安全檢測與監(jiān)控技術(shù)物位檢測方法及監(jiān)控用傳感器流量檢測方法及監(jiān)控用傳感器壓力檢測方法及監(jiān)控用傳感器溫度檢測方法及監(jiān)控用傳感器安全檢測相關(guān)基礎(chǔ)知識12345第2章

常用安全檢測技術(shù)安全檢測相關(guān)基礎(chǔ)知識01Part在安全檢測與監(jiān)測過程中，為了對各種變量進(jìn)行監(jiān)測或控制，要先把這些變量轉(zhuǎn)換成容易比較且便于傳送的信息，這就要用到敏感元件、傳感器、變送器和信號轉(zhuǎn)換器。1.1傳感器的基本概念01敏感元件是能夠靈敏地感受被測變量并做出響應(yīng)的元件敏感元件傳感器不僅對被測變量敏感，而且具有把對被測變量的響應(yīng)傳送出去的功能傳感器變送器是指輸出為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器變送器輸出為非標(biāo)準(zhǔn)信號的傳感器，必須和特定的儀表或裝置配套，才能實(shí)現(xiàn)檢測和控制功能信號轉(zhuǎn)換器0203041.2傳感器的分類傳感器可分為物理量傳感器、化學(xué)量傳感器和生物量傳感器三大類。其中物理量傳感器又可分為溫度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等。此分類方法給使用者提供了方便，使其容易根據(jù)被測對象選擇所需要的傳感器。傳感器可分為普通型、隔爆型和本安型等。普通型不考慮防爆措施，只能用在非易燃易爆場所；隔爆型在內(nèi)部電路和周圍易燃?xì)怏w之間采取了隔離措施，允許使用在有一定危險(xiǎn)性的環(huán)境里；本安型是本質(zhì)安全型的簡稱，依靠特殊的電路設(shè)計(jì)，保證在正常工作及故障(意外短路或斷路)狀態(tài)下都不會引起燃爆事故，可用于易燃易爆場所。傳感器可分為接觸式和非接觸式。接觸式的敏感元件必須和被測介質(zhì)或物體接觸才能感受被測變量。非接觸式傳感器一般來說不會破壞被測量空間的分布狀況，有利于密封和防腐蝕。傳感器可分為開關(guān)式、模擬式和數(shù)字式。開關(guān)式，即傳感器在輸入變量的整個變化范圍內(nèi)其輸出響應(yīng)只有兩種狀態(tài)，此類傳感器多用于被測變量的越限報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)、順序控制及位式調(diào)節(jié)領(lǐng)域。需要連續(xù)檢測或調(diào)節(jié)某些變量時，多采用模擬式和數(shù)字式。模擬式傳感器用計(jì)算機(jī)與其配合采集數(shù)據(jù)時，必須經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件。按輸入量按防爆等級按測量方式按輸出信號形式傳感器可分為電傳送、氣傳送及光傳送。輸出信號為電量的傳感器使用方便，很多輸出響應(yīng)為非電量的敏感元件需借助各種物理效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏慷鴺?gòu)成傳感器。氣傳送方式多用于有壓縮空氣源而且周圍環(huán)境有易燃易爆氣體或粉塵的場所。光傳送常常和電路配合，充分利用光的抗干擾和絕緣隔離能力，以及電信號易于放大和處理的特點(diǎn)。二者結(jié)合，可精確快速地實(shí)現(xiàn)傳感和變送目的。按輸出信號性質(zhì)溫度檢測方法及監(jiān)控用傳感器02Part2.0溫度檢測方法工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是最為普遍而重要的參數(shù)，也是安全工程領(lǐng)域中檢測和監(jiān)測的重要生產(chǎn)參數(shù)之一。溫度是表征平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量，在很多高溫作業(yè)場所需要進(jìn)行必要的職業(yè)健康環(huán)境溫度監(jiān)測。而為工業(yè)生產(chǎn)中各類加熱爐、熱處理爐、反應(yīng)爐、鍋爐中的溫度進(jìn)行狀態(tài)檢測和控制，避免超溫所帶來的系統(tǒng)或設(shè)備故障，以及可能引發(fā)的灼燙類事故等。溫度的測量是借助于冷熱不同的物體之間的熱交換以及物體的某些物理性質(zhì)隨著冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。利用各種溫度傳感器，組成多種測溫儀表。物體的溫度變化會帶來各種各樣的效應(yīng)。物理效應(yīng)的有：長度、容積、相變等機(jī)械量；電阻、電勢、電導(dǎo)等電學(xué)量；光強(qiáng)、輻射功率、波長等光學(xué)量?；瘜W(xué)效應(yīng)的有：分解、聚合、顏色等。溫度檢測按照與被測對象是否接觸分為接觸式測溫方法和非接觸式測溫方法。2.0溫度檢測溫度檢測方法一般可以分為兩大類，即接觸式測溫方法和非接觸式測溫方法。常用的測溫方法、類型及特點(diǎn)如表所示。溫度計(jì)的分類工作原理測溫范圍/℃主要特點(diǎn)接觸式膨脹式液體式利用液體(水銀、酒精)或固體(雙金屬片)受熱時產(chǎn)生膨脹的特性-200~700結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價(jià)格低廉，

測量上限和準(zhǔn)確度受玻璃質(zhì)量的限制、易碎、不能遠(yuǎn)傳。固體式結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、可靠、測量準(zhǔn)確度低，量程和使用范圍有限。壓力式氣壓式利用封閉在一定容積中的氣體，液體或某些液體的飽和蒸氣，受熱時其體積或壓力變化的性質(zhì)-270~500結(jié)構(gòu)簡單，抗震性好、具有良好的防爆性，價(jià)格低廉可做近距離傳送；準(zhǔn)確度低，滯后性大，不易測量迅速變化的溫度。液壓式-20~350蒸汽式-100~600熱電偶式利用熱電性質(zhì)-200~2000測溫范圍廣，能遠(yuǎn)距離傳送，適用于中、高溫測量，需要冷端溫度補(bǔ)償，低溫測量準(zhǔn)確度較低。熱電阻式

金屬熱電阻利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體受熱其電阻值變化的特性

-260~850準(zhǔn)確度高，能遠(yuǎn)距離傳送、多點(diǎn)、集中監(jiān)測和自動控制，適于低、中溫測量。半導(dǎo)體熱敏電阻-50~350靈敏度高、體積小結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，互換性差，測量范圍有一定限制。非接觸式光學(xué)式利用物體輻射能隨溫度變化的性質(zhì)0~3500適用于不能直接測溫的場合，測溫范圍廣，多用于高溫測量，測量準(zhǔn)確度受環(huán)境條件的影響，而對測量值修正后才能減小誤差。紅外式2.1.接觸式溫度檢測

1.膨脹式溫度計(jì)測溫——測溫敏感元件受熱后尺寸或體積的變化與溫度具有一定函數(shù)關(guān)系液體膨脹式溫度計(jì)是一種直讀式的、應(yīng)用最早的溫度測量儀表，最常見的是玻璃管式溫度計(jì)，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。它由安全包1、標(biāo)尺2、毛細(xì)管3和感溫包4組成。毛細(xì)管一般用玻璃制造。液體受熱膨脹后使毛細(xì)管中的液柱高度發(fā)生變化，根據(jù)液柱上升的高度可直接讀出溫度值。液體膨脹式溫度計(jì)的測溫上下限主要受到液體的氣化和凝固溫度的限制，在高溫下還要受到外殼軟化溫度的限制。1—安全包2—標(biāo)尺3—毛細(xì)管4—感溫包玻璃管式溫度計(jì)接觸式測溫原理依據(jù)熱力學(xué)第一定律，即當(dāng)兩個或兩個以上不同溫度的物體(熱力學(xué)系統(tǒng))相互接觸，進(jìn)行能量的交換經(jīng)過一段時間后熱交換達(dá)到平衡，傳遞熱量值為零時，物體溫度相同。選擇適當(dāng)?shù)臏囟扔?jì)、使其感溫部分與待測物體接觸，經(jīng)過一段時間達(dá)到平衡后、溫度計(jì)的顯示值即為被測物體的溫度。01液體膨脹式溫度計(jì)2.1.接觸式溫度檢測

1.膨脹式溫度計(jì)測溫——測溫敏感元件受熱后尺寸或體積的變化與溫度具有一定函數(shù)關(guān)系桿式溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)如右圖所示。測溫管6是用膨脹系數(shù)大的金屬材料制成的感溫元件，其上端固定在溫度計(jì)的外殼4上。測溫管內(nèi)的傳遞桿7是用膨脹系數(shù)小的材料制成的傳遞元件，其下端用彈簧5緊壓在測溫管6的頂端上。當(dāng)測溫管周圍的被測介質(zhì)溫度升高或降低時，由于測溫管的線膨脹系數(shù)比傳遞桿大，故使傳遞桿的上端向下或向上移動，并通過搖板2使指針3轉(zhuǎn)動，從而指示出被測溫度的數(shù)值。1一拉簧2一搖板3-指針4—外殼5—彈簧6—測溫管7—傳遞桿桿式溫度計(jì)02固體膨脹式溫度計(jì)——桿式溫度計(jì)2.1.接觸式溫度檢測

