安全檢測與監控技術

知識點第1章緒論1.1.4生產安全關鍵技術

1.災前抑制例：熱量

事故或災害。災前抑制措施：感知異常，彌補或消除熱量具體措施：阻燃

2.前兆檢測例：事故前所表現出來的溫度或熱特性火災、爆炸等事故熱像技術材料的破損缺陷直接導致熱或能量的異常集中分布缺陷檢測技術

3.早期監測智能監測：傳感手段、信號處理算法模糊邏輯和神經網絡技術、現場總線、專用集成芯片等技術，計算機模擬、虛擬實驗。

用于災害監測的傳感器非常多，如化學傳感器、聲學傳感器、機械傳感器、磁傳感器、輻射傳感器、熱傳感器、生物傳感器、膜傳感器、光纖傳感器、硅傳感器、應用MEMS的微傳感器等。

4.災害撲救有效的撲救技術可以大幅度地減小災害損失。撲救過程涉及清潔、高效救災，人員疏散，人員防護，防排煙等技術。智能機器人技術定義：被測信息：傳感器、檢測儀器、檢測裝置、檢測系統全部操作：檢測過程：確定被測對象的屬性和量值為目的的全部操作2、檢測的基本概念信號采集、信號處理、信號顯示、信號輸出物理量（光、電、力、熱、磁、聲、…）被測對象：宇宙萬物（固液氣體、動物、植物、天體……）檢測器具：化學量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……廣義上是人的認知行為，用科學的方法發現、度量一個客觀存在的過程,(從定性到定量的過程,例如“熱”)3、檢測方法分類：（1）按測量手續：直接測量、間接測量（2）按測量值的獲得方式：偏移法測量、零位法測量、差分式測量（3）按傳感器與被測對象是否直接接觸：接觸式測量、非接觸式測量（4）根據對象變化的特點：靜態測量、動態測量*直接測量與間接測量

直接測量----與同類基準進行簡單的比較以得到被測量尺----物體尺寸、天平----物體重量

間接測量----被測量無法或不易進行直接測量

自變量目標變量

負載電阻功率=電壓電流（關系）（直接測量）

傳感器是獲取自然領域中信息的主要手段。在檢測和自動控制系統中，相當于人的五官。人有五感：

視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺

傳感器測量電路電源指示儀記錄儀數據處理器被測量

開環

檢測系統*傳感器的位置（2）敏感器：把被測量轉換為可用非電量傳感器的組成框圖可用非電量(2)檢測系統的組成檢測系統，是指為完成某項測量所使用的一系列儀器，即指由相關的器件、儀器和測量裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。檢測系統由傳感器、信號調理、信號傳輸、信號處理、顯示記錄等環節組成。典型組成見下圖所示。5、安全檢測監控系統(1)幾個概念：安全監測儀器、安全監測系統、監控系統(P7)接口總線存儲顯示分析監控判斷決策一般構成：信號檢出┇信號檢出信號檢出信號轉換信號轉換信號轉換處理顯示處理顯示處理顯示信號檢出：功能---將被測信號的轉換為電信號的變化（detection）器件---傳感器（sensor,transducer）信號轉換：功能---將傳感器的輸出信號轉換為便于處理的形式（conversion）器件---信號調理電路（signalconditioningcircuit）處理顯示：功能---分析（analysis）、處理（processing）、顯示（display）通訊接口/總線接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、······)其它環節：存儲、監控、決策力位移

速度

加速度

壓力流量溫度電阻式電容式電感式壓電式熱電式光電式磁電式電橋

放大器濾波器調制器解調器運算器

阻抗變換器

筆式記錄儀光線示波器磁帶記錄儀電子示波器半導體存儲器顯示器磁卡數據處理器

頻譜分析儀

FFT

實時信號分析儀

電子計算機

被測對象

傳感器

中間變換測量裝置

顯示及記錄裝置

實驗結果處理裝置

激發裝置

信息獲取轉換顯示和處理（信號檢出部分）（信號變換部分）（分析處理部分、通信接口及總線）1.2.2安全檢測的意義

概念：安全檢測與控制技術:

借助于儀器、儀表、傳感器、探測設備等工具迅速而準確地了解生產系統及作業環境中危險因素與有毒有害因素的類型、危害程度、范圍及動態變化，對職業安全與衛生狀態進行評價，對安全技術及設施進行監督，對安全技術措施的效果進行檢測，提供可靠而準確的信息，以改善勞動作業條件，改進生產工藝過程，控制系統或設備的事故（故障）發生，所有這些運作過程被稱為安全檢測與控制技術。

通過這種檢測和控制技術，使生產過程或特定系統按預定的指標運行，避免和控制系統因受意外的干擾或波動而偏離正常（安全）運行狀態并導致故障或事故。它是現代化工業安全生產不可缺少的技術手段，化工、石油、石化、礦山、航空、航天、航海、鐵路、電業、建筑、冶金、核工業等部門都存在安全檢測與控制技術的問題。安全檢測的工作對象：勞動者作業場所有毒有害物質和物理危害因素的檢測

狹義的安全檢測，側重于測量，是對生產過程中某些與不安全、不衛生因素有關的量連續或斷續監視測量，有時還要取得反饋信息，用以對生產過程進行檢查、監督、保護、調整、預測，或者積累數據，尋求規律。廣義的安全檢測，是把安全檢測與安全監控統稱為安全檢測，認為安全檢測是指借助于儀器、傳感器、探測設備迅速而準確地了解生產系統與作業環境中危險因素與有毒因素的類型、危害程度、范圍及動態變化的一種手段。安全監控的工作對象：對生產設備和設施的安全狀態和安全水平進行監督檢測

工業危險源工業事故人（勞動者）機（生產過程和設備）環境（工作場所）人造系統可觀測性可控性

特點：狀態信息

(1)能及時、正確地對設備的運行參數和運行狀況做出全面檢測，預防和消除事故隱患。

(2)對設備的運行進行必要的指導，提高設備運行的安全性、可靠性和有效性，以期把運行設備發生事故的概率降低到最低水平，將事故造成的損失減低到最低程度。

(3)通過對運行設備進行檢測、隱患分析和性能評估等，為設備的結構修改、設計優化和安全運行提供數據和信息。1．安全檢測的目的

是為職業健康安全狀態進行評價、為安全技術及設施進行監督、為安全技術措施的效果進行評價等提供可靠而準確的信息，達到改善勞動作業條件，改進生產工藝過程，控制系統或設備的事故（故障）發生。

1.2.3安全檢測的目的

新檢測方法與技術的 研究應用實時在線安全檢測技術檢測與安全評價一體化發展趨勢第2章檢測技術基礎知識［例］被測電壓實際值大約為21.7V，現有1.5級、量程為0～30V的A表，1.5級、量程為0～50V的B表，1.0級、量程為0～50V的C表，0.2級、量程為0～360V的D表，四種電壓表，請問選用哪種規格的電壓表進行測量所產生的測量誤差較小?

