自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及儀表控制系統(tǒng)課后

習(xí)題及復(fù)習(xí)資料［精編文檔］

1基本知識(shí)引論

工、測(cè)量范圍、測(cè)量上、下限及量程

測(cè)量范圍:儀器按照規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被測(cè)

變量的范圍

測(cè)量下限:測(cè)量范圍的最小值

測(cè)量上限:測(cè)量范圍的最大值

量程:量程=測(cè)量上限值■測(cè)量下限值

:被測(cè)參數(shù)改變時(shí)，經(jīng)過足夠時(shí)間儀表指示值達(dá)

到穩(wěn)定狀態(tài)后，儀表輸出變化量與引起此變化的

輸入變化量之比

靈敏度=絲

絕對(duì)誤差:△九X

絕對(duì)誤差=示值一約定真值

相對(duì)誤差"

相對(duì)誤差（W。）=絕對(duì)誤差/約定真值

引用誤差:人

引用誤差（%））=絕對(duì)誤差/量程

最大引用誤差：

最大引用誤差（W。）=最大絕對(duì)誤差/量程

允許誤差：

最大引用誤差W允許誤差

儀表的精確度通常是用允許的最大引用誤

差去掉百分號(hào)后的數(shù)字來衡量。精確度劃分為若

干等級(jí)，簡(jiǎn)稱精度等級(jí)，精度等級(jí)的數(shù)字越小，

精度越高

衡量?jī)x表能夠正常工作并發(fā)揮其同能的程

度

平均無故障工作時(shí)間

有效度=--------------------------------------

平均無故障工作時(shí)間+平均故障修復(fù)時(shí)間

課后習(xí)題

,兩者關(guān)系如何？

檢測(cè)單元完成對(duì)各種參數(shù)過程的測(cè)量，并實(shí)現(xiàn)必

要的數(shù)據(jù)處理；儀表單元?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)各種控制作用

的手段和條件，它將檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處

理，并通過相應(yīng)的單元實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量的調(diào)節(jié)。

關(guān)系:二者緊密相關(guān)，相輔相成，是控制系統(tǒng)的

重要基礎(chǔ)

典型檢測(cè)儀表控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的，各單

元主要起什么作用？

被控一一檢測(cè)單元一一變送單元一一顯示單元

——操作人員

對(duì)象一一執(zhí)行單元一一調(diào)節(jié)單元一

作用:被控對(duì)象:是控制系統(tǒng)的核心

檢測(cè)單元:是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)作用的及基

礎(chǔ)，它完成對(duì)所有被控變量的直接測(cè)量，也可實(shí)

現(xiàn)某些參數(shù)的間接測(cè)量。

變送單元:完成對(duì)被測(cè)變量信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸，

其轉(zhuǎn)換結(jié)果須符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)制式。變:將

各種參數(shù)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；送:以供

顯示或下一步調(diào)整控制用。

顯示單元:將控制過程中的參數(shù)變化被控對(duì)象的

過渡過程顯示和記錄下來，供操作人員及時(shí)了解

控制系統(tǒng)的變化情況。分為模擬式，數(shù)字式，圖

形式。

調(diào)節(jié)單元:將來自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定信號(hào)

相比較，并對(duì)由此產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例積分微分

處理后，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制執(zhí)行器的動(dòng)作，以實(shí)

現(xiàn)對(duì)不同被測(cè)或被控參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

執(zhí)行單元:是控制系統(tǒng)實(shí)施控制策略的執(zhí)行機(jī)

構(gòu)，它負(fù)責(zé)將調(diào)節(jié)器的控制輸出信號(hào)按執(zhí)行結(jié)構(gòu)

的需要產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被

控變量的調(diào)節(jié)作用。

什么是儀表的測(cè)量范圍，上下限和量程?彼此有

什么關(guān)系？

測(cè)量范圍:是該儀表按規(guī)定的精度進(jìn)行測(cè)量的被

測(cè)變量的范圍。

上下限:測(cè)量范圍的最小值和最大值。

量程:用來表示儀表測(cè)量范圍的大小。

關(guān)系:量程:測(cè)量上限值?測(cè)量下限值

什么是儀表的靈敏度和分辨率?兩者存在什么

關(guān)系？

靈敏度是儀表對(duì)被測(cè)參數(shù)變化的靈敏程度。

分辨率是儀表輸出能響應(yīng)和分辨的最小輸入量，

又稱儀表靈敏限。

關(guān)系:分辨率是靈敏度的一種反應(yīng)，一般說儀器

的靈敏度高，則分辨率同樣也高。

4溫度檢測(cè)

測(cè)溫方法及溫標(biāo)

原理:通過溫度敏感元件與被測(cè)對(duì)象的熱

交換，測(cè)量相關(guān)的物理量，即可確定被測(cè)對(duì)象的

溫度。

方法:接觸式測(cè)溫：傳熱和對(duì)流需要

較好的熱接觸由于測(cè)量環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)溫度敏

感元件的結(jié)構(gòu)和性能要求高

非接觸式測(cè)溫:熱輻射特點(diǎn):測(cè)

溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可測(cè)量高溫、運(yùn)

動(dòng)的被測(cè)對(duì)象。

溫標(biāo)

tF=32+%tC

表4-1

t(℃尸丁卜-273.15

國(guó)際溫標(biāo)由定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)插

公式三部分組成。

熱電偶測(cè)溫

1.特點(diǎn):測(cè)溫范圍寬，性能穩(wěn)定，有足夠

的的測(cè)量精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)效應(yīng)好，輸出為

電信號(hào)，可遠(yuǎn)傳，便于集中監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制。

2.原理:基于熱電效應(yīng)，即將兩種不同的

導(dǎo)體或半導(dǎo)體練成閉合回路,當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫

度不同時(shí)、回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)。

:溫差電勢(shì)接觸電勢(shì)接觸電勢(shì)的大

小取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點(diǎn)的溫度

4.T端稱為測(cè)量端或熱端，To端稱為參比端或

冷端。

熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件:兩種不同的導(dǎo)體材

料構(gòu)成回路，兩端接點(diǎn)處的溫度不同。（必考）

熱電勢(shì)大小只與熱電極材料及兩端溫度有關(guān)，

與熱偶絲的粗細(xì)和長(zhǎng)短無關(guān)。（必考）

熱電極材料確定以后，熱電勢(shì)的大小只與溫度

有關(guān)。

中間導(dǎo)體定則（中間導(dǎo)體兩端溫度要相同）

中間溫度定則

EAB（T,To）=EAB（T,TC）+EAB（TC,To）熱電偶的

分度表參比端溫度為0℃

:熱電性能穩(wěn)定，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熱電特性

呈線性或近似線性，價(jià)格便宜

掌握S、K型熱電偶

:熱慣性大，對(duì)溫度變化的響應(yīng)慢（絕緣管為瓷

管）

凱裝型熱電偶:熱慣性小，對(duì)溫度的變化響應(yīng)

快，撓性好，可彎曲，能夠安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)

復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)合。（絕緣材料為氧化鎂或氧化鋁

粉末，套管材料多為不銹鋼）

補(bǔ)償導(dǎo)線法:延長(zhǎng)型:化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)?/p>