1.膨脹式溫度計(jì)測溫——測溫敏感元件受熱后尺寸或體積的變化與溫度具有一定函數(shù)關(guān)系雙金屬片式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如右圖所示，螺旋狀雙金屬片感溫元件5裝在金屬保護(hù)管3內(nèi)，以保護(hù)其不受機(jī)械損傷或有害介質(zhì)侵蝕。其一端焊在保護(hù)管尾部為固定端；另一端焊在指針軸4上為自由端。雙金屬敏感元件為兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊而成，通常用高錳合金、殷鋼等材料制造。在溫度變化時將因彎曲變形而使其一端有明顯位移。采用螺旋狀雙金屬片則可以提高儀表的靈敏度。雙金屬片式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、可靠，但精度不高。03固體膨脹式溫度計(jì)——雙金屬片式溫度計(jì)1—指針2—表殼3—金屬保護(hù)管4—指針軸5—雙金屬片6—固定端7—刻度盤雙金屬片式溫度計(jì)2.1.接觸式溫度檢測

2.壓力式溫度計(jì)測溫——基于封閉在容器中的液體、氣體或某種低沸點(diǎn)的飽和蒸氣受熱后體積膨脹而使壓力發(fā)生變化的性質(zhì)液體壓力式溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)如右圖所示。在溫度計(jì)的密閉系統(tǒng)中，填充的工作介質(zhì)可以是液體、氣體或蒸氣。儀表中包括溫包1、金屬毛細(xì)管2、基座3和具有扁圓或橢圓截面的彈簧管7。彈簧管7的一端焊在基座3上，內(nèi)腔與毛細(xì)管2相通，另一端封閉，為自由端。在溫度變化時，溫度計(jì)內(nèi)腔的壓力變化，使彈簧管7的自由端產(chǎn)生角位移，通過拉桿4、齒輪傳動機(jī)構(gòu)6和8帶動指針10偏移，則在刻度盤9上指示出被測溫度值。01液體壓力式溫度計(jì)1—溫包2—金屬毛細(xì)管3—基座4—拉桿5—外殼

6—扇形齒輪7—彈簧管8—齒輪軸9—刻度盤10—指針液體壓力式溫度計(jì)2.1.接觸式溫度檢測

2.壓力式溫度計(jì)測溫——基于封閉在容器中的液體、氣體或某種低沸點(diǎn)的飽和蒸氣受熱后體積膨脹而使壓力發(fā)生變化的性質(zhì)氣體壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如右圖所示。溫包、毛細(xì)管和彈簧管三者的內(nèi)腔構(gòu)成一個封閉容器，其中充滿工作物質(zhì)(如氮?dú)?，工作物質(zhì)的壓力經(jīng)毛細(xì)管傳給彈簧管，使彈簧管產(chǎn)生變形，并由傳動機(jī)構(gòu)帶動指針，指示出被測溫度的數(shù)值。壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、抗振及耐腐蝕性能好，與微動開關(guān)組合可作溫度控制器用，但它的測量距離受毛細(xì)管長度限制，一般充液體可達(dá)20m，充氣體或蒸氣可達(dá)60m，且測溫動態(tài)性能差，示值的滯后較大，不易測量迅速變化的溫度。02液氣體壓力式溫度計(jì)氣體壓力式溫度計(jì)2.1.接觸式溫度檢測

3.熱電偶式溫度傳感器測溫——以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化熱電偶測溫范圍很廣，可檢測生產(chǎn)過程中-200~2000℃范圍內(nèi)液體、蒸氣和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。用熱電偶測溫主要有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，容易制造，熱電偶的大小和形狀可按照需要自行設(shè)置；測量溫度范圍廣，低溫用熱電偶可達(dá)零下27℃，高溫用熱電偶可達(dá)3000℃；測量精確度較高；因?yàn)樗亲园l(fā)電型傳感器，因此，測量時無須外加電源；易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸和測量。熱電偶由于其優(yōu)點(diǎn)而在工業(yè)生產(chǎn)自動化領(lǐng)域得到了普遍應(yīng)用。2.1.接觸式溫度檢測

3.熱電偶式溫度傳感器測溫——以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化熱電偶的種類一般包括有標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指工藝較成熟，能成批生產(chǎn)，性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛并已列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件中。同一型號的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶可以互換，并具有統(tǒng)一的分度表，使用很方便，且有與其配套的顯示儀表可供使用。01鉑銠13—鉑（分度號：R）020304標(biāo)準(zhǔn)熱電偶鉑銠10—鉑（分度號：S）鎳鉻—鎳鋁（分度號：K）鎳鉻—銅鎳（分度號：E）2.1.接觸式溫度檢測

3.熱電偶式溫度傳感器測溫——以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶是指在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合測量的熱電偶產(chǎn)品，如鎢錸系、鉑銠系、銥銠系、非金屬系熱電偶等。例如：在工業(yè)中應(yīng)用我國資源豐富的鎢錸制作成熱電偶取代部分貴金屬熱電偶來降低測溫成本；采用熱電動勢和熱電動勢率大大超過金屬熱電偶的石墨—碳化鈦熱電偶、碳化硼—石墨熱電偶等進(jìn)行測溫。2.1.接觸式溫度檢測

3.熱電偶式溫度傳感器測溫——以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化熱電偶一般可分為普通型、鎧裝型和薄膜型三種結(jié)構(gòu)形式。普通工業(yè)用熱電偶的外形有：直形、角形和錐形等。主要用于測量氣體、蒸氣和液體等介質(zhì)溫度。根據(jù)測量范圍和環(huán)境氣氛不同，選擇的熱電偶和保護(hù)管也不同，安裝固定方式來看，有固定法蘭式、活動法蘭式、固定螺紋式、焊接固定式和無專門固定式等幾種。普通型鎧裝熱電偶是由熱電極，絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，也稱為套管熱電偶。與普通熱電偶相比它具有外徑小，長度長、抗震、可撓、熱響應(yīng)時間短，價(jià)格便宜，使用安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。鎧裝型薄膜熱電偶它是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶，采用真空蒸鍍、濺射、化學(xué)涂層和電泳等方法，制成既小又薄的溫度測量端(約0.01~0.1um)，由于測量端的熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測量，且響應(yīng)快，時間常數(shù)可達(dá)微秒級，因而可測瞬變的表面溫度。薄膜型2.1.接觸式溫度檢測

3.熱電偶式溫度傳感器測溫——以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化熱電偶一般可分為普通型、鎧裝型和薄膜型三種結(jié)構(gòu)形式。普通工業(yè)用熱電偶的外形有：直形、角形和錐形等。主要用于測量氣體、蒸氣和液體等介質(zhì)溫度。根據(jù)測量范圍和環(huán)境氣氛不同，選擇的熱電偶和保護(hù)管也不同，安裝固定方式來看，有固定法蘭式、活動法蘭式、固定螺紋式、焊接固定式和無專門固定式等幾種。鎧裝熱電偶是由熱電極，絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體，也稱為套管熱電偶。與普通熱電偶相比它具有外徑小，長度長、抗震、可撓、熱響應(yīng)時間短，價(jià)格便宜，使用安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。2.1.接觸式溫度檢測

4.熱電阻式溫度傳感器測溫——以導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理為基礎(chǔ)熱電阻溫度傳感器分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻兩大類。一般把金屬熱電阻稱為熱電阻,而把半導(dǎo)體熱電阻稱為熱敏電阻。熱電阻廣泛用于測量-200~+850℃范圍內(nèi)的溫度，少數(shù)情況下，低溫可測量至1K，高溫達(dá)1000℃。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度計(jì)的精確度高，并作為復(fù)現(xiàn)國際溫標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)儀器。用于制造熱電阻的材料應(yīng)具有盡可能大和穩(wěn)定的電阻溫度系數(shù)和電阻率，輸出最好呈線性，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好等。目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。2.1.接觸式溫度檢測

4.熱電阻式溫度傳感器測溫——以導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理為基礎(chǔ)01鉑熱電阻鉑熱電阻的特點(diǎn)是精度高、穩(wěn)定性好、性能可靠，所以在溫度傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。按國際電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，鉑熱電阻的適用范圍為-200~+850℃。金屬鉑容易提純，在氧化性介質(zhì)中具有很高的物理化學(xué)穩(wěn)定性，有良好的復(fù)制性。但是鉑的價(jià)格較貴；在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被沾污，使得鉑絲變脆，導(dǎo)致它的電阻與溫度間的關(guān)系。目前我國規(guī)定工業(yè)用鉑熱電阻有R0=10Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號分別為Pt10和Pt100，其中以Pt100較常用。鉑熱電阻不同分度號有相應(yīng)分度表，即R、t的關(guān)系表，這樣在實(shí)際測量中，只要測得熱電阻的阻值便可從分度表上査出對應(yīng)的溫度值。2.1.接觸式溫度檢測

4.熱電阻式溫度傳感器測溫——以導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理為基礎(chǔ)02銅熱電阻銅容易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍-50°C~+150°C內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。其缺點(diǎn)是溫度超過150°C后易被氧化，氧化后失去良好的線性特性；另外，由于銅的電阻率小(比鉑小5/6)，為了要繞得一定的電阻值，銅電阻絲必須較細(xì)，長度也要較長，故銅電阻體積較大，機(jī)械強(qiáng)度較低。2.1.接觸式溫度檢測

4.熱電阻式溫度傳感器測溫——以導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理為基礎(chǔ)03半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻是一種電阻值隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化的熱電阻，具有靈敏度高、體積小和反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其測溫范圍為-40℃~350℃，它作為溫度傳感器已大量用于家電、汽車的溫度檢測和控制中。熱敏電阻按其溫度特性分為三種類型：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC、正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC和臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR。通常所說的熱敏電阻是指NTC。

2.1.接觸式溫度檢測

4.熱電阻式溫度傳感器測溫——以導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理為基礎(chǔ)03半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻根據(jù)需要可制成各種形狀，如珠形、扁圓形、

