《传感器与检测技术》课件第7--9章振动的测量、温度的测量、流量的测量.pdf

国家精品课程、.如门I*I而，国家精品资源共享课程配套教材传感器与检测技术第三篇检测技术第七章振动的测量主要内容7.1 概述7.2 测振传感器7.3 振动的激励7.4 激振器7.5 振动传感器的标定振动无处不在。从广义上说，任何一种物理量相对于参考量往复运动的 现象，都称为振动。机械加工火炮发射第七章振动的测量7.1概述为什么要测量振动？对系统进行评价为了确定工程质量及观众台振动对人体舒适性的影响,对国家体育场鸟巢的观众台楼板进行了振动测试。第七章振动的测量7.1概述为什么要测量振动？预测系统的工作寿命桥梁振动测试第七章振动的测量7.1概述为什么要测量振动？进行故障诊断第七章振动的测量7.1概述振动测量的参数振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。以简谐运动为例：式中:A 一位移的最大值，称为振幅（幅值）。一振动角频率0一初始相位角第七章振动的测量ffl 7.1概述振动测量的参数x.AcosC.)dx/、v -asm(r+.)Atdv 2,、a.cosC+.)第七章振动的测量振动测量系统构成第七章振动的测量0 7.2测振传感器测振传感器的分类从振动测量的参数分类位移、速度、加速度传感器从传感器是否与被测对象接触分类接触式：电阻式、电感式、磁电式、压电式 非接触式：电容式、涡流式、光电式从参考坐标系分类相对式、绝对式（惯性式）第七章振动的测量 7.2.1相对式测振传感器相对式测振传感器是以选定的不动点为参考，测量 物体的相对振动。非接触式：常用的传感器有电容、电涡流等；接触式：常用的传感器有电感、电阻、磁电式等。为了保证接触和传递良好，传感器的测杆能产生的最大 加速度必须大于被测振动体的最大加速度。7.2测振传感器 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器y传感器X将J/N+X代入上式，得X：被测物体绝对振动位移y.质量块的绝对振动位移z：质量块与壳体的相对位移dz群0立.4里3/d/E d产7.2测振传感器0 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器1、振幅计传感器的输出量Z反映的是被测物体振动的振幅X。“灯一zCM明尸%(j。)1-(0/%)2 +2 j，而端A（叫一二_(0_/加-(。/g)22+(2”)2=取一12R37.2测振传感器 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器1、振幅计幅频特性曲线相频特性曲线7.2测振传感器0 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器1、振幅计（O/CD,幅频特性曲线相频特性曲线当 co con 即 2m x Xm时，幅频特性曲线近似为常数，即A（。）接近于1，一般0/%取35；当n时，相位差接近180。，相频特性也接近直线。所以，测振传感器是位移传感器的工作 范围是,二取0.60.7。7.2测振传感器0 7.2.2惯性式(绝对式)测振传感器2、速度计传感器的输出量z反映的是被测物体的振动速度V。肉初 出L z(jM二，对叫X(J)J 0)X(CD)0)4(叫V9(0)AZ幅频特性曲线7.2测振传感器 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器3、加速度计传感器的输出量z反映的是被测物体的振动加速度a。X（J0）（j。）Mj）c oA（叫=二/）=3 J”（。/.）22+（2，口/牡）27.2测振传感器O 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器3、加速度计(3)、0000000754321754321 L7.5.4.3.ZLSSSSSSD.0.0.0.0.0OOOOOO加速度传感器幅频特性曲线-当SVV”时，幅频特性曲线接近于平坦，作为工作区间。-为了获得宽的频率响应范围，加速度计的固有频率3n越大越好。-通过选取小的质量病口大的弹簧刚度匕可以得到大的固有频率。7.2测振传感器0 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器7.2测振传感器 7.2.2惯性式（绝对式）测振传感器例：惯性式位移传感器具有1Hz的固有频率，认为是无阻 尼的振动系统，当它受到频率为2Hz的振动时，仪表指示 振幅为1.25 mm,求该振动系统的真实振幅是多少？