1、 vAqvdAvA0tvvQq dtmvQQ (a) 標準孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管1v3v2v123 流速1v2v3v靜壓1p2p3ppmaxp節流裝置的作用：造成流束局部收縮，從而產生壓差節流裝置的作用：造成流束局部收縮，從而產生壓差 對于不可壓縮流體：對于不可壓縮流體：伯努里方程：伯努里方程：P P1 1/1 1+V+V1 12 2/2=P/2=P2 2/2 2+V+V2 22 2/2/2流體連續性方程：流體連續性方程：AVAV1 11 1=aV=aV2 22 2對于不可壓縮流體：對于不可壓縮流體：=1 1=2 2 2142/11PPDd214211PP 21421PPaP2管道直

2、徑為管道直徑為D(A=DD(A=D2 2/4)/4)，節流件開孔直徑，節流件開孔直徑d(ad(a=d=d2 2/4)/4)，=d/D=d/D，則：，則：V V2 2= = = =Q=aV2 =aE E E為漸近速度系數，上式為理想方程。為漸近速度系數，上式為理想方程。P2P2P2122PDPD122引入引入（流量系數（流量系數-flow coefficient-flow coefficient）進行修正：）進行修正：Q=caEQ=caE=a=a引入流體膨脹的校正系數：引入流體膨脹的校正系數：Q=aQ=a對于可壓縮流體，對于可壓縮流體，11；不可壓縮流體，；不可壓縮流體，=1=1。（流量系數）的

3、影響因素：管徑、節流件形式、開孔直徑、取壓（流量系數）的影響因素：管徑、節流件形式、開孔直徑、取壓位置、雷諾數等。只有位置、雷諾數等。只有保持為常數才能保證測量的精度。保持為常數才能保證測量的精度。工程上工程上: :Q= 1.252Q= 1.252(m3/h)Q=KQ=K（PP）1/21/2M=1.252(kg/h) 1v3v2v123流速1v2v3v靜壓1p2p3ppmaxp0022vmqApqAp節流式流量計的特點：節流式流量計的特點：* *與密度有關；與密度有關；* *不能在溫度、壓力變化頻繁的場合應用，因為密度會變化；不能在溫度、壓力變化頻繁的場合應用，因為密度會變化；* *資料齊全，

4、數據充足；資料齊全，數據充足；* *精度可達到精度可達到1 1級，量程比以前為級，量程比以前為3 3：1 1，現在可以達到，現在可以達到1010：1 1；* *測量元件的壽命比較長，但維護工作量比較大而且難；測量元件的壽命比較長，但維護工作量比較大而且難；* *壓力損失比較大，儀表刻度為非線性。壓力損失比較大，儀表刻度為非線性。 aa環隙取壓單獨鉆孔取壓夾持環流體l1l2法蘭取壓法蘭取壓l1(D)l2(D/2)DD/2取壓取壓 節流裝置引壓管差壓變送器顯示儀表/控制器oIpvqp)(02. 008. 0max)(02. 008. 02MPaGGMPaP量程零點)(10 mAP量程零點)(416

5、mAP量程零點差壓變送器的輸出：差壓變送器的輸出：氣動：氣動：P P出出= =電動電動型：型：I I出出= =電動電動型：型：I I出出= =HhDdP( )P( )P( ) hgV液轉轉APP21AgVPPP液轉轉21轉子在液體中的受力：重力轉子在液體中的受力：重力- -浮力浮力= =向上的推力向上的推力左邊各值均為常數，左邊各值均為常數，A A也為常數也為常數所以這種流量計稱為可變面積流量計，恒壓差式的流量計。所以這種流量計稱為可變面積流量計，恒壓差式的流量計。 =常數()tfVgpA 2vfqhp2 ()tffVghA2 ()tffmVgqhA 其中其中為儀表常數，為儀表常數，h是轉子的

6、高度。對一定的儀表，與轉子形狀及介是轉子的高度。對一定的儀表，與轉子形狀及介質粘性有關的系數質粘性有關的系數是一個常數。因此，流量只與環隙面積有關，也即與轉子是一個常數。因此，流量只與環隙面積有關，也即與轉子的位置有關。的位置有關。 結論：（結論：（1）流量與高度成正比）流量與高度成正比 （2）P1-P2=常數常數 （3）改變轉子流量計量程的方法：改變錐度、長度、轉子材料。）改變轉子流量計量程的方法：改變錐度、長度、轉子材料。02 ()twvwVgqhA2 ()tfvffVgqhA0()()tfwvfvftwqq0()()tfwvfvftwqq(7.90.83)*1*3.60.83*(7.9

7、1)vfq4( / )L s0()*()tfwfvmvffvtwqqq 氣轉氣轉轉AgVCAQ236000轉氣轉-氣轉10123600轉轉轉AgVCAQ Q1空氣流量（m3/h, 20，1atm），1空氣密度（kg/m3） 20223600轉轉轉AgVCAQ Q2Q2被測介質流量（被測介質流量（m3/h,m3/h,操作狀態下），操作狀態下），22被測介質密度（被測介質密度（kg/m3kg/m3，操作狀態），操作狀態） 2112QQ1212QQ 根據氣體狀態方程，氣體在某一狀態下（根據氣體狀態方程，氣體在某一狀態下（P P、T T）的密度）的密度與標準狀態與標準狀態（P0P0、T0T0）下的密度

8、）下的密度00之間有如下關系：之間有如下關系： TPPT00011001101TPTP22002202TPTP1220211012TPTPQQ對于標定狀態（對于標定狀態（P1P1、T1T1）的空氣來說，）的空氣來說，對于操作狀態（對于操作狀態（P2P2、T2T2）的介質來說，）的介質來說，所以有：所以有： P1、T1、10空氣，標定狀態，絕壓（PA），絕溫（K），標準狀態下的密度KG/M3；P2、T2、20介質，操作狀態，絕壓（PA），絕溫（K），標準狀態下的密度KG/M3；Q2為介質在操作狀態下的體積流量，再將它換算成標定狀態下的體積流量：為介質在操作狀態下的體積流量，再將它換算成標定狀態下