［解］：根據（1-6）式分別用四種表進行測量由此可能產生的最大絕對誤差分別如下所示。A表有,B表有,C表有,D表有,答：四者比較，選用A表進行測量所產生的測量誤差通常較小。

各類特征系統誤差圖示系統誤差(systematicerror)偶然誤差(accidentalerror)引起因素出現情況規律性減免方法確定因素偶然因素大小、方向固定大小、方向不固定重復出現隨機出現函數規律統計規律加校正值校正增加平行測定次數控制系統誤差和偶然誤差對比(5)有效數字的計算規則

加減法:以小數點后位數最少的為準先修約后加減，結果位數也按點后位數最少的算。

例如,0.0121+12.56+7.8432可先修約后計算,即0.01+12.56+7.84=20.41乘除法:結果保留位數應與

有效數字位數最少者相同。例如,(0.0142×24.43×305.84)/28.67可先修約后計算,(0.0142×24.4×306)/28.7=3.69。乘方或開方:結果有效數字位數不變。例如,6.542=42.8對數計算:對數尾數的位數應與真數的有效數字位數相同。例如：

表示分析結果的精密度和準確度時,誤差和偏差等只取一位或兩位有效數字。例如：E=0.123%表示為：0.1%或0.12%計算中涉及到常數以及非測量值,如自然數、分數時,不考慮其有效數字的位數,視為準確數值。3.有效數字修約規則各測量值有效數字位數可能不同,因此計算前要先對各測量值進行修約。應保留的有效數字位數確定之后,其余尾數一律舍棄的過程稱為修約。修約應一次到位,不得連續多次修約。修約規則:為四舍六入五成雙（尾留雙），被修約≤4，舍棄，被修約數≥6則進位，若是5將有兩種情況：前面是奇數則進位為偶數，若前面是偶數則舍棄，若5后面還有不為0的數，則不管前面數字奇偶一律進位。四舍六入五成雙

怎么解釋呢？就是；在需要保留的下一位數如果是4或小于4就舍去。大于等于6就進一位。如果是5放入話就必須根據上位數是奇數還是偶數來判斷，奇數則進，偶數則舍。如1.245保留三位有效數字為1.24.還有就是如果5后面還有不為0的數字，也必須進位。如1.2451保留三位有效數字為1.25.

例如,將下列數據修約為兩位有效數字8.3698.47.5497.47.45007.57.35007.47.45017.52.2.2檢測信號的時域分析幾個概念：均值、絕對均值、平均功率、有效值、峰值(正峰值或負峰值)、峰峰值、方差等。反映信號幅值隨時間變化關系

準確度與精密度的關系準確度精密度x與μ接近的程度x與接近的程度誤差表示偏差表示系統誤差的大小偶然誤差的大小測量結果的正確性測量結果的重現性準確度與精密度小結準確度與精密度的關系goodaccuracygoodprecisionpooraccuracygoodprecisiongoodaccuracypoorprecisionpooraccuracyPoorprecision結果可靠系統誤差大誤差抵消結果不可靠？

準確度與精密度的關系⑴準確度高，精密度一定高；但精密度高，準確度不一定高。⑵在消除系統誤差的前提下，精密度高，準確度也會高。⑶精密度差的，準確度不大可能高，故精密度好是準確度高的前提。

結論：只有精密度和準確度都高的測量值才是可靠的。

儀表的準確度等級和基本誤差

例：某指針式電壓表的精度為2.5級，用它來測量電壓時可能產生的滿度相對誤差為2.5%。例．萬用表電壓、電流擋量程選擇與測量誤差加深對準確度、精度、量程、絕對誤差等概念的綜合理解萬用表的準確度等級一般分為0.1、0.5、1.5、2.5、5等幾個等級

準確度（精確度）等級的標定是由其最大絕對允許誤差△X與所選量程滿度值的百分數表示的。以公式表示：A％=(△X/滿度值)×100％例如：有一個10V標準電壓，用100V擋、0.5級和15V擋、2.5級的兩塊萬用表測量，問哪塊表測量誤差小？

由公式得：第一塊表測：最大絕對允許誤差

△X1=±0.5％×100V=±0．50V。第二塊表測：最大絕對允許誤差

△X2=±2．5％×l5V=±0.375V。(1)采用準確度不同的萬用表測量同一個電壓所產生的誤差雖然第一塊表準確度比第二塊表準確度高，但用第一塊表測量所產生的誤差卻比第二塊表測量所產生的誤差大。

選用萬用表時，并非準確度越高越好。有了準確度高的萬用表，還要選用合適的量程。

(2)用一塊萬用表的不同量程測量同一個電壓所產生的誤差例如：MF－30型萬用表，其準確度為2.5級，選用100V擋和25V擋測量一個23V標準電壓，問哪一擋誤差小？

解：100V擋最大絕對允許誤差：

X(100)=±2.5％×100V=±2.5V。25V擋最大絕對允許誤差：△X（25）=±2.5％×25V=±0.625V。

用100V擋測量23V標準電壓，在萬用表上的示值在20.5V－25.5V之間。用25V擋測量23V標準電壓，在萬用表上的示值在22.375V－23.625V之間。由以上結果來看，△X（100）大于△X（25），即100V擋測量的誤差比25V擋測量的誤差大得多。因此一塊萬用表測量不同電壓時，用不同量程測量所產生的誤差是不相同的。在滿足被測信號數值的情況下，應盡量選用量程小的擋。這樣可以提高測量的精確度。(3)用一塊萬用表的同一個量程測量不同的兩個電壓所產生的誤差例如：MF－30型萬用表，其準確度為2.5級，用100V擋測量一個20V和80V的標準電壓，問哪一擋誤差小？解：100V擋的最大絕對誤差△X（100）=±2.5％×100V=±2.5V。對于20V而言，其示值介于17.5V－22.5V之間。其最大相對誤差為：A（20）％=(±2.5V/20V)×100％=±12.5％。對于80V而言，其示值介于77.5V－82.5V之間。其最大相對誤差為：

A（80）％=±(2.5V/80V)×100％=±3.1％。比較被測電壓20V和80V的最大相對誤差可以看出：前者比后者的誤差大的多。因此，用一塊萬用表的同一個量程測量兩個不同電壓的時候，誰離滿擋值近，誰的準確度就高。所以，在測量電壓時，應使被測電壓指示在萬用表量程的2/3以上。只有這樣才能減小測量誤差。3.1.1傳感器作用1敏感作用感受被測量的變化，完成信號的拾取。2轉換作用

完成信號的轉換，將信號轉換成容易處理的形式，一般是將非電量轉換成電量。3.1傳感器的作用與分類第3章安全檢測常用傳感器按原理分類物理傳感器化學傳感器生物傳感器3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類物理傳感器物理傳感器

物性型傳感器利用某些轉換元件的物理以及某些功能 材料的特殊物理性能制成的傳感器

結構型傳感器

基于傳感器機械結構的工作原理3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類物性傳感器舉例熱電阻熱電偶壓電型傳感器霍爾元件傳感器等3.1傳感器的作用與分類3.1.2傳感器的分類熱電阻熱電偶壓電薄膜傳感器霍爾元件傳感器3.1傳感器的作用與分類**按能量轉換方式分類3.1.2傳感器的分類3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器

