離L之比滿足h／L＝0.281時，所產(chǎn)生的渦街才是穩(wěn)定的。設(shè)漩渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)的平均速度為υ，三角柱體迎面寬度為d，管道直徑為D，則根據(jù)卡門渦街原理，柱體后漩渦發(fā)生的頻率f可用下式表達：6.2.2渦街流量計上式中：υ為漩渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，單位m／s；St為斯特勞哈爾數(shù)，是與柱體斷面幾何形狀有關(guān)的無量綱常數(shù)，數(shù)值由試驗確定；m為漩渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比，其值為由體積流量定義式（6-2）和式（6-8），則管道內(nèi)體積流量Qυ為6.2.2渦街流量計令

，可得式中：K為流量計的儀表系數(shù)；f

為每秒漩渦脈沖數(shù)。渦街流量計正是利用上述原理制成的，因此，也將這種流量計稱為線性流量計。6.2.2渦街流量計2.渦街流量計結(jié)構(gòu)渦街流量計是利用流體流過阻礙物時產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦，通過測量其漩渦產(chǎn)生頻率而實現(xiàn)流量計量的。渦街流量計由渦街流量傳感器和流量顯示儀表兩部分構(gòu)成。各個生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的差異主要是在流量顯示儀表方面，而渦街流量傳感器基本相同。漩渦發(fā)生體形狀有圓柱、三角柱、T型柱、四角柱等。目前采用較多是三角柱形，具體尺寸在設(shè)計時應(yīng)使式（6-8）中的m≈1，其斯特勞哈爾數(shù)St可由試驗確定且相對恒定，大約為St

＝0.16。這樣，漩渦的發(fā)生頻率與流速的關(guān)系可簡化為

或

式中：d為三角柱的底邊寬度，υ為漩渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速。6.2.2渦街流量計三角柱旋渦發(fā)生體的參數(shù)范圍選擇為：d/D＝0.15～0.30，

c/D＝0.1～0.2，b/d＝1～1.5，θ＝15°～65°。卡門渦街流量計結(jié)構(gòu)圖6.2.2渦街流量計3.檢測頻率的方法(1)應(yīng)力式應(yīng)力式檢測方式采用裝設(shè)于柱體后面的壓電探頭檢測旋渦分離應(yīng)力，轉(zhuǎn)換成交變的電荷信號，經(jīng)電荷放大、濾波、整形后得到旋渦頻率信號。壓電傳感器響應(yīng)快、信號強、工藝性好、制造成本低、可靠性高。儀表的工作溫度范圍寬，現(xiàn)場適應(yīng)性強，可靠性較高，它是目前的主要產(chǎn)品類型。(2)電容式電容式檢測方式采用安裝在柱體兩側(cè)的懸臂電極與柱體構(gòu)成差動電容。當旋渦產(chǎn)生時，在兩側(cè)形成微小的壓差，使懸臂電極產(chǎn)生微小變形，從而導(dǎo)致一個電容間隙減少（電容量增大），另一個電容間隙增大（電容量下降），通過差分電路檢測電容差值，從而實現(xiàn)頻率檢測。電容式的優(yōu)點是抗振性能好、可耐高溫達400℃。

6.2.2渦街流量計3.檢測頻率的方法由于d和St是常數(shù)，而漩渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速υ與管內(nèi)平均流速υ0有固定關(guān)系：測得旋渦分離頻率f就可計算出管內(nèi)平均流速υ0，從而測得體積流量。一段時間內(nèi)分離旋渦的個數(shù)N與流過流體的體積V之比（單位體積對應(yīng)的旋渦數(shù)）稱為儀表系數(shù)K：渦街流量計根據(jù)輸出信號分為VM型和VT型。VM流量傳感器輸出與流量成比例的電壓脈沖頻率信號，VT流量變送器輸出的是變換成與流量成比例的4～20mA標準電流信號。

6.2.2渦街流量計6.2.2渦街流量計4.渦街流量計的安裝配管要求流量計的安裝情況對流量計的測量準確度影響很大。流速分布不均和管內(nèi)二次流的存在是影響渦街流量計測量準確度的重要因素，所以，渦街流量計對上、下游直管段有一定要求。對于工業(yè)測量，一般要求上游有20D、下游有5D的直管長度。為保證通過流量計的流體是單相的。在對液體進行測量時不能讓空氣或蒸汽進入流量計，因此，在流量計上游必要時應(yīng)裝消氣器。對于易氣化的液體，在流量計下游必須保證一定背壓。安裝傳感器的管道內(nèi)徑須和傳感器內(nèi)徑一致，滿足0.98D≤DN≤1.05D（D為傳感器內(nèi)徑，DN為配管內(nèi)徑），否則管道必須變徑。檢修閥安裝在傳感器上游。6.2.3差壓式流量計差壓式流量計是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生壓力差的原理來實現(xiàn)流量測量的，因此，又稱為節(jié)流式流量計。差壓式流量計品種較多，目前市場上常用的差壓式流量計有：孔板流量計、V錐流量計、多孔平衡流量計、阿牛巴流量計、威迪巴流量計、鉆石巴流量計、德爾塔巴流量計等?？装辶髁坑嫮h(huán)形孔板流量計大口徑流量計孔板6.2.3差壓式流量計差壓式流量計主要由節(jié)流裝置和差壓計（或差壓變送器）組成。節(jié)流裝置的作用是把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號；差壓計則用于測量節(jié)流元件前后的靜壓差并顯示測量值；差壓變送器能把差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量對應(yīng)的標準電信號或氣壓信號，以供顯示、記錄或控制用?？装辶髁坑嫮h(huán)形孔板流量計大口徑流量計孔板6.2.3差壓式流量計1.差壓式流量計的測量原理當連續(xù)流動的流體遇到安裝在管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，受到節(jié)流裝置的阻礙作用而形成流束的局部收縮，流體的流通面積減小，流速增大，從而動能增大；由于能量守恒，其靜壓力必然減小。由于慣性作用，流束的最小收縮截面并不在節(jié)流裝置的開孔處，而在其后某一位置，此處流速最大，相應(yīng)的靜壓力最小。即：當流體流經(jīng)節(jié)流裝置時，在節(jié)流裝置的前后會產(chǎn)生壓力差。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)，管道中流體的流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，只要測出節(jié)流裝置前后壓差的大小，就可知道管道中流量的大小，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。6.2.3差壓式流量計1.差壓式流量計的測量原理