9、的體積流量： 211222TPTPQQ 2120121012TPTPQQ 22021224.21PTQQ22021206115. 0TPQQ 10、20可同時取標準狀態下或標定狀態下的密度可同時取標準狀態下或標定狀態下的密度 飽和蒸汽示值修正：飽和蒸汽示值修正：換算成水的流量換算成水的流量fMQ汽156.292 xEKBDv24vDqv4vxDqEBK 電磁流量計 當流道兩側有磁場作用時，導電流體在流動過程中切割磁力線，產生感應電動勢：Ex=BDv10-12所以有： Q=K ExEX1EX2電磁流量計電磁流量計由兩部分組成：電磁流量變換器 由帶激磁線圈的絕緣測量管產生電勢信號。二次儀表 作用：

10、提供激磁電源，將變換器輸出的微弱電勢信號進行放大，并輸出相應的電流信號。 組成：前置放大、主放大、相敏檢波、功率放大、霍爾反饋（克服電源波動）、電源等。 SNvqqv dvStf 4vqVnCMFCMF研究起始于上世紀研究起始于上世紀5050年代，年代，19771977年，年，JAMES SMITHJAMES SMITH所在的所在的MICRO MICRO MOTIONMOTION制成世界上第一臺，到制成世界上第一臺，到8080年代中后期各儀表廠家相繼開發。年代中后期各儀表廠家相繼開發。19951995年年世界上有世界上有4545家制造商推出各種不同結構的家制造商推出各種不同結構的CMFCMF。

11、19951995年全球流量儀表銷售為年全球流量儀表銷售為3030億億USDUSD，其中，其中USFUSF為為2.352.35億億USDUSD，約占，約占8%8%。據。據AUTOMATION RESEARCH AUTOMATION RESEARCH CORPORATIONCORPORATION估計，估計，19951995年年CMFCMF全球約全球約4 4萬臺。我國萬臺。我國CMFCMF應用起步較晚，從應用起步較晚，從8080年代中期引進成套設備附帶少量儀表開始，到年代中期引進成套設備附帶少量儀表開始，到19971997年年CMFCMF裝用量在裝用量在3500350045004500臺之間。目前國

12、內已有臺之間。目前國內已有6 6家儀表廠生產家儀表廠生產CMFCMF供應市場。供應市場。CMFCMF可以測：質量流量、密度、液體濃度、溶質流量或總量、粘度。可以測：質量流量、密度、液體濃度、溶質流量或總量、粘度。CMFCMF特點：特點：（1 1）不受介質溫度、壓力、粘度、密度、電導率的影響；）不受介質溫度、壓力、粘度、密度、電導率的影響；（2 2）精度高，可達）精度高，可達0.015%0.015%（不過未得到美國一些行業協會的認可）（不過未得到美國一些行業協會的認可）（3 3）無可動部件，免維護產品，可靠性好，壓力損失低；）無可動部件，免維護產品，可靠性好，壓力損失低；（4 4）量程比大，最大

13、可達）量程比大，最大可達100100：1 1，一般在，一般在4040：1 1（5 5）適用的流體種類多）適用的流體種類多（6 6）抗振性好，穩定性好）抗振性好，穩定性好（7 7）可測量的多種參數）可測量的多種參數（其它略）超聲波流量計（超聲波流量計（ULTRASONICULTRASONIC，USFUSF）USFUSF是上世紀是上世紀8080年代發展起來的一種流量計，雖然這種方法以前年代發展起來的一種流量計，雖然這種方法以前就知道，但由于計算機技術和電子技術的迅速發展，才真正導致就知道，但由于計算機技術和電子技術的迅速發展，才真正導致它的優點顯示出來：它的優點顯示出來：1 1、是一種非接觸式的流

14、量計，因而無壓力損失，不干擾流場，、是一種非接觸式的流量計，因而無壓力損失，不干擾流場，能測量強腐蝕（能測量強腐蝕（CORROSIONCORROSION）及含雜質（）及含雜質（FOREIGN MATTERFOREIGN MATTER）的介質）的介質外，還可測量非導電介質的流量，而且不受流體溫度、粘度、密外，還可測量非導電介質的流量，而且不受流體溫度、粘度、密度的影響。度的影響。2 2、通用性好（、通用性好（IN COMMON USEIN COMMON USE），同一臺表可測不同口徑的管），同一臺表可測不同口徑的管道內的介質流量。道內的介質流量。3 3、安裝維護方便，在管道的外側夾裝就可測管道內

15、的液體流量。、安裝維護方便，在管道的外側夾裝就可測管道內的液體流量。不需要切斷流量，不影響管道內流體的正常流通。安裝時不需要不需要切斷流量，不影響管道內流體的正常流通。安裝時不需要閥、法蘭、旁通管等，安裝費用低。閥、法蘭、旁通管等，安裝費用低。4 4、特別適用于大口徑管道的流量測量。、特別適用于大口徑管道的流量測量。由于它的上述特點，由于它的上述特點，USFUSF在流量測量中所占比重正日益增加。尤在流量測量中所占比重正日益增加。尤其在測量污水等方面的應用很廣泛。其在測量污水等方面的應用很廣泛。分類（分類（CLASSIFYCLASSIFY）：傳播速度差法和多譜勒法。傳播速度差法）：傳播速度差法和

