第二章 传感器
•传感器
将传感原件通过机械结构支承固定，并通过机械电气或其它方法连接起来，并将所获信号传输出去的装置称为传感器
性能：
1、线性度好；
2、灵敏度高且误差小；
3、较好的重复性和稳定性；
4、滞后误差小，漂移小；
5、较高的分辨力；
6、动态性能好；
7、“负载效应”较低。
•微电阻变化式传感器
在被测物理量变化时，这种传感元件的电阻值变化范围很小，一般原始阻值的百分之几以下变化。
电阻应变片结构：应变电阻丝、基片、引线、覆盖层等组成。
原理：传感元件的应变电阻丝胶接在绝缘薄膜材料基片上，使用时将此带有应变电阻丝的基片再胶接在被测应变构件上，使被测应变通过基片带动应变电阻丝变形，使电阻发生相应的变化，电阻的变化值与被测构建的应变值存在一定的函数关系，从而实现应变到电阻的转换。（R=ρl/F）
•电容式传感器
有变极距型、变面积型、变介电常数型。
为了提高灵敏度和线性度极克服某些外界条件如电源电压、环境温度变化的影响，常采用差动型电容式传感器。 •电感式传感器
有自感式、互感式、涡流式、压磁式等。
•热电偶测温原理
当两种不同的导体两端结合成一封闭回路时，加热其中一端，则在另一端可测到电动势，回路中有电流流动。这一现象称作热电效应，所产生的电动势叫作塞贝克电势或热电势。该热电势E与热电偶两端的温度有关，而与热电极的长度和直径无关。
⒈温差电势：由温度差在均质金属上产生的电位差称为温差电势。
⑴温差电势大小取决于金属材料以及两端的温度T和T.0，而与金属的直径和长度无关；
⑵金属两端温度相等（T=T.0）时，温差电势为零；
⑶温差电势与沿热电极体的温度分布无关。
⒉接触电势：由两种金属中电子密度不同而在接点处产生的电位差即为接触电势。
接触电势大小仅与所选金属材料的性质及接点温度有关，而与金属材料的几何尺寸无关。
⒊热电偶回路的热电势
•热电偶的基本定律
中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种材料的中间导线C，只要中间导线C两端温度相同，第三种材料导线的接入不会影响热电偶的热电势大小。
•电阻温度计
缺点：1、不能测高温（700℃以上）；2、由于体积大，热惯性也大；3、不能测某一细小点的温度，只能测一个面或一个区域的平均温度。
工作原理：根据金属和半导体的电阻率随温度变化的性质进行温度测定。
R.0[1+α(t-t.0)]
热电阻材料：根据对热电阻材料的要求，工业上应用的热电阻材料主要是铜、铂和镍等金属
导体以及一些半导体，其中铜热电阻和铂热电阻已经标准化，称为标准化热电阻。
半导体电阻温度计（热敏电阻）
优点：耐腐蚀，灵敏度高，热惯性小，体积小，结构简单，寿命长，便于远距离测量等。
缺点：互换性差，测温范围有一定限制（一般-50～300℃）。
•非接触式测温仪
定义：利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的测温仪表。
分类：光学高温计和辐射温度计。
辐射理论基础
黑体：照射到物体上的辐射能全部被吸收，既无反射也无透射。
通明体：照射到物体上的辐射能全部透射过去，既无吸收又无反射。
镜体：照射到物体上的辐射能全部反射出去，若物理表面平整光滑，反射具有一定规律则该物体称之为“镜体”；若反射无一定规律，则该物体为“白体”。
灰体：一般固体和液体的τ值很小或等于零，而气体的τ值较大。对于一般工程材料来讲，α+ρ=1，称为灰体。
压差显示仪光学高温计
可用来测量800～3200℃的高温，一般可以制成便携式仪表。工业用光学高温计分为隐丝式和恒定亮度式。
⒈光学高温计的原理
在光学高温计中采用了亮度比较的测量方法，即用一已知温度的高温灯丝的亮度与被测物体的亮度进行比较，当它们的亮度相等时，可按高温灯丝的已知温度来反映被测物体的温度数值。
⒉亮度温度
灰体的亮度等于同温度下黑体亮度与灰体亮度的乘积：B.λ=ε.λ B
⒊光学高温计的构造
