*測控技術與系統——物性測量儀表第七章過程分析儀器*華中科技大學控制系測控所HUST第七章之物性測量含水量和濕度測量7.1粘度測量7.2*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量含水量固體物質中水分含量稱為“含水量”為水分質量與總質量之比————一、基本概念濕度空氣或其他其他中的中水分含量稱為“濕度”相關概念還有：絕對濕度，相對濕度和露點溫度*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量絕對濕度在一定的溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質量關于濕度的幾個相關概念相對濕度氣體絕對濕度與同一溫度下達到飽和狀態的氣體絕對濕度之比露點溫度保持氣體壓力一定時并降溫，使得氣體中水蒸氣達到飽和而開始結露時的溫度稱為露點溫度。露點溫度與濕度間有何關系呢？*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量關于濕度的幾個相關概念露點溫度與濕度的關系相對濕度越高越容易結露，露點溫度就越高。露點溫度和相對濕度間一一對應——可通過濕空氣表格確定。非標準大氣壓力下的露點溫度也可以進行換算。因而，通過測量露點溫度可換算得到濕度。*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量二、含水量的測量1、稱重法：測出烘干前后固體物質重量；2、電導法：固體物質吸收水分后電阻變小；3、電容法：水的介電常數一般大于干燥固體物質；4、紅外吸收法：水分對1.94um的紅外線吸收能力較強，而對1.81um波長的紅外線幾乎不吸收，用二者比值可判斷水含量。5、微波吸收法：水分對1.3cm波長的微波有顯著的吸收現象，而植物纖維對此波段的微波吸收要比水少幾十倍。*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量1、毛發濕度計

原理：18世紀開始，就有利用脫脂毛發的長度隨相對濕度變化的原理構成毛發濕度計。

空氣濕度增大，毛發將延長，帶動指針指示濕度。

特點：就地指示，精度低，滯后時間長*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量2、干濕球濕度計濕球上的紗布由于水分蒸發吸收潛熱，故有tm<td，相對濕度與干濕球溫度關系如下：

其中，為干球溫度下飽和水蒸氣壓力。因而只要測得td和tm就可通過查表獲得相關壓力并計算出相對濕度利用該原理可構成干濕球濕度變送器。干球飽和蒸汽壓力濕球飽和蒸汽壓力總壓常數*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量3、露點儀冷鏡法測量露點

采用半導體制冷器，對金屬鏡面進行降溫，當鏡面結露時，測出鏡面溫度。測溫：熱電偶 結露狀態檢測：光電探測器自動露點儀：形成閉環控制

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量3、露點儀

冷鏡法是目前精度最高的方式（0.1℃），存在的問題：

鏡面污染，清洗防護復雜價格高其他測量方法：重量法，電解法，晶體振蕩法，紅外測量，半導體傳感器等。

注：濕度和露點之間可相互轉換

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量粘性流體介質的內摩擦力，符號“T”。一、基本概念圖7.56管道中流速分布圖在流體中取一個平行于底面的面積為F、厚度為dH的流體層。下層速度為v，上層速度為v+dv。

上、下層的速度不相等，產生了流體的幾何變形，流體內部就產生了內部摩擦力T。η——粘度系數，簡稱粘度，表示流體內摩擦力特性。*華中科技大學控制系測控所HUST粘度表示流體內摩擦力特性，符號“η”影響因素：同一種流體來說，粘度主要受壓力和溫度的影響。液體粘度——主要與溫度有關，當壓力很高時才與壓力有關。溫度上升，粘度下降。氣體粘度——主要與溫度有關，溫度上升，粘度上升。單位：7.2粘度測量*華中科技大學控制系測控所HUST二、粘度的測量方法和儀器1、轉筒法

原理：把被測量的液體注滿兩個同心圓筒之間的環形空間，一個圓筒是固定的，另一個圓筒繞它的垂直軸線作均勻的旋轉。以恒定角速度旋轉的圓筒所需要的轉矩就可作為被測液體粘度的量度。轉筒法原理圖7.2粘度測量圓筒A固定，半徑R1，圓筒B以恒定角速度旋轉，半徑R2。環形空間中的液體*華中科技大學控制系測控所HUST轉筒法原理圖粘度：式中——介質的粘度——圓筒的轉矩——圓筒的長度——內筒的半徑——外筒的半徑——外圓筒恒定轉動的角速度7.2粘度測量因此，當維持外圓筒以恒定角速度旋轉時，通過測量所需的轉矩T即可測量粘度。*華中科技大學控制系測控所HUST轉筒法的一種改進形式是用旋轉圓盤代替同心圓筒，下面介紹的工業粘度計的實例其轉動部分即為圓盤，稱為測量錘，如右圖所示。注意：液體的溫度對其粘度的影響很大，在所有的工業粘度計中，必須要考慮溫度的自動補償問題，或者使被測溶液保持恒溫。轉筒式工業粘度計結構圖7.2粘度測量*華中科技大學控制系測控所HUST2、毛細管法（泊肅葉法）（待修改）

原理：用于測定牛頓液體的粘度。在管內存在

層流時，被測液體在恒定流量和溫度的

條件下，經過毛細管會產生壓力降。這

個壓力降的大小就代表了被測液體的粘

度值。毛細管法原理圖式中——動力學粘度；——毛細管兩端的壓力差；——毛細管的長度——單位時間經過毛細管的液體體積——毛細管的半徑在工業毛細管粘度計中，用恒速馬達帶動計量泵使體積V值恒定，測量差壓值，最后得到η值，其它的R和l為毛細管的幾何尺寸，是常數。7.2粘度測量二、粘度的測量方法和儀器*華中科技大學控制系測控所HUST工業毛細管粘度計的工作原理如下圖所示。主要部件的功能：恒速馬達&計量泵——使被測液體保持恒速；

溫度控制器

——調節油浴的溫度，消除溫度變化帶來的誤差；60目的過濾器——防止毛細管堵塞；減壓閥

——防止在過濾器堵塞時損壞泵；在毛細管的前后方接有引壓管，通過差壓變送器測量壓差值?P，就可以得到被分析液體的粘度值。7.2粘度測量*華中科技大學控制系測控所HUST通過測量粘性力可以用于測量某些溶液的濃度——比如紙漿、糖漿等7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計這類濃度計包括：靜刀式濃度計、動刀式濃度計、外旋式濃度計、內旋式濃度計等*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計外旋式濃度計*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計動刀式濃度計---結構*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計動刀式濃度計*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計動刀式濃度計*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計動刀式濃度計----標定*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計動刀式濃度計----現場安裝*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計內旋式濃度計*華中科技大學控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴展——濃度計內旋式濃度計

為一微機化力矩平衡數字隨動系統，濃度的變化反映在測量軸上的扭矩變化，扭矩增量克服測量軸和驅動軸之間的支撐摩擦力矩和連接橡膠圈的彈性力矩，使兩軸在轉動的同時產生相對角位移，光電傳感器將它轉變成電信號輸給微機，微機反饋控制使兩軸保持原有的相對位置，反饋控制的電流信號跟隨濃度的變化而變化，因此輸出的電流信號便可反映濃度。內旋式濃度變送器有高的靈敏度和好的穩