16、多譜勒法。傳播速度差法飲食相位差法、時間差法和聲循環法。就實用性而言，主要是時飲食相位差法、時間差法和聲循環法。就實用性而言，主要是時間差法多譜勒法。間差法多譜勒法。時差式流量計（時差式流量計（TRANSIT TIME FLOWMETERTRANSIT TIME FLOWMETER）原理：如取靜止流體中的聲速為原理：如取靜止流體中的聲速為C C，流體流動的速度為，流體流動的速度為V V，當聲波的傳播方，當聲波的傳播方向與流體的流動方向一致時（順流方向），其傳播速度（向與流體的流動方向一致時（順流方向），其傳播速度（VELOCITYVELOCITY）為）為C+VC+V。當聲波的傳播方向與流體流動

17、方向相反時（逆流方向），其傳播速度為當聲波的傳播方向與流體流動方向相反時（逆流方向），其傳播速度為C-VC-V。時差式流量計便是通過安裝在下、下游的發射器分別發出的二個聲波（順、時差式流量計便是通過安裝在下、下游的發射器分別發出的二個聲波（順、逆流）計算出在不同流向間的傳播時差，最后便可測出流體的平均流速。逆流）計算出在不同流向間的傳播時差，最后便可測出流體的平均流速。時差式流量計：精度高，一般在時差式流量計：精度高，一般在1%1%1.5%,1.5%,最高可達最高可達0.25%0.25%。流速測量范圍。流速測量范圍0 015M/S15M/S，線，線性度性度0.1%0.1%。對流體的要求比較高，

18、雜質含量不能。對流體的要求比較高，雜質含量不能太大（濁度小于太大（濁度小于10000MG/L10000MG/L）；氣泡含量要少（不能）；氣泡含量要少（不能高于高于30%30%）；被測管段流體必須滿管，流體的流動狀）；被測管段流體必須滿管，流體的流動狀態要穩定，否則精度會大打折扣。態要穩定，否則精度會大打折扣。但數字技術提高了時差式流量計的性能，抗干擾但數字技術提高了時差式流量計的性能，抗干擾能力增強，穩定性提高；突破了對流體潔凈度的要求能力增強，穩定性提高；突破了對流體潔凈度的要求（可測帶顆粒、氣泡的介質）。（可測帶顆粒、氣泡的介質）。時差法超聲波流量計的原理時差法超聲波流量計的原理時差法超聲

19、波流量計（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如圖1所示。他是利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發超聲波，通過觀測超聲波在介質中的順溜和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，在通過流速來計算流量的一種間接測量方法。圖圖1中有兩個超聲波換能器：順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側并相距一定距離，管線的內直徑為D，超聲波行走的路徑長度為L,超聲波順流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的流動方向加角為。由于流體流動的原因，是超聲波順流傳播L長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差可用下式表示：其中：c是超

20、聲波在非流動介質中的聲速，V是流體介質的流動速度，tu和td之間的差為：式中X是兩個換能器在管線方向上的間距。為了簡化，我們假設，流體的流速和超聲波在介質中的速度相比是個小量。即：上式可簡化為：也就是流體的流速為：由此可見，流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時間差成正比。 流量Q可以表示為： 24DQVdt時差法超聲波流量計的設計時差法超聲波流量計的設計控制器發射器A開 關換能器A換能器B時間測量鍵盤LCD4-20mARS485RS232打印機口4日歷開 關發射器BSTG-100A便攜時差超聲波流量計便攜時差超聲波流量計PFSE便攜式超聲流量計便攜式超聲流量計 口徑：口徑：50-1000毫米毫

21、米 流速：流速：0.12-12.39m/s 1%基本測試精度基本測試精度 可充電電池供電可充電電池供電 大屏幕液晶顯示大屏幕液晶顯示 50000記憶容量記憶容量 IP65防護等級防護等級 模擬輸出及計算機接口模擬輸出及計算機接口產品功能描述 工作溫度：-10到50 貯藏溫度：-10到50 量程比：400:1 量程：-12.2m/s到12.2m/s 重復性 濕式傳感器：0.2 夾裝式傳感器：0.2到0.5 產品特征 重量：1.36kg手持式流量計手持式流量計 PT878 多譜勒流量計（多譜勒流量計（DOPPLER FLOWMETERDOPPLER FLOWMETER）原理：通過一個探頭，向管道連

22、續發射固定頻率的超聲波，當超聲波原理：通過一個探頭，向管道連續發射固定頻率的超聲波，當超聲波遇到隨液體流動的顆粒或氣泡時，其反射波頻率會產生與流速成正比的遇到隨液體流動的顆粒或氣泡時，其反射波頻率會產生與流速成正比的偏移（偏移（DOPPLERDOPPLER效應）。另一個探頭接收反射波信號，微處理器經過頻效應）。另一個探頭接收反射波信號，微處理器經過頻譜分析后，就可以得到管內流體的流量數據。如果流體介質中無固體物譜分析后，就可以得到管內流體的流量數據。如果流體介質中無固體物或氣泡等，則不會形成多譜勒現象。所以這種流量計特別適用于測量污或氣泡等，則不會形成多譜勒現象。所以這種流量計特別適用于測量污

23、水、原油、重油等。水、原油、重油等。多譜勒流量計：精度一般在多譜勒流量計：精度一般在2%2%，最高可達，最高可達1.0%1.0%。流速測量范圍。流速測量范圍0.0210M/S0.0210M/S，線性度，線性度0.5%0.5%。從表面看，其性能不如時差式，但卻。從表面看，其性能不如時差式，但卻更適合于測量含固體、顆粒的液體。更適合于測量含固體、顆粒的液體。目前國外目前國外USFUSF的制造商有的制造商有6060家以上，主要集中在英、美、日、德。我家以上，主要集中在英、美、日、德。我國國7070年代才有大學、研究所接觸，現在全國約有十幾家，年產量年代才有大學、研究所接觸，現在全國約有十幾家，年產量

24、5000700050007000臺。全世界臺。全世界USFUSF的年銷量的年銷量4 4萬臺左右，占封閉管道流量計萬臺左右，占封閉管道流量計的的2%2%，銷售額占，銷售額占5%5%左右，其增長率為左右，其增長率為4%4%，高于流量儀表整體，高于流量儀表整體2.9%2.9%的增的增長率水平。長率水平。 遷移的實質就是預先平衡掉固定壓力的影響，它改變了量程的上下遷移的實質就是預先平衡掉固定壓力的影響，它改變了量程的上下限，而量程不變。限，而量程不變。 -600-100900204I出(mA)P(mmH20)5004000cba02. 008. 0maxPPMPa04. 002. 008. 075.