光学高温计主要由光学系统和电测系统两部分组成。
光学系统：物镜、目镜、红滤光片（置于目镜和观察孔之间，作用是造成一个较狭的有效波长）和灰吸收玻璃（位于物镜与放炮之间，主要作用是扩大量程）组成。
⒋光学高温计的使用
将光学高温计的望远系统对准被测物体，调节仪器，此时被测物体的像所形成的发光背景中有灯丝弧线。如果灯丝亮度低于被测物体亮度，弧线为暗弧线，反之为亮弧线。只有在两者亮度相等时，灯丝弧线隐没在背景中，利用灯丝此亮度下的电流值，换算成黑体温度数值对显示仪表进行分度，就可以得到灰体的亮度温度分度的标尺。
•比温度计
比温度计是通过测量热辐射体在两个或两个以上波长的歌曲辐射亮度之比来测量温度的。其特点是准确度高，响应快，可观察小目标（最小可到2mm）。用比温度计测得的温度称为比温度T.s，它与物体的真实温度T很接近，一般可以不校正。
比温度的定义：黑体辐射的两个波长λ.1和λ.2的光谱辐射亮度之比等于非黑体的相应的光谱辐射亮度之比时，则黑体的温度即为该非黑体的比温度T.s。
对于灰体而言，由于ε.(λ1T)=ε.(
λ2T)，所以T=T.s，这是比温度计的最大优点。由此可以看出波长的选择是决定仪表准确度的重要因素，如果所选λ.1和λ.2很接近，则黑度系数的影响就非常小。
红外线的波长为0.76μm~100μm，按波长的范围，可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，
它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光中间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大；反之亦然。
第四章 压力测量
•弹性压力表
⒈弹簧管压力计
由弹簧管、齿轮传动机构、指针和刻度盘组成。
齿轮传动机构的作用是把自由端的线位移转换成指针的角位移，使指针能明显地指示出被测值。
传动机构的传动阻力要尽可能小，以免影响仪器精读。单圈弹簧管压力计的测量范围是从真空到1E9 Pa。
为保证弹簧管压力计指示正确并能长期使用，应使仪表工作在正常允许范围内。对于波动较大的压力，选择仪表时，仪表的示值应经常处于量程范围的1/2附件；被测压力波动小，仪表示值可在量程范围的2/3左右，但被测压力值不应低于课程的1/3。另外也要注意仪表的防震、防爆、防腐等问题，并要定期校验。
⒉膜式压力计
分为膜片压力计和膜盒压力计两种。前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的黏性介质的压力，后者常用于测量气体的微压和负压。
膜片压力计是用于真空或（0~6）×10^6Pa的压力测量，膜盒压力计的测量范围为（0±4）×10^4Pa。
第5章 物位测量
•压差式物位计
包括压力式物位计和压差式物位计。
压差式物位计的特点：①测量范围大；②检测部分除膜片外无可动部件，安装方便，工作可靠；③可以测量黏度较大、易结晶、有悬浮物或腐蚀性介质的物位；④所测结果受介质密度变化影响较小。
•电接点水位计
电接点水位传感器
要求电接点能在高温高压下正常工作，温度剧变时不泄漏，耐腐蚀，与筒壳绝缘好。常用超纯氧化铝
（用于高压炉）和聚四氟乙烯（用于中压炉）作绝缘材料。
•料位计
电容脉冲式料位计
应用电容法测量物位，首先是通过电容传感器把物位转换为电容量的变化，然后再用测量电容凉的方法求知物位数值。
•γ-射线料位计
这种物位仪表具有非接触式测量的特点，可用于高温高压容器、真空容器、旋转密闭容器中液体或固体物体的物位测量，能满足于强腐蚀、剧毒、易爆、易燃、高黏度、易结晶、沸腾状或熔融状介质的物位测量要求。因射线
不受温度、湿度、压力等外界因素影响，γ-射线还可不受外界电磁场影响，所以这种物位仪表能在高温、高湿、浓烟雾、多尘埃、强电磁场干扰等恶劣环境中工作。
第六章 流速和流量测量
流体在单位时间内沿流道流过的距离称为流体的流速。