解:4=lHz,c=0,/=2Hz,Zm=1.25mm惯性式位移传感器的幅频特性A-_(/n)_I%(-4)2+(264)2.藤代Z 3 XUL250.9375mm m(4/3)47.2测振传感器7.3振动的激励A在测量机械设备或结构的动态特性时，首先要激励被测 对象，让其按测试的要求作受迫振动或自由振动。激励方式通常可以分为稳态正弦激振瞬态激振随机激振第七章振动的测量7.3振动的激励1、稳态正弦激振对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力。A稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比 和相位差。激振功率大，信噪比高，能保证测试的精度。A测试周期长。第七章振动的测量2、瞬态激振指对被测对象施加一个瞬态变化的力。属于一种宽频带激励，一次同时给系统提供频带内各个 频率成份的能量和使系统产生相应频带内的频率响应。快速测试方法。同时由于测试设备简单，灵活性大，故 常在生产现场使用。常用的瞬态激励方法有快速正弦扫描、脉冲锤击和阶跃 松弛激励等方法。第七章振动的测量7.3振动的激励3、随机激振纯随机激励理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，它在整个时间 历程上是随机的，不具有周期性，在频率域上它是一条几乎平 坦的直线。伪随机激励将白噪声在T内截断，然后按周期T反复重复，即形成伪随机 信号。这种方法的优点在于试验的可重复性。第七章振动的测量由信号源输出的各类激振电信号经功率放大后，需通过转 换装置转换为激振力信号，才能对机械系统进行激振。这 类执行装置称激振器。常用的激振器有电动式,电磁式、电液式等型式。第七章振动的测量1、电动式激振器当驱动线圈有交变电流通过时,线圈受电动力的作用，力通过 顶杆传给试件。频率范围宽，可动部分质量小,对试件的附加质量和刚度影响 小。一般用于激振力要求不很 大的场合。第七章振动的测量 7.4激振器1、电动式激振器10N强力电动式激振器 400N强力电动式激振器电动式激振器照片第七章振动的测量2、电磁式激振器直接利用电磁力，非接触，特别适用于回转件激振。位移传感器激振器是由通入线圈中的交变 电流产生交变磁场，衔铁固定 在被测对象上（衔铁也可以由 导磁材料的被测对象充当），在交变磁场作用下产生振动。衔铁铁芯底座力检测线圈激励线圈第七章振动的测量3、液压式激振器信号发生器的信号经放大后，操纵电液伺服阀控制油路，使 活塞做往复运动。激振力大，行程大。但高频特 性差，一般只适用于较低的频 率范围，为零点几赫兹到数百 赫兹。结构复杂，制造精度要求高，成本较高。第七章振动的测量振动传感器标定方法分类从计算标准和传递的角度可分为A绝对法比较法按照标定时所用输入种类正弦振动法重力加速度法冲击法随机振动法第七章振动的测量合75振动传感器的标定传感器的灵敏度:USo（W/）2xm式中：为被标传感器输出电压（峰值）；了为激励设备的振动频率；X机为振幅。第七章振动的测量合75振动传感器的标定2、相对标定法被标定传感器与标准传感器感受相同加速度_ E E。d d(-=-一被标定传感器输出电压Eq 一标准传感器的输出电压Z 一被标定传感器的加速度灵敏度Sa。一标准传感器的加速度灵敏度c E C SmS.Cl ri Ul)4背靠背比较法标定法第七章振动的测量振动测试分析系统举例火炮振动测试与分析火炮振动信号具有大量的火炮参数信息，是检测火炮故 障的信息载体。对火炮振动信号进行准确测试分析和相应处 理，是对火炮进行结构优化、结构改造和故障诊断的基础。传感器对火炮的激励采用锤击法，对火炮身管进行锤击。第七章振动的测量小结 振动测试系统组成 测振传感器 振动的激励方法 激振器 测振传感器的标定方法第七章振动的测量谢谢国家精品课程、.如门I*I而，国家精品资源共享课程配套教材传感器与检测技术第三篇检测技术第八章温度的测量第八章温度的测量自然界中任何物理、化学过程都紧密地与温度相联系。在国民经济各部门，如冶金、电力、化工、机械、农业、医学 等以及人们的日常生活中，温度检测与控制是十分重要的。第三篇典型参量测试技术主要内容8.1 概述8.2 热电偶测温8.3 金属热电阻测温8.4 半导体温度传感器8.5 其他测温方法8.1.1温度温度是表征物体冷热程度的物理量。