《热工量电测法》PPT课件.ppt

第10章 热工量电测法,10.1 压力和差压的电测法,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10-1-11、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 Pb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,10.1 压力和差压的电测法,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10-1-1,图10-1-1 压力术语间的关系,10.1 压力和差压的电测法,压力的概念、单位和测量方法二、压力单位,10.1 压力和差压的电测法,压力的概念、单位和测量方法三、压力测量方法1、压力平衡法砝码压力平衡式活塞式压力计液体压力平衡式液柱式压力计2、弹性变形法弹性式压力（应用最普遍）3、电测法直接法，如压电式压力传感器压阻式、压力传感器。间接法-以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器，,10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 压力敏感器是能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件 压力位移 压力应变,10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 一、弹簧管 图10-1-2 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,图10-1-2C型弹簧管,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 二、波纹管 图10-1-3 带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端封闭,图10-1-3波纹管,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 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10-1-4（a）波纹膜片断面呈波纹状 图10-1-4（b）,图10-1-4 膜片和膜盒,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 四、膜盒：两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒(图10-1-4c)。几个膜盒连接起来，组成膜合组(图10-1-4d),10.1 压力和差压的电测法,压力敏感器 五、薄臂圆筒 图10-1-5 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。,图10-1-5 薄壁圆筒,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,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10-1-62、筒式压力传感器 图10-1-73、组合式压力传感器 图10-1-8,10.1 压力和差压的电测法,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10-1-6,图10-1-6 膜片式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,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。2、筒式压力传感器 图10-1-7,图10-1-7 筒式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,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。3、组合式压力传感器 图10-1-8,图10-1-8 组合式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，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10-1-9 2、电感式压力传感器 图10-1-103、电位器式压力传感器 图10-1-11 4、霍尔式压力传感器 图10-1-125、光电式压力传感器 图10-1-13,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，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10-1-9,图10-1-9电容式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，2、电感式压力传感器 图10-1-10,图10-1-10 电感式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，3、电位器式压力传感器 图10-1-11,图10-1-11 电位器式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，4、霍尔式压力传感器 图10-1-12,图10-1-12 霍尔式微压和压力传感器结构原理图,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法二、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，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，5、光电式压力传感器 图10-1-13,图10-1-13 光电测压原理图,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法三、谐振式压力传感器振弦式 图10-1-14振弦式压力传感器 图10-1-14振膜式压力传感器 图6-3-9振筒式压力传感器 图6-3-6,图10-1-14 振弦式压力计的原理1支承(夹紧件);2振弦;3膜片;4电磁铁;5拾振线圈,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法四、压阻式压力传感器图101-15 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。,图10-1-15 压阻式压力传感器结构1低压腔；2高压腔；3硅杯；4引线；5硅膜片,10.1 压力和差压的电测法,10.1 压力和差压的电测法,压力的电测法五、压电式压力传感器图101-16 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,图10-1-16 压电式压力传感器,10.1 压力和差压的电测法,差压电测法一、差压敏感器把差压传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,10.1 压力和差压的电测法,差压电测法二、电容式（位移式）差压传感器 图10-1-17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。1、两室结构 图10-1-17(a)2、一室结构 图10-1-17(b),10.1 压力和差压的电测法,差压电测法,图 10117 电容式差压传感器的两种结构,图（a）1.2测量膜片（或隔离膜片）；3感压膜片；4.5差动电容；6绝缘体。,图（b）1.2测量膜片；3可动平板电极；4中心轴；5片簧；6绝缘体；7.8-固定电极；9节流孔。,10.1 压力和差压的电测法,差压电测法三、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10-1-62、硅压阻式在硅膜片上制作应变电阻 图10-1-15 3、金属薄膜式薄膜应变电阻直接制作在金属膜片上,10.2温度电测法,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。,10.2温度电测法,温度的概念、单位和测量方法 二、温度的单位摄氏温度t和华氏温度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,10.2温度电测法,温度的概念、单位和测量方法 三、温度测量方法接触式温度传感器与被测物体发生接触非接触式温度传感器与被测物体不发生接触,10.2温度电测法,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1021 自由端的弯曲挠度,图10-2-1 热敏双金属元件,10.2温度电测法,接触式测温法一、将温度转换为非电量温度敏感器2、压力式将温度转换为压力,10.2温度电测法,接触式测温法二、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,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零图10-2-3 RP8为满度调整电阻图10-2-4是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。