25、0150265075. 0150775 215026500氣氣氣氣PPhPHPPP例：1=0.75, 2=0.9氣動差壓變送器求：(1)變送器的量程=1H=0.75(2650-150)=1875mmH2O(2)h=775mm時，變送器的輸出=（3）遷移量=-（2650-150）0.9=-2250(mmH2O)遷移后的測量范圍為：-2250-375mmH2O。2650775150H12 浮筒GF彈F浮浮筒彈簧磁鋼室輸出指示器內置式外置式靜井浮力式物位計 利用浮子高度隨液面或液體界面變化而變化的原理工作。 dDL1DdL2H212ln()LCD d212 ()ln()HCKHD d 射頻導納液位計

26、（射頻導納液位計（RADIO FREQUENCY ADMITTANCERADIO FREQUENCY ADMITTANCE）在測量物位時，這種技術檢測的是介電常數在測量物位時，這種技術檢測的是介電常數K K和電導率和電導率G G。當被測介質的電導率（。當被測介質的電導率（CONDUCTIVITYCONDUCTIVITY）較大時，電容式產品會由于介質粘附在傳感器上而形成誤差。但導納式產品通）較大時，電容式產品會由于介質粘附在傳感器上而形成誤差。但導納式產品通過同時檢測電容和電阻可以消除這種誤差。過同時檢測電容和電阻可以消除這種誤差。導納作為一個物理物理概念是阻抗的倒數，由于實際過程中很少有電感（

27、導納作為一個物理物理概念是阻抗的倒數，由于實際過程中很少有電感（INDUCTANCEINDUCTANCE），因），因而這里的導納實際上就是指電容和電阻。而這里的導納實際上就是指電容和電阻。為了準確測量物位，還需要一個適當頻率的射頻（為了準確測量物位，還需要一個適當頻率的射頻（RFRF）信號，其頻率范圍一般為）信號，其頻率范圍一般為1515400KHZ400KHZ。射頻與導納的結合，這就是射頻導納物位儀表名稱的由來。射頻與導納的結合，這就是射頻導納物位儀表名稱的由來。射頻導納技術是從電容式技術上發展起來的。射頻導納技術是從電容式技術上發展起來的。電容式物位計僅對水狀液體或不在探頭上留下導電粘附層

28、的介質測量時能正常工作。對探頭電容式物位計僅對水狀液體或不在探頭上留下導電粘附層的介質測量時能正常工作。對探頭發生粘附的導電液、漿料、顆粒等，純電容物位計就不能進行滿意的測量發生粘附的導電液、漿料、顆粒等，純電容物位計就不能進行滿意的測量。粘附層電阻遠大于容器中介質的阻值。粘附層電阻遠大于容器中介質的阻值。當電阻進入傳感電路，粘附層電阻將消耗能量并使振蕩當電阻進入傳感電路，粘附層電阻將消耗能量并使振蕩器振幅衰減，從而導致輸出誤差。由于粘附層的存在，探頭器振幅衰減，從而導致輸出誤差。由于粘附層的存在，探頭上接地的總面積并沒有改變，對于電容式儀表，其輸出顯示上接地的總面積并沒有改變，對于電容式儀表

29、，其輸出顯示的物位仍留在探頭粘附層的頂部附近，但這液位是虛假的。的物位仍留在探頭粘附層的頂部附近，但這液位是虛假的。與電容式物位儀表相比，與電容式物位儀表相比，RFRF儀表主要是在變送器電子線路中儀表主要是在變送器電子線路中增加了二個電路。增加了二個電路。（1 1）振蕩緩沖器電路：補充粘附層電阻所損耗的能量，）振蕩緩沖器電路：補充粘附層電阻所損耗的能量，（2 2）斬波驅動器電路：斬波驅動器連同斬波器，分別檢測）斬波驅動器電路：斬波驅動器連同斬波器，分別檢測電阻和電容，所測電容為物位電容和粘附層電容之和，而電阻為粘附層電電阻和電容，所測電容為物位電容和粘附層電容之和，而電阻為粘附層電阻。最后將檢

30、測到的容抗與阻抗相減，由于粘附層的阻抗與容搞相等，因而阻。最后將檢測到的容抗與阻抗相減，由于粘附層的阻抗與容搞相等，因而最后得到的是只與真實物位有關的電容，從而消除了粘附層的影響。斬波驅最后得到的是只與真實物位有關的電容，從而消除了粘附層的影響。斬波驅動器電路是電容式物位儀表與射頻導納物位儀表的主要區別。動器電路是電容式物位儀表與射頻導納物位儀表的主要區別。探頭上的粘附層可看成由許多微小電阻和電容組成。從數學上講，只要粘探頭上的粘附層可看成由許多微小電阻和電容組成。從數學上講，只要粘附層足夠長，粘附層的電阻和電容就具有相同的阻抗。附層足夠長，粘附層的電阻和電容就具有相同的阻抗。CXc=RR實際