熱電偶相同；補(bǔ)償型:化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭?/p>

偶不同；

參比溫度測(cè)量計(jì)算方法；E（T,0）=E（T,To）

+E（To,0）分To等于0和To不等于0（重

點(diǎn)）

參比溫度恒溫法；

補(bǔ)償電橋法

:金屬導(dǎo)體的熱脹冷縮

:可遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無需參比溫度。金屬熱電

阻穩(wěn)定性高、互換性好、精確度高，能夠用作基

準(zhǔn)儀表。

缺點(diǎn):需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象，影響測(cè)量精

度。

-250℃-650℃,分度號(hào)為PtlO（精度高）、PtlOO

（常用）、PtlOOO（靈敏度高）

精度高，體積小，測(cè)溫范圍寬，穩(wěn)定性好，再

現(xiàn)性好，但價(jià)格貴。

-40-150℃,線性好

二線制引線電阻帶來的附加誤差

三線制消除引線電阻影響，提高測(cè)量精度

四線制用于高精度的溫度測(cè)量

正溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻超過一定溫度

（居里溫度）時(shí)隨溫度升高呈階躍性的增大；

負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻:電阻隨溫度升高哦而減

小。

非接觸式測(cè)溫

二。。甘（全輻射定律）

:光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理等

:亮度溫度、輻射溫度、比色溫度

4.4光纖溫度傳感器

:靈敏度高；電絕緣性好，可適用于強(qiáng)烈電磁干

擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重量輕、可彎

曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭。

、熒光光纖溫度傳感器、半導(dǎo)體光纖溫度傳感器、

光纖輻射溫度計(jì)。

課后習(xí)題

?它主要由哪幾部分組成？

答:作用：由其來統(tǒng)一各國(guó)之間的溫度計(jì)量。

國(guó)際溫標(biāo)由定義固定點(diǎn)、內(nèi)插標(biāo)準(zhǔn)儀器和內(nèi)

插公式

9*

答:原理:基于熱點(diǎn)效應(yīng)即將兩種不同的導(dǎo)體或

半導(dǎo)體練成閉合回路、當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處

的溫度不同時(shí)、回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)。

基本條件:兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成回路、

兩端接點(diǎn)處的溫度不同。

，其參比端溫度為20度，測(cè)得熱電勢(shì)E(320)

=,試求被測(cè)溫度t。

答：因?yàn)镋(t,20)=E(t,0)+E(0,20)

所以E(t,0)=E(t,20)-E(0,20)=E(t,20)+E(20,0)

因?yàn)镋(t,20)=E(20,0)=

所以E(t,0)=即t=115℃

，一直其參比端溫度為25度，熱端溫度為750

度，其產(chǎn)生的熱電勢(shì)是多少？

答:據(jù)題意所知所求電勢(shì)E(750,25)=E(750,0)

-E(25,0)

查K型熱電偶分度表得E(25,0)=E

(750,0)=

所以，E(750,25)==

?一般都采用哪些方法？

答:若參比端溫度不能恒定則會(huì)給測(cè)量帶來誤差

方法：：延長(zhǎng)型：化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷?/p>

同；補(bǔ)償型:化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕疾煌?/p>

參比溫度測(cè)量計(jì)算方法；參比溫度恒溫法；補(bǔ)償

電橋法

,應(yīng)如何接線?需要注意哪些問題？

答:正接正，負(fù)接負(fù)。

注意的問題:，(機(jī)械零點(diǎn)補(bǔ)償)，平行走線。

，為什么常采用三線制接線方法？

答:二線制:傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻

值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻

帶來的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高，用于測(cè)

量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不

宜過長(zhǎng)。而采用三線制會(huì)大大減小引線電阻

帶來的附加誤差，提高精度。

,分析其各適用什么場(chǎng)合？

答:正溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻超過一定溫度

(居里溫度)時(shí)隨溫度升高呈階躍性的增大;

適用場(chǎng)合：

負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻：電阻隨溫度升高哦

而減小；適用場(chǎng)合:可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、

溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。

,在實(shí)際應(yīng)用中有哪些措施克服？

答:原因主要包括沿測(cè)溫元件導(dǎo)熱引起的誤差和

測(cè)溫元件熱輻射所引起的誤差等；

為了減少誤差，應(yīng)注意材料和結(jié)構(gòu)及安裝

地點(diǎn)的選擇，并盡可能在測(cè)溫元件外部加

同溫屏蔽罩，加強(qiáng)測(cè)溫傳熱器與測(cè)溫物體間

的熱聯(lián)系。

9

答:光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)處理

等部分組成。

9*

答：

二,被測(cè)物體發(fā)射率￡-二,測(cè)得亮度溫度

TL=1100℃,求被測(cè)物體實(shí)際溫度？

答：已知普朗克第二常數(shù)C2=X,Xe=,e產(chǎn),

TL=1100℃=O

1/T-1/T=(X/c2)ln(l/eQ

代入數(shù)據(jù)得T=℃

?它能夠應(yīng)用于哪些特殊的場(chǎng)合？

答:特點(diǎn):靈敏度高；電絕緣性能好，可適用于強(qiáng)

烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡劣環(huán)境；體積小、重量

輕、可彎曲；可實(shí)現(xiàn)不帶電的全光型探頭等。

適用場(chǎng)合:可適用于強(qiáng)烈電磁干擾、強(qiáng)輻射的惡

劣環(huán)境

5、壓力檢測(cè)

常用單位:帕斯卡、公斤力、毫米水柱（水頭）、

毫米汞柱

lkgf/cm2=

10m水深二1個(gè)大氣壓=1公斤壓力

a、重力平衡方法液柱式壓力計(jì)負(fù)

荷式壓力計(jì)（主要形式為活塞式壓力計(jì)。被測(cè)壓

力與加于活塞上的祛碼的重量相平衡，將被測(cè)壓

力轉(zhuǎn)換為平衡物的重量來測(cè)量。這種壓力計(jì)測(cè)量

范圍寬、精確度高、性能穩(wěn)定可靠、能夠測(cè)量正

壓、負(fù)壓和絕對(duì)壓力，常用作壓力校驗(yàn)儀表）

b、機(jī)械力平衡方法將被測(cè)壓力經(jīng)變換元

件轉(zhuǎn)換為一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過測(cè)

量平衡時(shí)的外力能夠測(cè)知被測(cè)壓力。

C、彈性力平衡方法利用彈性元件的彈性

變形特性進(jìn)行測(cè)量。

d、物性測(cè)量方法基于在壓力作用下，

測(cè)壓元件的某些物理特性發(fā)生變化的原理。

常用壓力檢測(cè)儀表

彈性壓力計(jì)

a、測(cè)壓彈性元件

彈性膜片：一種外緣固定的圓形片狀彈性

元件。

波紋管：由整片彈性材料加工而成。靈敏

度高、用于測(cè)量較低壓力或壓差

彈簧管:一根彎成圓弧狀的、具有不等軸截

面的金屬管。剛度較大、主要測(cè)高壓

b、彈簧管壓力計(jì)

彈簧管壓力計(jì)是最常用的直讀式測(cè)壓儀

表

優(yōu)點(diǎn):現(xiàn)場(chǎng)指示、就地指示、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、

使用方便。價(jià)格低廉、測(cè)量范圍廣、應(yīng)用十分廣

泛。

缺點(diǎn):只能做現(xiàn)場(chǎng)指示

C、波紋管壓差計(jì)

采用膜片、膜盒、波紋管等彈性元件制成

的壓差計(jì)。

優(yōu)點(diǎn):靈敏度高、用于測(cè)量較低壓力或壓

差

缺點(diǎn)：要避免單側(cè)壓力過載

d、彈性測(cè)壓計(jì)信號(hào)的遠(yuǎn)傳方式

電位器、霍爾元件（儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏

度高、壽命長(zhǎng)；但對(duì)外部磁場(chǎng)敏感，耐振性差）、

電感式、差動(dòng)變壓器式

壓力傳感器

a、應(yīng)變式壓力傳感器

原理:基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”,即單

導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻阻值

將發(fā)生變化。

優(yōu)點(diǎn):精度較高、測(cè)量范圍可達(dá)幾百兆帕、引

入惠思登電橋，溫度對(duì)其影響較小，適用于溫度

較高的地方

缺點(diǎn)IOOOOOO

b、壓阻式壓力傳感器

原理:基于半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)（壓力硅）

優(yōu)點(diǎn):靈敏度高、體積小。

缺點(diǎn):長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、受溫度影響大

C、電容式壓力傳感器

原理：將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變

化。以測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板。

優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)、靈敏度高、過載能力大、精

度高、能夠測(cè)量壓力和壓差。

缺點(diǎn)IOOOOOOO

d、振頻式壓力傳感器

原理:利用感壓元件本身的諧振頻率與壓力的

關(guān)系，通過測(cè)量頻率信號(hào)的變化來檢測(cè)壓力。

優(yōu)點(diǎn):體積小、輸出頻率信號(hào)，重復(fù)性好、耐

振、精確度高、適用于氣體測(cè)量。

e、壓電式壓力傳感器

原理:利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)