根據(jù)流體力學的伯努利方程和流體連續(xù)性方程可推導(dǎo)出體積流量和質(zhì)量流量分別為：6.2.3差壓式流量計上式中：Qυ為體積流量，單位m3/s；Qm為質(zhì)量流量，單位kg/s；α為流出系數(shù)，它與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、孔口截面積與管道截面積之比、雷諾數(shù)、孔口邊緣銳度、管壁粗褪度等因素有關(guān)，可由實驗確定；ε為流體膨脹的校正系數(shù)，通常在0.9～1.0之間。不可壓縮流體時ε＝1；可壓縮性流體時ε＜1；F0為節(jié)流件開孔面積，當已知節(jié)流件開孔直徑d(m)時，

；ρ為流體密度，單位kg/m3。為節(jié)流件前后的壓力差，單位Pa。6.2.3差壓式流量計由上2式可知，流體流量與節(jié)流件前后的壓力差是非線性的平方根關(guān)系，如果壓差降到原壓差的1/9，則流量將減小到原流量值的1/3。這樣對于一個壓差上限固定的差壓變送器來說，測量精確度就會下降。這就是差壓式流量計的量程比一般為3:1、最大為4:1的基本原因。6.2.3差壓式流量計2.標準節(jié)流裝置人們對節(jié)流裝置進行大量研究后，對一些節(jié)流件、取壓裝置進行了標準化，即標準節(jié)流裝置。標準節(jié)流裝置是由標準節(jié)流件，標準取壓裝置和上、下游側(cè)阻力件，以及它們之間的直管段所組成的。對于標準節(jié)流裝置，只要嚴格按照規(guī)定的技術(shù)要求設(shè)計、加工、安裝和使用，不必經(jīng)過標定，流量測量的精確度就能得到保證。6.2.3差壓式流量計（1）標準節(jié)流件依據(jù)國際標準化組織（ISO）的ISO5167標準，我國于1993年出版了流量測量節(jié)流裝置的國家標準GB/T2624-1993，主要規(guī)定了標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴和文丘里管等。標準孔板是一塊中間帶圓孔的金屬圓板，由圓柱形的流入面和圓錐形的流出面所構(gòu)成，圓形開孔與管道軸線同心，兩面平整且平行，開孔邊緣非常銳利，且圓筒形柱面與孔板上游側(cè)端面垂直。用于不同管道內(nèi)徑和各種取壓方式的標準孔板，其幾何形狀都是相似的，其中所標注的尺寸可參閱相關(guān)標準規(guī)定。標準孔板的開孔直徑d在任何情況下不小于12.5mm。6.2.3差壓式流量計（1）標準節(jié)流件標準噴嘴如圖所示，標準噴嘴的型線由5部分組成，即進口端面A，第一圓弧曲面C1，第二圓弧曲面C2，圓筒形喉部和圓筒形喉部的出口邊緣保護槽Ho，具體參數(shù)請參閱國標規(guī)定。6.2.3差壓式流量計（2）取壓方式取壓方式是指取壓口位置和取壓口結(jié)構(gòu)。不同的取壓方式，即取壓口在節(jié)流件前后的位置不同，取出的差壓值也不同。標準節(jié)流裝置對每種節(jié)流元件的取壓方式都有明確規(guī)定。標準孔板通常采用兩種取壓方式，即角接取壓和法蘭取壓。角接取壓法蘭取壓標準噴嘴角接取壓6.2.3差壓式流量計角接取壓，取壓孔位于上、下游孔板前后端面處，取壓口軸線與孔板各相應(yīng)端面之間的間距等于取壓口直徑的一半或取壓口環(huán)隙寬度的一半。角接取壓又分為環(huán)室取壓和夾緊環(huán)（單獨鉆孔）取壓兩種。圖中上半部分采用環(huán)室角接取壓，下半部分采用單獨鉆孔角接取壓。

6.2.3差壓式流量計法蘭取壓，標準孔板被夾持在兩塊特制的法蘭中間，其間加兩片墊片，上、下游側(cè)取壓孔的軸線距孔板前、后端面分別為25.4±0.8mm。6.2.3差壓式流量計3.標準節(jié)流裝置的安裝使用條件（1）使用條件被測流體應(yīng)充滿圓管并連續(xù)地流動。管道內(nèi)的流束是穩(wěn)定的，測量時流體流量不隨時間變化或變化非常緩慢。流體必須是牛頓流體，在物理學和熱力學上是單相的、均勻的，或者可認為是單相的，且流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。流體在進入節(jié)流件之前，其流束必須與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。標準節(jié)流裝置不適用于脈動流和臨界流的流量測量。6.2.3差壓式流量計3.標準節(jié)流裝置的安裝使用條件（2）管道安裝條件安裝節(jié)流裝置的管道應(yīng)該是直的圓形管道，節(jié)流件管道內(nèi)徑與節(jié)流件上游2D范圍內(nèi)的管道平均直徑

相比，其偏差應(yīng)在±3%之內(nèi)。管道內(nèi)表面上不能有凸出物和明顯的粗糙不平現(xiàn)象，至少在節(jié)流件上游l0D和下游4D的范圍內(nèi)應(yīng)清潔、無積垢和其他雜質(zhì)，并滿足有關(guān)粗糙度的規(guī)定。節(jié)流件前后應(yīng)有足夠長的直管段，在不同局部阻力情況下需要按規(guī)定的最小直管段長度安裝，以提高流量測量精度。6.2.4容積式流量計容積法測流量具有悠久的歷史，工作原理與日常生活中用容器計量體積的方法類似，是根據(jù)一定時間內(nèi)排出的體積確定流體的體積流量或總流量。常見的有橢圓齒輪流量計、腰輪（羅茨式）流量計、刮板式流量計、活塞式流量計、濕式流量計及皮囊式流量計。其中腰輪（羅茨式）、濕式及皮囊式流量計可以測量氣體流量。6.2.4容積式流量計1.橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計傳感器的活動壁是一對互相嚙合的橢圓齒輪，它們在被測流體壓差的推動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。流體從入口側(cè)流過時，入口側(cè)壓力P1大于出口側(cè)壓力P2，齒輪A在流體的進、出口壓差作用下，順時針旋轉(zhuǎn)并把其與外殼之間的初月形容積內(nèi)的介質(zhì)排至出口，同時帶動齒輪B做逆時針旋轉(zhuǎn)。此時齒輪A是主動輪，齒輪B是從動輪。隨后，齒輪B是變成主動輪，帶動齒輪A一起轉(zhuǎn)動，同時又把齒輪B與外殼之間空腔內(nèi)的介質(zhì)排出。這樣，兩個齒輪交替或同時受壓差作用并保持不斷地旋轉(zhuǎn)，被測介質(zhì)以初月形空腔為單位一次又一次地經(jīng)過橢圓齒輪被排至出口。6.2.4容積式流量計顯然，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)動一周，排出4個初月形體積的流量，所以體積流量Qυ為式中，V0為初月形空腔的容積；n