桿形和圓片形等，如下圖所示，目前最小的珠形熱敏電阻可達(dá)Φ0.2mm，常用來測“點(diǎn)”溫和表面溫度。

a)圓片形b)薄膜形c)桿形d)管形e)平板形f)珠形

g)扁圓形

h)墊圈形i)桿形(金屬帽引出)各種熱敏電阻的結(jié)構(gòu)形式2.2.非接觸式溫度檢測非接觸式測溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。物體輻射能量的大小與溫度有關(guān)，并且以電磁波形式向四周輻射，當(dāng)選擇合適的接收檢測裝置時，便可測得被測對象發(fā)出的熱輻射能量，并且轉(zhuǎn)換成可測量和顯示的各種信號，實(shí)現(xiàn)溫度的測量。區(qū)別于接觸式測溫，非接觸式溫度傳感器的感溫元件不必與被測對象達(dá)到熱平衡，理論上不存在熱接觸式溫度傳感器的測量滯后和在溫度范圍上受感溫元件材料熔點(diǎn)的限制，動態(tài)響應(yīng)好，且測溫設(shè)備不會對被測對象的溫度場進(jìn)行干擾，所以在測量高速旋轉(zhuǎn)、移動或腐蝕性較強(qiáng)的物體溫度時，比使用接觸式測溫儀表優(yōu)越。ITS-90國際溫標(biāo)中規(guī)定，在961.78℃以上采用光學(xué)或光電高溫計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。非接觸式測溫方法的溫度傳感器主要有光電高溫傳感器、紅外輻射溫度傳感器、光纖高溫傳感器等。2.2.非接觸式溫度檢測01光學(xué)高溫計(jì)測溫光學(xué)高溫計(jì)是采用亮度均衡法進(jìn)行溫度測量的。它使被測物體成像于高溫計(jì)燈泡的燈絲平面上，通過光學(xué)系統(tǒng)在一定波長(0.66μm)下用人眼比較燈絲與被測物體的亮度，調(diào)節(jié)流過燈絲的電流以改變燈絲的亮度，使燈絲與被測物體的亮度相等，此時燈絲輪廓就隱滅在被測物體的影像中，高溫計(jì)刻度盤上的示值就是被測物體的亮度溫度?？梢杂糜谑珮悠烦販囟葯z測、真空爐中小金屬試件溫度測量、不同金屬合金燈絲溫度邊界確定等，許多物理、化學(xué)和材料科學(xué)研究的領(lǐng)域中的高溫溫度檢測(校驗(yàn))工作。光學(xué)高溫計(jì)2.2.非接觸式溫度檢測02光電高溫計(jì)測溫光電高溫計(jì)是指用光電池作為敏感元件，其光電流與受熱物體發(fā)出的光束成正比例因而就是受熱物體溫度的度量。以客觀的和無惰性的方式測量受熱物體的溫度，因此既可測量高速進(jìn)行的工作過程溫度，還可以自動地記錄和調(diào)節(jié)這些溫度。按功能劃分高溫計(jì)在形式上分為兩部分。一部分為光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換及微電流放大器,另一部分為由微控制器等組成的測量顯示儀表?？膳浜虾隗w輻射源作為標(biāo)準(zhǔn)器使用，在500K～3500K范圍內(nèi)對輻射溫度計(jì)等開展檢定校準(zhǔn)工作。也可以單獨(dú)作為快速響應(yīng)、高線性度、高準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計(jì)使用。光電高溫計(jì)測溫系統(tǒng)2.2.非接觸式溫度檢測03紅外溫度計(jì)測溫任何物體只要它的溫度高于絕對零度(-273℃)，就有熱輻射向外部發(fā)射，物體溫度不同，其輻射出的能量也不同，且輻射波的波長也不同，但總是包含著紅外輻射在內(nèi)，千攝氏度以下的物體，其熱輻射中強(qiáng)的電磁波是紅外波，所以對物體自身紅外輻射的測量，便能準(zhǔn)確測定它的表面溫度。依據(jù)上述原理制成的紅外測溫儀測溫儀，主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)是將目標(biāo)物體輻射出的紅外能量匯聚起來，聚焦在光電探測器上，并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，再經(jīng)過電路運(yùn)算處理電路后，換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的線性的溫度信號值，以便實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的信號處理及控制。手持式紅外測溫儀2.2.非接觸式溫度檢測04光纖溫度傳感器測溫光纖溫度傳感器是利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸?shù)墓庾V了解實(shí)時溫度，例如采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料(如砷化鎵)涂覆在二根熔接在一起的光纖外面，使光能由一根光纖輸入該反射面從另一根光纖輸出，由于這種新型溫敏材料受溫度影響，折射率發(fā)生變化，因此輸出的光功率與溫度呈函數(shù)關(guān)系。光纖溫度傳感器的種類很多，除了以上所介紹的熒光和分布式光纖溫度傳感器外，還有光纖光柵溫度傳感器、干涉型光纖溫度傳感器以及基于彎曲損耗的光纖溫度傳感器等等，由于其種類很多，應(yīng)用發(fā)展也很廣泛，例如，應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的電力電纜溫度、高壓配電設(shè)備內(nèi)部溫度、發(fā)電廠環(huán)境的溫度等的溫度檢測，建筑業(yè)中對高速公路上橋梁的溫度進(jìn)行檢測等、航空航天業(yè)以及海洋開發(fā)領(lǐng)域等等。壓力檢測方法及監(jiān)控用傳感器03Part3.0.壓力檢測方法及監(jiān)控用傳感器壓強(qiáng)是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要測量的重要參數(shù)，也是生產(chǎn)企業(yè)保證安全生產(chǎn)，預(yù)防事故發(fā)生的最基本、最重要的參數(shù)之一。2022年8月14日海利爾藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司全資子公司山東海利爾化工有限公司車間反應(yīng)釜在生產(chǎn)過程中由于釜內(nèi)中間體混合物自分解，導(dǎo)致脫溶釜超壓發(fā)生破裂，員工在反應(yīng)釜超壓超溫等工藝指標(biāo)時，未嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行及時切換操作，發(fā)生超壓爆炸事故，致2人死亡?？梢妼毫刂圃诠に囈?guī)定的范圍內(nèi)，對生產(chǎn)過程正常進(jìn)行及安全至關(guān)重要。壓力傳感器是壓力監(jiān)測及控制中重要的敏感元件，它廣泛的應(yīng)用于應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。3.0.壓力檢測方法及監(jiān)控用傳感器壓強(qiáng)是工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要測量的重要參數(shù)，也是生產(chǎn)企業(yè)保證安全生產(chǎn)，預(yù)防事故發(fā)生的最基本、最重要的參數(shù)之一。2022年8月14日海利爾藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司全資子公司山東海利爾化工有限公司車間反應(yīng)釜在生產(chǎn)過程中由于釜內(nèi)中間體混合物自分解，導(dǎo)致脫溶釜超壓發(fā)生破裂，員工在反應(yīng)釜超壓超溫等工藝指標(biāo)時，未嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行及時切換操作，發(fā)生超壓爆炸事故，致2人死亡?？梢妼毫刂圃诠に囈?guī)定的范圍內(nèi)，對生產(chǎn)過程正常進(jìn)行及安全至關(guān)重要。壓力傳感器是壓力監(jiān)測及控制中重要的敏感元件，它廣泛的應(yīng)用于應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。3.0.壓力檢測方法及監(jiān)控用傳感器壓力測量主要有液柱壓力檢測、彈性壓力檢測、電氣壓力檢測等多種方法，各方法都有自身特點(diǎn)和各自的測壓范圍及精度等級，常用的測壓方法、壓力表形式及特點(diǎn)如下表所示。方法壓力表形式測壓范圍(kpa)精度等級輸出信號特點(diǎn)液柱式壓力檢測U形管-10~100.2,0.5水柱高度在實(shí)驗(yàn)室的低、微壓測量補(bǔ)償式-2.5~2.50.02,0.1旋轉(zhuǎn)刻度用作微壓基準(zhǔn)校準(zhǔn)自動液柱式-102~1020.005,0.01自動計(jì)數(shù)用光、電信號自動跟蹤頁面，用作壓力基準(zhǔn)校準(zhǔn)彈性式壓力檢測彈簧管-102~1060.1~4.0位移，轉(zhuǎn)角或力工業(yè)現(xiàn)場測量或校驗(yàn)?zāi)て?102~1021.5~2.5用于腐蝕性、高粘度介質(zhì)的壓力檢測膜盒-102~1021.0~2.5多用于煙道等的微壓檢測波紋管0~1021.5,2.5多用于生產(chǎn)過程的低壓檢測電氣式壓力檢測電阻式-102~1041.0,1.5電壓,電流價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，耐震動性能較差電感式0~1050.2~1.5電壓,電流使用環(huán)境要求低，信號處理較為靈活電容式0~1040.05~0.5電壓僅適用于動態(tài)壓力測量，響應(yīng)速度較快壓阻式0~10+0.02~0.2電壓,電流性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡單壓電式0~1040.1~1.0電壓僅適用于動態(tài)壓力測量，響應(yīng)速度極快應(yīng)變式-102~1040.1~0.5電壓使用環(huán)境要求低，適用于沖擊形式壓力測量振頻式0~1040.05~0.5頻率輸出信號便于計(jì)數(shù)處理霍爾式0~1040.5~1.5電壓靈敏度較高，但易受測量環(huán)境影響3.1.液柱式壓力檢測1.U型管式壓力計(jì)測壓——液體靜力學(xué)原理（連通器原理）U形管壓力計(jì)可以測量表壓、真空以及壓力差，其測量上限可達(dá)1500mm液柱高度。U形管壓力計(jì)結(jié)構(gòu)如右圖所示，它由U形玻璃管、刻度盤和固定板三部分組成。根據(jù)液體靜力平衡原理可知，在U形管的右端接入待測壓力P，作用在其液面上的力為左邊一段高度為h的液柱和大氣壓力P0。當(dāng)作用在液面上的力達(dá)到平衡時，可得出待測壓力P=ρgh。U型管式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖3.1.液柱式壓力檢測