用于將力、位移、形變、速度、加速度和扭矩等轉換為電阻變化。3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻式傳感器原理參數變化結果l、A和ρ電阻應變片

l

ρ電位器式傳感器熱敏電阻3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器電位器式傳感器3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應變式傳感器導體或半導體材料在外界力的作用下，會產生機械變形，其電阻值也將隨著發生變化，這種現象稱為應變效應。

電阻應變式傳感器彈性敏感元件電阻應變片測量轉換電路3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應變式傳感器1）工作原理及結構參數“電阻應變效應”和“壓阻效應”

從半導體的物理性質可知，半導體在壓力、溫度及光輻射作用下，均能使其電阻率發生很大的變化。

壓阻效應指單晶半導體材料在沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發生變化的現象。半導體應變片的使用方法與金屬電阻應變片相同，即粘帖在被測物體上，隨被測試件的應變變化其電阻發生相應變化。

半導體應變片式：材料的壓阻效應

3.2結構型傳感器3.2.1電阻式傳感器電阻應變式傳感器

目前箔式應變片應用較多。金屬絲式應變片使用最早。由于金屬絲式應變片蠕變較大，金屬絲易脫膠，有逐漸被箔式所取代的趨勢。但其價格便宜，多用于應變、應力的大批量、一次性試驗。箔式應變片中的箔柵是金屬箔通過光刻、腐蝕等工藝制成的。箔的材料多為電阻率高、熱穩定性好的銅鎳合金。箔式應變片與片基的接觸面積大得多，散熱條件較好，在長時間測量時的蠕變較小，一致性較好，適合于大批量生產。應變片金屬應變片半導體應變片：體型、包模型、擴散型金屬絲式箔式薄膜式2）電阻應變片的分類和機構分類半導體應變片*.半導體應變片優點：靈敏度大;體積小;固有頻率高，響應快，結構簡單，能制成具有一定應變電阻的元件。缺點：溫度誤差大，其穩定性和可重復性不如金屬應變片，故需溫度補償。應變計體型薄膜型擴散型電橋平衡的條件：R1/R2=R4/R3

3.2.1電阻式傳感器電阻應變式傳感器3)電阻應變式傳感器的測量電路

調節RP，最終可以使R1/R2=R4/R3（R1、R2是R1、R2并聯RP后的等效電阻），電橋趨于平衡，Uo被預調到零位，這一過程稱為調零。圖中的R5是用于減小調節范圍的限流電阻。

單臂電橋電阻應變式傳感器3.2.1電阻式傳感器材料重量的自動檢測--配料設備

比較重量設定

原材料原理：彈簧->力->位移->電位器->電阻反饋將被測物理量的變化轉化為電容量的變化。兩平行極板組成的電容器,其電容量為:+++A0－真空介電常數，0＝8.85×10-12F/m；－極板間介質的介電常數，當介質為空氣時，＝1；A－極板面積，m2;－兩極板間的距離，m。3.2結構型傳感器3.2.2電容式傳感器電容應式傳感器工作原理1)極距變化型+++3)介質變化型2)面積變化型:平面線位移型,角位移型,柱體線位移型分類3.2結構型傳感器3.2.2電容式傳感器

差動式3.2.2電容式傳感器

靈敏度

3.2結構型傳感器優點：溫度穩定性好，結構簡單，靈敏度高，分辨力高，動態響應好，可作非接觸式測量。變極距型：小位移測量，高精度。變面積型：大位移測量。變介電常數型：位移測量，溫度測量。電容式傳感器的特點缺點：輸出阻抗高，負載能力差；寄生電容大；極距變化型輸出的非線性。應用3.2.2電容式傳感器

3.2結構型傳感器

電容器的容量受三個因素影響，即：極距x、相對面積A和極間介電常數

。固定其中兩個變量，電容量C就是另一個變量的一元函數。只要想辦法將被測非電量轉換成極距或者面積、介電常數的變化，就可以通過測量電容量這個電參數來達到非電量電測的目的。

電容式傳感器的應用3.2.2電容式傳感器

3.2結構型傳感器電容式油量表

當油箱中注滿油時，液位上升，指針停留在轉角為m處。當油箱中的油位降低時，電容傳感器的電容量Cx減小，電橋失去平衡，伺服電動機反轉，指針逆時針偏轉（示值減小），同時帶動RP的滑動臂移動。當RP阻值達到一定值時，電橋又達到新的平衡狀態，伺服電動機停轉，指針停留在新的位置（

x處）。

該油量表屬于開環系統還是閉環系統？3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器

電感式傳感器的敏感元件是電感線圈，是基于電磁感應原理，把被測量轉化為電感量的一種裝置。特征是具有線圈繞組。分類:按變換方式不同電感式傳感器

自感型

可變磁阻型

渦流式互感型差動變壓器式

自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器1）原理:電磁感應效應N:線圈匝數；l:鐵芯導磁長度；：鐵芯磁導率；0：空氣磁導率；A：鐵芯導磁截面積；A0：空氣導磁截面積；Rm：磁路總磁阻。可變磁阻式傳感器結構原理1.線圈2.鐵芯3.銜鐵

間隙變化型可變磁阻式傳感器結構

當0、A0固定不變，改變時，L與呈雙曲線關系。

L與的雙曲線關系

傳感器靈敏度：自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器2）變氣隙長度式電感傳感器面積變化型可變磁阻式傳感器結構

當0

、固定不變，改變A0時，L與A0呈線性關系。傳感器靈敏度：

L與A0的線性關系=常數自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器3)面積變化型輸出特性傳感器靈敏度：變間隙型差動變壓器①②自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器4)差動型

當其它參數不變，僅改變l，使Rm變化，從而產生線圈電感的變化。鐵心自感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器5)螺線管型其中，n為轉軸的轉速；f為脈沖頻率；z為轉軸上的槽數或齒數。例:轉速的測量渦流式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器互感式電感傳感器1）工作原理:把被測量的變化轉化成互感系數M的變化。M－互感系數(H)；表示兩線圈之間的耦合程度。其大小與兩線圈相對位置及周圍介質的導磁能力等因素有關。i1－一次側線圈的勵磁電流；e12－二次側線圈的感應電動勢。3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器4）應用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;壓力,流量,液位;張力,重力,負荷量;扭矩,應力,動力;氣壓,溫度;振動,速度,加速度,等。例：板的厚度均勻測量~例：張力測量▲互感式電感傳感器3.2.3電感式傳感器3.2結構型傳感器