图10-2-5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。,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零,图 1022 电桥式电阻温度计的原理图,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-3 RP8为满度调整电阻,图 1023 热敏电阻测温电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-4是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。,图 1024 电热阻测温电桥的三线连接法,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-5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。,图 1025 热电阻测温电桥的四线连接法,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法 2、采用热电偶图5-3-7 采用单只热电偶图10-2-6 采用多只热电偶串联，可提高灵敏度，减小相对误差,图 1026 热电偶串联测温线路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法、采用二极管、三极管和集成温度传感器采用二极管、三极管 图7-5-5采用集成温度传感器 图10-2-7 RP1用于调零，RP2用于调满度。,图 1027 AD590热量摄氏温度的电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 二、平均温度的电测法 1、采用集成温度传感器 图10-2-8,图 1028 AD590测量平均温度的电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 二、平均温度的电测法、采用热电偶 图10-2-91）采用热电偶并联 图10-2-9(a)2）采用热电偶串联 图10-2-9(b),图 1029 热电偶测量平均温度,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法1、采用双热电阻或热敏电阻电桥 图10-2-10,图 10210 双桥温度测量电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法2、采用热电偶反向串联 图10-2-11,图 10211 热电偶测温差电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法3、采用AD590 图10-2-12,图 10212 AD590测量温度差的电路,10.2温度电测法,温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法4、采用晶体管 图10-2-13,图 10213 晶体管测量温差电路,10.2温度电测法,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。,10.2温度电测法,非接触式测温法二、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（400200）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。,10.2温度电测法,非接触式测温法二、辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量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102-14,图 10214 红外测温仪光路系统,1次镜；2主镜；3目镜系统；4锗单晶滤光片；5机械调制片；6热敏电阻。,10.2温度电测法,10.2温度电测法,非接触式测温法二、辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量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102-15,图 10215 光电亮度温度传感器示意图,1被测对象；2透镜；3滤光片；4光电器件；5放大电路；6显示仪器；7调制盘；8同步电机。,10.2温度电测法,非接触式测温法二、辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量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102-16,图 10216 光电比色温度传感器,1被测对象；2透镜；3光电器件；4运算.放大电路；5显示装置；6调制盘；7同步电机；8滤光片；9滤光片；10反射镜；11分光棱镜。,10.2温度电测法,非接触式测温法三、光导纤维测温法,10.3流量的电测法,10.3.1 流量的概念体积流量 单位：m/s L/min m3/n 质量流量 单位：kg/s kg/h总量 单位：m3 单位：kg,平均流速,10.3流量的电测法,10.3.2 流量转速转换法一、椭圆齿轮流量计（容积式流量计）图10-3-1流量 n转速 总量 N转数 每转送出流体体积,图10-3-1 椭圆齿轮流量计原理图 1外壳;2椭圆形转子(齿轮);3测量室.,10.3流量的电测法,10.3流量的电测法,10.3.2 流量转速转换法二、涡轮式流量计 图103-2 轴向流速 所以 电动势频率 仪表常数,图10-3-2 磁电式涡轮流量计,1涡轮；2前导流架；3后导流架；4壳体；5磁钢；6线圈。,10.3流量的电测法,10.3流量的电测法,10.3.3 流量差压、力、位移转换法一、流量差压转换法1、节流流量计 图10-3-3(a)2、弯管流量计 图10-3-3（b）,图 1033 节流流量计和弯管流量计示意图,10.3流量的电测法,10.3.3 流量差压、力、位移转换法二、流量力转换法（靶式流量计）图10-3-4,图 1034 靶式流量计示意图,10.3流量的电测法,10.3流量的电测法,10.3.3 流量差压、力、位移转换法三、流量位移转换法（转子流量计）图10-3-5 1、玻璃锥管适用于透明液体2、金属锥管适用于混浊液体,图 1035 转子流量计,10.3流量的电测法,10.3流量的电测法,10.3.4 流量频率转换法 一、涡亍流量计 图10-3-6 漩涡频率f的检测 图103-7,所以,图10-3-6 漩涡发生原理图,图10-3-7 漩涡发生体及信号检测原理,(a)圆柱检测器(b)三角柱检测器1漩涡；2圆柱检测器；3隔墙；1三角柱检测器；4铂电阻丝；5导压孔；6空腔。2热敏电阻。,10.3流量的电测法,10.3.4 流量频率转换法 二、悬浮陀螺流量计 图10-3-8感应电势频率与流量成正比,图 1038 悬浮陀螺式流量传感器,10.3流量的电测法,10.3流量的电测法,10.3.5 流量温度转换法一、托马斯流量计 图10-3-9 P加热器电功率 加热器前后端温度差 P保持恒定，通过测 测G非线性关系保持恒定，通过测P测G线性关系,图10-3-9 托马斯流量计原理结构1热电偶；2加热器；3功率表；4热电偶。,10.3流量的电测法,10.3.5 流量温度转换法二、热量气体微流量计 图103-10流量Q温度差电桥电压,图10-3-10 热量气体微流量计1上游电阻;2下游电阻;3、4固定电阻.,10.3流量的电测法,10.3.5 流量温度转换法三、热敏电阻流量计 图10-3-11电桥输出电压流量,图10-3-11 热敏电阻流量计,10.3流量的电测法,10.3.6 非接触式流量测量法一、电磁流量计测导电液体流量 图10-3-12 多采用交变磁场，所以,图 10-3-12 电磁流量计原理图1磁极；2导管；3电极；4仪表。,10.3流量的电测法,10.3.6 非接触式流量测量法二、超声波流量计 图10-3-131、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,10.3流量的电测法,10.3.6 非接触式流量测量法二、超声波流量计 图10-3-13,图10-3-13 超声波测量流速原理图,10.3流量的电测法,10.3.6 非接触式流量测量法三、示踪法1、示踪剂：盐水、热水、放射性物质2、核磁共振流量计,