2.單管液柱式壓力計(jì)測壓——液體靜力學(xué)原理（連通器原理）由于U形液柱壓力計(jì)的測量準(zhǔn)確度受讀數(shù)精度和工作液體毛細(xì)管作用的影響，會產(chǎn)生誤差。單管壓力計(jì)克服U形管測壓時兩次讀數(shù)的缺點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。U型管式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖把U形管壓力計(jì)的一個管改換成杯形容器，右邊環(huán)形容器的內(nèi)徑D遠(yuǎn)大于左邊管子的內(nèi)徑d，杯內(nèi)充有水銀或水，當(dāng)杯內(nèi)通人待測壓力時，杯內(nèi)液柱下降的體積與玻璃管內(nèi)液柱上升的體積是相等的，右邊液面的下降量將遠(yuǎn)小于左邊液面的上升量(即h2?h1)。這樣，就可以用杯形容器液面作為零點(diǎn)，液柱差可直接從玻璃管刻度上讀出。3.2.彈性式壓力檢測

1.彈簧管式壓力表測壓——彈性元件的彈性形變（胡克定律）單圈彈尊管是彎成圓弧形的空心管子，如右圖所示。它的截面積呈扁圓或橢圓形，橢商形的長軸a與圖面垂直和彈簧管中心軸O相平行。A為彈簧管的固定端，即被測壓力的輸入端；B為彈簧管的自由端，即位移輸出端；γ為彈簧管中心角初始角；△γ為中心角的變化量；R和r分別為彈簧管彎曲圓弧的外半徑和內(nèi)半徑；a和b為彈簧管橢圓截面的長半軸和短半軸。彈簧管的測壓原理3.2.彈性式壓力檢測作為壓力一位移轉(zhuǎn)換元件的彈簧管，當(dāng)它的固定端通入被測壓力后，由于橢圓形截面在壓力P的作用下將趨向圓形，其自由端就由B移到B'，如右圖虛線所示，彈簧管的中心角即減小△γ。根據(jù)彈性變形的原理可知，中心角的相對變化值號與被測壓力P的關(guān)系可用下式表示彈簧管的測壓原理式中，μ

為彈簧管材料的泊松系數(shù)，E

為彈簧管材料的彈性模數(shù)；h

為彈簧管壁厚；K

為彈簧管的幾何參數(shù)，

；α，β

為與b、a

比值有關(guān)的參數(shù)。上式計(jì)算適合于計(jì)算薄壁彈簧管(即b/a＜0.7~0.8)。

1.彈簧管式壓力表測壓——彈性元件的彈性形變（胡克定律）3.2.彈性式壓力檢測彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示。被測壓力由接頭9通入后，彈簧管由橢圓形截面張大趨于圓形，由于變形，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移，自由端的位移量一般很小，須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。放大過程為：自由端B的彈性變形位移通過拉桿2使扇形齒輪3做逆時針轉(zhuǎn)動，于是指針5通過同軸的中心齒輪4帶動而做順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力P的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力間有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7用來克服因扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)整螺釘8的位置(即改變機(jī)械轉(zhuǎn)動的放大系數(shù))，可以實(shí)現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。1—彈簧管2—拉桿3—扇形齒輪4—中心齒輪5—指針6—面板7—游絲8—調(diào)整螺釘9—接頭彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)示意圖

1.彈簧管式壓力表測壓——彈性元件的彈性形變（胡克定律）3.2.彈性式壓力檢測

2.膜盒式壓力計(jì)測壓——彈性元件的彈性形變（胡克定律）膜盒式壓力計(jì)又稱微壓表，適用于測量無爆炸危險(xiǎn)、不結(jié)晶、不凝固，以及對銅和銅合金有腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的低微壓力，常用于鍋爐爐膛負(fù)壓及尾部的煙道壓力測量等，其測壓范圍為-80~60000Pa，結(jié)構(gòu)如右圖所示。它主要是由感受壓力的波紋真空膜盒1、傳動機(jī)構(gòu)2、指針3及刻度盤組成。當(dāng)被測環(huán)境壓力發(fā)生變化時，波紋真空膜盒收縮或膨脹，產(chǎn)生軸向變形，通過拉桿和傳動機(jī)構(gòu)使指針偏轉(zhuǎn)，指示被測壓力值。1—波紋真空盒2—傳動機(jī)構(gòu)3—指針膜盒式壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖3.3.電氣式壓力檢測電氣式壓力檢測是利用壓力敏感元件(簡稱壓敏元件)將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量，如電阻、頻率、電荷量等來實(shí)現(xiàn)測量的。該方法具有較好的靜態(tài)和動態(tài)性能、量程范圍大、線性好、便于進(jìn)行壓力的自動控制，尤其適合用于壓力變化快和高真空、超高壓的測量。該原理制成的壓力計(jì)主要有壓電式壓力計(jì)、電阻式壓力計(jì)、振頻式壓力計(jì)、霍爾式壓力計(jì)等。電氣壓力計(jì)一般由壓力傳感器、檢測電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示器、記錄儀、應(yīng)變儀以及控制器、微處理機(jī)等。右圖電氣式壓力計(jì)組成方框圖。電氣式壓力計(jì)組成方框圖3.3.電氣式壓力檢測電接點(diǎn)壓力表是在彈簧管式壓力表上附加電接點(diǎn)而構(gòu)成的位式作用傳感器。指示部分的結(jié)構(gòu)與普通壓力表完全相同，但增加兩對電接點(diǎn)分別提供上、下限報(bào)警信號。上、下限的壓力值可以調(diào)整。當(dāng)指針到達(dá)報(bào)警上限壓力時，上限電接點(diǎn)動作，發(fā)出報(bào)警信號，壓力超過報(bào)警上限時，電接點(diǎn)保持在報(bào)警狀態(tài)，而指針仍然能指示壓力。下限電接點(diǎn)的動作原理也一樣。這種電接點(diǎn)壓力表把指示和位式信號功能結(jié)合在一起，比較方便實(shí)用。壓力開關(guān)也叫壓力信號器，是不帶指示的位式壓力傳感器。通常由波紋管的變形位移決定電接點(diǎn)的通斷，其效果與繼電器相似，故也稱為壓力繼電器。壓力開關(guān)只有一對電接點(diǎn)，只能在某一個設(shè)定的壓力值會發(fā)生動作，其中設(shè)定值是可以調(diào)整的。

1.電接點(diǎn)壓力表及壓力開關(guān)測壓3.3.電氣式壓力檢測電遠(yuǎn)傳壓力表是在普通彈性元件構(gòu)成的壓力表內(nèi)附加電遠(yuǎn)傳部件，使它除可以指示壓力兼有信號遠(yuǎn)傳的功能。若將指針標(biāo)度尺取消，只保留電信號遠(yuǎn)傳功能則為純粹的壓力傳感器。a)電位器式

b)電感式c)差動變壓器式d)霍爾元件式電信號遠(yuǎn)傳壓力表式傳感器的原理

2.電遠(yuǎn)傳式壓力傳感器測壓3.3.電氣式壓力檢測a電位器式在彈簧管壓力表內(nèi)安裝小型滑線電位器，其滑點(diǎn)由彈簧管自由端帶動。將電位器的滑點(diǎn)及其電阻的任意一端，與任何一種測電阻的儀表相連便構(gòu)成了可變阻值輸出的壓力傳感器。如果將電位器的電阻兩端和滑點(diǎn)用三根導(dǎo)線引出，并在電阻兩端接穩(wěn)定的直流電壓，則滑點(diǎn)和電阻的任意一端之間的電壓將取決于滑點(diǎn)位置，也就是取決于被測壓力。這樣便可與測直流電壓的儀表相連反映壓力值，其電遠(yuǎn)傳方法比較簡單，輸出具有很好的線性。b電感式電感式電遠(yuǎn)傳壓力傳感器可以避免滑動觸點(diǎn)，它利用彈性元件的變形帶動銜鐵，改變鐵心線圈的氣晾，從而改變線圈的電感。在交流電路里，感抗可以很容易地變換成電壓。如需要輸出直流信號，可加整流濾波電路。

2.電遠(yuǎn)傳式壓力傳感器測壓3.3.電氣式壓力檢測c差動變壓器式差動變壓器式壓力傳感器是專門測量位移用的傳感器，在可移動的鐵心周圍有三組繞組，其中一個是變壓器的一次繞組，加交流電。另外兩個匝數(shù)相等的繞組，按同名端極性反向串聯(lián)而成為二次繞組。當(dāng)鐵心處于中央位置時，二次回路兩繞組上的感應(yīng)電勢大小相等，因?yàn)榉聪虼?lián)而使輸出為零。鐵心偏離中央位置后，二次回路將出現(xiàn)交流電壓。偏離越遠(yuǎn)，輸岀交流電壓越高。鐵心位移的方向不同，輸出交流電壓的相位相反。d霍爾元件式半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)已在小位移測量中得到實(shí)際應(yīng)用，也是壓力電信號遠(yuǎn)傳的方法之一。在彈性元件的自由端安裝半導(dǎo)體霍爾元件，并使霍爾元件的兩端處于永久磁鐵的磁極間隙中，而且兩端的磁場方向相反。倘若壓力為零時處于方向相反的兩對磁極間隙中的面積相等，即使在霍爾元件上通以電流，也不會產(chǎn)生霍爾效應(yīng)。但壓力升高以后，兩面積不等，在與電流方向垂直并且也垂直于磁場的方向上就會有電勢出現(xiàn)。電流和磁感強(qiáng)度皆為常數(shù)時，壓力越大，兩面積之差越大，輸出電勢也越高。