變換原理

磁電式傳感器是把被測物理量轉換為感應電動勢的一種轉換器，是一種機－電能量變換型傳感器。

一個匝數為N的線圈，當穿過線圈的磁通發生變化時，線圈的感應電動勢e為

磁通變化率與磁場強度B、磁阻Rm、線圈運動速度v有關，改變其中一個因素，都會改變線圈的感應電動勢e。

3.2.4磁電式傳感器3.2結構型傳感器磁電式動圈式磁阻式線速度型角速度型N

分類3.2.4磁電式傳感器3.2結構型傳感器

動圈式磁電傳感器l:每匝線圈的平均長度；B:線圈所在磁場的磁感應強度；A:每匝線圈的截面積；:線圈運動方向與磁場方向的夾角；k:傳感器的結構系數。線圈3.2.4磁電式傳感器3.2結構型傳感器

線圈、磁鐵靜止不動，測量齒輪安裝在被測旋轉體上，隨之一起轉動。每轉動一個齒，齒的凸引起磁路磁阻變化一次，磁通也就變化一次，線圈中產生感應電勢，其變化頻率等于被測轉速與測量齒輪齒數的乘積。這種傳感器結構簡單，但輸出信號較小，且因高速軸上加裝齒輪較危險而不宜測量高轉速。開磁路變磁通式4）磁阻式傳感器3.2.磁電式傳感器3.2結構型傳感器*電感式滾柱直徑分選裝置圖

滾柱直徑分選裝置1—氣缸2—活塞3—推桿4—被測滾柱5—落料管6—電感測微器7—鎢鋼測頭8—限位擋板9—電磁翻板10—容器（料斗）

動畫*電感傳感器在仿形機床中的應用

1—標準靠模樣板2—測端（靠模輪）3—電感測微器4—銑刀龍門框架5—立柱6—伺服電動機7—銑刀8—毛坯2023/2/6

3.3物性傳感器3.3.1壓電式傳感器3.3.2半導體敏感元件3.3.3光電傳感器3.3.4霍爾傳感器2023/2/6

1.變換原理:壓電效應

自然界某些物質，如石英、鈦酸鋇等，當受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發生變化，且內部被極化，表面上會產生電荷，形成電場；當外力去掉時，又重新回到原來的狀態，這種現象稱為壓電效應。若在電介質的極化方向上施加交變電壓，它就會產生機械變形。當去掉外加電場時，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應（電致伸縮效應）天然結構的石英晶體外形。它是一個正六面體。石英晶體各個方向的特性是不同的。石英晶體并不是在任何方向都存在壓電效應。其中縱向軸z稱為光軸，經過六面體棱線并垂直于光軸的x軸稱為電軸，與x和z軸同時垂直的軸y稱為機械軸。通常把沿電軸x方向的力作用下產生電荷的壓電效應稱為“縱向壓電效應”，而把沿機械y方向的作用下產生電荷的壓電效應稱為“橫向壓電效應”。而沿光軸z方向受力時不產生壓電效應。3.壓電式傳感器等效電路

1）等效電路壓電式傳感器等效成一個與電容相并聯的電荷源，也可以等效為一個電壓源與電容串聯。3）壓電元件的結構形式①并聯C′=2Cu′=uq′=2q時間常數大，動態響應差，適合于慢變信號的測量。以電荷量輸出的場合。②串聯C′=C/2u′=2uq′=q時間常數小，動態響應好，適合于快變信號的測量。以電壓作為輸出的場合。3.3.2半導體敏感元件1.半導體熱敏電阻2.氣敏電阻3.濕敏電阻1.半導體熱敏電阻1）分類及特形半導體熱敏電阻PTCNTCCTR正溫度熱敏電阻負溫度熱敏電阻臨界溫度熱敏電阻PositiveTemperatureCoefficientNegativeTemperatureCoefficientCriticalTemperatureResistor熱敏電阻指針式顯示從頭儀表調零電位器調零度電位器熱敏電阻測量溫度的電路圖熱敏電阻應用實例動畫電動機過熱保護裝置組成電路原理

2.氣敏電阻使用氣敏電阻傳感器（以下簡稱氣敏電阻），可以把某種氣體的成分、濃度等參數轉換成電阻變化量，再轉換為電流、電壓信號。氣敏傳感器是—種氣—電轉換元件1）材料：N型半導體，P型半導體2）工作原理：利用半導體氣敏元件與氣體接觸后，造成半導體性質（載流子）變化來測定特定氣體成分或濃度。1.光的特性光具有波粒二象性，具有能量光電效應——光電傳感器的基本轉換原理是將被測量參數轉換成光信號的變化，然后將光信號作用于光電元件轉換成電信號的輸出◆光敏二極管的結構與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中，其PN結裝在管的頂部，可以直接受到光照射。光照射到光敏二極管的PN結時，電子-空穴對數量增加，光電流與照度成正比。

6.光敏二極管和光敏三極管1）光敏二極管（1）光敏二極管結構和原理光敏二極管的反向偏置接法

光敏二極管在電路中一般是處于反向工作狀態。在沒有光照時，由于二極管反向偏置，所以反向電流很小，這時的電流稱為暗電流，相當于普通二極管的反向飽和漏電流。當光照射在二極管的PN結（又稱耗盡層）上時，在PN結附近產生的電子-空穴對數量也隨之增加，光電流也相應增大，光電流與照度成正比。

光敏二極管的反向偏置接線（參考上頁圖）及光電特性演示

在沒有光照時，由于二極管反向偏置，反向電流（暗電流）很小。

當光照增加時，光電流IΦ與光照度成正比關系。

光敏二極管的反向偏置接法UO+—光照4.光電自動門自動門光電傳感器放大圖有效檢測區域

四、被測物遮擋光通量的應用實例

1.光電式帶材跑偏檢測器

光電傳感器

帶材走偏時，邊緣經常與傳送機械發生碰撞，易出現卷邊，造成廢品。

當帶材處于正確位置（中間位置）時，放大器輸出電壓Uo為零；當帶材左偏時，遮光面積減小，輸出電壓反映了帶材跑偏的方向及大小。

光電式帶材跑偏檢測控制器原理1—

被測帶材2—卷取電機3—卷取輥4—液壓缸5—活塞6—滑臺7—光電檢測裝置

8—光源

9、10—透鏡

11-光敏電阻R112—遮光罩

指針將偏向左邊還是右邊？光電開關在流水線上的應用送料器定區域式光電開關咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉落料口遮斷式光電開關（計數）

光幕應用

當有物體遮擋住光線時，傳感器發出報警信號，起保護、預警等作用。光線被遮斷（報警）2023/2/6

光電傳感器的其他用途（續）斷裂檢測電梯自動運行條件判斷

3.3.4霍爾傳感器1、霍爾效應3、霍爾傳感器應用2、霍爾元件1霍爾效應

半導體薄片置于磁感應強度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I流過薄片時，在垂直于電流和磁場的方向上將產生電動勢EH，這種現象稱為霍爾效應。

磁感應強度B為0時的情況cdab磁感應強度B較大時的情況

作用在半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高。霍爾電勢EH可用下式表示：

EH=KHIB2、霍爾元件3霍爾傳感器的應用

霍爾電勢是關于I、B、

三個變量的函數，即EH=KHIBcos

。利用這個關系可以使其中兩個量不變，將第三個量作為變量，或者固定其中一個量，其余兩個量都作為變量。這使得霍爾傳感器有許多用途。第4章生產工藝參數檢測儀表06二月2023安全與環境工程學院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表06二月2023安全與環境工程學院經驗溫標*熱力學溫標*國際實用溫標*1溫標C06二月2023安全與環境工程學院1）經驗溫標(1)華氏溫標(2)攝氏溫標(3)列氏溫標