為橢圓齒輪轉(zhuǎn)動次數(shù)。只要測出齒輪的轉(zhuǎn)速，就可知道累計總流量。被測流體黏度越大，齒輪間的泄漏量越小，測量誤差也越小，因此橢圓齒輪流量計特別適用于高黏度介質(zhì)的流量測量，主要適用于油品的流量計量。它的測量精確度高，一般可達0.2～1級。但應(yīng)注意被測介質(zhì)應(yīng)清潔，其中不能含有固體顆粒，以免齒輪被卡死。6.2.4容積式流量計2.腰輪流量計腰輪流量計又叫羅茨式流量計，其測量原理與橢圓齒輪流量計相同，區(qū)別僅在于它的運動部件是一對表面無齒而光滑的腰輪。兩個腰輪的相互嚙合是靠安裝在殼體外與腰輪同軸的驅(qū)動齒輪實現(xiàn)的。由于兩個腰輪實現(xiàn)了無齒嚙合，大大減小了輪間及輪與外殼間的泄漏，測量精度提高，可作標準傳感器使用。不僅可測量液體，還可測量氣體。6.2.4容積式流量計3.葉片式流量計葉片式流量計主要由鑄銅（或塑料）閥體、磁性轉(zhuǎn)子組件、穩(wěn)流組件和霍爾元件組成。當水流通過磁性水流轉(zhuǎn)子組件時，磁性水流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一個扇面角度，則送出一份扇形容積的水，同時輸出一個霍爾脈沖信號；磁性轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動同流量成正比，并產(chǎn)生一系列電壓脈沖，輸出脈沖的頻率與流量成比。輸出信號可傳送給累積器或其它控制器，由控制器判斷水流量的大小，從而實現(xiàn)水流的計量。6.2.4容積式流量計容積式流量計一般用于要求測量精度高的場合。它的測量范圍較寬，典型的流量范圍為5:1～10:1，特殊的可達30:1；它安裝方便，流量計前不需要直管段，一般不受流動狀態(tài)的影響，也不受雷諾數(shù)大小的限制，可測量高粘度、潔凈單相流體，適用于中小口徑管道的流量測量；但應(yīng)注意測量含有顆粒、臟污物的流體時，需在傳感器前安裝過濾器，以防止被卡或損壞；

拓展提高

超聲波流量計超聲波是指頻率超過2萬赫茲的聲波，屬于機械波，工業(yè)上常用的是2.5～5MHz超聲波。超聲波流量計是由超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將此能量發(fā)射到被測流體中，經(jīng)流體傳播的超聲波被探頭接收后，轉(zhuǎn)換為代表流量并易于檢測的電信號的儀器。它可以實現(xiàn)流量的檢測和顯示。拓展提高

超聲波流量計超聲波流量計根據(jù)測量原理的不同，種類較多，大致可以分為：傳播速度法、多普勒法、相關(guān)法、波束偏移法等。目前最常采用的測量方法主要有兩類：時差法和多普勒效應(yīng)法。同時，根據(jù)超聲波流量計使用場合不同，可以將之分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。超聲波時差法：利用超聲波的傳播速度隨流體的流速變化而發(fā)生變化的原理，通過測超聲波脈沖傳播線路的平均流速就可測量流速。拓展提高

超聲波流量計超聲波多普勒法：利用流體中的微小雜質(zhì)（反射物體）的移動速度所產(chǎn)生的超聲波多普勒效應(yīng)，通過測超聲波束交差區(qū)域的流速（相當于點的流速）就可測量流速。請同學們利用學校圖書館查閱超聲波流量計相關(guān)資料，專題探討超聲波時差法測量技術(shù)及應(yīng)用（例如超聲波流量計太陽能發(fā)電中的應(yīng)用）。6.3流量傳感器的應(yīng)用6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器6.3.2醫(yī)用流量傳感器6.3流量傳感器的應(yīng)用一輛現(xiàn)代化的汽車安裝的傳感器數(shù)可多達50～60個6.3流量傳感器的應(yīng)用汽車流量傳感器6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器隨著社會的進步與發(fā)展，各種高科技汽車逐漸進入現(xiàn)代家庭。傳感器作為汽車系統(tǒng)重要的組成部分起到了不可替代的作用，通常，一輛現(xiàn)代化的汽車安裝的傳感器數(shù)可多達50～60個，而國外有些高級轎車安裝的傳感器數(shù)已達到數(shù)百個，至于概念型汽車裝備的傳感器數(shù)就更多。應(yīng)用于汽車上的傳感器有很多種，目前主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器以及速度、加速度傳感器等等。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器車用傳感器是車載電腦（ECU，ElectronicControlUnit，簡稱電控單元）的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電信號輸送給ECU，由ECU協(xié)調(diào)控制以便發(fā)動機處于最佳工作狀態(tài)。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器車用流量傳感器主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器，此外還用于排氣再循環(huán)、防滑驅(qū)動、剎車防抱死系統(tǒng)以及電控懸架等方面?？諝饬髁總鞲衅鞯臏y量主要用于發(fā)動機控制系統(tǒng)，確定燃燒條件、控制空燃比、起動、點火等?？諝饬髁總鞲衅鞯闹饕夹g(shù)指標：工作范圍為0.11～103m3/min，工作溫度為-40～120℃，精度≤1%。燃料流量傳感器用于檢測燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動態(tài)范圍為0～60kg/h，工作溫度為-40～12℃，精度為±1%，響應(yīng)時間<10ms。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器空氣流量計安裝于發(fā)動機進氣管，將檢測到的空氣進氣量轉(zhuǎn)化為電信號送至電控單元，電控單元據(jù)此控制噴油量，以達到最佳的空氣燃油比。根據(jù)測量原理不同，可以分為旋轉(zhuǎn)翼片式空氣流量傳感器、卡門渦游式空氣流量傳感器、熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器四種型式。前兩者為體積流量型，后兩者為質(zhì)量流量型。目前主要采用熱線式空氣流量傳感器和熱膜式空氣流量傳感器兩種。熱膜式空氣流量傳感器熱線式空氣流量傳感器及內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器1.熱膜式空氣流量傳感器結(jié)構(gòu)及工作原理