流体流过一定截面的体积或者质量与时间之比称为通过该截面的流量。其中，体积与时间之比称为体积流量，质量与时间之比称为质量流量。
体积流量和质量流量关系：Q.m=ρQ.v
•容积式流量测量计
工作原理
流体通过流量计时，会在流量计进、出口之间产生一定的压力差。流量计的转动部件（简称转子）在此压力差作用下，将产生旋转，并将流体由入口排向出口。在此过程中，流体一次次地充满流量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口。在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定的，只要测得转子的转动次数，就可以得到通过流量计的流体体积的累积值。 结构
壳体内装有两个转子，直接或间接地相互啮合，在流量计进口与出口之间的压差作用下产生转动。通过齿轮的旋转，不断地将充满齿轮与壳体之间的“计量空间”中的流体排出。通过测量齿轮转动次数，可得到通过流量计的流体量。
•电磁流量计的基本原理
导管中流体体积流量：
q.v=πD^2u.平均/4=πDe/4B
假定条件：
1、磁场是均匀分布的恒定磁场；
2、被测流体的流速轴对称分布；
3、被测液体是非磁性的；
4、被测液体的电导率均匀且各向同性。
•超声波多普勒流量计测量原理
q.v=uA=Ac Δf/2f.1cosα
f.1—超声波发射频率
A—被测管道流通截面积
c—声速
Δf—超声波发射频率-收到频率
•节流式流量计
工作原理
当流体通过设置在管道中的节流件时，造成流束局部收缩，其流速提高，压力减小，在节流件前后产生压力差，此压力差与该流量的平方成正比。在压差式流量计中，因标准孔板节流装置差压流量计结构简单，制造成本低、研究最充分、已标准化而得到最广泛的应用。
•差压式流量计
有皮托管、均速管流量计、转子流量计和靶式流量计（此外还有节流式流量计、V型内锥差压式流量计、动压测量管、弯管流量计）。
它们都是将流量信号通过滞止或节流的方式转变成压差信号，然后或直接测量差压，或测量由于差压引起的某些物理量变化来测量流量。
第七章 成分分析
•磁性氧量计
热磁式氧分析器
结构：
磁极；中央旁通管；环形管；毫伏计
原理：
当吸入气体中含有氧气时，氧气将受不均匀磁场的吸引进入中央旁通管2。氧气进入磁场后，被发热原件R.1加热，磁化率降低，所受的磁场引
力也随之减小，被后面温度低的氧气推出。这样，氧气不断地被排出，便在磁道中形成磁风，称为热磁对流。氧气在中央旁通管已被加热，对R.2影响较小，所以，R.1处温度低于R.2处，破坏了桥路电阻值的对称性，电桥失去平衡，输出一个电压信号，输出信号的大小反映了气体的氧含量。
当混入一氧化氮时，将对结果产生误差。
•奥氏气体成分分析仪
结构：
过滤器；三通旋塞；梳形管；量管；水套管；平衡瓶；三通阀；吸收瓶；缓冲瓶。
分析步骤：
⒈仪器气密性检查
⒉液面高度调节
⒊成分测定
•CO2自动分析仪
气体中二氧化碳含量的测量常用热导式气体分析仪。它是根据气体混合物中待测组分的含量变化引起混合物导热系数变化这一特性进行测量的。
二氧化碳分析器电路
原理：
当桥壁四个室全部充满清洁空气（无CO2）时，各铂丝与周围介质传热情况相同，各桥臂温度相同，电阻相同，电桥平衡。
当含二氧化碳的气体处理后，流经烟气室，因其导热率小于空气，故烟气中铂丝的放热量比在空气中小，相应桥臂温度高，电桥平衡破坏，此时毫伏计读数显示出所测两点间产生的相应电势，该读数对应被测的二氧化碳含量。
电桥中接入的滑动变阻器用于分析前调节电桥平衡。
供电线路中变阻器用于控制电桥温度在合理范围。
•红外线气体分析器
可测定的气体：
CO、CO2、CH4、C2H4、NH3、水蒸气。
不能测定的气体：双愿意气体（如N2、O2、H2等）、惰性气体。
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