1溫標

06二月2023安全與環境工程學院1）經驗溫標攝氏、華氏、列氏溫度之間的換算關系為式中:C——攝氏溫度值；F——華氏溫度值；R——列氏溫度值。攝氏溫標、華氏溫標都是用水銀作為溫度計的測溫介質，而列氏溫標則是用水和酒精的混合物來作為測溫物質的。但它們均是依據液體受熱膨脹的原理來建立溫標和制造溫度計的。

舉例：熱水器顯示溫度為50℃則華氏溫度為122℉則列氏溫度為40°R06二月2023安全與環境工程學院2溫度檢測的主要方法及分類根據傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通常可分成接觸式和非接觸式兩大類。06二月2023安全與環境工程學院根據測溫轉換的原理，接觸式測溫可分為：1、膨脹式(包括液體和固體膨脹式)2、熱電式(包括熱電偶和PN結)3、熱阻式(包括金屬熱電阻和半導體熱電阻)4、溫度變送器4.1.2接觸式溫度檢測06二月2023安全與環境工程學院1熱膨脹式測溫方法

基于物體受熱時產生膨脹的原理，分為液體膨脹式和固體膨脹式兩類。按膨脹基體可分成：液體膨脹式玻璃溫度計、液體或氣體膨脹式壓力溫度計及固體膨脹式雙金屬溫度計

特點：1、測量范圍大都在-50℃～550℃內2、用于溫度測量或控制精度要求較低，不需自動記錄的場合。06二月2023安全與環境工程學院2）雙金屬溫度計固體長度隨溫度變化的情況可用下式表示：基于固體受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構成雙金屬片感溫元件當溫度變化時，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數差異相對很大而產生不同的膨脹和收縮，導致雙金屬片產生彎曲變形。下圖是雙金屬溫度計原理圖：06二月2023安全與環境工程學院2）雙金屬溫度計06二月2023安全與環境工程學院2）雙金屬溫度計06二月2023安全與環境工程學院3）壓力溫度計壓力溫度計是根據一定質量的液體、氣體、蒸汽在體積不變的條件下其壓力與溫度呈確定函數關系的原理實現其測溫功能的。壓力溫度計的典型結構示意圖06二月2023安全與環境工程學院2熱電偶在工業生產過程中，溫度是需要測量和控制的重要參數之一。在溫度測量中，熱電偶的應用極為廣泛。熱電偶是一種有源傳感器06二月2023安全與環境工程學院結論：當兩個結點溫度不相同時，回路中將產生電動勢。先看一個實驗——熱電偶工作原理演示右端稱為：自由端（參考端、冷端）左端稱為：測量端（工作端、熱端）熱電極B熱電勢AB熱電極A(1)熱電效應2）熱電偶的測溫原理06二月2023安全與環境工程學院通過以上演示得出結論——有關熱電偶熱電勢的討論將兩種不同的導體（或半導體）A、B組合成閉合回路。若兩結點處溫度不同，則回路中將有電流流動，即回路中有熱電動勢存在。此電動勢的大小除了與材料本身的性質有關以外,還決定于結點處的溫差，這種現象稱為熱電效應或塞貝克效應。熱電偶就是根據此原理設計制作的將溫差轉換為電勢量的熱電式傳感器。熱電效應產生的熱電勢是由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成的。AB

(1)熱電效應06二月2023安全與環境工程學院

**---如果熱電偶的兩個電極材料相同(NA=NB)，則不會產生接觸電勢。因此，熱電偶的兩個電極材料必須不同。**---熱電偶回路總接觸電勢的大小只與熱電極材料及兩接點的溫度有關，當兩接點的溫度相等時，總接觸電勢為零。（2）接觸電勢06二月2023安全與環境工程學院3）熱電偶基本定律

利用熱電偶進行測溫,必須在回路中引入連接導線和儀表,接入導線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？（1）中間導體定律中間導體定律：在熱電偶測溫回路內,接入第三種導體C,只要其兩端溫度相同,則對回路的總熱電勢沒有影響。結論：熱電勢的大小僅與材料的性質及其兩端點的溫度有關，而與熱電偶的形狀、大小無關。

燒斷的熱電偶可重新焊接，用于測溫。06二月2023安全與環境工程學院利用熱電偶測溫時，連接導線和顯示儀表等均可看成中間導體。根據中間導體定律只要保證連接導線和顯示儀表各自兩端的溫度相同，則對熱電偶的熱電勢沒有影響。因此中間導體定律對熱電偶的實際應用有十分重要的意義。根據此定律，除可在熱電偶測溫回路中接入各種類型的顯示儀表或調節器外，也可以推廣到對液態金屬材料和固態金屬材料表面的溫度測量，如圖所示。有時為了提高測量精度，或者為了使用上的方便，將熱電極A和B直接插入液態金屬或焊在固體金屬表面上。例如，用熱電偶連續測量鐵水的溫度就是這樣的。在連續測量過程中，熱電極不斷地被鐵水熔掉，而根據這個定律，就不需要先焊接了。（1）中間導體定律06二月2023安全與環境工程學院（1）中間導體定律06二月2023安全與環境工程學院

熱電偶在結點溫度為（T，T0）時的熱電勢，等于在結點溫度為（T，Tn）及（Tn，T0）時的熱電勢之和，其中，Tn稱為中間溫度，如圖4-9所示。其熱電勢可用下式表示：EAB（T，T0）=EAB（T，Tn）+EAB（Tn，T0）

（2）中間溫度定律結論：熱電偶AB的熱電勢與A、B材料的中間溫度無關，只與結點溫度有關

中間溫度定律的實用價值在于：(1)當熱電偶冷端不為0℃時，可用中間溫度定律加以修正；(2)由于熱電偶電極不能做得很長，可根據中間溫度定律選用適當的補償導線。

06二月2023安全與環境工程學院由分度表查得E(20,0)=0.113mv則E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=7.32+0.113=7.434mv再查分度表得其對應的被測溫度t=808℃例用S型熱電偶測溫，熱電偶的冷端溫度t0=20℃，測得熱電勢為7.32mv，求被測對象的實際溫度t。解（2）中間溫度定律分度表-----熱電勢與熱端溫度之間關系列成表格注：熱電勢與熱端溫度之間關系是非線性06二月2023安全與環境工程學院當結點溫度為t,t0時，用導體A，B組成的熱電偶的熱電動勢等于AC熱電偶和CB熱電偶的熱電動勢的代數和。如圖，導體A、B分別與標準電極C（第三種導體）組成熱電偶，若它們所產生的熱電動勢為已知，即那么，導體A與B組成的熱電偶，其熱電動勢可由下式求得：（3）標準電極定律實用價值：簡化熱電偶的選配工作。06二月2023安全與環境工程學院應用：標準電極定律是一個極為實用的定律。純金屬的種類很多，合金類型更多。要得出這些金屬之間組合而成熱電偶的熱電動勢，工作量極大。由于鉑的物理、化學性質穩定，熔點高，易提純，所以，通常選用高純鉑絲作為標準電極，只要測得各種金屬與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢，則各種金屬之間相互組合而成的熱電偶的熱電動勢可直接計算。例如：熱端為100℃，冷端為0℃時，鎳鉻合金與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為2.95mV，考銅與純鉑組成的熱電偶的熱電動勢為-4.0mV；則鎳鉻和考銅組合成的熱電偶所產生的熱電動勢：2.95mV-(-4.0mV)=6.95mV用于制造鉑熱電偶的各種鉑熱電偶絲（3）標準電極定律06二月2023安全與環境工程學院如果構成熱電偶的兩個熱電極為材料相同的均質導體，則無論兩結點溫度如何，熱電偶回路內的總熱電勢為零——均質導體定律