熱膜式空氣流量傳感器屬于氣體質(zhì)量流量計，其敏感元件采用先進的MEMS薄膜加工技術(shù)，將性能穩(wěn)定的薄膜片電阻加工到一片薄膜上，從而提高了傳感器響應(yīng)速度。目前，全球多種主流車型均采用熱膜式空氣流量計，其性能優(yōu)于熱線式和鉑電阻式，具有測量精度高，穩(wěn)定性好，抗震強度高，響應(yīng)特性好，抗污染力強，功耗小壽命長等優(yōu)點，在-40～80℃都能保持良好的一致性。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器熱膜式空氣流量傳感器敏感元件的結(jié)構(gòu)如圖所示，兩片熱電阻傳感器4、5互相平行并與氣體流向9垂直布置用于測量流體流量；為了提高精度、防止溫度變化對測量精度的影響，傳感器中采用了兩片熱敏電阻6、7與氣體流向9平行布置，用于測量流動空氣溫度，并分別對前后橋進行了溫度補償。其中，3為傳感部件陶瓷基底，17、18是微米數(shù)量級的SiO2薄膜，19為Si底層，20為帶狀電導(dǎo)。由于汽車發(fā)動機和進氣流量傳感器一起被安裝在車頭或車尾，發(fā)動機工作一段時間后局部溫度會從常溫升高到75℃以上，為了防止溫度變化對測量精度的影響，傳感器中采用了兩片熱敏電阻分別對前后橋進行了溫度補償，從而保證氣體流量測量的準確性。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器傳感器工作時，兩片熱電阻RH4、RH5在電壓UB2的作用下被加熱到預(yù)定溫度，其電阻值也上升到工作阻值；當無氣體流動時，其輸出電壓UO相等。當有氣體按指定方向9流動時，根據(jù)熱耗散原理，兩片熱電阻RH4、RH5會被帶走不同的熱量，前橋熱電阻RH5被帶走的熱量大于后橋熱電阻RH4

，使前橋熱電阻RH5的溫度低于后橋熱電阻RH4的溫度，前橋熱電阻RH5阻值也就低于后橋熱電阻RH4

，導(dǎo)致前橋輸出電壓UO高于后橋輸出電壓UO

，即產(chǎn)生輸出電壓差，電壓差的大小與氣體質(zhì)量流量成特殊函數(shù)關(guān)系，電壓差的正負指示出氣體流動的方向。通過測量輸出電壓差值就可計算出空氣的質(zhì)量流量，其正負可判斷出氣體流動的方向。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器2.熱膜式空氣流量傳感器檢測電路電控燃油噴射的目的是將空燃比控制在最佳值。所謂空燃比是指吸入到氣缸里的工作混合氣體中，空氣質(zhì)量和燃油質(zhì)量的比值，通常最佳值在14.7左右。將空燃比控制在最佳值附近不僅能夠減少有害廢氣的排放，而且能夠提高燃油的經(jīng)濟性和車輛的動力性。顯然，控制空燃比最主要的方法是檢測并控制空氣質(zhì)量流量和燃油質(zhì)量流量。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器熱膜式空氣流量傳感器檢測電路。21和22構(gòu)成電壓跟隨器，分別為兩片補充熱敏電阻6、7提供穩(wěn)定的電壓，起解耦的作用；23和24構(gòu)成差分輸入放大器，其作用是分別放大前后橋輸出電壓UX和UO，從而放大它們的差值信號；前橋電路中，電阻R16和R17起分壓作用，使跟隨器22的輸入電壓鉗制在一個穩(wěn)定值，同理R6和R7也是起到在后橋電路的分壓作用；而R4和R14、R5和R15分別協(xié)同熱電阻傳感器5、4工作。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器6和7分別為前后橋的溫度傳感器，起溫度補償作用，4和5則分別為前后橋的熱傳感器，它們和微處理器16均為流量計的核心部件。工作時，由于流體對4和5的冷卻不一致，導(dǎo)致了它們的阻值變化不同，從而可以得到不同的輸出信號。根據(jù)這些信號，可以確定流量的方向和大小。微處理器16的作用主要是修正測量值，并進一步提供溫度補償。通過標定，確定算法程序中的參數(shù)值，并能確定特征曲線方程和特征曲線表。6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器由于微處理器16是直接給電噴系統(tǒng)的ECU輸出信號的部件，而前后橋輸出的信號是模擬量，所以微處理器16硬件設(shè)計中包含了模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。軟件設(shè)計中，程序包括了以下幾個子程序：a.溫度測量子程序ST1；

b.正向流量修正子程序ST2；

c.反向流量修正子程序ST3；

d.溫度補償子程序ST4。

其中a、b、c均為單個自變量確定的特征曲線，而d卻為兩個自變量確定的特征曲面。因為兩個自變量確定的特征曲面的測量和函數(shù)表示都非常困難，且計算量很大，所以該子程采用分段測量和線性插值的方法，來減小計算量，從而響應(yīng)響應(yīng)速度。

6.3.1汽車發(fā)動機空氣流量傳感器3.流量輸出波形檢測將熱膜式空氣流量傳感器安裝于發(fā)動機進氣口處，用于測量電噴系統(tǒng)的進氣量。傳感器輸出為模擬信號，輸出信號電壓隨進氣流量的增加而升高。通常熱膜式空氣流量傳感器輸出信號電壓范圍是從怠速時2.2V左右變至節(jié)氣門全開時超過4V，當急減速時輸出信號電壓應(yīng)比怠速時的電壓稍低。利用示波器探頭連接到空氣流量傳感器接頭D端，可直觀檢測發(fā)動機不同工況時的信號輸出波形。6.3.2醫(yī)用流量傳感器專門為醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用而設(shè)計、制造的MEMS系列流量傳感器產(chǎn)品，具有雙向、寬動態(tài)特點，適用于呼吸機、肺功能儀、氧氣機、麻醉設(shè)備、血液體外循環(huán)和血液透析治療儀等相關(guān)設(shè)備。醫(yī)用氣體流量傳感器在呼吸機中的應(yīng)用已有近30年的歷史，在中高檔呼吸機中被普遍使用。它作為呼吸機氣路系統(tǒng)的重要部件，負責將吸入和呼出的氣體流量轉(zhuǎn)換成電信號，送給信號處理電路完成對吸入和呼出潮氣量、分鐘通氣量、流速的檢測和顯示。醫(yī)用氣體流量傳感器F1031微流量傳感器FS4000氣體流量傳感器

