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第11章 热工量电测法

11.1 压力和差压的电测法

11.1.1 压力的概念、单位和测量方法
一、压力的概念和术语
压力――流体介质作用于单位面积的力
压力术语间的关系――图11-1-1
1、绝压Pa――是相对于绝对真空(绝对零压力)所测得的压力
2、表压Pg―― ——大气压力
3、负压Pv――
真空度V――低于大气压力的绝对压力
4、差压Pd――两个压力之间的差值
二、压力单位
三、压力测量方法
1、压力平衡法
(1) 砝码压力平衡式――活塞式压力计
(2) 液体压力平衡式――液柱式压力计
2、弹性变形法――弹性式压力计（应用最普遍）
3、电测法
(1)直接法，如压电式压力传感器，压阻式、压力传感器。
(2)间接法――以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器，

11.1.2压力敏感器
――能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件

一、弹簧管 图11-1-2
弯曲成C形的空心扁管，一端与接头相连，另一端(自由端)密封
二、波纹管 图11-1-3
带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端(自由端)封闭
三、膜片
用金属或非金属制成的圆形薄片。平膜片――断面是平的 图11-1-4（a）
波纹膜片――断面呈波纹状 图11-1-4（b）
四、膜盒：两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒(图11-1-4c)。
几个膜盒连接起来，组成膜合组(图11-1-4d)
五、薄臂圆筒 图11-1-5
壁厚一般都小于圆筒直径的1/20，圆筒的一端开口，一端不通，
筒壁在圆周方向和轴向上的应变均与压力P成正比。
11.1.3压力的电测法
一、应变式压力传感器
共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。
1、膜片式压力传感器 图11-1-6
2、筒式压力传感器 图11-1-7
3、组合式压力传感器 图11-1-8
二、位移式压力传感器
共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，压力敏感型弹性元件将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，
1、 电容式压力传感器 图11-1-9
2、 电感式压力传感器 图11-1-10
3、 电位器式压力传感器 图11-1-11
4、 霍尔式压力传感器 图11-1-12
5、光电式压力传感器 图11-1-13
三、谐振式压力传感器——振弦式 图11-1-14
１、 振弦式压力传感器 图11-1-14
２、 振膜式压力传感器 图7－4－8
３、 振筒式压力传感器 图7－4－5
四、压阻式压力传感器——图11-1-15
硅膜片上做四个相等的电阻，经蒸镀铝电极及连线，接成惠斯登电桥。
五、压电式压力传感器——图11-1-16
薄壁筒底承受外部压力为
压电晶片组所受力F1与外部压力F之比为
11.1.4差压电测法
一、差压敏感器——把差压转换为应变或位移
测量膜片应变或中心点位移与测量膜片两侧压力差成正比
二、电容式（位移式）差压传感器 图9－4－6
公共动极板将两侧压力差转换成位移，使两电容差动变化与压差成正比。

三、应变式差压传感器――测量膜片应变与两侧压力差成正比
1、应变式――应变片粘贴在膜片上 图11-1-6
2、硅压阻式――在硅膜片上制作应变电阻 图11-1-15
3、金属薄膜式――薄膜应变电阻直接制作在金属膜片上

11.2温度电测法

11.2.1温度的概念、单位和测量方法
一、温度的概念
温度是表征物体冷热程度的一种物理量，是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志。
二、温度的单位
摄氏温度t℃和华氏温度θ°F的换算公式为：

国际开尔文温度T(K)和国际摄氏温度t(℃)，二者的换算公式为

三、温度测量方法
１、 接触式――温度传感器与被测物体发生接触
２、 非接触式――温度传感器与被测物体不发生接触

11.2.2接触式测温法
一、将温度转换为非电量——温度敏感器
1、热膨胀式――将温度转换成位移
液体膨胀式 酒精温度计、水银温度计
固体膨胀式——热敏双金属元件 图11-2－1
自由端的弯曲挠度
2、压力式——将温度转换为压力
二、将温度转换为电量——温度传感器
1．热电阻和热敏电阻
2．热电偶
3．半导体PN结
4．集成温度传感器：电流型、电压型、数字型