8.1概述8.1.1温度温度的宏观概念建立在热平衡基础上的，处于同一热 平衡状态下的两个物体，就具有某一个共同的物理性质,表征这个物理性质的量就是温度。A温度的微观概念温度标志 着物质内部大量分子的无规 则运动的剧烈程度。8.1概述温标是温度的数值表示法，即衡量温度的标尺。温标规定了温度的读数起点和基本单位O1.摄氏温标2.华氏温标3.热力学温标4.1990年国际温标(ITS-90)8.1概述812温标1.摄氏温标在标准大气压下，水的冰点为oc,水的沸点为 100。0中间划分为100等分（1742年瑞典科学家 ACelsius摄尔修斯创立）。2.华氏温标在标准大气压下，水的冰点为32吓，水的沸点 为212叩，中间划分为180等分（1724年荷兰物理 学家G-D-Fahrenheit华伦海特创立）4=1.8L+32式中4-摄氏温度（）4-华氏温度（F）8.1概述3.热力学温标（开尔文温标）1848年英国科学家开尔文根据热力学第二定律提出来的。温度代号为T,符号为K。（KeMn开尔文）规定了水三相点的热力学温度，定义该点 温度为273.16K;规定分子运动停止时的 温度为绝对零度。水的三相点：水的固.液.气三相平衡共存时的温度8.1概述4.国际温标ITS-90 规定热力学温度（T）的单位用开尔文（K）。1K等于 水处于三相点时温度值的1/273.16。水的三相点定为0.01摄氏度（），因此，相应的将绝 对零度修正为-273.15摄氏度（。摄氏度（力：%）,O-273.15 规定了四个温区、17个定义固定点及其温度值。8.1概述几种温标的对比摄氏温标、华氏温标和绝对温标的对比O ioor三/212TrT 032三=三三三=以 _=ieie=_ieibieieibie=_=ibib_=H隹-三一|:|=_01_-一三些=)百 6 5 44_IFm 三T-三Thrc=rK-273.15 Tf=1.8Tc+328.1概述 8.1.3温度测量的主要方法及分类测温方 法测温类型测温原理测温范围使用场合热膨胀式 固体膨胀式 液体膨胀式利用液体或固体受热时产 生热膨胀的原理-100-600无需电源，可用于测量轴 承、定子等处的温度，输 出控制信号或温度越限报 整压力 液体式 气体式利用封闭在固定体积中的 气体、液体受热时其压力 变化的性质0-300用于测量易爆、有震动处 的温度，传送距离不很远接触式热电阻 金属热电阻 半导体热敏电阻利用导体或半导体受热后 电阻值变化的性质-200600测量液体、气体、蒸汽的 温度，能远距离传送热电势 热电偶 P-N结温度计利用物体的热电性质-200-1800液体、气体、加热炉中的 高温，能远距离传送示温材料 示温涂料 示温液晶利用材料温度-颜色变化特 性-40-1350广泛用于家庭用具、玩具 和食品等非接触 式辐射式高温计 光学高温计 辐射高温计 比色高温计利用物体辐射能的性质700-3500用于测量火焰、钢水等不 能进行直接测量的高温场 合主要内容8.1 概述8.2 热电偶测温8.3 金属热电阻测温8.4 半导体温度传感器8.5 其他测温方法 8.2热电偶测温8.2.1 热电偶的工作原理8.2.2 热电偶测温的基本定律8.2.3 热电偶冷端温度及其补偿8.2.4 热电偶的材料、类型及结构8.2.5 热电偶的动态特性第八章温度的测量0 8.2.1热电偶工作原理热电偶工作原理演示第八章温度的测量8.2.1热电偶工作原理热电效应：两种不同材料的金属导体A和B组成一个闭合回路,当两个结点温度不同时，回路中将产生热电动势。这个现象是 1823年由塞贝克发现的，所以又称为塞贝克效应。8.2热电偶测温8.2.1热电偶工作原理%。）Ae-e_B与（础温差电动势（Thomson效应）接触电动势（Peltier效应）式中：伪波尔兹曼常数；吮电子电荷量；Ng、Nb（Z 分别为两种电极材料的在温度为t时的自由电子体密度。8.2热电偶测温8.2.1热电偶工作原理塞贝克效应（热电效应）Eab(T,T0)=Eab(T)-Eab(T。)-Ea(T,T0)+Eb(T,T0)=F(T)西力e r0 Nb(08.2热电偶测温8.2.2热电偶测温的基本定律1.均质导体定律2.参考电极定律3.中间导体定律4.中间温度定律8.2热电偶测温8.2.2热电偶测温的基本定律1.均质导体定律 两种均质金属组成的热电偶，其热电势大小只与热电极材 料和两端温度有关，与几何尺寸及热电极长度上的温度分 布无关。若材质不均匀则会产生附加电势。