換為電信號(hào)。是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)中常用的傳感器。

優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、頻率響

應(yīng)高、不需外加電源

缺點(diǎn):輸出阻抗高，需要特殊信號(hào)傳輸導(dǎo)線、

溫度效應(yīng)較大、是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)中常用的傳感

器，不適用測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。

課后習(xí)題

5-1簡(jiǎn)述壓力的定義，單位及各種表示方法

答:單位面積收到的力；帕斯卡、公斤力、毫

米水柱（水頭）、毫米汞柱

垂直作用在單位面積上的力，其單位為Pa,

（P=F/S）

表示方法:絕對(duì)壓力:被測(cè)介質(zhì)作用在容器表面積

上的全部壓力

大氣壓力:由地球表面空氣柱重量形成的壓力

表壓力:通常壓力測(cè)量?jī)x表是處于大氣中，其測(cè)

得的壓力值等于絕對(duì)壓力和大氣壓力之差。

真空度:當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，表壓力為

負(fù)值，其絕對(duì)值稱為真空度。

差壓:設(shè)備中兩處的壓力之差。

5-2

答：=十二350kpa

5-3彈性式壓力計(jì)的測(cè)量原理是什么？常用的彈

性原理有哪些？

答:利用彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量；

膜片、膜盒、波紋管、彈簧管

（1）測(cè)壓原理:利用彈性元件的形變與壓力之間

存在著確定的關(guān)系而測(cè)量壓力，即在進(jìn)行測(cè)量

時(shí)，管內(nèi)引入被測(cè)壓力，在壓力作用下，彈管使

自己內(nèi)部體積向增大方向形變固使彎曲的管子

力趨伸直，結(jié)果使彈簧管自由端產(chǎn)生一定大小的

位移，這個(gè)位移大小與壓力有關(guān)。

(2)彈性元件類型:彈性膜片:這是一種外緣固定

的圓形片狀彈性元件。膜片的彈性特征一般由中

心位移與壓力的關(guān)系表示。

波紋管:其由整片材料加工而成，是一種壁面具

有多個(gè)同心環(huán)狀波紋，一端封閉的薄閉圓管。

彈簧管:是一根完成圓弧狀的具有不等軸截面的

金屬管。

5-4

答:電位器式、霍爾元件式、電感式、差動(dòng)變壓

器式

5-5

答:相同點(diǎn):都是壓力引起電阻阻值變化；不

同點(diǎn):應(yīng)變式為金屬絲，壓阻式為半導(dǎo)體。

5-6

答:將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。以

測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板。

5-7

答:振頻式壓原理:利用感壓元件本身的諧振

頻率與壓力的關(guān)系，通過測(cè)量頻率信號(hào)的變化來

檢測(cè)壓力。優(yōu)點(diǎn):體積小、輸出頻率信號(hào)，重復(fù)

性好、耐振、精確度高、適用于氣體測(cè)量。

壓電式原理:利用壓電材料的壓電效

應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)優(yōu)點(diǎn):體積小、結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單、工作可靠、頻率響應(yīng)高、不需外加電源缺

點(diǎn):輸出阻抗高，需要特殊信號(hào)傳輸導(dǎo)線、溫度

效應(yīng)較大、是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)中常用的傳感器，不

適用測(cè)量緩慢變化的壓力和靜態(tài)壓力。

5-8

答:1、取壓點(diǎn)位置和取壓口形式2、引壓管路

的敷設(shè)3、測(cè)壓表儀表的安裝

、簡(jiǎn)述測(cè)壓儀表的選擇原則

類型:其應(yīng)滿足生產(chǎn)過程的要求（需了解被

測(cè)介質(zhì)的情況，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及生產(chǎn)過程對(duì)儀表的要

求）

量程:為保證測(cè)壓儀表安全可靠的工作，儀

表量程需根據(jù)被測(cè)壓力的大小及在測(cè)量過程中

被測(cè)壓力變化的情況等條件來選取。

測(cè)量精度:生產(chǎn)過程中元件的被測(cè)壓力的最

大絕對(duì)誤差應(yīng)小于儀表的基本誤差，可在規(guī)定的

精度等級(jí)中確定儀表的精度。

測(cè)量壓差的儀表適應(yīng)注意工作壓力的選擇，

應(yīng)使其與被測(cè)對(duì)象的工作壓力相對(duì)應(yīng)。

5-12

答：由題意可知，相對(duì)誤差為5%

根據(jù)測(cè)量范圍可得，

相對(duì)誤差為5%假設(shè)示值為100誤差為5

最大引用誤差二（5/）%=2%

所以精度為2,參照題中給出的精度,。

6流量檢測(cè)

表6-1流量計(jì)分類（常用流量檢測(cè)方法容差式

絲△t、速度式”）

體積流量檢測(cè)方法

（一）、容積式流量計(jì)

1、橢圓齒輪流量計(jì)

1）橢圓齒輪流量計(jì)適用于高黏度液體的測(cè)量，

在使用時(shí)注意防止齒輪的磨損與腐蝕，以延

長(zhǎng)使用壽命。

2）使用要求緊密配合，有一定壓力，加過濾器。

2、腰輪流量計(jì)

1）腰輪流量計(jì)能夠測(cè)量液體和氣體，也能夠測(cè)

量高粘度流體。

2）腰輪流量計(jì)較橢圓齒輪流量計(jì)的明顯優(yōu)點(diǎn)是

能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

（二）、差壓式流量計(jì)

1、節(jié)流式流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無可動(dòng)部件，可靠性較高，復(fù)現(xiàn)

性能好。

2）適用于各種工況下的單相流體，適用管道直

徑范圍寬。

3）缺點(diǎn)是流量計(jì)前后要求較長(zhǎng)直管段，測(cè)量范

圍窄，壓力損失大。

2、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管

1）標(biāo)準(zhǔn)孔板

標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，加工方便，成本低。

但其精度較低，壓力損失大，只能用于清潔的流

體。

2）標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

標(biāo)準(zhǔn)噴嘴壓力損失較小，測(cè)量精度較高，一般用

于高速蒸汽流量測(cè)量。但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，

加工困難，成本較高。

3）文丘里管

明顯減少壓力損失，有較高的測(cè)量精度，能夠用

于臟污流體的流量測(cè)量并在大管徑流量測(cè)量運(yùn)

用較多。但它加工困難，成本最高，一般用在有

特殊要求的場(chǎng)合如低損失，高精度測(cè)量。

4）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的使用條件

節(jié)流裝置僅適用于圓形測(cè)量管道，在節(jié)流裝置前

后直管段上，內(nèi)壁表面應(yīng)無可見坑凹、毛刺、和

沉積物，對(duì)相對(duì)粗糙度和管道圓度均有規(guī)定，管

徑大小也有一定限制（D最小250mln）

3、均速管流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，價(jià)格便宜。壓力損失

小，能耗少，準(zhǔn)確度及長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好。適用于

大口徑管道流量測(cè)量。

2）產(chǎn)生的差壓信號(hào)較低，需要配用低量程差壓

計(jì)，被測(cè)流體中不能含有固體粉塵和固體物，在

測(cè)量臟污流體時(shí)，建議用清潔流對(duì)其定時(shí)清洗。

4、彎管流量計(jì)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維修方便，在彎管內(nèi)流動(dòng)無