31、物位粘附層 輻射源接收器0HII e基本工作原理：連通器原理基本工作原理：連通器原理A A、玻璃管液位計（、玻璃管液位計（UG-1UG-1）B B、玻璃板液位計、玻璃板液位計透光式（透光式（UB-1UB-1）：光線直接透過，適用于干凈介）：光線直接透過，適用于干凈介質。折光式（反射式，質。折光式（反射式，UB-3UB-3）：利用折光率的不同，適用于粘綢、深色的）：利用折光率的不同，適用于粘綢、深色的介質。介質。L=500L=500、800800、11001100、14001400、1700mm1700mm直讀式液位計直讀式液位計直讀式物位計 用帶有刻度的透明物質（如玻璃、有機玻璃）作為容器壁的

32、一部分或連通管，可以直接顯示容器內液位的高低。3.4.73.4.7吹氣式液位計吹氣式液位計P10.528P2氣泡數150個/分鐘P=HH=P/H=H+H0轉子流量計P2P1壓力表氣源過濾器節流元件減壓閥HH0由于物位變化引起聲阻抗的變化，聲波的遮由于物位變化引起聲阻抗的變化，聲波的遮斷和反射距離不同，斷和反射距離不同，測出這些變化就可知液位。測出這些變化就可知液位。超聲波明渠流量計：超聲波明渠流量計：SSKSSK、KROHNEKROHNE西門子妙聲力超聲波液位計，西門子妙聲力超聲波液位計，20012001年年CONTROLCONTROL雜志說其市場占雜志說其市場占有率為有率為47%47%，威卡

33、為，威卡為9%9%，E+HE+H為為7%7%。在貴冶用。在貴冶用了很多妙聲力的產品，了很多妙聲力的產品，而在德興銅礦則用了很多威卡的產品，在市而在德興銅礦則用了很多威卡的產品，在市政建設這一塊則用了很政建設這一塊則用了很多多E+HE+H的產品。的產品。目前測量料位的超聲波，辯識能力增強，多目前測量料位的超聲波，辯識能力增強，多點加權平均值。點加權平均值。超聲波物位計超聲波物位計也是一種非接觸式的物位計，與超聲波很類似。只也是一種非接觸式的物位計，與超聲波很類似。只是發射的裝置不是超聲波而是電磁波。它要求介質的介是發射的裝置不是超聲波而是電磁波。它要求介質的介電常數大于電常數大于3 3，比如空氣

34、的介電常數為，比如空氣的介電常數為1 1，水的介電常數，水的介電常數為為8080。當介電常數小于。當介電常數小于3 3時，微波的分辯率不行，效果時，微波的分辯率不行，效果不好。不好。貴化的液氨儲罐用了雷達，貴化的液氨儲罐用了雷達，E+HE+H。九江的星火化工廠用了九江的星火化工廠用了SAABSAAB雷達。雷達。貴冶用了西門子的雷達。貴冶用了西門子的雷達。西門子西門子20022002年推出了一款專門用于粉塵場合的雷達年推出了一款專門用于粉塵場合的雷達物位計。物位計。雷達物位計雷達物位計測溫方式 測溫儀表 測溫范圍 主要特點 接觸式 膨脹式 玻璃液體 100600 結構簡單、使用方便、測量準確、價

35、格低廉；測量上限和精度受玻璃質量的限制，易碎，不能遠傳 雙金屬 80600 結構緊湊、可靠；測量精度低、量程和使用范圍有限 熱電效應 熱電偶 2001800 測溫范圍廣、測量精度高、便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；需自由瑞溫度補償，在低溫段測量精度較低 熱阻效應 鉑電阻 200600 測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；不能測高溫 銅電阻 50150 半導體熱敏電阻 50150 靈敏度高、體積小、結構簡單、使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制 非接觸式 非接觸式 輻射式 03500 不破壞溫度場，測溫范圍大，響應塊，可測運動物體的溫度；易受外界環境的

36、影響，標定較困難 溫標溫標(thermometric scale)攝氏、華氏、列氏、熱力學。攝氏、華氏、列氏、熱力學。 溫標是溫度的數值表示，它規定了溫度的讀數起點和測量溫度的基溫標是溫度的數值表示，它規定了溫度的讀數起點和測量溫度的基本單位。本單位。 （1）攝氏溫標（）攝氏溫標（CELSIUS TEMP SCALES） 0：標準大氣壓下冰的融點，：標準大氣壓下冰的融點，100：標準大氣壓下水的沸點。中：標準大氣壓下水的沸點。中間劃分間劃分100等份，每一等份為一攝氏度。等份，每一等份為一攝氏度。 （2）華氏溫標（）華氏溫標（FAHRENHEITS TEMP SCALES） 32度：標準大氣壓

37、下冰的融點，度：標準大氣壓下冰的融點，212度：標準大氣壓下水的沸點。中度：標準大氣壓下水的沸點。中間劃分間劃分180等份，每一等份為一華氏度。等份，每一等份為一華氏度。 （3）列氏溫標（）列氏溫標（RANKINE TEMP SCALES） 0度：標準大氣壓下冰的融點，度：標準大氣壓下冰的融點，80度：標準大氣壓下水的沸點。中度：標準大氣壓下水的沸點。中間劃分間劃分80等份，每一等份為一列氏度。等份，每一等份為一列氏度。 （4）熱力學溫標（開爾文溫標，）熱力學溫標（開爾文溫標，KELVINS TEMP SCALE） 是以熱力學第二定律為基礎的，是理想的溫標。它規定分子運動停是以熱力學第二定律為