必須采用兩種不同的材料作為熱電極。∵溫差電動勢只占極小部分（4）均質導體定律06二月2023安全與環境工程學院7）熱電偶參考端的處理熱電效應的原理可知，熱電偶產生的熱電動勢與兩端溫度有關。只有將冷端的溫度恒定，熱電動勢才是熱端溫度的單值函數。問題引出：**用熱電偶的分度表查毫伏數-溫度時，必須滿足t0=0C的條件。與熱電偶配套使用的顯示儀表就是根據這一關系進行刻度的。在實際測溫中，冷端溫度常隨環境溫度而變化，這樣t0不但不是0C，而且也不恒定，因此將產生誤差。**一般情況下，冷端溫度均高于0C，熱電勢總是偏小。應想辦法消除或補償熱電偶的冷端損失。06二月2023安全與環境工程學院

解決方法冷端恒溫法

補償導線法

補償電橋法

7）熱電偶參考端的處理溫度修正法

06二月2023安全與環境工程學院（1）補償導線法采用相對廉價的補償導線，可延長熱電偶的冷端，使之遠離高溫區；可節約大量貴金屬；易彎曲，便于敷設。所謂補償導線：實際上是一對材料化學成分不同的導線，在0～100℃溫度范圍內與配接的熱電偶有一致的熱電特性，但價格相對要便宜。若利用補償導線，將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所(如儀表室)，其實質是相當于將熱電極延長。7）熱電偶參考端的處理解決方法熱電偶冷端暴露于空間，受環境溫度影響熱電極長度有限，冷端受到被測溫度變化的影響問題引出功能其一實現了冷端遷移；其二是降低了成本。補償導線06二月2023安全與環境工程學院在使用延長線時的應注意以下幾方面：

①各種延長線只能與相應型號的熱電偶配用，而且必須在規定的溫度范圍內使用；②注意極性，不能接反，否則會造成更大的誤差；③延長線與熱電偶連接的兩個結點，其溫度必須相同。（1）補償導線法06二月2023安全與環境工程學院例:采用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量爐溫。熱端溫度為800℃，冷端溫度為50℃。為了進行爐溫的調節及顯示，必須將熱電偶產生的熱電動勢信號送到儀表室，儀表室的環境溫度恒為20℃。由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表查出它在冷端溫度為0℃，熱端溫度為800℃時的熱電動勢為E(800，0)=33.275mV；熱端溫度為50℃時的熱電動勢為E(50，0)=2.023mV；熱端溫度為20℃時的熱電動勢為E(20，0)=0.798mV。如果熱電偶與儀表之間直接用銅導線連接，根據中間導體定律，輸入儀表的熱電動勢為：E(800，50)=E(800，0)-E(50，0)=(33.277-2.022)mV=31.255mV(相當于751℃)。如果熱電偶與儀表之間用補償導線連接，相當于將熱電偶延伸到儀表室，輸入儀表的熱電動勢為：E(800，20)=E(800，0)-E(20，0)=(33.277-0.798)mV=32.479mV(相當于781℃)。與爐內的真實溫度相差分別為：

751℃-800℃=-49℃781℃-800℃=-19℃可見，補償導線的作用是很明顯的。（1）補償導線法06二月2023安全與環境工程學院（2）冷端恒溫法

A、0℃恒溫器將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(如冰水混合物)，使冷端溫度處于0℃。這種裝置通常用于實驗室或精密的溫度測量。在冰杯中，冰水混合物的溫度能較長時間地保持在0C不變。冰浴法，它消除了t0不等于0℃而引入的誤差，由于冰融化較快，所以一般只適用于實驗室中。06二月2023安全與環境工程學院B、其他恒溫器將熱電偶的冷端置于各種恒溫器內，使之保持溫度恒定，避免由于環境溫度的波動而引入誤差。這類恒溫器可以是盛有變壓器油的容器，利用變壓器油的熱惰性恒溫；也可以是電加熱的恒溫器。這類恒溫器的溫度不為0℃，故最后還需對熱電偶進行冷端溫度修正。1—被測流體管道2—熱電偶3—接線盒4—補償導線5—銅質導線6—毫伏表7—恒溫器8—混合物9—試管10—新冷端（2）冷端恒溫法

06二月2023安全與環境工程學院3熱電阻

基于熱電阻原理測溫是根據金屬導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質，將電阻值的變化轉換為電信號，從而達到測溫的目的。熱電阻的材料：電阻率、電阻溫度系數要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關系最好近于線性；物理、化學性質要穩定，復現性好，易提純，同時價格盡可能便宜。06二月2023安全與環境工程學院3熱電阻

1）工作原理導體或半導體的電阻值隨溫度變化

測量原理TR熱電阻熱電阻是利用物質在溫度變化時，其電阻也隨著發生變化的特征來測量溫度的。當阻值變化時，工作儀表便顯示出阻值所對應的溫度值。熱電阻的材料要求：電阻溫度系數要大；電阻率盡可能大，熱容量要小，在測量范圍內，應具有穩定的物理和化學性能；電阻與溫度的關系最好接近于線性；應有良好的可加工性，且價格便宜。06二月2023安全與環境工程學院

2014-3-22（2）銅電阻鉑電阻雖然優點多，但價格昂貴電阻值與溫度的關系幾乎呈線性，電阻溫度系數也較大，而且其材料易提純，價格比較便宜，但缺點是在100℃以上易被氧化工業用銅熱電阻的分度號為Cu50和Cu100在-50～150℃的溫度范圍內，銅電阻與溫度近似呈現性關系，可用下式表示，即由于B、C比A小得多，所以可以簡化為（4-23）例：見P13206二月2023安全與環境工程學院補充內容測溫元件安裝注意事項插入深度要求測量端應有足夠的插入深度，應使保護套管的測量端超過管道中心線5~10mm。流體流動方向插入方向要求保證測溫元件與流體充分接觸，最好是迎著被測介質流向插入，正交90°也可，但切勿與被測介質形成順流。06二月2023安全與環境工程學院1、黑體輻射定律（自學）2、輻射測溫方法3、輻射測溫儀表4.1.3非接觸式溫度檢測06二月2023安全與環境工程學院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表06二月20234.2壓力檢測與儀表4.2.1壓力檢測的概念與分類4.2.2液柱式壓力計4.2.3彈性式壓力計4.2.4負荷式壓力計4.2.5電測式壓力儀表4.2.6壓力儀表的選用06二月20234.2.1壓力檢測的概念與分類定義