障礙，沒有附加壓力損失，對(duì)介質(zhì)條件要求低。

2）缺點(diǎn)是差壓非常小。

5、靶式流量計(jì)

1）靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，不易堵塞,

適用于測(cè)量高粘度、高贓污及有懸浮固體顆粒

介質(zhì)的流量

2）其缺點(diǎn)是壓力損失較大，測(cè)量精度不高。

6、浮子流量計(jì)（力平衡公式△P=Vf（pf-p）g）

1）能夠測(cè)量多種介質(zhì)的流量，更適用于中小管

徑、中小流量和較低雷諾數(shù)的流量測(cè)量。

2）其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，對(duì)儀表

前后直管段長(zhǎng)度要求不高，壓力損失較小，

測(cè)量范圍比較寬。

3）但儀表測(cè)量受介質(zhì)的密度、黏度、溫度、壓

力、純凈度影響，也受安裝位置影響。

（三）、速度式流量計(jì)

1、渦輪流量計(jì)

1）渦輪流量計(jì)能夠測(cè)量氣體、流體流量。但要

求被測(cè)介質(zhì)清潔，并且黏度大的液體流量測(cè)

量，通常用于測(cè)量精度要求高，流量變化快

的場(chǎng)合。

2）渦輪流量計(jì)的缺點(diǎn)是制造困難，成本高，軸

承易磨損，降低了長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2、渦街流量計(jì)

1）適用于氣體、液體、和蒸汽介質(zhì)的流量測(cè)量,

測(cè)量幾乎不受流體參數(shù)影響，渦街流量計(jì)在儀

表內(nèi)部無可動(dòng)部件,使用壽命長(zhǎng)。壓力損失小,

測(cè)量精度也比較高。

2）渦街流量計(jì)的不足之處，主要是流體流速分

布情況和脈動(dòng)情況將影響測(cè)量準(zhǔn)確度，旋渦發(fā)

生體被玷污也會(huì)引起誤差。

3、電磁流量計(jì)

1）電磁流量計(jì)要求被測(cè)介質(zhì)具有導(dǎo)電性，不能

測(cè)量氣體、蒸汽和電導(dǎo)率低的石油流量。

2）電磁流量計(jì)的測(cè)量管道中無阻力件，壓力損

失??；測(cè)量范圍寬；能夠測(cè)量脈動(dòng)流和雙相流。

質(zhì)量流量檢測(cè)方法

（一）、直接式質(zhì)量流量測(cè)量方法

1、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)

1）能夠測(cè)量多種液體和漿液，也能夠用于多相流

測(cè)量；

2）不受被測(cè)介質(zhì)物理參數(shù)影響，不受管內(nèi)流態(tài)影

響，對(duì)流量計(jì)前后直管段要求不高。

3）阻力損失較大，存在零點(diǎn)漂移，管路的振動(dòng)

會(huì)影響其測(cè)量精度。

2、熱式質(zhì)量流量計(jì)

1）適用于微小流量測(cè)量。

2）熱式質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力損失小。

3）非接觸式流量計(jì)使用壽命長(zhǎng)。

4）缺點(diǎn)是靈敏度低，測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

3、沖光式流量計(jì)

1）沖光式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，使用壽

命長(zhǎng)，可靠性高，沒有零點(diǎn)漂移。

2）適用于各種固體粉料介質(zhì)的流量測(cè)量。

（二）、間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法

1、體積流量計(jì)與密度計(jì)的組合方式

2、體積流量計(jì)與體積流量計(jì)的組合方式

3、溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)

思考題

6-1簡(jiǎn)述流量測(cè)量的特點(diǎn)和流量測(cè)量?jī)x表的分

類。

答：1）流量測(cè)量能夠歸為體積流量測(cè)量和質(zhì)量流

量測(cè)量?jī)深?/p>

2）流量測(cè)量?jī)x表分為體積流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì);

體積流量計(jì)包括容積式流量計(jì)、速度式流量計(jì)、

差壓式流量計(jì)；質(zhì)量流量計(jì)包括推導(dǎo)式質(zhì)量流量

計(jì)和直接式質(zhì)量流量計(jì)

2特點(diǎn)流量方程式/=半=以，"當(dāng)”以

atat

流量計(jì)的儀表系數(shù)K=N/V與流出系數(shù)。=慫

qm

流量范圍及范圍度

測(cè)量精確度和誤差

壓力損失

儀表分類:體積流量計(jì):容積式，差壓式，速度式

質(zhì)量流量計(jì):推導(dǎo)式，直接式

6-2以橢圓齒輪式流量計(jì)為例，說明容積式流量

計(jì)的工作原理。

答:流量系數(shù)與節(jié)流件形式、直徑比、取壓方式、

流動(dòng)雷諾數(shù)及管道粗糙度有關(guān)

6-5簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的組成環(huán)節(jié)及其作用。對(duì)

流量測(cè)量系統(tǒng)的安裝有哪些要求?為什么要保證

測(cè)量管路在節(jié)流裝置前后有一定的直管段長(zhǎng)度?

(p76)

答：

6-6當(dāng)被測(cè)流體的溫度、壓力值偏離設(shè)計(jì)值時(shí),

對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果有何影響？

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6-9、說明渦輪流量計(jì)的原理。某一渦輪流量計(jì)

的儀表常數(shù)為K=,當(dāng)它在測(cè)量流量時(shí)的輸出頻

率為f=400Hz,其相應(yīng)的瞬時(shí)流量時(shí)多少？

6-10.說明電磁流量計(jì)的工作原理，這類流量計(jì)

在使用中有何要求。

答:1）電磁流量計(jì)是基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電流

體在磁場(chǎng)中垂直于磁力線方向流過，在流通管道

兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的

大小與流體速度有關(guān)，通過測(cè)量次電動(dòng)勢(shì)能夠求

得流體流量。

2）電磁流量計(jì)對(duì)直管段要求不高，直管段長(zhǎng)度

為5D-10D；安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動(dòng)和交

直流強(qiáng)磁場(chǎng)。在垂直安裝時(shí)，流體要自下而上流

過儀表;水平安裝時(shí),兩個(gè)電極要在同一平面上。

電磁流量計(jì)適用于導(dǎo)電性介質(zhì)的流量測(cè)量。

6-11＞渦街流量計(jì)的檢測(cè)原理是什么？常見的漩

渦發(fā)生體有哪幾種?如何實(shí)現(xiàn)旋渦頻率檢測(cè)？

答：（1）渦街流量計(jì)的檢測(cè)原理是利用流體振蕩

的原理進(jìn)行流量測(cè)量、當(dāng)流體流過非流線型

阻擋體時(shí)會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的旋渦列、旋渦的產(chǎn)生頻率

與流體留宿有著確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系、測(cè)量頻

率的變化。就可得知流體的流量、

（2）常見旋渦發(fā)生體的形狀有圓柱、三角柱、

矩形柱、T型柱以及由以上形狀組合而成的組合

形狀

（3）旋渦頻率的檢出有多種方式、可分為一體

式和分體式兩類、一體式的檢測(cè)元件放在旋渦發(fā)

生體內(nèi)、如熱絲式分體式檢測(cè)元件則裝在旋渦發(fā)

生體下游、如、壓電式均利用旋渦發(fā)生時(shí)引起的

波動(dòng)進(jìn)行測(cè)量、旋渦頻率采用熱敏電阻檢測(cè)方

式、在三角主體的迎面對(duì)稱嵌入兩個(gè)熱敏電阻、

通入恒定電流加熱電阻、使其溫度稍高于流體、

在交替產(chǎn)生旋渦的作用下、兩個(gè)電阻被周期的冷

卻、使其阻值改變、阻值的變化有電橋測(cè)出、即

可測(cè)得旋渦產(chǎn)生頻率、從而知流量

6-12.說明超聲流量計(jì)的工作原理，超聲流量計(jì)

的靈敏度與哪些因素有關(guān)？

答：1）超聲流量計(jì)是利用超聲波在流中的傳播特

性實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。超聲波在流體中傳播，將受到

流體流速的影響，檢測(cè)接收的超聲波信號(hào)能夠測(cè)

知流速，從而求得流體流量。

6-13、質(zhì)量流量測(cè)量有哪些方法。

答:直接測(cè)量和間接測(cè)量

直接式質(zhì)量流量計(jì):儀表的輸出直接與質(zhì)量

流量成正比

推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì):通過對(duì)體積流量和密度

的同時(shí)測(cè)量，然后把結(jié)果送入計(jì)算單元，通過運(yùn)

算求出質(zhì)量流量。

溫度，壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì):同時(shí)測(cè)出體

積流量，溫度和壓力，由溫度和壓力等參數(shù)和密

度的關(guān)系，通過運(yùn)算裝置算出介質(zhì)密度，再算出

質(zhì)量流量。

6-14.為什么科氏流量計(jì)能夠測(cè)量質(zhì)量流量?