38、基礎的，是理想的溫標。它規定分子運動停止（即沒有熱存在）時的溫度為絕對零度。止（即沒有熱存在）時的溫度為絕對零度。 32)(49)(RmFR：FF32)(59)(CtFF：FC15.273)()(KTCK：tC)(8 . 0)(CtRC：mR 1968 1968年，國際實用溫標有國際開爾文溫標和國際實用攝氏溫標。我年，國際實用溫標有國際開爾文溫標和國際實用攝氏溫標。我國在國在19721972年召開了年召開了“工業用測溫儀表采用工業用測溫儀表采用19681968年國際溫標會議年國際溫標會議”。會議。會議決定，自決定，自19731973年年1 1月月1 1日起，正式采用日起，正式采用1968196

39、8年國際實用溫標。目前采用的年國際實用溫標。目前采用的是是19751975年修訂的。年修訂的。 熱電效應（熱電偶測溫的基本原理）：任何兩種不同的導體或半導體組成的閉熱電效應（熱電偶測溫的基本原理）：任何兩種不同的導體或半導體組成的閉合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度各為合回路，如果將它們的兩個接點分別置于溫度各為 t 及及 t0 的熱源中，則在該回路內的熱源中，則在該回路內就會產生熱電勢。就會產生熱電勢。ABBA圖圖3-37 熱電偶示意圖A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)圖圖3-38 熱電現象A BeAB(t0)eAB(t)eA(t,t0)eB(t,t0)0

40、000( , )( )( )( , )( , )ABABABBAEt tetetet tet t 接觸電勢溫差電勢00( , )( )( ) (i)ABABABEt tetet( )( )ABBAetet 熱電偶的輸出信號是毫伏信號，毫伏信號的大小不僅與冷、熱電偶的輸出信號是毫伏信號，毫伏信號的大小不僅與冷、熱兩端的溫度有關，還和熱電偶的電極材料有關，理論上熱兩端的溫度有關，還和熱電偶的電極材料有關，理論上任何兩種不同導體都可以組成熱電偶，都會產生熱電勢。任何兩種不同導體都可以組成熱電偶，都會產生熱電勢。但如何來檢測熱電偶產生的毫伏信號呢？但如何來檢測熱電偶產生的毫伏信號呢？因為要測量毫伏信號

41、，必須在熱電偶回路中串接毫伏信號因為要測量毫伏信號，必須在熱電偶回路中串接毫伏信號的檢測儀表，的檢測儀表，那串接的檢測儀表是否會產生額外的熱電勢，那串接的檢測儀表是否會產生額外的熱電勢，對熱電偶回路產生影響呢？對熱電偶回路產生影響呢？答：不會產生影響的。答：不會產生影響的。tt0ABCC毫伏計如果斷開冷端，接入第三種導體如果斷開冷端，接入第三種導體C C，并保持，并保持A A和和C C、B B和和C C接觸處的溫接觸處的溫度均為度均為t t0 0，則回路中的總熱電勢等于各接點處的接觸電勢之和，則回路中的總熱電勢等于各接點處的接觸電勢之和: : tABCt0t0ABtt0000( , )( )(

42、 )( )ABCABBCCAEt tetetet當當t tt t0 0時，有時，有00000( , )( )( )( )0ABCABBCCAEt tetetet于是可得于是可得 000( , )( )( )( , )ABCABABABEt tetetEt t同理還可以證明，在熱電偶中接入第四種、第五種同理還可以證明，在熱電偶中接入第四種、第五種導導體以后，只要接入導體的兩端溫度相同，接入的導體對原體以后，只要接入導體的兩端溫度相同，接入的導體對原熱電偶回路中的熱電勢均沒有影響。熱電偶回路中的熱電勢均沒有影響。根據這一性質，可以在熱電偶回路中接入各種儀表和連接根據這一性質，可以在熱電偶回路中接入

43、各種儀表和連接導線，只要保證兩個接點的溫度相同就可以對熱電勢進行導線，只要保證兩個接點的溫度相同就可以對熱電勢進行測量而不影響熱電偶的輸出。測量而不影響熱電偶的輸出。 tt0ABCC毫伏計例：求熱電偶回路的電勢。例：求熱電偶回路的電勢。 已知：已知：e eABAB(240)=9.747mV(240)=9.747mV，e eABAB(50)=2.023mV(50)=2.023mV，e eACAC(50)=3.048mV(50)=3.048mV，e eACAC（l0l0）=0.591mV=0.591mV。 解一：解一：E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBCBC(50)+e(50)+e

44、CACA(10)(10)， 而而 e eABAB(50)+e(50)+eBCBC(50)+e(50)+eCACA(50)=0(50)=0 E= e E= eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)- eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV(50)=10.181 mV解二：利用中間導體定律解二：利用中間導體定律 E=eE=eABAB(240)+e(240)+eBABA(50)+e(50)+eACAC(50)+e(50)+eCACA(10)(10) = e = eABAB(240) +e(240) +eCACA(10)- e(10)-

45、eABAB(50)-e(50)-eCACA(50)=10.181 mV (50)=10.181 mV 。 如果熱電偶如果熱電偶ABAB在某一溫度范圍內所產生的熱電勢與熱電偶在某一溫度范圍內所產生的熱電勢與熱電偶CDCD在同一溫度范圍內所在同一溫度范圍內所產生的熱電勢相等，即產生的熱電勢相等，即 ，則這兩支熱電偶在該溫度范，則這兩支熱電偶在該溫度范圍內是可以相互替換的，這就是所謂的熱電偶等值替代定律。圍內是可以相互替換的，這就是所謂的熱電偶等值替代定律。 00( , )( , )ABCDEt tEt tt0tAAABBBDCtt0tctc例例 如左圖，設如左圖，設 ，證明該回路的總熱電勢為證明該