由一种材料组成的闭合回路存在温差时，回路如果产生热 电势，便说明该材料是不均匀的。可见，该定律为检查热 电极材料均匀性提供了理论依据。8.2热电偶测温8.2.2热电偶测温的基本定律2.参考电极定律两种导体4 s分别与参考电极a或称标准电极）组成热电偶,贝蛆与B两个热电极配对后组成热电偶的热电势为EAB(T,T.)mEAC(T,TECB(T,T.)8.2热电偶测温8.2.2热电偶测温的基本定律3.中间导体定律在热电偶回路中插入第三种导体，只要插入导体的两端 温度相等，且插入导体是均质的，热电偶产生的热电势 保持不变。丁。C 5AABJ?8.2热电偶测温8.2.2热电偶测温的基本定律3.中间导体定律玛 6cEab(T)Ebc(TEca(TJ0AB4M。，品）|43（7）.（4g/32000影o O002t/O8.2热电偶测温0 8.2.4热电偶的材料、类型及结构1.普通装配型热电偶工业用装配式热电偶结构示意图8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构2.铠装型热电偶制造工艺：把热电极材料与高温绝缘材料预置在金属保护 管中，将这三者合为一体，将工作端焊接密封。特点：内部的热电偶丝与外界空气隔绝，有着良好的抗高 温氧化性能。可以制作得很细，能解决微小、狭窄场合的 测温问题，且具有抗外力冲击、可弯曲、超长等优点。内电极 内电极绝缘材料a）外形图 b）径向剖面图8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构2.铠装型热电偶铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套/管（铠体）铠装型热电偶横截面8.2热电偶测温 8.2.4热电偶的材料、类型及结构3.隔爆型热电偶防爆原理：利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等 部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在 接线盒内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度不传到腔外。使用场合：工业用的隔爆型热电偶多用于化学工业自控系统中（由于在化工生产厂、生产现场常伴有各种易燃、易爆等化学 气体或蒸汽，如果用普通热电偶则非常不安全、很容易引起环 境气体爆炸）。8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构3.隔爆型热电偶厚壁保班管压铸的接线盒电缆线8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构4.薄膜热电偶4用真空蒸镀等方法使两种热电极材 料蒸镀到绝缘板上而形成薄膜装热电偶。其热结点极薄(0.01 0.1 pm)。特别适用于对壁面温度的快速测量。反应时间仅为几ms。1一热电极;2热结点；3一绝缘基板;4一引出线8.2热电偶测温8.2.4热电偶的材料、类型及结构8.2热电偶测温8.2.5热电偶的动态特性1.热平衡方程根据介质以对流换热的方式向热电偶接点单位时间所 传递的热量应该等于接点单位时间积储的热量，可推导出 如下的方程：式中：7；接点温度；厂气体真实温度；”时间常数8.2热电偶测温8.2.5热电偶的动态特性2.动态响应将热电偶从室温“突然插入到温度为T到温度场中,则热电偶热接点温度7；为：若在上0时刻时，%0,贝上8.2热电偶测温8.2.5热电偶的动态特性3.减小动态误差的方法cpvT-a-F 采用尺寸较小和V/F较小的测量端（对于球，V/F=D/6）;选用比热小、密度小的热电极材料；增大对流换热系数；采用校正网络。8.2热电偶测温的8.2.6热电偶的应用在陶瓷烧制、金属冶炼过程中，用热电偶进行炉温的测量/8.2热电偶测温战机尾喷温度测量8.2热电偶测温主要内容8.1 概述8.2 热电偶测温8.3 金属热电阻测温8.4 半导体温度传感器8.5 其他测温方法8.3金属热电阻测温金属电阻测温是利用金属电阻随温度变化的特性实现 温度的检测。工业上常用于测量-2005009的温度。第八章温度的测量8.3.1金属热电阻材料对材料的要求适宜作电阻温度计的敏感元件满足以下要求：1.材料的化学物理性质稳定；2.电阻温度系数大；3.电阻与温度的关系曲线最好近似一条直线;4.材料要易于提纯；5.电阻率要比较大。