(p89)

6-15.說明標(biāo)準(zhǔn)流量裝置的作用，有哪幾種主要

類型？

答:標(biāo)準(zhǔn)容積法、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量法、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法、

標(biāo)準(zhǔn)體積管法。

7物位檢測(cè)

物位的定義:物位統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固

體物料的表面位置，是液位、料位、界位的總稱。

液位：是指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高

低。

料位:是指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)備的塊狀、顆粒

或粉末狀固體物料的堆積高度。

界位:是指相界位置。例如不互容的兩種液體、

固液之間的分界面。

一、按測(cè)量方式

1、連續(xù)測(cè)量:連續(xù)性測(cè)量能持續(xù)測(cè)量物位的

變化。

2、定點(diǎn)測(cè)量:只能測(cè)量物位是否達(dá)到上限、

下限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測(cè)量一般為物位開

關(guān)。

二、按工作原理

1、直讀式物位檢測(cè)儀表：能直接顯示容器

中物位的高度，方法可靠、準(zhǔn)確，但只能就地指

ZjSo

2、靜壓式物位檢測(cè)儀表:適用于液位檢測(cè)。

3、浮力式物位檢測(cè)儀表:適用于液位檢測(cè)。

4、機(jī)械接觸式物位檢測(cè)儀表:通過測(cè)量物

位探頭物位接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位額測(cè)量。

5、電氣式物位檢測(cè)儀表:將電氣式物位敏

感元件置于被測(cè)介質(zhì)中，物位的變化會(huì)引起電氣

參數(shù)的改變從而檢測(cè)這些參數(shù)即可知物位變化o

6、其它檢測(cè)方法:聲學(xué)式、射線式、光纖式

儀表等等。

靜壓差的計(jì)算公式：Hpg

其中，p、為容器上部空間的壓力，以為零液位處

的壓力。

、差壓式液位計(jì)

對(duì)于敞口容器上式中的P、為大氣壓力，在容

器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號(hào)，儀表指

示的表壓力即反應(yīng)相應(yīng)的液柱靜壓。

差壓計(jì)的連接:正壓側(cè)于容器底部相通，負(fù)

壓側(cè)連接容器上部的氣空間。

差壓計(jì)安裝在最低液面以下時(shí)加在壓差計(jì)

兩側(cè)的差壓為:△P=Hpg+hpgo(注:測(cè)量?jī)x表安裝高

度工容器液位)

對(duì)于有可疑凝結(jié)蒸汽或采用隔離介質(zhì)的液

位測(cè)量系統(tǒng)，差壓計(jì)的負(fù)壓側(cè)通常有一個(gè)固定的

壓力偏置量，此時(shí)的差壓為：W=H0

優(yōu)點(diǎn)：由于檢測(cè)點(diǎn)移至頂部，其維修均很方便。

缺點(diǎn):其測(cè)量精度受測(cè)壓表的精度，液體的溫度

和密度對(duì)其檢測(cè)有影響。

(1)是一種恒浮力式液位計(jì)。

(2)基本原理:通過測(cè)量漂浮于被測(cè)液面上的

浮子隨著液面的變化而上下移動(dòng)而產(chǎn)生的位移

來檢測(cè)液位高低，其所受浮力的大小一定。即檢

測(cè)浮子所在位置可知液面高低o、

(3)浮子形狀常見有圓盤形、圓柱形和球形等。

下面以圓柱形為例來作分析。

浮筒式液位計(jì)

(1)是一種變浮力式液位計(jì)。

(2)基本原理:利用浮筒被液體浸沒高度不同

引起的浮力變化來檢測(cè)液位。

(1)原理:基于圓筒形電容器的電容值隨物位

而變化。

△C='H

一定條件下，人市務(wù)為常數(shù)，則AC與〃成正比，

in(D/a)

測(cè)量電容變化量即可得物位。

(2)電容式物位計(jì)能夠測(cè)量液位、料位和界位,

主要由測(cè)量電極和電容檢測(cè)電路組成。

(3)常見的電容檢測(cè)方法有交流電橋法、充放

電法、諧振電路法。能夠輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，實(shí)

現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。

(4)特點(diǎn)：電容式物位計(jì)一般不受真空、壓力、

溫度等環(huán)境條件的影響；安裝方便，結(jié)構(gòu)牢固，

易維修；價(jià)格較低。但是不適合于以下介質(zhì):

如介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度等影響而變化、介質(zhì)在

電極上有沉積或附著、介質(zhì)中有氣泡產(chǎn)生等情

況。

(1)原理：利用聲波的某些特性制成。如聲波

阻斷式一固體、液體或氣體對(duì)聲波的吸收能力不

同（氣體最大，固體最小），由接收的超聲波可

知物體是否達(dá)到預(yù)定位置，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警或定位檢

測(cè)。H=-ct

2

（2）應(yīng)用范圍:液位、物位。（對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性

較強(qiáng)，應(yīng)用廣泛）P101

（3）特點(diǎn):無機(jī)械可動(dòng)部件，安裝維修方便；超

聲換能器壽命長(zhǎng)；能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式測(cè)量，適合

于有毒、高粘度及密閉容器物位的測(cè)量；對(duì)環(huán)境

適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。

（4）缺點(diǎn):在檢測(cè)中易受介質(zhì)的溫度、成分等變

化的影響。

（1）原理;核輻射式物位計(jì)是利用核輻射線在

穿透物質(zhì)是將被衰減的現(xiàn)象來確定物位。（射線

在穿透物質(zhì)時(shí)，它的強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度指數(shù)降

低，只要測(cè)出通過物質(zhì)前后的輻射強(qiáng)度，就可知

厚度物位。）

（2）組成:射線源、防護(hù)容器、射線檢測(cè)器、電

子轉(zhuǎn)換和指示電路。

（3）檢測(cè)方式:有固定安裝式和隨動(dòng)式兩種

（4）特點(diǎn)：具有非接觸式測(cè)量的特點(diǎn)，可用于

高溫高壓、真空密閉等各種容器中液體或固體物

料的物位測(cè)量；可適應(yīng)腐蝕、有毒、高粘度、爆

炸性等各種困難介質(zhì)和高溫、高濕、多粉塵、強(qiáng)

干擾等惡劣的工作條件。其放射性安全防護(hù)措施

需按有關(guān)規(guī)范操作。

（1）用于定點(diǎn)測(cè)量，檢測(cè)物位是否達(dá)到預(yù)定的

高度，并發(fā)出相應(yīng)的開關(guān)量信號(hào)。

（2）特點(diǎn):簡(jiǎn)單、可靠、使用方便，適用范圍廣。

一、液位測(cè)量的特點(diǎn)

（1）液面波動(dòng)（物料流進(jìn)流出、沸騰或泡沫）

（2）大型容器中各處物理量（溫度、密度和粘

度）分布不均

（3）液體處于特殊狀態(tài)中（高溫、高壓、高粘

度、含大量雜質(zhì)）

二、料位測(cè)量的特點(diǎn)