6.3.2醫(yī)用流量傳感器根據(jù)呼吸機功能和設(shè)計的需要，流量傳感器的檢測值可提供顯示、控制、報警等信息。例如：流量傳感器將測量到的實際值饋送到電子控制單元與面板設(shè)置值進行比較，利用兩者間的誤差控制伺服閥門來調(diào)節(jié)吸入和呼出氣體流量；安裝在吸氣系統(tǒng)前端的空氣和氧氣流量傳感器生成的信號能幫助微處理器對閥門進行控制，以提供病人所需要的氧濃度；流速和流量的檢測值還可控制呼氣與吸氣時相的切換、分鐘通氣量上下限的報警、流量觸發(fā)靈敏度、氣流實時波形和P-V-環(huán)的監(jiān)測顯示等等。6.3.2醫(yī)用流量傳感器MEMS質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)芯片由兩個熱偶堆和一個加熱電阻組成，熱偶堆對稱地分布在加熱電阻的上、下游；加熱電阻和熱偶堆熱結(jié)處于同一個隔熱底座上。加熱電阻對熱偶堆熱結(jié)進行加熱，熱偶堆熱結(jié)和冷結(jié)之間的溫度梯度導(dǎo)致輸出熱電勢，即本征西拜克效應(yīng)。當流體從右向左流動時，加熱電阻兩側(cè)對稱位置的溫度不再相同，溫差可由置于加熱電阻兩側(cè)的熱偶堆測定。由于流體的傳熱只與流體質(zhì)量和流體的熱容有關(guān)，因此傳感器可直接測出流體質(zhì)量流量。6.3.2醫(yī)用流量傳感器集成血液流量微傳感器是在SOI晶片（SIMOX）上，從晶片背面腐蝕形成兩個硅膜片。每個膜片上有一個溫敏二極管，其中一個膜片由一個功耗恒定的電阻器加熱。流動的液體與整個芯片接觸，使被加熱的薄膜冷卻，薄膜的溫度變化依賴于液體流動速度的變化。制作在未被加熱薄膜上的溫敏二極管用來監(jiān)測環(huán)境溫度。根據(jù)兩片薄膜的溫度差，可以測出液體流動速度，且測量結(jié)果與環(huán)境溫度無關(guān)。拓展提高

冷熱量計量儀表在空調(diào)與建筑節(jié)能、工業(yè)與樓宇自動化、熱能動力與新能源、電力環(huán)境等領(lǐng)域，冷熱量計費儀表廣泛用于空調(diào)自控、先進氣流組織、納米導(dǎo)熱管材和蓄冰設(shè)備等建筑環(huán)境系統(tǒng)，并制定了相應(yīng)的熱量表國家標準CJ128-2000及國家計量檢定規(guī)程JJG225-2001。戶用熱量表機械式熱量表拓展提高

冷熱量計量儀表圖示為電磁式熱量表，電磁熱量表由流量測量單元、熱量積算儀和配對溫度傳感器三部分組成。流量測量單元獲得流量參數(shù)，精確配對的溫度傳感器測量流體溫度，熱量積算儀則根據(jù)流量傳感器的流量信號和配對溫度傳感器檢測的供水和回水溫度信號，以及水流經(jīng)的時間計算并顯示該系統(tǒng)所釋放或吸收的熱量。拓展提高

冷熱量計量儀表圖示為HGRB-A20家用型熱能表，是機電一體化智能型熱能計量裝置，采用螺旋導(dǎo)流、多流束方式流量傳感技術(shù)，實現(xiàn)對熱量的精確計量。產(chǎn)品外型美觀、安裝方便、計量準確、運行穩(wěn)定、抗污防腐能力強、使用壽命長、安全可靠、經(jīng)濟實用，可廣泛應(yīng)用于集中供熱、分戶計量的采暖設(shè)施中。拓展提高

冷熱量計量儀表圖示為RC超聲波熱量表，采用超聲波流量技術(shù)，利用水流對超聲波傳播的影響測量流量。因不受水中雜質(zhì)及強磁干擾，其計量更加穩(wěn)定、準確，可實現(xiàn)對冷、熱量的精確計量，廣泛應(yīng)用于集中供暖、中央空調(diào)和冷熱聯(lián)供等熱量計量收費的采暖設(shè)施中。拓展提高

冷熱量計量儀表請同學們利用周末或節(jié)假日，參觀考察大型冷凍倉庫和火力發(fā)電廠，主題討論流量計、冷熱量計量儀表的功能實現(xiàn)及應(yīng)用。大型冷凍倉庫冷凍庫房拓展提高