11.2.3温度和温度差的电测法
一、单点温度的电测法
１、采用热电阻或热敏电阻
图11-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零
图11-2-5 RP8为满度调整电阻
图11-2－3是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。
图11-2-4是四线连接法，消除连接导线电阻和电位器接触电阻造成的测量误差。
2、采用热电偶
图5-3-7 采用单只热电偶
图11-2-7 采用多只热电偶串联，可提高灵敏度，减小相对误差

３、采用二极管、三极管和集成温度传感器
1） 采用二极管、三极管 图6－1－11
2） 采用集成温度传感器 图11-2-10 RP1用于调零，RP2用于调满度。

二、平均温度的电测法
１、 采用集成温度传感器 图11-2-11

２、采用热电偶 图11-2-8
1）采用热电偶并联 图11-2-8(a)
2）采用热电偶串联 图11-2-8(b)
三、温度差的电测法
1、采用双热电阻或热敏电阻电桥 图11-2-6
2、采用热电偶反向串联 图11-2-9
3、采用AD590 图11-2-12
4、采用晶体管 图11-2-13

11.2.4非接触式测温法
一、 电涡流式测温法
保持电涡流传感器线圈几何参数、与导体间距离、电流频率不变，使电涡流传感器的参数只随导体的温度而变化。
二、 辐射式测温法
1、热辐射效应 温度↑→热辐射↑
2、热辐射式温度传感器——适用于高温（400~200℃）测量
辐射式温度传感器一般包括两部分：
光学系统，用于瞄准被测物体，把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收器上。
（光路中大多插入机械调制片，将恒定的或变化极慢的辐射信号调制成交变的，以便放大。）
辐射接收器，利用各种热敏元件或光电元件将会聚的辐射能转换为电量。
1）全辐射温度传感器——接收被测物体辐射的全光谱范围，不加滤光片。
2）部分辐射温度传感器——接收被测物体辐射的部分光谱范围，加滤光片。
红外测温仪图11-2-14
3）光电亮度温度传感器——只接收被测物体辐射的单色光，加滤光片 图11-2-15
4）光电比色温度传感器——只接收被测物体辐射的红光、蓝光，两个波长的亮度比，随温度变化 图11-2-16
三、光导纤维测温法

11.3流量的电测法
11.3.1 流量的概念
体积流量 单位：m/s L/min m3/n
——平均流速
质量流量 单位：kg/s kg/h
总量 单位：m3
单位：kg

11.3.2流量——转速转换法
一、椭圆齿轮流量计――（容积式流量计） 图11-3-1
流量 n——转速
总量 N——转数 ——每转送出流体体积
二、涡轮式流量计 图11-3-2
轴向流速 所以
电动势频率
仪表常数

11.3.3流量——差压、力、位移转换法
一、流量——差压转换法

二、流量——力转换法（靶式流量计）图11-3-4

三、流量——位移转换法（转子流量计）图11-3-5

1、玻璃锥管——适用于透明液体
2、金属锥管——适用于混浊液体
11.3.4流量——频率转换法
一、涡亍流量计 图11-3-6
所以
漩涡频率f的检测 图11-3-7
二、悬浮陀螺流量计 图11-3-8
感应电势频率与流量成正比

11.3.5流量——温度转换法
一、托马斯流量计 图11-3-9
——加热器电功率 ——加热器前后端温度差
1、P保持恒定，通过测测G——非线性关系
2、保持恒定，通过测P测G——线性关系
二、热量气体微流量计 图11-3-10
流量Q↑→温度差↑→电桥电压↑
三、热敏电阻流量计 图11-3-11
电桥输出电压
流量↑→↑→↑

11.3.6非接触式流量测量法
一、 电磁流量计——测导电液体流量 图11-3-12
，
多采用交变磁场，所以
二、超声波流量计 图11-3-13
1、时差法
2、相差法
3、频差法
结论：频差可消除超声波速c的影响。
三、示踪法
1、示踪剂：盐水、热水、放射性物质
2、核磁共振流量计