（1）料面不規(guī)則

（2）物料排出后有滯留區(qū)

（3）物料間空隙不穩(wěn)定

三、界位測(cè)量的特點(diǎn)

存在渾濁段

課后習(xí)題

7-1常用液位測(cè)量方法有哪些？

（1）壓力式液位計(jì):根據(jù)靜止介質(zhì)的某一

點(diǎn)所受壓力與此點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比，利用

壓力表來顯示其高度。（2）直讀式:直接是用與

被測(cè)容器連通的玻璃管來顯示容器內(nèi)的物位高

度,或在容器上開有窗口直接觀察物位高度。（3）

浮力式:利用漂浮在液面上的浮子的位置隨液位

的變化來測(cè)量定位。（4）電氣式:將物位的變化

轉(zhuǎn)換為某些電量參數(shù)的變化而進(jìn)行間接測(cè)量。

（5）聲波式:由于物位的變化引起的聲波的遮

斷。（6）光學(xué)式:利用物位對(duì)光波的遮斷和反射

原理進(jìn)行測(cè)量。（7）核輻射式:放射性同位素放

出的射線被中間介質(zhì)吸收而減弱。

7-2對(duì)于開口容器和密封壓力容器用差壓式液位

計(jì)測(cè)量時(shí)有何不同?影響液位計(jì)測(cè)量精度的因素

有哪些？

對(duì)于開口容器，在容器底部或側(cè)面液位零點(diǎn)處引出壓力信號(hào)，儀表指示的

表壓力即反映相應(yīng)的液位靜壓。對(duì)于密封壓力容器，可用差壓計(jì)測(cè)量液位。差

壓式的正壓側(cè)與容器底部相通，負(fù)壓側(cè)連接容器上部的空間?？汕笠何桓?/p>

度。

因素:液位計(jì)本身的精度、以及液位的溫度對(duì)其密度的影響、物料本身性質(zhì)如溫

度、粘度、液面的穩(wěn)定、料面是否規(guī)則。

7-3利用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，為什么要進(jìn)行

零點(diǎn)遷移?如何實(shí)現(xiàn)遷移？

(1)進(jìn)行零點(diǎn)遷移的原因：由于測(cè)壓儀表

的安裝位置一般不能和被測(cè)容器的最低液位處

在同一高度上，因此，在測(cè)量液位是，儀表的量

程范圍內(nèi)會(huì)有一個(gè)不變的附加值。

(2)如何實(shí)現(xiàn):對(duì)感壓原件預(yù)加一個(gè)作用

力，將儀表的零點(diǎn)遷移到與液位零點(diǎn)相重合，即

實(shí)現(xiàn)零點(diǎn)遷移。

7-4恒浮力式液位計(jì)與變浮力式液位計(jì)的測(cè)量原

理有什么異同點(diǎn)?在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，如何

確定浮筒的尺寸和重量？

恒浮力式液位計(jì)和變浮力式液位計(jì)都屬于

浮力式物位檢測(cè)儀表，都是基于力的平衡原理，

利用液體浮力進(jìn)行液位的測(cè)量。恒浮力式是靠浮

子隨液面升降的位移反映液位變化的；而變浮力

式則是靠液面升降對(duì)物體浮力改變反映液位的

變化。

在選擇浮筒式液位計(jì)時(shí)，要依據(jù)其測(cè)量原理選擇

浮筒的尺寸和質(zhì)量。

設(shè)浮筒的重力為G,浮力為W,則懸掛點(diǎn)所受重

力F=G-W,

又知浮力W為吟乎所

故：

F=G-W=G--D2pgH

式中，D為浮筒的直徑5；。為被測(cè)液體的密度;

H為浮筒浸入液體部分的高度。因此浮筒所受重

力F與液位H呈線性關(guān)系，液位越高，力越小。

為了提高靈敏度，應(yīng)使H前的系數(shù)盡可能大，

所以浮筒的直徑D也是越大越有利。而且，為

了有較大的量程，浮筒的長(zhǎng)度L也要盡可能大。

關(guān)于浮筒的質(zhì)量選取依據(jù)零點(diǎn)消失原則進(jìn)行。

7-5物料的料位測(cè)量與液位測(cè)量有什么不同的特

點(diǎn)？

從概念上說，物料的料位是指設(shè)備和容器中

所儲(chǔ)存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的堆積高

度，其是針對(duì)固體進(jìn)行測(cè)量；而液位是指設(shè)備和

容器中液體介質(zhì)表面的高低，其是針對(duì)液體的測(cè)

量。

由于測(cè)量對(duì)象性質(zhì)的不同，在測(cè)量方法的選

取上也有所不同。一般所有的物質(zhì)檢測(cè)方法和物

位檢測(cè)儀表都能夠進(jìn)行液位的測(cè)量，而只有機(jī)械

接觸式、電氣式、超聲式、核輻射式等適用于料

位測(cè)量。故在測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x表的選取上，料

位相對(duì)于液位有一定的局限性。

7-6電容式物位計(jì)、超聲式物位計(jì)、核輻射式物

位計(jì)的工作原理，各有何特點(diǎn)？

（1）電容式:基于圓筒形電容器的電容值隨

物位而變化。（2）超聲式:利用回聲測(cè)距原理，

由發(fā)射探頭發(fā)出的超聲脈沖，在介質(zhì)中傳到界面

反射再返回到操頭接受。（3）核輻射式:以核輻

射式的穿透性和物質(zhì)對(duì)射線的吸收特點(diǎn)為基礎(chǔ)，

實(shí)驗(yàn)證明，射線等穿透物質(zhì)后，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層

的厚度呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律衰減。

8機(jī)械量檢測(cè)

機(jī)械量包括長(zhǎng)度、位移、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、力、力矩、

振動(dòng)等。其中直線位移是機(jī)械量基本的參數(shù)。如:

表8-1

方法有:電容式位移檢測(cè)、電感式位移檢測(cè)、

差動(dòng)變壓器位移檢測(cè)、光纖位移檢測(cè)、光學(xué)數(shù)字

式位移檢測(cè)（光柵標(biāo)尺、CCD圖像傳感元件）

（yQ

「變極距法（變d）

、變面積法（變S）

在兩個(gè)固定極板之間設(shè)置可動(dòng)極板（變￡）

電感式位移檢測(cè)方法

電感式位移傳感器分自感式和互感式。

電感式位移檢測(cè)與電容式位移檢測(cè)都是與

被檢測(cè)對(duì)象非機(jī)械接觸的檢測(cè)方法。

（是互感式位移檢測(cè)方法）P106

（利用光纖檢測(cè)位移的一種方法）

隨著被檢測(cè)物體的位移變化，重疊部分的光強(qiáng)

發(fā)生變化，根據(jù)光強(qiáng)信號(hào)檢測(cè)位移。

-（光柵尺）

數(shù)字式位移檢測(cè)室利用柵格編碼器將長(zhǎng)度或

角度的變化直接轉(zhuǎn)換為脈沖個(gè)數(shù)或二進(jìn)制符號(hào)

的方法，如光柵標(biāo)尺、容柵標(biāo)尺等。

（P107）

CCD圖像傳感元件（P109）

（重要指數(shù):兩顆星）

方法:離心力檢測(cè)法，光電碼盤轉(zhuǎn)速檢測(cè)法,

空間濾波器式檢測(cè)法。

離心力檢測(cè)法原理:質(zhì)量m的重物旋轉(zhuǎn)時(shí)受

到離心力遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧力向上

拉套筒，套筒升降通過齒輪帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而

直接讀數(shù)。精確度:上下1%

（核心思想:離心力一一彈簧力一一套筒升降一

一齒輪帶指針轉(zhuǎn)動(dòng)一一讀數(shù)）

光電碼檢測(cè)法:將對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)化為脈沖

序列，統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，通過脈沖個(gè)數(shù)