2.電遠(yuǎn)傳式壓力傳感器測壓3.3.電氣式壓力檢測某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力方向改變時，電荷極性也隨著改變。利用這一原理構(gòu)成的傳感器可測變化很快的動態(tài)壓力。壓電元件內(nèi)阻極高，必須防止表面漏電。通常采用兩片相同的元件，使其極性反向相疊，由夾在中間的銅片作為一個電極，最外面的兩個表面作為另一電極。這樣，中央電極處于懸空狀態(tài)，可用有良好絕緣性的導(dǎo)線引出。、

3.壓電式壓力傳感器測壓——壓電效應(yīng)3.3.電氣式壓力檢測壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理如右圖所示。為了使預(yù)緊力均勻地分布在壓電元件上，用螺釘6通過鋼球5和有凹坑的壓板4，緊壓在壓電元件3上。鋼球和壓板上的凹坑有自動找平的作用，避免受力不均。壓電元件3和1極性為正的一面通過銅片2引岀，極性為負(fù)的一面經(jīng)由殼體相連并引出。1，3—壓電元件2—銅片4—壓板5—鋼球6—螺釘壓電式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理

3.壓電式壓力傳感器測壓——壓電效應(yīng)3.3.電氣式壓力檢測電容式差壓傳感器的結(jié)構(gòu)如右圖所示。將左右對稱的不銹鋼基座2和3的外側(cè)加工成環(huán)狀波紋溝槽，并焊上波紋隔離膜片1和4?；鶅?nèi)側(cè)有玻璃層5，基座和玻璃層中央都有孔。玻璃層內(nèi)表面磨成凹球面，球面除邊緣部分外鍍以金屬膜6，此金屬膜層有導(dǎo)線通向外部，為電容的左右定極板。左右對稱的上述結(jié)構(gòu)中央夾入并焊接彈性平膜片，即測量膜片7，為電容的中央動極板。在測量膜片左右兩室中充滿硅油，當(dāng)左右隔離膜片分別承受不等壓力時，硅油由于不可壓縮性和流動性便能將差壓傳遞到測量膜片的左右面上，使測量膜片發(fā)生變形，即動極板離開中間位置向低壓或高壓側(cè)定極板靠近，使得電容量值由零發(fā)生相應(yīng)變化。1、4—波紋隔離膜片2、3—不銹鋼基座5—玻璃層6—金屬膜7—測量膜片電容式差壓傳感器

4.電容式差壓傳感器測壓流量檢測方法及監(jiān)控用傳感器04Part4.0.流量檢測方法及監(jiān)控用傳感器在工業(yè)生產(chǎn)過程中，流量、流速是指導(dǎo)正常工藝操作，監(jiān)視設(shè)備安全運(yùn)行情況和進(jìn)行計(jì)量的一個重要參數(shù)和數(shù)據(jù)。流速與單位截面積的乘積即為流量，流量是指單位時間通過管道(或設(shè)備)某一橫截面的流體的量。流量、流速檢測與監(jiān)控非常復(fù)雜、多樣，用一種流量檢測方法不可能完成所有流量的測量。按照工藝要求不同，流量可分為瞬時流量和累積流量。單位時間內(nèi)通過某一橫截面的流體體積，稱為體積流量體積流量單位時間內(nèi)通過某一橫截面的流體質(zhì)量，稱為質(zhì)量流量質(zhì)量流量瞬時流量——很短單位時間內(nèi)通過某一橫截面的流體的量，也就是從流量計(jì)上即刻讀出的流量稱為瞬時流量。分別用體積流量和質(zhì)量流量來表示4.0.流量檢測方法及監(jiān)控用傳感器在某段時間內(nèi)通過某一橫截面的流體體積總量體積流量在某段時間內(nèi)通過某一橫截面的流體總質(zhì)量質(zhì)量流量累積流量(總量)——在某段時間內(nèi)通過某一橫截面的流體的量，稱為累積流量，可以用體積總量Qv和質(zhì)量總量Qm來表示用來測量流體流量的儀表稱為流量計(jì)。測量累積流量的儀表稱為計(jì)量表。但兩者并不是截然分開的，在流量計(jì)上配以累積機(jī)構(gòu)，也可以得到累積流量。4.0.流量檢測方法及監(jiān)控用傳感器流量檢測儀表的分類。流量檢測按檢測原理及儀表結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為：速度式速度式流量計(jì)以檢測流體在管道內(nèi)的流速作為檢測依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。如:差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、靶式流量計(jì)等。容積式質(zhì)量式容積式流量計(jì)以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)量作為檢測依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。如:橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。質(zhì)量式流量計(jì)利用檢測流過的質(zhì)量為依據(jù)的流量計(jì),如:熱式質(zhì)量流量計(jì)、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)、振動式質(zhì)量流量計(jì)等。4.1.速度式流量檢測

1.差壓式流量傳感器測流差壓式流量傳感器又稱節(jié)流式流量傳感器，它利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的時流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差。差壓式流量計(jì)是在流通管道上設(shè)置流動阻力件，流體通過阻力件時將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量差壓值可以求得流體流量。最常用的差壓式流量計(jì)是由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計(jì)組合而成的。流體流過差壓產(chǎn)生裝置形成靜壓差，由差壓計(jì)測得差壓值，并轉(zhuǎn)換為流量信號輸出。產(chǎn)生差壓的裝置有多種形式，包括節(jié)流裝置、動壓管、均速管和彎管等。差壓式流量計(jì)可用于測量液體、氣體和蒸氣的流量。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計(jì)；節(jié)流裝置已有標(biāo)準(zhǔn)化形式。缺點(diǎn)是安裝要求嚴(yán)格；流量計(jì)前后要求有較長的直管段；測量范圍窄，一般范圍度為3:1；壓力損失較大；對于較小直徑的管道測量比較困難(D＜50mm)；精確度不夠高(±1%~±2%)等。4.1.速度式流量檢測

1.差壓式流量傳感器測流差壓式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)(或差壓變送器)組成，如右圖所示。節(jié)流裝置的作用是把被測流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號，差壓計(jì)則對壓差進(jìn)行測量并顯示測量值，差壓變送器能把差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號或氣信號，以供顯示、記錄或控制。1—孔板2—引壓管3

—三閥組4—差壓計(jì)差壓式流量計(jì)的組成示意圖4.1.速度式流量檢測

1.差壓式流量傳感器測流流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。造成流體在管道內(nèi)局部收縮的部件，稱為節(jié)流元件。常見的節(jié)流元件有孔板、噴嘴及文丘利管等。節(jié)流元件及其上下游連接的直管段、連接法蘭和取壓裝置等,節(jié)流式流量計(jì)的測量原理以能量守恒定律和流動連續(xù)性定律為基礎(chǔ)，在節(jié)流元件前后流體的靜壓和流速分布情況如右圖所示。流體流經(jīng)節(jié)流元件時壓力和流速的變化情況01節(jié)流現(xiàn)象4.1.速度式流量檢測

1.差壓式流量傳感器測流圖中的節(jié)流元件為孔板。穩(wěn)定流動的流體沿水平管道流經(jīng)孔板，在其前后產(chǎn)生壓力和流速的變化。流束在孔板前截面1處開始收縮，位于邊緣處的流體向中心加速，流束中央的壓力開始下降。在截面2處流束達(dá)到最小收縮截面，此處流速最快，靜壓最低。之后流束開始擴(kuò)張，流速逐漸減慢，靜壓逐漸恢復(fù)。但由于流體流經(jīng)節(jié)流元件時會有壓力損失，所以靜壓不能恢復(fù)到收縮前的最大壓力值。流體流經(jīng)節(jié)流元件時壓力和流速的變化情況01節(jié)流現(xiàn)象4.1.速度式流量檢測

1.差壓式流量傳感器測流節(jié)流裝置是差壓式流量傳感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。節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓信號通過導(dǎo)壓管引至差壓計(jì)，經(jīng)差壓計(jì)轉(zhuǎn)換成電信號送至顯示儀表。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴和文丘里管。它們的結(jié)構(gòu)形式、相對尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，如右圖所示。其中孔板最簡單又最為典型，加工制造方便，在工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用孔板。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件02節(jié)流裝置a)孔板

b)噴嘴

c)文丘里管4.1.速度式流量檢測

2.電磁式流量傳感器測流電磁式流量傳感器是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律測量導(dǎo)電性液體的流量。如右圖所示，在磁場中安置一段不導(dǎo)磁、不導(dǎo)電的管道，管道外面安裝一對磁極，當(dāng)有一定電導(dǎo)率的流體在管道中流動時就切割磁力線。與金屬導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動一樣，在導(dǎo)體(流動介質(zhì))的兩端也會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，可由設(shè)備在管道上的電極導(dǎo)出。該感應(yīng)電動勢大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度、管徑大小和流體流速大小有關(guān)。電磁式流量計(jì)的原理4.1.速度式流量檢測