8.3金属热电阻测温 8.3.1金属热电阻材料1.粕电阻特点：性能极为稳定，易于提纯 线性度好 测量精度高 贵重金属，成本较高 在还原气氛中，易被侵蚀变脆，要加保护 套管。导线 钳金芯线玻璃套玻璃线圈架应用：广泛用于温度基准、标准的传递以及高精度工业测温。8.3金属热电阻测温 8.3.1金属热电阻材料1.粕电阻0-650 Rt=&。+4+-200-0 凡=&l+4+B/+C 100)/A、B、C为温度系数，由实验确定。%=0时的电阻 高次项很小。与不同，%与才的关系也不同。Pt100 z Pt108.3金属热电阻测温8.3金属热电阻测温8.3.1金属热电阻材料2.铜热电阻应用：测量精度要求不高且温度较低（-5 0 150。的场合 优点：温度范围内线性关系好，灵敏度比粕电阻高，容易 提纯、加工，价格便宜，复制性能好。缺点：易于氧化；与粕相比，铜的电阻率低，体积较大。8.3金属热电阻测温8.3.1金属热电阻材料2.铜热电阻汽车用水温传感器及水温表8.3金属热电阻测温0 8.31金属热电阻材料3.铁和银热电阻电阻温度系数较高，电阻率较大，故可做成体积小、灵敏度高的电阻温度计。但容易氧化、化学稳定性差，不易提纯，复制性差,而且电阻值与温度的线性关系差，目前应用不多。8.3金属热电阻测温0 8.3.2金属热电阻结构7电阻丝保护膜引出线端(b)电阻体结构8.3金属热电阻测温二线式电桥连接法将热电阻接到电桥的导线会产生附加电阻*r2l这是 产生测量误差的一个重要原因。两线制适于引线不长、测温精度要求较低的场合。8.3金属热电阻测温三线式电桥连接法（工业用法）rl4为热电阻“、乃、心为引线电阻&为两桥臂电阻R3为调整电桥的精密电阻 G为检流计，内阻很大，故电流近似为零。温度变化时，若小乃导线长度和电阻温度系数相同,则不会影响电桥的状态。8.3金属热电阻测温主要内容8.1 概述8.2 热电偶测温8.3 金属热电阻测温8.4 半导体温度传感器8.5 其他测温方法 8.4半导体温度传感器由半导体理论可知，在一定的电流模式下，半导体材料的许多 性能参数，如电阻率、PN结的反向漏电流和正向电压等，都与温 度有着密切的关系。根据这一关系，可以制成半导体温度传感器。第八章温度的测量8.4.1热敏电阻以金属氧化物为材料，采用陶瓷工艺，经高温烧 结制成具有半导体特性的陶瓷电阻器件。特点：1）温度系数大-灵敏度高2）结构简单，体积小-可以测量点温度3）电阻率高、热惯性小一适于动态测温4）易于维护、使用寿命长一适于现场测温5）成本低，应用广泛6）互换性差，非线性严重，精度低1 探头2 引线3-壳体热敏电阻的结构和符号八mH u（a）圆片型（b）薄膜型（c）柱型（d）管型（e）平板型（族型=_ _ _-（G扃型（h）垫圈型（D杆型热敏电阻的结构形式8.4.1热敏电阻热敏电阻的电阻温度特性PTC:正温度系数热敏电阻 NTC:负温度系数热敏电阻 CTR:临界温度系数热敏电阻8.4.1热敏电阻1.负温度系数热敏电阻(NTC)多为Fe,Ni,Coz Mn等金属氧 化物。具有随温度升高电阻值减 小的负温度系数。特别适用于-100 300之间测温。聚脂塑料封装热敏电阻贴片式NTC热敏电阻在点温、表面温度、温差、温场等测量电子线路的热补偿线路中。8.4.1热敏电阻2.正温度系数热敏电阻PTC主要采用BaTiC3系列的陶瓷材料，掺入微量稀土元素使 之半导体化制成的。具有当温度超过某一数值时，其电 阻值快速增加的特性。主要应用于各种电器设备的过热保护，发热源的定温控 制，也可作为限流元件使用。带安装孔的热敏电阻大功率PTC热敏电阻8.4.1热敏电阻3.临界温度电阻CRT CTR热敏电阻采用以VO2为代表的半导体材料，在某一 温度附近上电阻值发生突变，在温度仅几度的狭窄范围 内，其阻值下降3 4个数量级。该温度称为临界温度点。主要用途作温度开关，报警。热敏电阻的应用家用电器电熨斗、电冰箱、电饭煲、洗衣机、电暖壶、烘干机、电烤箱、空调机、电热毯、热水器、电磁炉汽车电子电子喷油嘴、空调机、发电机防热装置、电热座椅测量仪器流量计、风速表、真空计、浓度计、湿度计、空气传 感器、环境监测仪办公设备复印机、传真机、打印机、扫描仪农业园艺温室控制、人工气候箱、烘干系统医疗器具体温计、人工透析、散热系统工业生产电动机过热保护8.4.2集成温度传感器 集成温度传感器（温度I。是利用PN结的伏安特性与 温度之间的关系研制成的一种半导体温度传感器。将温度敏感元件与放大、运算和补偿等电路集成在一 片芯片上。典型工作温度范围-50+150。