冷熱量計量儀表請同學們利用周末或節(jié)假日，參觀考察大型冷凍倉庫和火力發(fā)電廠，主題討論流量計、冷熱量計量儀表的功能實現(xiàn)及應(yīng)用?；鹆Πl(fā)電廠蒸汽發(fā)電機組6.4常用位移傳感器6.4.1電位器式位移傳感器6.4.2電容式位移傳感器6.4.3電感式位移傳感器6.4常用位移傳感器位移是機械量中最重要的參數(shù)之一，對該參數(shù)的檢測不僅為機械加工、機械設(shè)計、安全生產(chǎn)以及提高產(chǎn)品質(zhì)量提供了重要的數(shù)據(jù)，同時也為其他參數(shù)檢測提供了基礎(chǔ)。位移是指物體的某個表面或某點相對于參考表面或參考點位置的變化。位移可分為線位移和角位移。線位移是指物體沿某一直線移動的距離，一般稱線位移的檢測為長度測量。角位移是指物體繞著某一點轉(zhuǎn)動的角度，一般稱角位移的檢測為角度檢測。常用位移測量工具直尺游標尺鋼卷尺常用角度測量工具量角器半圓量角器測角器6.4常用位移傳感器根據(jù)位移檢測范圍變化的大小，可分為微小位移檢測（如表面光潔度、平整度檢測）、小位移檢測（如回轉(zhuǎn)曲面檢測）和大位移檢測（如大型工件數(shù)控加工、工件尺寸測量）3種。根據(jù)傳感器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，可分為兩類：一類是將位移量轉(zhuǎn)換為模擬量，如電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、電渦流傳感器、電容傳感器和霍爾傳感器等，另一類是直接將位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如光柵式位移傳感器、光電碼盤和磁柵等。6.4.1電位器式位移傳感器電位器式位移傳感器俗稱電子尺或電阻尺，其敏感元件為直線電位器。電位器式位移傳感器將機械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或特定函數(shù)關(guān)系的電阻值變化，并通過電流或電壓形式輸出。如圖，分別為滑塊式直線位移傳感器和拉桿式直線位移傳感器，其適用于工程機械、注塑機、木工機械、印刷機、機器人、工程監(jiān)測、電腦控制運動器械等需要精確測量位移的場合?；瑝K式直線位移傳感器拉桿式直線位移傳感器6.4.1電位器式位移傳感器1.電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)電位器式位移傳感器通常由密封外殼、膜電阻基片、電刷（活動觸點）、電極、滑塊或聯(lián)動拉桿等組成。電刷是由滑塊或聯(lián)動拉桿、滑動觸點元件以及其他被測量相連接的機構(gòu)所驅(qū)動。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化，阻值變化量反映了位移的量值，阻值增加還是減小則表明了位移的方向；在電位器兩端加載直流穩(wěn)壓電源，通過傳感器的分壓作用，則把電阻變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。6.4.1電位器式位移傳感器1.電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)電位器式位移傳感器通常由密封外殼、膜電阻基片、電刷（活動觸點）、電極、滑塊或聯(lián)動拉桿等組成。電刷是由滑塊或聯(lián)動拉桿、滑動觸點元件以及其他被測量相連接的機構(gòu)所驅(qū)動。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化，阻值變化量反映了位移的量值，阻值增加還是減小則表明了位移的方向；在電位器兩端加載直流穩(wěn)壓電源，通過傳感器的分壓作用，則把電阻變化轉(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。6.4.1電位器式位移傳感器1.電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)電位器式位移傳感器，根據(jù)材質(zhì)分為：合成膜傳感器、金屬膜傳感器、導(dǎo)電塑料傳感器和金屬玻璃鈾傳感器。合成膜電阻基片是用具有某一電阻值的懸浮液噴涂在絕緣骨架上形成電阻膜而成的，其優(yōu)點是分辨率較高、阻值范圍寬（100Ω～4.7MΩ），耐磨性較好、工藝簡單、成本低、輸入—輸出信號的線性度較好等；主要缺點是接觸電阻大、功率不夠大、容易吸潮、噪聲較大等。金屬膜電阻基片是由合金、金屬或金屬氧化物等材料通過真空濺射或電鍍方法，沉積在瓷基體上而制成。金屬膜傳感器具有分辨率極高、接觸電阻很小、耐熱性好（滿負荷溫度可達70℃）；缺點是耐磨性較差，阻值范圍窄（10Ω～100kΩ）。6.4.1電位器式位移傳感器1.電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)導(dǎo)電塑料電阻基片是由塑料粉及導(dǎo)電材料的粉料經(jīng)塑壓而成，其耐磨性好、使用壽命長、允許電刷接觸壓力很大，因此它在振動、沖擊等惡劣的環(huán)境下仍能可靠地工作。此外，它的分辨率較高，線性度較好，阻值范圍大，能承受較大的功率。導(dǎo)電塑料電位器的缺點是阻值易受溫度和濕度的影響，故精度不易做得很高。導(dǎo)電玻璃釉電阻基片是以合金、金屬化合物或難溶化合物等為導(dǎo)電材料，以玻璃釉為粘合劑，經(jīng)混合燒結(jié)在玻璃基體上制成的，其耐高溫性好、耐磨性好，有較寬的阻值范圍，電阻溫度系數(shù)小且抗?jié)裥詮?。?dǎo)電玻璃釉電位器的缺點是接觸電阻變化大，噪聲大，不易保證測量的高精度。6.4.1電位器式位移傳感器1.電位器式位移傳感器結(jié)構(gòu)合成膜傳感器金屬膜傳感器導(dǎo)電塑料傳感器金屬玻璃鈾傳感器工業(yè)上普遍使用的電位器式位移傳感器，通常采用導(dǎo)電塑料基片以及銀鈀合金電刷組裝而成，有效行程可在75～1250mm任選，線性度達到0.05%，重復(fù)精度0.013mm，壽命近億次，兩端均有4mm緩沖行程，精度0.05%～0.04%FS。6.4.1電位器式位移傳感器2.電阻式位移傳感器測量原理設(shè)線性直線電位計的全長為L，R為電位計的總電阻。當電刷滑動端由底部上移至X位置時，阻值RX發(fā)生變化，有若在電阻1、3端加直流電壓UI，則其輸出電壓UO的值為：可見：輸出電壓與位移X成正比，通過測量UO的值，再根據(jù)UI及L的值，即可求出位移X。注意，實際位移值應(yīng)為X值減去4mm的緩沖行程。6.4.1電位器式位移傳感器2.電阻式位移傳感器測量原理常見的電位器式位移傳感器的電阻值有1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ等。在工程應(yīng)用中，需將阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流等標準信號，電壓主要有：0～5V、0～10V、±5V和±10V，電流為：4mA～20mA；要將電阻變化轉(zhuǎn)換成標準信號，可能采用各企業(yè)生產(chǎn)的變送器，也可以自己根據(jù)實際情況進行設(shè)計制作。CSP-RT電位器信號變送器R420電位器信號變送器6.4.1電位器式位移傳感器3.電位器式位移傳感器測量電路電位器式位移傳感器加載直流穩(wěn)壓電源后，輸出電壓UO與傳感器的位移X對應(yīng)，直接使用電壓UO進行位移檢測會影響傳感器的測量精度，因此需要連接信號變送器將輸出電壓轉(zhuǎn)換成標準信號。如圖為具有上、下檢測控制的電位器式位移傳感器測量電路。

6.4.1電位器式位移傳感器3.電位器式位移傳感器測量電路傳感器RP1電刷滑動端輸出電壓經(jīng)IC1A構(gòu)成的電壓跟隨器以提高信號的驅(qū)動能力，輸出到后續(xù)的采樣處理電路；同時送到由IC1B和IC1C組成的電壓比較器，分別輸出行程下限和上限控制信號，經(jīng)IC2A和IC2B整形為標準的TTL邏輯信號輸出（低電平有效）。