46、回路的總熱電勢為 00( , )( , )ABcCDcEt tEt t0( , )ABEt t某熱電偶，熱端溫度為某熱電偶，熱端溫度為t t，冷端溫度為，冷端溫度為t tc c，顯然冷端溫度難以實現恒定，怎么辦？，顯然冷端溫度難以實現恒定，怎么辦？冷端的延伸ttcAB熱電偶被測設備被測設備生產現場生產現場t0毫伏計恒溫環境恒溫環境AB可以把熱電偶做得很長，一直到控制室。可以把熱電偶做得很長，一直到控制室。 把冷端溫度延伸到控制室，變為把冷端溫度延伸到控制室，變為t t0 0，恒定，恒定t t0 0比較容易比較容易此時，測得的熱電勢為此時，測得的熱電勢為00( , )( , )( , )ABcA

47、BcABEt tEt tEt t但熱電偶一般為（較）貴重的金屬，采用如圖所示的延伸方式將需要大量的貴金屬材料，不妥。但熱電偶一般為（較）貴重的金屬，采用如圖所示的延伸方式將需要大量的貴金屬材料，不妥。如果選用一組較廉價的材料（如果選用一組較廉價的材料（C C、D D），且），且CDCD在一定溫度范圍內所產生的熱電勢與熱電偶在一定溫度范圍內所產生的熱電勢與熱電偶ABAB在同在同一溫度范圍內所產生的熱電勢相等，就可以用一溫度范圍內所產生的熱電勢相等，就可以用CDCD來替代來替代ABAB的延伸段。的延伸段。00( , )( , )( , )ABcCDcABEt tEt tEt tCDCD即為熱電偶即

48、為熱電偶ABAB的補償導線，通常的補償導線，通常CDCD采用比熱電偶電極材料更廉價的兩種金屬材料做成，一采用比熱電偶電極材料更廉價的兩種金屬材料做成，一般在般在0 0100100范圍內要求補償導線要與被補償的熱電偶具有幾乎完全相同的熱電性質。范圍內要求補償導線要與被補償的熱電偶具有幾乎完全相同的熱電性質。在選擇和使用補償導線時，要和熱電偶的型號相匹配，注意極性不能接錯，熱電偶與補償導在選擇和使用補償導線時，要和熱電偶的型號相匹配，注意極性不能接錯，熱電偶與補償導線連接處的溫度一般不能高于線連接處的溫度一般不能高于100100。 從理論上分析，似乎任何兩種不同的導體都可以組成熱電偶，用來測量溫度

49、。從理論上分析，似乎任何兩種不同的導體都可以組成熱電偶，用來測量溫度。但實際情況并非如此，為了保證在工業現場應用可靠，并具有足夠的精度，熱電但實際情況并非如此，為了保證在工業現場應用可靠，并具有足夠的精度，熱電偶的電極材料在被測溫度范圍內應滿足：偶的電極材料在被測溫度范圍內應滿足： 熱電性質穩定、物理化學性能穩定、熱電勢隨溫度的變化率要大、熱電熱電性質穩定、物理化學性能穩定、熱電勢隨溫度的變化率要大、熱電勢與溫度盡可能成線性對應關系、具有足夠的機械強度、復制性和互換性好等要勢與溫度盡可能成線性對應關系、具有足夠的機械強度、復制性和互換性好等要求，目前在國際上被公認的熱電偶材料只有幾種。求，目前

50、在國際上被公認的熱電偶材料只有幾種。 附錄中列出了幾種常用的標準熱電偶分度表。根據標準規定，熱電偶的分度表是以附錄中列出了幾種常用的標準熱電偶分度表。根據標準規定，熱電偶的分度表是以t t0 000為基準進行分度的。為基準進行分度的。當當t t00時，所有型號熱電偶產生的熱電勢為時，所有型號熱電偶產生的熱電勢為0mV0mV；當當t0t0時，熱電勢為負值。時，熱電勢為負值。在所有標準化熱電偶中，相同溫度條件下在所有標準化熱電偶中，相同溫度條件下B B型熱電偶產生的熱電勢最小，型熱電偶產生的熱電勢最小，E E型最大。如果型最大。如果把各型號熱電偶的熱電勢和溫度制成曲線，可以看出二者呈一定的把各型號

51、熱電偶的熱電勢和溫度制成曲線，可以看出二者呈一定的。即：。即：00( , )()ABEt tK tt熱電偶型號分度號測量范圍舊新舊新鉑銠-鉑WRLBWRPLB-3S-20-1300（1600）鎳鉻-鎳硅WREUWRNEU-2K-50-1000（1200）鎳鉻-考銅WREAWRKEA-2E-50-600（800）鉑銠30-鉑銠6WRLLWRRLL-2B300-1600（1800）國外還有分度號：國外還有分度號：J：-180-760N：0-1300R：0-1700T：-200-400L：-200-900U：-200-600 例例 用用K K型熱電偶來測量溫度，在冷端溫度為型熱電偶來測量溫度，在冷端

52、溫度為t t0 02525時，測得熱電勢為時，測得熱電勢為22.9mV22.9mV，求被測介質的實際溫度。求被測介質的實際溫度。 解解1 1： 根據題意有根據題意有 ( ,25)22.9KEtmV由由K K型熱電偶的分度表查出型熱電偶的分度表查出 (25,0)1.000KEmV因此有因此有( ,0)( ,25)(25,0)22.91.00023.9KKKEtEtEmVmVmV反查分度表有反查分度表有23.923.629570*10576.424.05523.629tC解解2 2： 根據題意有根據題意有 ( ,25)22.9KEtmV直接查分度表有直接查分度表有 22.922.776550*10