壓力—均勻而垂直作用在單位面積上的力稱壓力.壓力的單位是“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為“Pa”

即1N的力垂直均勻作用在1m2的面積上所形成的壓力值為1Pa。

式中Ｐ——壓力（Pa）

Ｆ——均勻垂直作用力（N）

Ｓ——受力面積（m2）06二月2023壓力表示方式絕對壓力（PJ):設備內部真實壓力.PJ

=

PB

+

PD大氣壓力（PD):由于空氣柱重力垂直作用在底面積上所產生的壓力。標準狀態下的PD=101325Pa表壓力（PB):設備內部或某處絕對壓力與大氣壓之差。表壓力是一個相對壓力，它以環境大氣壓力為參照點.PB=PJ

－PD真空度（PZ負壓）:PZ＝

PD－PJ4.2.1壓力檢測的概念與分類06二月20234.2.1壓力檢測的概念與分類表壓（正壓）絕對壓力的零線大氣壓力線絕對壓力絕對壓力真空度06二月20232、壓力儀表的分類1）壓力范圍的劃分P1412）壓力儀表的分類P142

（1）按敏感元件和轉換原理的特性分類。如表4－9所示。

①液柱式壓力計。根據液體靜力學原理，把被測壓力轉換為液柱的高度來實現測量。如U形管壓力計、單管壓力計和斜管壓力計等；

②彈性式壓力計。根據彈性元件受力變形的原理，把被測壓力轉換為位移來實現測量。如彈簧管壓力計、膜片壓力計和波紋管壓力計等；

③負荷式壓力計。基于靜力平衡原理測量。如活塞式壓力計、浮球式壓力計等；

④電測式壓力儀表。利用敏感元件將被測壓力轉換為各種電量，根據電量的大小間接進行檢測。06二月2023

根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量hh12211p1p2h2P0h1h211p200

常用的壓力表有U形管壓力表、單管壓力表、斜管壓力表測量原理4.2.2液柱式壓力計06二月20234.2.2液柱式壓力計或P表＝ρghP絕＝（ρgh＋P0）06二月2023單管壓力計故由于D>>d,所以項可以忽略被測壓力P表可寫成P表＝ρgh1

06二月2023斜管壓力計06二月2023原理：將壓力信號轉化為彈性元件的機械變形量通過傳動機構直接帶動指針指示壓力或(壓差)，也可通過某種電氣元件組成變送器，實現壓力(或壓差)信號的遠傳。

結構：彈簧管、拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、面板、游絲接頭。優點：測量范圍大，成本低缺點：精度差、測量范圍有限分類:膜片、彈簧管、波紋管4.2.3彈性式壓力計06二月2023測量原理P彈簧管式彈性元件P膜片式彈性元件4.2.3彈性式壓力計06二月2023當彈性元件在軸向受到外力作用時，就會產生拉伸或壓縮位移，即

式中F——軸向外力x——位移C——彈性元件的剛度系數

式中A——彈性元件承受壓力的有效面積P——被測壓力

測量原理x

~P4.2.3彈性式壓力計06二月20234.2.4負荷式壓力計1、活塞式壓力計校準其他壓力儀表06二月2023壓力發生部分測量部分4.2.4負荷式壓力計06二月20234.2.4負荷式壓力計2、浮球式壓力計06二月2023

利用轉換元件（如某些機械和電氣元件）直接把被測壓力變換為電信號來進行測量的。

測量原理*彈性元件附加一些變換裝置，使彈性元件自由端的位移量轉換成相應的電信號，如電阻式、電感式、電容式、霍爾片式、應變式、振弦式等；

*非彈性元件組成的快速測壓元件，主要利用某些物體的某一物理性質與壓力有關，如壓電式、壓阻式、壓磁式等。4.2.5電測式壓力儀表06二月20231、電容式壓力計采用變電容原理，利用彈性元件受壓變形來改變可變電容器的電容量，然后通過測量電容量C便可以知道被測壓力的大小，從而實現壓力-電容轉換的。定極板彈性元件動極板被測壓力測量原理

ε——電容器極板間絕緣介質的介電常數，F/mA——電容器兩平行板覆蓋的面積，m2

d——兩平行板之間的距離，mC——電容量，F4.2.5電測式壓力儀表06二月20231）微位移式變送器---電容式壓差計I0

測量部分包括電容膜盒、高低壓室及法蘭組件等.測量原理:將被測壓力的變化轉換成電容量的變化。。填充液（硅油）固定電極可動電極P1轉換放大單元

P2電容式壓力傳感器隔離膜片4.2.5電測式壓力儀表06二月20232.電感式壓力計

在電感式壓力計中，大都采用變隙式電感作為檢測元件，它和彈性元件組合在一起構成電感式壓力計。圖4-38為這種壓力計的工作原理圖。圖4-49變隙式電感壓力計工作原理圖4.2.5電測式壓力儀表06二月2023

如果給傳感器線圈通以交流電源，流過線圈電流Ｉ與氣隙之間有如下關系:（4-50）

式中:Ｕ為交流電壓（Ｖ）；ω為交流電源角頻率（rad/s）。通過測量線圈中電流I的大小便可得知壓力的大小4.2.5電測式壓力儀表2.電感式壓力計06二月20233、壓電式壓力計根據“壓電效應”把被測壓力變換為電信號的。（a）單晶體

（b）剖面圖

（c）X截割的石英片

受力面積作用在受力面積上的壓力壓電常數電荷數4.2.5電測式壓力儀表06二月2023

彈簧管霍爾片

K——霍爾式壓力傳感器輸出系數χ——自由端霍爾元件的位移量磁鋼霍爾片+彈簧管4.2.5電測式壓力儀表5、霍爾式壓力計

產生的霍爾電勢與其位移成正比，若膜盒中心的位移與被測壓力P成線性關系，則霍爾電勢的大小即反映壓力的大小。06二月2023電動單元組合儀表（簡稱為DDZ儀表）6、差壓（壓力）變送器

作用：將各種物理量轉換成統一的標準信號差壓變送器力平衡式變送器

位移平衡式變送器氣動單元組合儀表（簡稱為QDZ儀表）

DDZ-Ⅱ型儀表為0～10mADC

DDZ-Ⅲ型儀表為4～20mADC20～100KPa4.2.5電測式壓力儀表06二月2023變送器考慮到系統中傳感器與其他裝置的兼容性與互換性，他們之間用標準信號進行傳輸國際標準：過程控制系統的模擬直流信號為4~20mA，模擬直流電壓信號為1~5V一般輸出為非標準信號的傳感器需把傳感器的輸出信號通過變送器變換成標準信號，無論是儀表還是計算機只要有同樣的輸入電路或接口，就可以從各種變送器獲得被測量變量的信息，而且便于組成檢測系統或控制系統。4.2.5電測式壓力儀表6、差壓（壓力）變送器