&集成温度传感器可分为：模拟型集成温度传感器和数 字型集成温度传感器。8.4.2集成温度传感器1.模拟型集成温度传感器1）电流型集成温度传感器产生一个与绝对温度成正 比的电流作为输出。典型产品有AD5 90。8.4.2集成温度传感器1.模拟型集成温度传感器2）电压型集成温度传感器0 阳V+9 4-30V1-电源正极（v+）2-皤出（Vfr）3地（G刖）LM35D2_0 VoVo=T*I OmV/3Y*LM35/45构成的摄氏温度测量电路及组装成的测温传感器8.4.2集成温度传感器1.模拟型集成温度传感器在电脑中，集成温度传感器用于CPU散热保护电路。集成温度IC散热风扇CPU散热片CPU插座8.4.2集成温度传感器2.数字温度传感器DS18B20+3V+5.5V DS18B20DS18B20与微处理器连接主要内容8.1 概述8.2 热电偶测温8.3 金属热电阻测温8.4 半导体温度传感器8.5 其他测温方法8.5其他测温方法1、液体膨胀式温度计工作原理：基于液体在透明玻璃 外壳中的热膨胀作用。当温度变化时，液体和贮液泡体积 随之变化，毛细管中的液柱弯月面 就升高或降低，从液柱的高低就可 以读出温度。弥/3-刻度标尺:Zj；/2-毛细管1-贮液泡8.5其他测温方法8.5其他测温方法2、双金属片温度计双金属感温元件是由影胀系数不同的两种金属片牢固结合 在一起而制成，一线固定，另一线为自由端。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系数不同而使双金属 片的曲率发生变化，自由端产生位移，经传动放大机构带 动指针指示温度值。Metal AMetal B/Metal AMetal B8.5其他测温方法0 8.5其他测温方法2、双金属片温度计不需要电源，耐用；但感温部件体积较大。8.5其他测温方法0 8.5其他测温方法3、示温涂料8.5其他测温方法8.5其他测温方法3、示温涂料CPU散热风扇8.5其他测温方法小:温度和温标 热电偶测温 热电阻测温其它测温方法第八章温度的测量谢谢国家精品课程、.如门I*I而，国家精品资源共享课程配套教材传感器与检测技术第三篇检测技术第十章流量的测量主要内容10.1 概述10.2 常用流量计10.1概述在工农业生产和科学研究试验中，需要检测各种流体 的流量。如：水、原油、成品油、瓦斯气、天然气、煤气、液化 石油气、蒸汽、空气、氧气、氮气、氢气、烟废气排放等。第十章流量的测量10.1概述流量的定义流量是指单位时间内流体（气体或液体）流经某一流通 截面的量（体积或质量）。体积流量一以体积衡量流体的量，单位为m3/s。AV dV）qy,lim-t0-mvAv 3 a dr质量流量一以质量衡量流体的量，单位为kg/s。AM dM i?”,lim-加4V体积；M质堇；V平均流速；A 截面面积；p流体的密度第十章流量的测量10.1概述流量的定义平均流速：3A生 A式中：v为流体在流过截面上各点的流速。累计流量：在某段时间内流体通过的体积或质量总量,它是体积流量或质量流量在该段时间中的积分，表示为:Qv qv 21加第十章流量的测量10.1概述管流的基础知识 流体密度p:单位体积的流体所具有的质量。流体密度 是温度和压力的函数，单位是(kg/m3)粘滞力：由于流体各流层的流速不同，相邻流层之间 有相对运动，便在接触面上产生一种相互作用的剪切力,这个力叫做流体的内摩擦力，也称为粘滞力。式中：方为粘滞力；A为接触面积；dv/dy为流体垂直于速度方向的速度梯度；为表征流体粘性的系数(称为流体的粘度或粘滞系数)。第十章流量的测量10.1概述雷诺数Re:流体流动的惯性力与粘滞力之比。雷诺数的大小决定了粘性流体的流动特性。雷诺数小，流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体 各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态。Re 4000为紊流状态，Re=2000 4000为过渡状态。第十章流量的测量10.1概述管流的基础知识连续性方程（质量守恒定律）任取一管段，设两处的面积、流体密度和截面上流体的平 均流速分别为41、1、G和42、22、V2o角2 A.角为 4 B constant第十章流量的测量10.1概述伯努利方程（能量守恒定律）第十章流量的测量实际流体具有粘性，在流动过程中要克服流体与管壁以及 流体内部的相互摩擦阻力而作功，这将使流体的一部分机 械能转化为热能而耗散。