測(cè)量轉(zhuǎn)角即得到轉(zhuǎn)速。

空間濾波器式檢測(cè)法特點(diǎn):不需要在旋轉(zhuǎn)物

體上或周圍做任何記號(hào)，多用于檢測(cè)不規(guī)則物體

的移動(dòng)速度。

（重要指數(shù):兩顆半星）

本章主要檢測(cè)方法:金屬應(yīng)變?cè)?，半?dǎo)體

應(yīng)變?cè)?，壓電效?yīng)，壓敏導(dǎo)電橡膠（1,2相

對(duì)較重要。）

力檢測(cè)主要原理基礎(chǔ):彈性元件受力作用時(shí)

將發(fā)生彈性形變，彈性體變形導(dǎo)致電阻值變化，

電阻通電轉(zhuǎn)化為電壓，測(cè)電壓即可求得對(duì)應(yīng)力的

大小。

X金屬應(yīng)變?cè)?/p>

原理:在拉伸力的作用下，金屬絲被拉長(zhǎng)，因此

截面積縮小，導(dǎo)致電阻率變化。

注:給金屬絲通電流，測(cè)電壓即可測(cè)得電阻，對(duì)

應(yīng)即可知道應(yīng)力。

2半導(dǎo)體應(yīng)變?cè)?/p>

原理:元件受力形變，應(yīng)變對(duì)元件電阻率大幅度

變化，從而導(dǎo)致電阻的改變，將元件通電流，測(cè)

元件兩段電壓，通過電壓的改變即可推斷力的大

小。

優(yōu)點(diǎn):反應(yīng)靈敏，體積小，廣泛用在壓力傳感上。

缺點(diǎn):溫度依賴性大，需要電路補(bǔ)償，價(jià)格高。

3壓敏導(dǎo)電橡膠

原理:元件受力變形電阻變化，通電，測(cè)電壓，

即反推得到力的大小。

9成分分析儀表

成分分析儀表是對(duì)物質(zhì)的成分及性質(zhì)進(jìn)行分析

和測(cè)量的儀表。

一、成分分析方法及分類①〃斤

成分分析的方法有兩種類型：一種是定

期取樣，通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室分析

方法；另一種是利用能夠連續(xù)測(cè)定被測(cè)

物質(zhì)的含量或性質(zhì)的自動(dòng)分析儀表。

當(dāng)前，按測(cè)量原理分類，成分分析儀表有

以下幾種型式：

1）電化學(xué)式:如電導(dǎo)式（EC）,電位式，酸度計(jì)，

離子濃度計(jì)等。

2）熱學(xué)式:如熱導(dǎo)式、熱譜式、熱化學(xué)式等。

3）磁學(xué)式:如磁式氧氣分析儀、核磁共振分析儀

等。

4）射線式:如X射線分析儀、Y射線分析儀、同

位素分析儀、微波分析儀等。

5）光學(xué)式:如紅外、紫外等吸收式光學(xué)分析儀，

光散射、光干涉式光學(xué)分析儀等。（分光儀、

比色儀）

6）電子光學(xué)式和離子光學(xué)式:如電子探針、離子

探針、質(zhì)譜儀等。

7）色譜式:如氣相色譜儀、液相色譜儀等。

8）物性測(cè)量?jī)x表:如水分計(jì)、粘度計(jì)、密度計(jì)、

濕度計(jì)、塵量計(jì)等。

9）其它:如半導(dǎo)體氣敏傳感器。

二、自動(dòng)分析系統(tǒng)（檢測(cè)器是分析儀表的核心）

1、自動(dòng)分析系統(tǒng)通常是與試樣預(yù)處理系

統(tǒng)組成一個(gè)分析測(cè)量系統(tǒng)，以保證其良好偶的

環(huán)境適應(yīng)性和高的可靠性以使分析儀表的示

值能代表被監(jiān)測(cè)的成分。

2、自動(dòng)取樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中

自動(dòng)、快速的提取待分析樣品。預(yù)處理系統(tǒng)能

夠采用冷卻、加熱、氣化、減壓、過濾等方式。

取樣和試樣的制備必須注意避免液體試樣的

分合作用或氣體試樣中某些組分被吸附的情

況。

三、幾種工業(yè)用成分分析儀表

1、熱導(dǎo)式氣體分析器:利用不同氣體導(dǎo)熱特性

不同的原理進(jìn)行分析。優(yōu)點(diǎn)有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作

穩(wěn)定、體積小。（熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是

測(cè)量室）

（1）經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，氣體中氫和氫的導(dǎo)熱能力

最強(qiáng)，而二氧化碳和二氧化硫的導(dǎo)熱能力較

弱。氣體的導(dǎo)熱率還與氣體的溫度有關(guān)。

（2）熱導(dǎo)式氣體分析器的核心是測(cè)量室，稱

為熱導(dǎo)池。熱導(dǎo)池是用導(dǎo)熱良好的金屬制成的

長(zhǎng)圓柱形小室，室內(nèi)裝有一根絲的鉗或鴇電阻

絲，電阻絲與腔體有良好的絕緣。

熱導(dǎo)池有不同的結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)前常用的是對(duì)流擴(kuò)

散式結(jié)構(gòu)型式。熱導(dǎo)式分析儀表通常采用橋式

測(cè)量電路。

四、氧化錯(cuò)氧分析器

(1)氧化錯(cuò)氧分析器是屬于電化學(xué)分析方法,

這種分析器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、穩(wěn)定性好、相

應(yīng)快、測(cè)量范圍寬(從10一6到百分含量)，

而且不需復(fù)雜的采樣和預(yù)處理系統(tǒng)，它的探頭

能夠直接插入煙道中連續(xù)地分析煙氣中的氧

含量。

(2)氧化錯(cuò)分析器的基本工作原理基于氧濃

差電池(原電池)。氧化倍(Zr02)是一種陶

瓷固體電解質(zhì)，在高溫下有良好的離子導(dǎo)電特

性。濃差電池的左側(cè)為被測(cè)氣體，右側(cè)為參比

氣體，參比氣體一般為空氣。

(3)氧化錯(cuò)分析器正常工作的必要條件：

a、工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)節(jié)控制

的環(huán)節(jié)，一般工作溫度保持在丁二850。(：，此時(shí)

靈敏度最高，工作溫度變化直接影響氧濃車電

勢(shì)E的大小，傳感器還應(yīng)有溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)。

b、必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量穩(wěn)定

不變。二者氧含量差越大，儀表靈敏度越高。

C、參比氣體與被測(cè)氣體壓力應(yīng)該相等。

(3)氧化錯(cuò)分析器的安裝方式有直插式和抽吸

式。

五、半導(dǎo)體氣敏傳感器

半導(dǎo)體氣敏傳感器是采用半導(dǎo)體材料為

敏感材料制成的一種氣敏傳感器類型。這類傳

感器能夠通過在半導(dǎo)體材料中添加各種催化

劑來改變其主要敏感對(duì)象，但卻很難消除對(duì)其

它共存氣體的影響,并且它信號(hào)線性影響的范

圍窄，一般只用于定性及半定量范圍的氣體檢

測(cè)。

半導(dǎo)體氣敏傳感器按照半導(dǎo)體的物性變

化特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻型兩類。

氣敏傳感器一般由氣敏元件、加熱器和封

裝體等部分組成。氣敏元件從結(jié)構(gòu)型式來分有

一燒督薩膜型和厚膜型三類。

P

++

,pH=-1g[H]PH=-\^H]