2.電磁式流量傳感器測流磁感應(yīng)強(qiáng)度B及管道內(nèi)徑D固定不變，則K為常數(shù)，兩電極間的感應(yīng)電動勢E與流量呈線性關(guān)系，便可通過測量感應(yīng)電動勢E來間接測量被測流體的流量值。電磁式流量傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號是很微小的，需通過電磁流量轉(zhuǎn)換器來顯示流量。常用的電磁流量轉(zhuǎn)換器能把傳感器的輸出感應(yīng)電動勢信號放大并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流(0~10mA或4~20mA)信號或一定頻率的脈沖信號，配合單元組合儀表或計(jì)算機(jī)對流量進(jìn)行顯示、記錄、運(yùn)算、報(bào)警和控制等。電磁式流量傳感器只能測量導(dǎo)電介質(zhì)的流體流量。適用于測量各種腐蝕性酸、堿、鹽溶液，固體顆粒懸浮物，黏性介質(zhì)(如泥漿、紙漿、化學(xué)纖維、礦漿)等溶液，還可用于大型管道自來水和污水處理廠流量測量及脈動流量測量等。4.1.速度式流量檢測

3.渦輪式流量傳感器測流渦輪式流量傳感器類似于葉輪式水表，是一種速度式流量傳感器。右圖為渦輪式流量傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它是在管道中安裝一個可自由轉(zhuǎn)動的葉輪，流體流過葉輪使葉輪旋轉(zhuǎn)，流量越大，流速越高，則動能越大，葉輪轉(zhuǎn)速也越高。測量出葉輪的轉(zhuǎn)速或頻率，就可確定流過管道的流體流量和總量。渦輪式流量傳感器具有安裝方便、精度高(可達(dá)0.1級)、反應(yīng)快、刻度線性及量程寬，信號易遠(yuǎn)傳，且便于數(shù)字顯示，可宜接與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行流量計(jì)算和控制等優(yōu)點(diǎn)。1—外殼2—導(dǎo)流器3—支承4—渦輪5—磁電轉(zhuǎn)換裝置渦輪式流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖4.1.速度式流量檢測

4.超聲式流量傳感器測流超聲式流量傳感器的測定原理是多種多樣的，如傳輸時間差法、傳播速度變化法、波速移動法、多普勒效應(yīng)法和流動聽聲法等。但目前應(yīng)用較廣的主要是傳輸時間差法。超聲波在流體中傳輸時，在靜止流體和流動流體中的傳輸速度是不同的，利用這一特點(diǎn)可以求出流體的速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。超聲波測流量原理圖如果在流體中設(shè)置兩個超聲波傳感器，它們可以發(fā)射超聲波也可以接收超聲波，一個裝在上游，一個裝在下游，其距離為L，如右圖所示。4.1.速度式流量檢測

4.超聲式流量傳感器測流超聲波測流量原理圖一般來說，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，那么超聲波傳播時間差為設(shè)順流方向的傳輸時間為h，逆流方向的傳輸時間為t1，順流方向的傳輸時間為t2，流體靜止時的超聲波傳輸速度為c，流體流動速度為v，則可得到流體的流速，即4.1.速度式流量檢測

4.超聲式流量傳感器測流超聲傳感器安裝位置在實(shí)際應(yīng)用中，超聲波傳感器安裝在管道的外部，從管道的外面透過管壁發(fā)射和接收超聲波不會給管路內(nèi)流動的流體帶來影響，如右圖所示。此時超聲波的傳輸時間為：超聲式流量傳感器具有不阻礙流體流動的特點(diǎn)，可測流體種類很多，不論是非導(dǎo)電的流體、高黏度的流體還是漿狀流體，只要能傳輸超聲波的流體都可以進(jìn)行測量。超聲波流量計(jì)可用來對自來水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測量，還可用于下水道、農(nóng)業(yè)灌溉和河流等流速的測量。4.2.容積式流量檢測

1.橢圓齒輪式流量計(jì)測流容積式流量計(jì)又稱定排量流量計(jì)，它利用機(jī)械測量元件將流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計(jì)量室逐次、重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量。受測流體粘度影響小，不要求前后直管段等，但要求被測流體干凈，不含有固體顆粒，否則應(yīng)在流量計(jì)前加過濾器。廣泛應(yīng)用于石油、化工、涂料、醫(yī)藥、食品以及能源等工業(yè)部門計(jì)量昂貴介質(zhì)的總量或流量。橢圓齒輪流量計(jì)由流量變送器和計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成。變送器與計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)之間加裝散熱器，則構(gòu)成高溫型流量計(jì)。變送器由裝有一對橢圓齒輪轉(zhuǎn)子的計(jì)量室和密封聯(lián)軸器組成，計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)則包含減速機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)器、發(fā)訊器。橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)如右圖所示。1—計(jì)數(shù)器;2—發(fā)信器;3—精度調(diào)節(jié)器;4—密封聯(lián)軸器;5—前蓋;6—蓋板;7—橢圓齒輪;8—?dú)んw;9—后蓋橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖4.2.容積式流量檢測

1.橢圓齒輪式流量計(jì)測流計(jì)量室內(nèi)由一對橢圓齒輪與蓋板構(gòu)成初月形空腔作為流量的計(jì)量單位。橢圓齒輪靠流量計(jì)進(jìn)出口壓力差推動而旋轉(zhuǎn)，從而不斷地將液體經(jīng)初月形空腔計(jì)量后送到出口處，每轉(zhuǎn)流過的液體是初月形空腔的四倍，由密封聯(lián)軸器將橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)的總數(shù)以及旋轉(zhuǎn)的快慢傳遞給計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)或發(fā)訊器，便可知道通過管道中液體總量和瞬時流量，工作原理如下圖所示。橢圓齒輪流量計(jì)原理圖4.2.容積式流量檢測

1.橢圓齒輪式流量計(jì)測流在儀表的測量室中安裝兩個互相嚙合的橢圓形齒輪，可繞軸自己轉(zhuǎn)動。當(dāng)被測介質(zhì)流入儀表時，推動齒輪旋轉(zhuǎn)。由于兩個齒輪所處位置不同，分別起主、從動輪作用。在圖(a)位置時，由于p1大于p2，輪I受到一個順時針的轉(zhuǎn)矩，而輪Ⅱ雖受到p1和p2的作用，但合力矩為0，此時輪I將帶動輪Ⅱ旋轉(zhuǎn)，于是將外殼與輪I之間標(biāo)準(zhǔn)測量室內(nèi)液體排入下游。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)至圖(b)所示位置時，輪I受順時針力矩，輪橢圓齒輪流量計(jì)原理圖Ⅱ受逆時針力矩，兩齒輪在p1、p2作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)至圖(c)位置時，類似圖(a)，只不過此時輪Ⅱ?yàn)橹鲃虞?，輪I為從動輪。上游流體又被封入輪Ⅱ形成的測量室內(nèi)。這樣，每個齒輪轉(zhuǎn)一周，兩個齒輪共送出四個標(biāo)準(zhǔn)體積的流體(陰影部)。4.2.容積式流量檢測

2.腰輪流量計(jì)測流腰輪流量計(jì)工作原理示意如下圖所示，與橢圓齒輪流量計(jì)相同，只是轉(zhuǎn)子形狀不同。腰輪流量計(jì)的兩個輪子是兩個擺線齒輪，故它們的傳動比恒為常數(shù)。為減小兩轉(zhuǎn)子的磨損，在殼體外裝有一對漸開線齒輪作為傳遞轉(zhuǎn)動之用。每個漸開線齒輪與每個轉(zhuǎn)子同軸。為了使大口徑的腰輪流量計(jì)轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，每個腰輪均作成上下兩層，而且兩層錯開45°，稱為組合式結(jié)構(gòu)。腰輪流量計(jì)原理圖4.3.質(zhì)量式流量檢測質(zhì)量流量檢測對于在工業(yè)生產(chǎn)中的物料平衡、熱平衡以及儲存、經(jīng)濟(jì)核算等都起著重要的作用。對于質(zhì)量流量的檢測，往往根據(jù)已測出的體積流量乘以密度，換算成質(zhì)量流量。而密度是隨流體的溫度、壓力的變化而變化的，因此，在檢測體積流量時，必須同時檢測出流體的溫度和壓力，以便將體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)值，從而求出質(zhì)量流量。這樣，在溫度、壓力變化比較頻繁的情況下，因換算工作麻煩，而難以滿足檢測的要求。所以，直接地檢測質(zhì)量流量，不僅有利于提供準(zhǔn)確流量，同時有利于工業(yè)生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)核算等。

1.科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)測流科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)是基于科里奧利效應(yīng)原理制成的，科里奧利力又簡稱為科氏力，是對旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)由于慣性相對于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運(yùn)動的偏移的一種描述?？评飱W利式質(zhì)量流量計(jì)利用流體在振管內(nèi)產(chǎn)生的科氏力，采用直接測量科氏力的方法得到流體質(zhì)量流量。4.3.質(zhì)量式流量檢測