RP1電刷滑動端輸出電壓為0～5V，則IC1A輸出也為0～5V電壓。6.4.1電位器式位移傳感器3.電位器式位移傳感器測量電路行程下限U-和行程上限U+設(shè)置由電位器RP2和RP3調(diào)節(jié)實現(xiàn)：若實際行程小于下限行程（即UO<U-）時，則IC1C輸出為0V（低電平）；若實際行程超過下限行程（即UO>U-）時，則IC1C輸出為5V（高電平）；而此時IC1B因其UO<U+而始終為5V。當實際行程小于上限（即UO<U+）時，輸出的上限控制信號為5V；當實際行程超過上限（即UO>U+）時，此時IC1B輸出的上限控制信號為0V；而此時的IC1C因UO>U-一直保持為5V。6.4.1電位器式位移傳感器3.電位器式位移傳感器測量電路設(shè)傳感器的行程為L，RP2用于調(diào)節(jié)上限位置，其調(diào)節(jié)范圍是行程L的20%～100%；RP3用于調(diào)節(jié)下限位置，其調(diào)節(jié)范圍是行程L的0～20%。對于KTC-R100位移傳感器，其有效行程為100mm，則其下限調(diào)節(jié)范圍是0～20mm，上限調(diào)節(jié)范圍是20～100mm。6.4.2電容式位移傳感器回顧：電容式壓力傳感器，是由一個固定電極板和一個薄膜電極板組成，兩個電極板之間充滿空氣或其他液體介質(zhì)，其電容量為：當被測量的變化使式中的d，A或ε任一參數(shù)發(fā)生變化時，電容量C0也就隨之變化。因此，電容傳感器有三種基本類型，即變極距（d）型、變面積（A）型和變介質(zhì)（ε）型。6.4.2電容式位移傳感器工業(yè)上通常采用變極距型電容式位移傳感器實現(xiàn)微位移的測量采用變介質(zhì)型電容傳感器實現(xiàn)液位的測量電容式液位傳感器電容式位移傳感器6.4.2電容式位移傳感器1.電容微位移傳感器電容微位移傳感器是一種非接觸電容式原理的精密測量儀器，具有一般非接觸式儀器所共有的無磨擦、無損磨和無惰性特點外，還具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、信噪比大，靈敏度高，零漂小，頻響寬，非線性小，精度穩(wěn)定性好，抗電磁干擾能力強和使用操作方便等優(yōu)點，在金屬板材的厚度測量、工件表面檢測中得到廣泛應(yīng)用。6.4.2電容式位移傳感器1.電容微位移傳感器電容式微位移傳感器測頭中心的圓柱形金屬構(gòu)成測量電極，被測工件或金屬板材通過與基座的接觸成為另一個極；為克服電場邊緣效應(yīng)，在測頭外殼和測量電極間設(shè)置了等位層，使電容式傳感器測量極板間的電場近于均勻分布，提高傳感器的靈敏度和降低非線性因素，以實現(xiàn)：量程20～1250μm、分辨率<0.1nm、線性0.02%、頻帶50～5000Hz、靈敏度5～125μm/V的高精度測量。例如，用于對半導(dǎo)體集成電路晶圓片的納米級表面精度檢測。6.4.2電容式位移傳感器1.電容微位移傳感器電容式微位移傳感器檢測原理電路如圖所示，由運算放大器的工作原理可知，在開環(huán)放大倍數(shù)和輸入阻抗無窮大時，有式中，Uout為運算放大檢測的輸出電壓；Uin為正弦激勵電壓；Cref為參考電容；Cx為電容式位移傳感器電容（傳感器測頭和被測工件或金屬板材構(gòu)成Cx的2個極板)；ε為介電常數(shù)；A為電容極板面積；d為電容極板間距。在激勵電壓恒定時，輸出電壓與電容極板間距d成線性關(guān)系，從原理上解決了變間隙式電容位移傳感器輸出特性的非線性問題。6.4.2電容式位移傳感器1.電容微位移傳感器為減小非線性誤差，通常采用改進的電容運算放大器檢測電路，以提高放大倍數(shù)和增加輸入阻抗，使電路具有更高的分辨力和線性度。電阻R1與C1并聯(lián)，控制A1輸入直流偏置；A1、C1、Cref和R1構(gòu)成高通濾波器，濾除低頻干擾；雙T型濾波器陷波頻率為100kHz，A2對于正弦激勵信號相當于開環(huán)；對激勵信號，其放大倍數(shù)為A1的閉環(huán)放大倍數(shù)與A1的開環(huán)放大倍數(shù)之積，其輸入阻抗為A1的輸入阻抗。

6.4.2電容式位移傳感器1.電容微位移傳感器傳感器精度要求激勵源頻率和幅值必須非常穩(wěn)定，不隨負載和溫度變化；采用兩串聯(lián)的雙T型帶阻濾波器，濾除信號的基波和一階諧波，采用有源二階濾波器濾除高頻諧波和其余干擾信號；經(jīng)后續(xù)的精密全波整流輸出直流分量，然后經(jīng)過信號調(diào)理電路最終輸出正比于電容式傳感器間距變化的直流電壓。6.4.2電容式位移傳感器2.電容式液位傳感器將電容的兩極分別用不同直徑的金屬圓管替代，再將其相互絕緣安裝在一起，內(nèi)管底部密封，就構(gòu)成了圓柱形電容液位傳感器，當被測液體進入圓柱形電容兩極，則改變電容極板間的介質(zhì)，導(dǎo)致電容值改變，電容值改變的大小與被測液體的高度密切相關(guān)，從而實現(xiàn)液位高度的測量。6.4.2電容式位移傳感器2.電容式液位傳感器設(shè)被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)為ε1，空氣的相對介電常數(shù)為ε0＝1，液體介質(zhì)高度為h，傳感器總高度為H，內(nèi)筒的外徑為d，外筒的內(nèi)徑為D，則傳感器的電容值應(yīng)為：電容值的變化量為：式中，C0表示液面高度為零時傳感器的初始電容值。6.4.2電容式位移傳感器2.電容式液位傳感器電容式液位傳感器的電容增量與被測液位高度h成正比，具有線性輸出特性，故它可以用來測量液位和料位的高度，其測量電路可直接采用如圖所示的電容運算放大器檢測電路。電容式液位傳感器結(jié)構(gòu)簡單、耐沖擊、安裝方便、可靠性高、精度高、性價比好，主要用在油罐檢測、化工設(shè)備、污水處理、化學實驗等，檢測液體類型有：柴油、煤油、汽油、水和各種非導(dǎo)電液體的測量與監(jiān)控，長度從10mm～3000mm任意可選，已大量應(yīng)用于汽車油箱、油罐車、油庫等油位的精確測量。6.4.3電感式位移傳感器電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移、壓力、流量、振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)L和互感系數(shù)M的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式位移傳感器可分為直線位移傳感器和電渦流位移傳感器。電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、易實現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點，特別適合用于酸堿類、氯化物、有機溶劑、液態(tài)CO2、氨水、PVC粉料、灰料、油水界面等液位測量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。6.4.3電感式位移傳感器1.電感式直線位移傳感器電感式直線位移傳感器通常采用鐵芯在螺管線圈中運動，以改變磁路、磁阻和線圈電感來實現(xiàn)位移測量，從傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異可分為自感式和差動變壓器式位移傳感器。差動變壓器式位移傳感器結(jié)構(gòu)自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)6.4.3電感式位移傳感器1.電感式直線位移傳感器電感式直線位移傳感器通常采用鐵芯在螺管線圈中運動，以改變磁路、磁阻和線圈電感來實現(xiàn)位移測量，從傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異可分為自感式和差動變壓器式位移傳感器。差動變壓器式位移傳感器結(jié)構(gòu)自感式位移傳感器結(jié)構(gòu)6.4.3電感式位移傳感器（1）自感式位移傳感器