與之相應(yīng)有:pH=7為中性溶液，pH>7為堿性溶

液，pH<7為酸性溶液。

(1)pH值得檢測(cè)采用電位測(cè)量法。測(cè)量pH

值一般使用參比電極和測(cè)量電極以及被測(cè)溶

液共同組成的pH測(cè)量電池。參比電極的電位

是一個(gè)固定的常數(shù)。電池的電勢(shì)為參比電極和

測(cè)量電極間電極電位的差值。根據(jù)能斯特公式

有：

E=一

式中，E為電極電勢(shì)，V；R為氣體常數(shù)，

R=(mol*K)；T為熱力學(xué)溫度，K；F為法拉第

4

常數(shù),F=x10C/mol.pHx為被測(cè)溶液的pH值。

(2)工業(yè)用參比電極一般為甘汞電極或銀-

氯化銀(Ag/AgCl)電極。(pl29)

(3)玻璃電極是使用最為廣泛的測(cè)量電極。

七、濕度的檢測(cè)

(2)濕度的檢測(cè)方法有露點(diǎn)法、毛發(fā)膨脹法和

干濕球濕度測(cè)量法。對(duì)濕度傳感器的要求:工

作可靠，使用壽命長(zhǎng)，有較快的響應(yīng)速度，受

溫度影響小，互換性好，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。

八、干濕球濕度計(jì)

干濕球濕度計(jì)的使用十分廣泛，常用于測(cè)量空氣

的相對(duì)濕度。它由兩支溫度計(jì)組成，一支溫度

計(jì)用來直接測(cè)量空氣的溫度，稱為干球溫度

計(jì)；另外一支溫度計(jì)在感溫部分包有被水浸濕

的棉紗吸水套，并經(jīng)常保持濕潤(rùn)，稱為濕球溫

度計(jì)。

Pws一Ap(td-tw)

1、陶瓷濕敏傳感器

陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定性好，耐高溫，便于用加熱

法去除油污。多孔陶瓷表面積大，易于吸濕和

去濕，能夠縮短響應(yīng)時(shí)間。陶瓷傳感器的感濕

機(jī)理一般是利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對(duì)水

分子進(jìn)行吸濕或脫濕，使電極間的電阻值隨相

對(duì)濕度而變化。這類傳感器的制作型式能夠?yàn)?/p>

燒結(jié)式、膜式及MOS型等。這類元件的特點(diǎn)是

體積小，測(cè)溫范圍寬，可用于高溫，最高可達(dá)

600℃,能用電加熱反復(fù)清洗，響應(yīng)速度快，

長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。

課后習(xí)題

9.1、在線成分分析系統(tǒng)為什么要有采樣和

試樣預(yù)處理裝置?采樣和試樣預(yù)處理裝置能夠保

證在成分分析系統(tǒng)良好的環(huán)境適應(yīng)性和高的可

靠性，以使分析儀表的視值能代表被監(jiān)測(cè)的部

分。采樣裝置的作用是從生產(chǎn)設(shè)備中自動(dòng)、快速

的提取待分析樣品；預(yù)處理裝置可采用多種方式

對(duì)采集的樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，為分析儀器提供

符合技術(shù)要求的試樣。

9-2.簡(jiǎn)述熱導(dǎo)式體分析器的工作原理，對(duì)

測(cè)量條件有什么要求？

工作原理:由于氣體組份含量的不同，混合

氣體導(dǎo)熱能力將發(fā)生變化，利用混合氣體導(dǎo)熱能

力的差異進(jìn)行含量分析。

要求:實(shí)際測(cè)量中，要求混合氣體中背景組

分的導(dǎo)熱率必須近似相等，并與被測(cè)組分的導(dǎo)熱

率有明顯的差別，對(duì)于不能滿足這一要求的氣體

可采用預(yù)處理的方法。

9-3

機(jī)理為:紅外線氣體分析器屬于光學(xué)分析

一表中的一種。它是利用不同氣體對(duì)不同波長(zhǎng)

的紅外線具有選擇性吸收的特性來進(jìn)行分析

的。一般由紅外輻射源、測(cè)量氣樣室、紅外探

測(cè)裝置組成。

9-4

氧化錯(cuò)分析器的基本工作原理基于氧濃

差電池。濃差電池內(nèi)在氧化錯(cuò)陶瓷體的兩側(cè)燒

結(jié)一層多孔鉗電極，當(dāng)兩側(cè)氣體的含氧量不同

時(shí)，在兩極間將產(chǎn)生濃差電勢(shì)。條件要求為:

工作溫度要恒定，傳感器要有溫度調(diào)節(jié)控制的

環(huán)節(jié)；必須要有參比氣體，參比氣體的氧含量

穩(wěn)定不變；參比氣體與被測(cè)氣體壓力應(yīng)該相

等。

9-5

基本環(huán)節(jié)有分析環(huán)節(jié)和分離環(huán)節(jié)。

%6、半導(dǎo)體氣敏傳感器有哪幾種類型？

半導(dǎo)體氣敏傳感器的類型按照半導(dǎo)體的物

位變化特點(diǎn)，可分為電阻型和非電阻性兩類。按

照半導(dǎo)體與氣體的相互作用是在其表面或內(nèi)部，

又可分為表面控制型和體控制型兩種。

9-7

直接電位法測(cè)量溶液酸度就是用pH測(cè)量

電池進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量電極插入溶液中會(huì)與溶液

產(chǎn)生電極電勢(shì)，電池的電勢(shì)為參比電極與測(cè)量

電極間電極電位的差值，其大小就代表溶液中

氫離子濃度，即溶液酸度。

9.8、簡(jiǎn)述濕度測(cè)量的特點(diǎn)，常用的濕度測(cè)

量方法有哪些？

濕度測(cè)量的方法很多，傳統(tǒng)的方法是露點(diǎn)

法，毛發(fā)膨脹法和干濕球濕度測(cè)量法。工業(yè)過程

的檢測(cè)和控制對(duì)濕敏傳感器有一下要求：（1）工

作可靠，使用壽命長(zhǎng)；（2）在氣體環(huán)境中特性穩(wěn)

定，不受塵埃、油污附著的影響；（3）滿足要求

的濕度測(cè)量范圍有較快的相應(yīng)速度；（4）能在

-30°“00°c的環(huán)境溫度下使用，受溫度影響較

小；（5）互換性好，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)。

10儀表系統(tǒng)分析

表10-1DDZ-H型和DDZ-IH型儀表的比較

（P137）

儀表系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的類型有：

時(shí)域模型，頻域模型，離散模型。

思考題與習(xí)題

1常用儀表是如何進(jìn)行分類的?各有什么特點(diǎn)？

①按使用性質(zhì)分為標(biāo)準(zhǔn)表（用于校驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)

儀表使用，經(jīng)過了計(jì)量部門的定期檢定并具有合

格證書）、實(shí)驗(yàn)室用表（用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究）、工

業(yè)用表（長(zhǎng)期安裝使用在工業(yè)生產(chǎn)中）②按測(cè)量

方式分為直讀儀表（能夠直接讀取被測(cè)量值）和

比較儀表（采用某種方式通過未知量雨已知量相

比較而得出被測(cè)量值）③按原理性連接方式分為

串聯(lián)（各功能模塊首尾相接前后串聯(lián)）、反饋（某

個(gè)功能模塊的輸出重新輸入到自身的輸入端或

其前的某個(gè)功能模塊的輸入端，從而構(gòu)成正反饋

或負(fù)反饋?zhàn)饔茫馨葱盘?hào)傳輸方式分為電動(dòng)儀表

（以電量為傳輸信號(hào)，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，但無特殊處

理措施，會(huì)引起活在和爆炸）、氣動(dòng)儀表（使用

壓縮空氣來傳輸信號(hào)，反應(yīng)動(dòng)作慢，投資大）⑤

按組成方式分為基地儀表（通用性差）、單元組

合式儀表（只完成單一功能，但是比較靈活）、

組件組裝式儀表（可根據(jù)需要選擇多個(gè)插件，常

用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中）⑥按安裝使用方法分為

現(xiàn)場(chǎng)安裝儀表（防爆，防腐，抗震）、盤后架裝

儀表（無顯示功能，無操作需要）、盤裝儀表（同

時(shí)具有顯示功能和操作功能）以上三種是常用工

業(yè)