1.科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)測流在每個流量管上，均有一組磁鐵/線圈組，這里稱之為入口檢測線圈和出口檢測線圈。由于相對振動，線圈在磁鐵的磁場做切割磁力線的運(yùn)動，在內(nèi)部回路產(chǎn)生交流電信號。該信號能準(zhǔn)確地反映線圈組間的相對位移和相對速度。通過監(jiān)測該交流信號，我們可判斷測量管的運(yùn)行狀態(tài)。在沒有流量的情況下，入口和出口處檢測線圈監(jiān)測到的交流電信號是同相位的。當(dāng)有流量的時候，由于科里奧利作用，流量管產(chǎn)生扭曲，兩端的檢測線圈輸出的交流電信號存在相位差。流量越大，相位差就越大，而且其相位差△t與流量的大小成正比關(guān)系。這樣，△t作為質(zhì)量流量的標(biāo)定系數(shù)表示每秒有多少克的流量流過。

a）S形

b)U形

c)J形d)B形e)Ω形f)雙環(huán)形

常見科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)4.3.質(zhì)量式流量檢測

2.熱式質(zhì)量流量計(jì)測流熱式質(zhì)量流量計(jì)(量熱式流量計(jì))是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來測量質(zhì)量流量的儀表，主要有恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)和恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)。當(dāng)前熱式質(zhì)量流量計(jì)主要用于氣體介質(zhì)的測流。恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)工作原理圖恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)的工作原理如下圖所示，其流速傳感器溫度高于感溫傳感器一定溫度△T。當(dāng)氣體流經(jīng)流速傳感器時，產(chǎn)生熱量擴(kuò)散，這樣電路單元提供相應(yīng)的能量使兩個傳感器溫差維持恒定溫度△T，電路單元提供的能量與電流成比例關(guān)系，通過輸出電信號可測出流量。01恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)4.3.質(zhì)量式流量檢測

2.熱式質(zhì)量流量計(jì)測流熱式質(zhì)量流量計(jì)(量熱式流量計(jì))是利用傳熱原理，即流動中的流體與熱源(流體中加熱的物體或測量管外加熱體)之間熱量交換關(guān)系來測量質(zhì)量流量的儀表，主要有恒溫差熱式質(zhì)量流量計(jì)和恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)。當(dāng)前熱式質(zhì)量流量計(jì)主要用于氣體介質(zhì)的測流。恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)的敏感元件同樣包含兩個熱電阻，其中一個是感溫電阻，另一個為恒功率加熱的加熱電阻(溫度高于感溫電阻)，當(dāng)無流體流過時，兩個電阻的溫差最大，當(dāng)有流體流過傳感器時，流體分子冷卻加熱電阻，使其溫度降低，兩個電阻溫差減少，由于兩個熱電阻之間的溫差與過程流速及過程介質(zhì)成一定函數(shù)關(guān)系，從而可以通過測量溫差測得流量。02恒功率熱式質(zhì)量流量計(jì)熱式質(zhì)量流量計(jì)無活動部件，無阻流件，壓力損失很小，組成簡單，使用性能相對可靠。但測量響應(yīng)慢，如被測量氣體組分變化較大的場所，測量值會產(chǎn)生誤差，且在粘性流體流量測量時收到一定限制。4.3.質(zhì)量式流量檢測

3.沖量式質(zhì)量流量計(jì)測流沖量式質(zhì)量流量計(jì)是利用物料流體在一定的高度下落的沖量產(chǎn)生的力，采用直接測力方法而得到流體質(zhì)量流量。如右圖所示，通過檢測沖板軸的位移量，經(jīng)處理放大后輸出與流量相對應(yīng)的信號。沖量式質(zhì)量流量計(jì)工作原理圖沖量式質(zhì)量流量計(jì)適用于各種固體粉料介質(zhì)的流量測量，例如粉末、塊狀物以及漿狀物料的流量測量。根據(jù)被測介質(zhì)的大小、重量和正常工作流量等條件，選取合適量程的沖量式質(zhì)量流量計(jì)或通過量程彈簧調(diào)整流量測量范圍，并依據(jù)量程計(jì)算確定沖板安裝角度、進(jìn)料口與沖板間角度及高度。使用時，為保證檢測流準(zhǔn)確性，必須保證物料自由落下，不得有外加力作用其上。物位檢測方法及監(jiān)控用傳感器05Part5.0.物位檢測方法及監(jiān)控用傳感器在許多生產(chǎn)過程中，需要對諸如鍋爐內(nèi)的水位，油罐、水塔、各種儲液罐的液位或糧倉、煤粉倉、水泥庫、化學(xué)原料庫中的料位以及在高溫條件下對連鑄生產(chǎn)中的鋁水、鋼水、鐵水包內(nèi)的金屬液位，高爐或豎爐的料位等進(jìn)行可靠的檢測和控制，如調(diào)節(jié)物料平衡、掌握物料消耗數(shù)量、確定產(chǎn)品產(chǎn)量等提供可靠依據(jù)，以保證生產(chǎn)正常連續(xù)運(yùn)行。例如在2005年，英國赫默爾亨普斯特德鎮(zhèn)上的邦斯菲爾德油庫發(fā)生爆炸火災(zāi)事故，其距離倫敦不到50公里，是歐洲迄今為止最大的爆炸火災(zāi)事故之一，共燒毀大型儲油罐20余座，受傷43人，無人員死亡，大火燒了3天3夜，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了2.5億英鎊。其直接事故原因就是油庫912號罐液位計(jì)故障卡住，導(dǎo)致高液位報(bào)警失效，致使操作工無法判斷罐內(nèi)液位高度而錯誤進(jìn)液，直至溢流引發(fā)爆炸火災(zāi)事故。案例中的液位是指液體介質(zhì)液面的高低，屬于是物位中液體—?dú)怏w的分界面，而液體—液體或液體—固體的分界面稱為界位；固體粉末或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度稱為料位。對于物位的檢測是對設(shè)備和容器中物料儲量多少的度量。物位測量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化過程監(jiān)測中發(fā)揮著重要的作用，物位檢測同樣占有重要的地位。5.0.物位檢測方法及監(jiān)控用傳感器直讀式物位檢測儀表。

采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。01靜壓式物位檢測儀表。基于流體靜力學(xué)原理，適用于液位檢測。02浮力式物位檢測儀表。其工作原理基于阿基米德定律，適用于液位檢測。03機(jī)械接觸式物位檢測儀表。通過測量物位探頭與物料面接觸時的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測量。04電氣式物位檢測儀表。將電氣式物位敏感元件置于被測介質(zhì)中，當(dāng)物位變化時其電氣參數(shù)如電阻、電容等也將改變，通過檢測這些電量的變化可知物位。05物位檢測儀表檢測液位的儀表叫液位計(jì)；檢測料位的儀表叫料位計(jì)；而檢測界位的儀表叫界面計(jì)其他物位檢測方法如聲學(xué)式、射線式、光纖式儀表等。065.0.物位檢測方法及監(jiān)控用傳感器物位檢測儀表檢測液位的儀表叫液位計(jì)；檢測料位的儀表叫料位計(jì)；而檢測界位的儀表叫界面計(jì)物位檢測儀表分類表5.1.直讀式物位檢測直讀式物位檢測儀表主要有玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等。這類儀表是利用連通器的原理，將容器中的液體引入帶有標(biāo)尺的觀察管中，通過標(biāo)尺讀出液位高度，如下圖所示。此類儀表結(jié)構(gòu)簡單，工業(yè)領(lǐng)域中較為常見，但只能用于直接觀察液位高低，而且耐壓性能有限。a)敞口容器玻璃液位計(jì)

b)法蘭連接的玻璃液位計(jì)1—玻璃液位計(jì);2—標(biāo)尺;3—法蘭玻璃液位計(jì)原理圖5.1.直讀式物位檢測玻璃板液位計(jì)實(shí)物如下圖所示，它是將特制耐壓的厚玻璃板鑲嵌于壓蓋與承座之間，上下用閥門與儲罐相連通，液位計(jì)上指示的液面高度即為儲罐內(nèi)液面的高度。工業(yè)上應(yīng)用的玻璃板液位計(jì)長度為500~1700mm，最大工作壓力為5.0MPa，耐熱溫度為400℃。而工業(yè)中玻璃管液位計(jì)長度由于強(qiáng)度不及玻璃板液位計(jì)，長度為300~1000mm，工作壓力不大于1.6MPa。玻璃板液位計(jì)實(shí)物圖5.2.靜壓式物位檢測靜壓式物位檢測儀表又可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表。利用液柱或物料堆積對某定點(diǎn)產(chǎn)生壓力的原理進(jìn)行工作，其中差壓式液位計(jì)是一種較為常用的液位檢測儀表。差壓式液位計(jì)是利用當(dāng)容器內(nèi)的液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如下圖所示。根據(jù)流體力學(xué)的原理可以得到靜壓式液位計(jì)原理式中，△P

為A、B兩點(diǎn)的差壓；H

為A、B兩點(diǎn)液位高度差；ρ

為介質(zhì)密度；g

為重力加速度。通常被測介質(zhì)的密度是已知的，由上式可知，A、B兩點(diǎn)之間的壓差與液位高度差成正比。5.2.靜壓式物位檢測檢測敞口容器的液位如下圖(a)所示，由于氣相壓力為大氣壓力，所以差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可，這時作用在正壓室的壓力就是液位高度所產(chǎn)生的靜壓力Hρg。但必須注意；在使用前應(yīng)調(diào)整好變送器的零點(diǎn)和量程。檢測受壓容器的液位如下圖(b)所示，需要將差壓變送器的負(fù)壓室與容器的氣相空間相連，以平衡氣相壓力的靜壓作用。這時作用于正壓室和負(fù)壓室的壓力差為依舊為Hρg。差壓的大小同樣代表了液位高度的大小。a)敞口容器b)密閉容器用壓差計(jì)檢測液位時的連接圖5.2.靜壓式物位檢測當(dāng)檢測具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易疑固等液體液位時，為解決引壓管線被腐蝕或堵塞的問題，可以采用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。1—法蘭式檢測頭2—毛細(xì)管3—變送器用壓差計(jì)檢測液位時的連接圖變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，作為敏感元件的檢測頭1(金屬膜盒)，經(jīng)毛細(xì)管2與變送器的檢測室相通。在膜盒、毛細(xì)管和檢測室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，并使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與變送器，以免堵塞。法蘭式差壓變送器的檢測部分及氣動轉(zhuǎn)換部分的動作原理與差壓變送器相同。法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式又分為單法蘭及雙法蘭式兩種，法蘭的構(gòu)造又有平法蘭和插入式法蘭兩種。5.3浮力式物位檢測浮力式物位檢測儀表是利用浮子高度隨液位變化而改變(恒浮力)或液體對浸沉于液體中的浮子(或稱沉筒)的浮力隨液位高度的變化而變化(變浮力)的原理工作的，主要有浮筒式液位計(jì)、浮子式液位計(jì)等。