自感式位移傳感器由檢測桿帶動鐵芯在螺管線圈中伸縮移動，利用LC振蕩原理，構(gòu)成電感調(diào)頻式位移傳感器檢測電路。當檢測桿帶動鐵芯移動時，使線圈的電感量L發(fā)生變化，導(dǎo)致傳感器電路振蕩頻率發(fā)生變化，通過信號處理電路獲得不同頻率的電壓輸出。當檢測桿帶動鐵芯移動向外伸出時，鐵芯在電感線圈中的長度增加，使自感量L增大，從而導(dǎo)致電路輸出信號頻率下降；當檢測桿帶動鐵芯移動向內(nèi)回縮時，鐵芯在電感線圈中的長度減少，使自感量L減小，輸出信號頻率升高。只要結(jié)構(gòu)形式、選材和制作工藝得當，則輸出信號頻率與鐵芯在螺管線圈中的直線位移就有著良好的線性關(guān)系。6.4.3電感式位移傳感器（1）自感式位移傳感器調(diào)頻電路的基本原理是：傳感器電感L的變化引起輸出電壓頻率f的變化。一般把傳感器電感線圈L和2個固定電容C1、C2（且C1=C2=C）接入振蕩電路中，其振蕩頻率為：當L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)f的大小即可測出位移量△x的值。f和L的特性曲線具有一定的非線性關(guān)系，需要后續(xù)電路或數(shù)據(jù)處理軟件進行線性化處理。6.4.3電感式位移傳感器（2）差動變壓器式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器原理結(jié)構(gòu)如圖所示，差動變壓器由初級線圈La、次級線圈L1、L2及與檢測桿剛性連接的移動鐵芯構(gòu)成；具有零點殘余電壓補償功能的檢測電路如圖所示，當對初級線圈La加載一定頻率的正弦交流電壓后，通過移動鐵芯使次級線圈L1、L2產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其輸出特性為次級線圈L1、L2的差動輸出信號，輸出信號為與激勵正弦交流電壓同頻的交流電壓信號（其電壓幅值和相位表示檢測桿移動的位移量△x和方向），經(jīng)檢波電路變換為直流的位移電壓被輸出。檢波電路由整流二極管及RC濾波器組成，測定范圍是可動鐵芯的移動行程，規(guī)格在20mm～400mm任選。6.4.3電感式位移傳感器（2）差動變壓器式位移傳感器信號輸出特點：當移動鐵芯處于中心位置時，輸出電壓為0V；輸出正弦交流電壓幅值與鐵芯偏移量成正比；鐵芯過平衡點時，相位改變180°；其線性度小于1％，檢出精度為μm級；由于傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題（如基波、高次諧波的影響），使得移動鐵芯處于中心位置時存在零點殘余電壓，使得檢測電路須具有零點殘余電壓補償功能。當超過規(guī)定行程后誤差增大。6.4.3電感式位移傳感器（2）差動變壓器式位移傳感器差動變壓器式位移傳感器具有良好的環(huán)境適應(yīng)性、廣泛用于測量預(yù)先被變成位移的各種物理量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機械量（如張力、壓力、振動、液位、等）的測量。傳感器的放大電路采用微電子技術(shù)，整體封裝在不銹鋼的殼體內(nèi)。輸入電壓12VDC～24VDC，輸出為±5V、0～5V、0～10V的電壓信號或0～10mA、04～20mA的電流信號，可與四位半數(shù)顯表配合使用。使用時只要把傳感器的殼體夾固在參照物上，其測桿頂（或夾固）在被測點上，就可以直接測量物體間的相對變位。6.4.3電感式位移傳感器2.電渦流位移傳感器電渦流式位移傳感器是一種非接觸式線性化計量工具，能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面距離；在動態(tài)測量領(lǐng)域，被廣泛用于工況監(jiān)測與故障診斷，測量汽輪機、壓縮機、電機等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移、轉(zhuǎn)速等；測量范圍從±0.5mm至±10mm，靈敏閾約為測量范圍的0.1%。電渦流位移傳感器工作原理是利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)。將一塊金屬板放在一個線圈附近，當線圈中有一高頻電流通過時，便產(chǎn)生了高頻電磁場；此交變磁場通過靠近的金屬板，便在金屬板表面產(chǎn)生感生電流，即電渦流效應(yīng)。6.4.3電感式位移傳感器2.電渦流位移傳感器電渦流位移傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示，傳感器線圈由高頻信號激勵，使它產(chǎn)生一個高頻交變磁場φi，當被測導(dǎo)體靠近線圈時，在磁場作用范圍的導(dǎo)體表層引起電渦流ie，渦流大小與導(dǎo)體電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ以及產(chǎn)生交變磁場的線圈與被測體之間距離x，線圈激勵電流的頻率f有關(guān)。6.4.3電感式位移傳感器2.電渦流位移傳感器根據(jù)楞次定律，電渦流ie也產(chǎn)生一個交變磁場φe，其方向與線圈原磁場方向相反，因此這兩個磁場相互迭加，改變了原線圈的阻抗。線圈阻抗的變化與電渦流效應(yīng)有關(guān)又與靜磁學效應(yīng)有關(guān)，即與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)體電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵電流頻率f以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離x等參數(shù)有關(guān)。電渦流傳感器正是利用這個定律將傳感器線圈與被測金屬導(dǎo)體之間距離的變化轉(zhuǎn)換成線圈品質(zhì)因數(shù)、等效阻抗和等效電感三個參數(shù)的變化；再通過測量、檢波、校正等電路變?yōu)榫€性電壓（電流）的變化。顯然，傳感器線圈的厚度越小，其靈敏度越高。拓展提高

光電電位器光電電位器是一種非接觸式電位器用光束代替電刷。光電電位器主要是由電阻體、光電導(dǎo)層和導(dǎo)電電極組成。平時無光照時，電阻體和導(dǎo)電電極之間由于光電導(dǎo)層電阻很大而呈現(xiàn)絕緣狀態(tài)。當用窄縫LED光束照射在電阻體和導(dǎo)電電極的間隙上時，由于光電導(dǎo)層被照射部位的亮電阻很小，使電阻體被照射部位和導(dǎo)電電極導(dǎo)通，于是光電電位器的輸出端就有電壓輸出，輸出電壓的大小與光束位移照射到的位置有關(guān)，從而實現(xiàn)了將光束位移轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出。拓展提高

光電電位器光電電位器最大的優(yōu)點是非接觸型，不存在磨損問題，它不會對傳感器系統(tǒng)帶來任何有害的摩擦力矩，從而提高了傳感器的精度、壽命、可靠性及分辨率。光電電位器的缺點是接觸電阻大，線性度差。由于它的輸出阻抗較高，需要配接高輸入阻抗的放大器。盡管光電電位器有著不少的缺點，但由于它的優(yōu)點是其它電位器所無法比擬的，因此在許多重要場合仍得到應(yīng)用。將其組合成滑塊式直線位移傳感器，可用于醫(yī)療設(shè)備、大廈自動門、輕軌及電梯自動門、輕工設(shè)備、紡織機械、搬運機器人等的行程控制。請同學們利用周末或節(jié)假日，參觀考察機械工廠、企業(yè)等，主題討論直線位移傳感器的各種應(yīng)用。6.5其他位移傳感器6.5.1磁致伸縮位移傳感器6.5.2激光位移傳感器6.5.3超聲波位移感器6.5.4光柵尺位移傳感器6.5其他位移傳感器隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；l(fā)展，對生產(chǎn)過程和質(zhì)量控制提出了更高的要求，特別是工業(yè)自動化生產(chǎn)線以及替代人力的工業(yè)機器人加入，需要使用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。在精細加工、大型機械加工與工程施工方面，對高精度、大量程、非接觸、快速動