儿g为两截面之间单位质量实际流体流动产生的能量损失。第十章流量的测量10.1概述流量计类型随着科学技术的发展，生产环境日趋复杂，对流量测量 的要求也越来越高。运用不同的物理原理和规律，人们研制 出各类流量监测传感器用于测量。流量测量方法大致可以归纳为以下几类：利用伯努利方程原理，通过测量流体差压来反映流量的差 压式流量测量法；通过直接测量流体流速来得出流量的速度式流量测量法；利用标准小容积来连续测量流量的容积式测量；以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。第十章流量的测量 10-2常用流量计10.2.1差压流量计10.2.2 转子流量计10.2.3 椭圆齿轮流量计10.2.4 涡轮流量计10.2.5 电磁流量计10.2.6 超声波流量计10.2.7 科里奥利质量流量计第十章流量的测量10.2.1差压流量计历史悠久、技术成熟、应用最广泛。测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污;工作状态：常压、高压、真空、：日：日 曰r yb iHH i iRj/mix mj/un/管径方面：从几毫米到几米;流动条件：亚音速流、临界流、特点：结构简单、使用寿命长,几乎能测各种工况下的流量。脉动流。适应能力强,10.2常用压流量计10.2.1差压流量计基于流体流动的节流原理，利用流体在通过流通管道上设 置的阻力件时产生的压力差与流体流量之间的确定关系，通过 测量差压值求得流体流量。产生差压的装置有多种型式包括节流装置：如孔板、喷嘴、文丘利管等，以及动压管、均速管、弯管等。其他型式的差压式流量计还有靶式流量计、浮子流量计等。10.2常用压流量计10.2.1差压流量计工作原理和流速变化图流速收缩：流体遇到节流 装置时，近壁处的流体由 于受到节流装置的阻挡最 大，促使流体的一部分动 压头转换为静压头，体现 在P1的升高。AP的产生：由于节流装置 造成流束的局部收缩，同 时流体又是保持连续流动,因此在截面积最小时，流 速达到最大，而压力最低。10.2常用压流量计10.2.1差压流量计伯努利方程：3工衾 2偎 2连续性方程：*A匕,/a%402yl”22不可压缩流体：,侵”P1、P2一截面1和2上流体的静压力；v1、v2一截面1和2上流体的平均流速;p1、p2一截面1和2上流体的密度；D、d一截面1和2上流束直径。10.2常用压流量计10.2.1差压流量计工作原理体积流量：质量流量：.24 /（匕修 境 4 r.引入流出系数C对上式进行修正:a-流量系数 与节流装置的结构形 式、取压方式、节流 装置开孔直径和管道 直径比以及流体流动 状态等有关。10.2常用压流量计10.2.1差压流量计工作原理对于可压缩流体，考虑到节流过程中流体密度的 变化而引入流束膨胀系数&进行修正，流量公式变为：心看百同可以看出，被测流量与差压Ap成平方根关系，对于 直接配用差压计显示流量时，流量标尺是非线性的，为了 得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。10.2常用压流量计 1022转子流量计A也称作浮子流量计，属于压差式流量计。由一段上粗下细的锥形玻璃管和一个固体转子（或称 浮子,密度大于被测流体的密度）构成。10.2常用压流量计1、工作原理测量过程中：流体自管底部流入，经过转子和管壁之间的环 隙，再从顶部流出。由于缝隙节流作用，转子上下端产生压力差，对转子施加一个向上的推力，转子向上移动。由于锥形上部截面积增大，环形缝隙流通面积 增大，压力差减小，转子向上移动，直到压差产 生的向上推力与转子质量平衡为止。转子的平衡位置高度反映流体流量大小。10.2常用压流量计2、流量计算转子受到重力、压力、浮力作用,转子静止不动时，三个力平衡，即：APA/+叫g二夕/述/尸一转子前后的压差（为常数）；%转子的最大截面积；U一转子的体积；g重力加速度；p流体的帝度；Pf转子的帝度。NP=Yfg（Pfp/Af流体10.2常用压流量计ffl 10.2.2转子流量计Ar 一转子上端面处环隙面积;一转子流量系数。T流体10.2常用压流量计3、流量的指示A由于流量与环隙面积有关，在锥形管与浮子的尺寸固 定时，环隙面积4决定于浮子在管内的位置，因此，一般 都以转子的位置来指示流量，而将刻度标于管壁上。转子流量计结构简单，刻线直观，使用 方便。可以测量多种介质的流量，适合于 小管径、低流速和低雷诺数的流体测量。