06二月2023安全與環境工程學院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表06二月2023

流量是指單位時間內流過管道某截面流體的體積或質量（體積流量，質量流量）。在一段時間內流過的流體量就是流體總量，即瞬時流量對時間的累積。

1.流量的概念

1）瞬時體積流量

體積流量Qv是以體積計算的單位時間內通過的流體量，在工程中可用l/h（升/小時）或m3/h（立方米/小時）等單位表示。若設被測管道內某個橫截面S的截面積為A（m），取其上的面積微元ds，對應流速為v（m/s），則（4-51）

4.3.1流量檢測的概念與方法06二月2023

若設被測管道內整個橫截面S上的各處流速相等，均為v（m/s），則Qv=vS。但在工程中，管道內各處的流體流速往往是不相等的。為了解決流體中各點速度往往不相等的問題，設定截面S上各點有一個平均流速v（m/s），則有（4-52）

2）瞬時質量流量

質量流量Qm是以質量表示單位時間內通過的流體量，工程中常用kg/h（千克/小時）表示。顯然質量流量Qm等于體積流量Qv與流體密度ρ的乘積，用數學表達式可以表示為（4-53）

4.3.1流量檢測的概念與方法06二月2023

3）累積體積流量

累積體積流量V是以體積計算的某段時間內通過的流體量，在工程中可用l（升）或m3（立方米）等單位表示。若設被測管道內某個橫截面S上的瞬時體積流量為Qv，則在t時間內流體的累積體積流量則為（4-54）

若設被測管道內整個橫截面S上的瞬時體積流量在t時刻內相等，則V=Qvt。

4）累積質量流量累積質量流量M等于累積體積流量V與流體密度ρ的乘積(M=Vρ)。4.3.1流量檢測的概念與方法06二月2023瞬時流量－單位時間內流體通過一定截面積的數量。體積流量－用流體的體積來表示（qv），單位為m3/h。質量流量－用流量的質量來表示（qm），單位為kg/h。累積流量：一段時間內流體體積流量或質量流量的累積值累積體積流量累積質量流量流量計量－對在一定通道內流動流體的流量進行測量。例：設測得流速v=10m/s，圓管道的直徑D=1m，則截面積A=0.79m2

，流量qV=7.9m3/s。在一小時內流過的流體總量為7.9*3600=28440m3

。4.3.1流量檢測的概念與方法06二月2023

2.流量的檢測方法流體的粘度、腐蝕性、導電性等不一樣，測量其流量方法不同。常用流量檢測方法有節流差壓法、容積法、速度法、流體阻力法、渦輪法、卡門渦街法、質量流量測量等。4.3.1流量檢測的概念與方法06二月2023

節流元件附近流速和壓力分布情況

檢測原理當流體流經管道內的節流件時，流體將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差。（節流式流量計） 流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小。基礎：流體連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。壓差影響因素： 流量、節流裝置形式、管道內流體的物理性質（密度、粘度）4.3.2差壓式流量計06二月2023體積流量質量流量

式中：α——流量系數

ε——流束膨脹系數

A0——節流裝置的開孔截面積

ρ——流體密度Δр——節流裝置前后實際測得的壓力差流量與壓力差的平方根成正比4.3.2差壓式流量計06二月20234.3.3容積式流量計容積式流量計又稱定排量流量計，用來測量各種液體和氣體的體積流量。它是使被測流體充滿具有一定容積的空間，然后再把這部分流體從出口排出，所以叫容積式流量計。它利用機械測量元件將流體連續不斷地分割成單個已知的體積部分，根據計量室逐次、重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來測量流體體積總量。容積式流量計一般不具有時間基準，為得到瞬時流量值，需要另外附加測量時間的裝置。06二月2023

容積式流量檢測單位時間內所排出固定容積的數目作為測量依據測量原理設：V0——計量室的容積

n——轉子的旋轉次數則排出的流體總量

根據轉子的形狀分為：

橢圓齒輪流量計（液體型）

腰輪流量計（氣體型和液體）

刮板式流量計（液體型）4.3.3容積式流量計06二月20231、橢圓齒輪型容積流量計(奧巴爾容積流量計)橢圓齒輪容積流量計直接依靠測量輪嚙合，對介質的清潔要求較高，不允許有固體顆粒雜質流過流量計。計量室體積齒輪轉速體積流量4.3.3容積式流量計06二月2023例：橢圓齒輪流量計的半月形空腔體積為0.5L，今要求機械齒輪每轉一周跳一個字代表100L，試求傳動系統的減速比。解：橢圓齒輪流量計的體積流量由題設可以得到所以減速比為：50：14.3.3容積式流量計06二月20232、腰輪流量計（羅茨型容積流量計）腰形輪每轉動一周，就把轉子與殼體之間所構成的具有一定容積的計量室流體的四倍體積，從流入口送到流出口。測量原理計量室體積腰輪轉速體積流量4.3.3容積式流量計06二月2023刮板式流量計也是一種較常見的容積式流量計，流量計的轉子上裝有兩對可以徑向內外滑動的刮板，轉子在流量計進出口差壓作用下轉動，每轉動一周排出四份“計量空間”的流體體積。只要測出轉動次數，就可以計算出排出流體的體積量。3、刮板式容積流量計刮板式流量計工作原理原理：利用刮板的縮進、突出固流、排流。1.刮板2.凸輪3.轉子4.3.3容積式流量計06二月20232、渦輪式流量計

4.3.4速度式流量計當被測流體流過傳感器時，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪的轉動周期地改變磁電轉換器的磁阻值。檢測線圈中的磁通隨之發生周期性的變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號，經放大器放大后，送至顯示儀表顯示K為儀表常數06二月20233、電磁流量計

電磁流量計是基于電磁感應原理工作的流量儀表。它能測量具有一定電導率的流體體積流量。電勢差與流速關系為

4.3.4速度式流量計B為什么要采用交變磁場？06二月20231）超聲波的基礎知識4、超聲波流量計4.3.4速度式流量計06二月2023當超聲波在流體中傳播時，會載帶流體流速的信息。因此，根據對接收到的超聲波信號進行分析計算，可以檢測到流體的流速，進而可以得到流量值。傳播速度差法的基本原理為：

測量超聲波脈沖在順流和逆流傳播過程中的速度之差來得到被測流體的流速。4.3.4速度式流量計06二月2023按測量原理分為：

傳播速度差

（時差法、頻差法、相差法）多普勒式相關法06二月2023安全與環境工程學院4.1溫度檢測與儀表4.2壓力檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.3流量檢測與儀表4.4物位檢測與儀表4.4.1浮力式液位計4.4.5雷達物位計4.4.2壓力式液位計4.4.3電容式物位計4.4.4超聲波物位計4.4.6物位儀表的選用4.4.1浮力式液位計1、恒浮力式液位計2、變浮力式液位