1.鋼帶浮子式液位計(jì)測液位鋼帶浮子式液位計(jì)是一種最簡單的恒浮力式液位計(jì)，其通過測量漂浮于被測液面上的浮子(浮標(biāo))隨著液面的變化而上下移動而產(chǎn)生的位移來檢測液位高低，即檢測浮子所在位置可知液面高低。1—浮子

2—鋼帶

3—重錘鋼帶浮子式液位計(jì)浮子形狀常見有圓盤形、圓柱形和球形等。以圓柱形為例來作分析，如由所示。浮子通過滑輪和繩帶與平衡重錘連接，繩帶的拉力與浮子的重量及浮力相平衡，以維持浮子處于平衡狀態(tài)而漂在液面上，平衡重錘位置即反映浮子的位置，從而測知液位。但由于液體的黏性、傳動系統(tǒng)的摩擦等因素，液位變化△H

只有達(dá)到一定的值時(即浮子浸入液體深度h變化到一定值時△h)，造成浮力發(fā)生△F

的變化時，浮子才會動作，才可能帶動懸錘指示變化，這表明了液位計(jì)存在不靈敏區(qū)。選擇合適的浮子直徑及減少摩擦阻力，可以改善液位計(jì)的靈敏度。5.3浮力式物位檢測浮力式物位檢測儀表是利用浮子高度隨液位變化而改變(恒浮力)或液體對浸沉于液體中的浮子(或稱沉筒)的浮力隨液位高度的變化而變化(變浮力)的原理工作的，主要有浮筒式液位計(jì)、浮子式液位計(jì)等。

1.鋼帶浮子式液位計(jì)測液位1—導(dǎo)向鋼絲2—浮子3—連接鋼帶4—連接鋼帶導(dǎo)向輪5—信息碼帶6—變送器7—信息碼帶導(dǎo)向輪8—平衡重錘9—電子智能液位顯示儀10—計(jì)算機(jī)11—儲液罐智能鋼帶浮子式液位計(jì)鋼帶浮子式液位計(jì)一般只能就地讀取液位高度，但可以通過光電原理將重錘位移轉(zhuǎn)化為光電信號，即將液位變化轉(zhuǎn)化為光電信號，便于進(jìn)行傳輸和顯示。如右圖所示，信息碼帶與連接鋼帶同步升降，此時變送器可通過讀取信息碼帶上的光碼，并變成電信號，傳送給安裝在控制室的二次表，顯示出對應(yīng)的液位。5.3浮力式物位檢測

2.浮筒式液位計(jì)測液位1—浮筒2—彈簧3—差動變送器浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)的檢測元件是浸沒于液體中的浮筒，浮筒所受浮力隨位移發(fā)生變化。此浮力變化再以力或位移變化的形式，帶動電動或氣動元件發(fā)出信號給顯示儀表以顯示液位，也可以實(shí)現(xiàn)液位的報(bào)警或調(diào)節(jié)。浮筒的長度就是儀表的量程，一般為300~2000mm。這種液位計(jì)主要由變送器和顯示儀表兩部分組成。結(jié)構(gòu)如右圖所示，圓柱形的檢測元件的浮筒部分沉浸于液體中，由彈簧懸掛，彈簧下端固定，上端受浮筒重力而拉伸。5.3浮力式物位檢測

2.浮筒式液位計(jì)測液位1—浮筒2—彈簧3—差動變送器浮筒式液位計(jì)設(shè)浮筒質(zhì)量為m，截面積為A，彈簧剛度為k，壓縮位移為x，被測液體密度為ρ，浮筒沒入高度為H。起始位置彈性力與重力、浮力相平衡，有：當(dāng)液位發(fā)生變化時，有：以上兩式相減，得：由此可見液位高度變化與彈簧變形量成正比，只要檢測彈簧的變形△x(即浮筒的位移量)，即可確定液位的變化△H，進(jìn)而確定液體的液位高度。彈簧變形量可用多種方法測量，既可就地指示，也可用變換器(如差動變壓器)變換成電信號進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。5.4機(jī)械接觸式物位檢測

1.音叉式料位傳感器測物位壓電音叉的叉體音叉式料位傳感器是根據(jù)物料對振動中的音叉有無阻力，探知料位是否到達(dá)或超過某高度，并發(fā)出通斷信號。這種傳感器不需要大幅度的機(jī)械運(yùn)動，驅(qū)動功率小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，靈敏而可靠。音叉由彈性良好的金屬制成，本身具有確定的固有頻率，如外加交變力的頻率與其固有頻率一致，則叉體處于共振狀態(tài)。由于周圍空氣對振動的阻尼微弱，金屬內(nèi)部的能量損耗又很少，所以只需微小的驅(qū)動功率就能維持較強(qiáng)的振動。當(dāng)粉粒體物料觸及叉體之后，能量消耗在物料顆粒間的摩擦上，迫使振幅急劇衰減而停振。5.4機(jī)械接觸式物位檢測

1.音叉式料位傳感器測物位壓電音叉的叉體為了給音叉提供交變的驅(qū)動力，可利用放大電路對壓電元件施加交變電場，靠逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械力作用在叉體上。用另外一組壓電元件的正壓電效應(yīng)檢測振動，把振動力轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯慕蛔冸娦盘?。再由電子放大器和移相電路，把檢測元件的信號放大，經(jīng)過移相，施加到驅(qū)動元件上去，構(gòu)成閉環(huán)振蕩器。在這個閉環(huán)中，既有機(jī)械能也有電能，叉體是其中的一個環(huán)節(jié)，倘若受到物料阻尼難以振動，正反饋的幅值和相位都將明顯地改變，破壞振蕩條件，叉體就會停振。只要在放大電路的輸出端連接適當(dāng)?shù)钠骷涂梢缘玫介_關(guān)信號。為了保護(hù)壓電元件免受物料損傷和粉塵污染，一般將驅(qū)動和檢振元件裝在叉體內(nèi)部，經(jīng)過金屬膜片傳遞振動，如右圖所示。5.4機(jī)械接觸式物位檢測

2.重錘式料位計(jì)測物位重錘式料位計(jì)重錘探測法是一種比較粗略的檢測方法，在某些精度要求不高的場合是一種簡單可行的測量方法，它既可以連續(xù)測量，也可進(jìn)行定點(diǎn)控制，通常都是用于定期測定料位。重錘式料位計(jì)工作原理如右圖所示，重錘連在與電機(jī)相連的鼓輪上，電機(jī)發(fā)訊使重錘在執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制下動作，從預(yù)先定好的原點(diǎn)處靠自重開始下降，通過計(jì)數(shù)或邏輯控制記錄重錘下降的位置；當(dāng)重錘碰到物料時，產(chǎn)生失重信號，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)停轉(zhuǎn)——反轉(zhuǎn)，使電機(jī)帶動重錘迅速返回原點(diǎn)位置。5.5電氣式物位檢測電氣式物位檢測儀表是根據(jù)物理學(xué)的原理將物位的變化轉(zhuǎn)換為一些易測的電量變化。如電阻、電容、電磁場等的變化，電氣式物位儀表就是通過測出這些電量的變化來測知物位。這種儀表既適用于液位，也適用于料位，如電容式物位計(jì)、電容式液位開關(guān)等。

1.電容式料位傳感器測物位利用物料介電常數(shù)恒定時極間電容正比于物位的原理，可構(gòu)成電容式料位傳感器。其特點(diǎn)是無可動部件，與物料密度無關(guān)，但要求物料的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)差別大，且需用高頻電路。電容式物料傳感器電極的結(jié)構(gòu)如下圖所示。電容式料位傳感器的電極5.5電氣式物位檢測

1.電容式料位傳感器測物位圖(a)適用于導(dǎo)電容器中的絕緣性物料，且容器為立式圓筒形。器壁為一極，沿軸線插入的金屬棒為另一極，其間構(gòu)成的電容Cx與料位成比例。也可懸掛帶重錘的軟導(dǎo)線作為電極。圖(b)適用于非金屬容器，或雖為金屬容器但非立式圓筒形，物料為絕緣性物料。這時在棒狀電極周圍用絕緣支架套裝金屬筒，筒上下開口，或整體上均勻分布多孔，使內(nèi)外料位相同。中央圓棒及與之同軸的套筒構(gòu)成兩個電極，其間電容與容器形狀無關(guān)，只取決于料位。這種電極只用于液位，粉粒體容易滯留在極間。電容式料位傳感器的電極圖(c)用于導(dǎo)電性物料，其形狀和位置和圖(a)一樣，但中央圓棒電極上包有絕緣材料，電容Cx是由絕緣材料的介電常數(shù)和料位決定的，與物料的介電常數(shù)無關(guān)，導(dǎo)電物料使筒壁與中央電極間