53、552.923.20322.776tC 因此再加上冷端溫度，有因此再加上冷端溫度，有 25577.9ttC哪種計算結果正確，為什么？哪種計算結果正確，為什么？ 中間導體定律中間導體定律拆開冷端，串入拆開冷端，串入“毫伏計毫伏計”，可以測量熱電勢，而不，可以測量熱電勢，而不影響總的熱電勢影響總的熱電勢等值替代定律等值替代定律利用補償導線來延伸冷端，是把熱電偶的冷端從溫度較高利用補償導線來延伸冷端，是把熱電偶的冷端從溫度較高和不穩定的現場延伸到溫度較低和比較穩定的操作室內和不穩定的現場延伸到溫度較低和比較穩定的操作室內由于操作室內的溫度往往高于由于操作室內的溫度往往高于00，而且也是不恒定的（即使

54、有空調也是不恒定的），這時，而且也是不恒定的（即使有空調也是不恒定的），這時，熱電偶產生的熱電勢必然會隨冷端溫度的變化而變。熱電偶產生的熱電勢必然會隨冷端溫度的變化而變。因此，在應用熱電偶時，只有把冷端溫度保持為因此，在應用熱電偶時，只有把冷端溫度保持為00，或者進行必要的修正和處理才能得出，或者進行必要的修正和處理才能得出準確的測量結果，對熱電偶冷端溫度的處理稱為冷端溫度補償。準確的測量結果，對熱電偶冷端溫度的處理稱為冷端溫度補償。目前，熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法：目前，熱電偶冷端溫度主要有以下幾種處理方法： 冰浴法冰浴法計算修正法計算修正法ttc熱電偶補償導線毫伏計0恒溫裝置t+

55、RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+圖344 電橋補償法t+RcuER1R2R3+ ab 00tt0( , )E t t0( , )E t t+00( , )( )abE t tUt000( , )( )( , )abE t tUtE t t1R1RCuR2R0( , )E t t0( , )E t tIIab00( , )( , )abE t tE t tU2()abCuUI RR00000( )( )1()CuCutRtRttt20( )CuRRt如果滿足：00000( )( )()abCutUtIRttt則：00( , )( , )E t

56、tE t t事實上和的差值可以近似為：0000( , )( , )()E t tE t ttt+000000( )()()CutRtttItt如果使：00( )CutRtI即：可以滿足冷端溫度補償00( )CutRtI補償電阻的阻值取決于：、 、熱電偶廣泛應用于各種條件下的溫度測量，尤其適用于熱電偶廣泛應用于各種條件下的溫度測量，尤其適用于500500以上較高溫度的測量，普通型以上較高溫度的測量，普通型熱電偶和鎧裝型熱電偶是實際應用最廣泛的兩種結構。熱電偶和鎧裝型熱電偶是實際應用最廣泛的兩種結構。 接線盒保護套管絕緣管熱電偶安裝法蘭引線口普通型熱電偶主要由熱電極、絕緣管、保護普通型熱電偶主要由

57、熱電極、絕緣管、保護套管和接線盒等主要部分組成。套管和接線盒等主要部分組成。貴重金屬熱電極的直徑一般為貴重金屬熱電極的直徑一般為0.30.30.65mm0.65mm，普通金屬熱電極的直徑一般為，普通金屬熱電極的直徑一般為0.50.53.2mm3.2mm；熱電極的長度由安裝條件和插入深入而定，一般為熱電極的長度由安裝條件和插入深入而定，一般為3503502000mm2000mm。絕緣管用于防止兩根電極短路絕緣管用于防止兩根電極短路保護套管用于保護熱電極不受化學腐蝕和機械損傷保護套管用于保護熱電極不受化學腐蝕和機械損傷普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種安裝方式普通型熱電偶主要有法蘭式和螺紋式兩種

58、安裝方式熱電極 絕緣材料 金屬套管熱電極絕緣材料鎧裝型熱電偶斷面結構鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬鎧裝型熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經過拉伸加工成型的套管三者經過拉伸加工成型的金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等金屬套管一般為銅、不銹鋼、鎳基高溫合金等保護套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，保護套管和熱電極之間填充絕緣材料粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。鎧裝型熱電偶可以做得很細，一般為鎧裝型熱電偶可以做得很細，一般為2 28mm8mm，在使用中可以隨測量需要任意彎曲。，在使用中可以隨測量需要任意彎曲。鎧裝熱電偶具有動態響應快、機械

59、強度高、抗震性好、可彎曲等優點，可安裝在鎧裝熱電偶具有動態響應快、機械強度高、抗震性好、可彎曲等優點，可安裝在結構較復雜的裝置上，應用十分廣泛。結構較復雜的裝置上，應用十分廣泛。 關于熱電偶冷端問題，在使用過程中應該注意：關于熱電偶冷端問題，在使用過程中應該注意：A、補償導線只起到延伸冷端的作用但、補償導線只起到延伸冷端的作用但并不起補償作用并不起補償作用。B、溫度范圍、熱電偶與補償導線的一一對應。、溫度范圍、熱電偶與補償導線的一一對應。C、正、負極對應，接點的溫度相同。、正、負極對應，接點的溫度相同。D、選擇合適的線徑（考慮到顯示表的外線電阻問題）、選擇合適的線徑（考慮到顯示表的外線電阻問題

60、） 測量電勢值的溫度儀表測量電勢值的溫度儀表（1）動圈式儀表）動圈式儀表XCZ-101A、工作原理：、工作原理：精度精度1級，結構簡單，價格便宜，靈敏度高，中小企業用得比較多。級，結構簡單，價格便宜，靈敏度高，中小企業用得比較多。溫度變化溫度變化熱電勢形成熱電勢形成電流通過線圈電流通過線圈線圈偏轉線圈偏轉張絲產生反作張絲產生反作用力用力線圈所受磁力與張力相等時，線圈不動線圈所受磁力與張力相等時，線圈不動形成轉角，指示出溫形成轉角，指示出溫度的數值。度的數值。這種表是測電流的表，但注意其指示值與溫度不是線性關系。因為這種表是測電流的表，但注意其指示值與溫度不是線性關系。因為E-T關系是非線性的。