10.2常用压流量计属于容积式流量计，特别适合累计流量的测量。1.流体流入 2.5.两个啮合的椭圆齿轮3.外壳 4.流体流出10.2常用压流量计椭圆齿轮A、B在压力差的作用下，交替地相互驱动，并 各自绕轴作非匀角速度的转动。在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定 容积内的流体一份份地排出。两个齿轮每转动一圈，流量计将排出4个半月形容积的流体。测量出齿轮转速，便可确定流量。10.2常用压流量计10.2.4涡轮流量计1、结构采用涡轮进行测量的流量计，是速度式流量计中的主要种类。流体流向涡轮时，引起涡轮叶片旋转;涡轮的转速与流体流量（流速）成正比;涡轮的转速用传感器（如磁电式）测量，就可得到流量。1.涡轮2.导流器3.磁电感应转换器4.外壳5.前置放大器10.2常用压流量计3、特点和使用优点：测量精度高，复现性和稳定性好；量程范围宽；耐高压，压力损失小；对流量变化反应迅速，可测脉动流 量；抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连。缺点：制造困难，成本高。场合：通常涡轮流量计主要用于测量精度要求高、流量 变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。10.2常用压流量计 10.2.5电磁流量计1、测量原理和结构电磁流量计基于电磁感应原理。导电流体在磁场中垂直于磁力线方向流过，在流通管道两 侧的电极上将产生感应电势；感应电势的大小与流体速度有关，则测此电势可得流量。10.2常用压流量计 10.2.5电磁流量计2、流量计算流体流量方程为：%，02y 比4 4B3为磁感应强度；。一管道内径；一流体平均流速；一感应电势。o E O电磁流量计原理图10.2常用压流量计10.2.5电磁流量计电磁流量计的特点及应用A优点：压力损失小，适用于含有颗粒、悬浮物等流体的流量测量;可以用来测量腐蚀性介质的流量；流量测量范围大、精度高（0.5-1.5级）、工作可靠；电磁流量计的输出与流量呈线性关系，反应灵敏；缺点：被测介质必须是导电的液体，不能用于气体、蒸汽及石油 制品的流量测量；容易受外界电磁干扰的影响。结构复杂、成本较高。10.2常用压流量计10.2.6超声波流量计测量原理和结构超声波在流动的流体中传播时，可以载上流体流速的 信息。因此，通过接收穿过流体的超声波就可以检测出 流体的流速，从而计算出流量。超声波流量计按测量原理可分为多种不同形式，主要 有时差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、旋涡法、相 关法、流速-液面法等。,10.2常用压流量计10.2.7科里奥利质量流量计测量原理和结构利用流体在直线运动的同时出入一旋转系中，产生 与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式 质量流量仪表。科氏力流量计结构有多种形式。.核心处理器流量方向箭头10.2常用压流量计10.2.7科里奥利质量流量计测量原理和结构早期的科氏力质量流量计是将载有流动流体的管道送入 旋转系统中，由安装在转轴上的扭矩传感器，来完成质量流 量的测量。这种传感器只是在实验室中完成了测试。然而，通过旋转运动产生科里奥利力是困难的。目前产品均 代之以管道振动产生的科氏力。10.2常用压流量计10.2.7科里奥利质量流量计扭转角夕用两端固定的薄壁测量管，在中点处用等于或接近测量管 谐振的频率对测量管进行激振；在振动管中流动的流体，产生与质量流量成正比的科里奥 利力，使测量管中点前后两半段产生方向相反的扭曲；用光学或电磁方法测量扭曲量以求得质量流量。10.2常用压流量计10.2.7科里奥利质量流量计特点及应用 优点：流体通道内没有阻流元件和可动部件，精度高、可靠性好,使用寿命长；可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固 形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。缺点：不适合用于测量低密度介质；科里奥利质量流量计对外界振动干扰较为敏感。大部分型号重量和体积较大，价格昂贵。10.2常用压流量计小结:流量的基本概念常用流量计差压流量计 转子流量计 椭圆齿轮流量计 涡轮流量计电磁流量计 超声波流量计 科里奥利质量流量计第十章流量的测量