《初级传感器》PPT课件.ppt

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1、2023/7/10,1,第二章 初级传感器（Primary sensor）,本章目的：掌握温度测量有关概念及初级温度传感器一般原理；掌握压力有关概念及初级压力传感器一般原理；掌握流体有关概念及流量传感器一般原理。,本章重点：有关温度、压力、流量的基本概念。,2023/7/10,2,1.温度,温度及温标（Temperature and scale）,2.温标：华氏温标、摄氏温标、热力学温标、国际温标。华氏温标（Fahrenheit）：单位为“oF”。摄氏温标（Celsius）：单位为“oC”,2.1 温度传感器（Temperature）,华氏温标与摄氏温标的关系：,热力学温标（Kelvin）：绝

2、对温标，单位为“K”,规定分子运动停止时的温度为绝对零度；水的三相点，即液体、固体、气体状态的水同时存在的温度，为273.16K；,2023/7/10,3,定义国际开尔文温度（T90）和国际摄氏温度（t90）水的三相点热力学温度为273.16K；摄氏温标与开氏温标之间简单关系式为：,国际计量委员会在1989年7月批准新的国际温标ITS-90，我国1994年开始全面推行ITS-90新温标。内容：,国际温标：指导思想：尽可能地接近热力学温标，复现精度要高，制作较容易，性能稳定，使用方便。,整个温标分成四个温区，都有其相应的标准仪器。,，用3He和4He蒸汽温度计；（氦三相点），用氦气体温度计；3)

3、13.803K-961.78，用基准铂电阻温度计；4)961.78以上，用单色辐射或光电高温计。,2023/7/10,4,作业1：常用温度单位换算：,人体温度36.5摄氏度，相当于多少华氏度？相当于多少开式温度？,2023/7/10,5,2.1.2 测温方法及测温仪表(Temperature measurement method and instrument),2023/7/10,6,2023/7/10,7,2023/7/10,8,温度测量仪表的精度等级,2023/7/10,9,2.1.4 膨胀式温度计（Dilator-thermometer）,气体膨胀式、液体膨胀式和固体膨胀式三类,固体膨胀

4、式温度计（双金属温度计）:,热膨胀系数大的材料为主动层，热膨胀系数小的为被动层。,一 原理:固体受热膨胀原理,金属片的曲率半径,t是双金属片的总厚度,2023/7/10,10,二 材料:膨胀系数不同的金属材料,双金属敏感元件材料(1)高锰合金锰、镍、铜的合金(含Mn 72，Ni 10，Cu 18)，材料受热膨胀十分明显，在2 51 5 0间,线膨胀系数约为2 7.51 0-6/，即温度每上升1将伸长原尺寸的百万分之2 7.5。(2)殷钢铁和镍的合金(含Fe 64，Ni 3 6%)，合金线膨胀系数极小，在01 00间约为(13)1 0-6/，在同样温度变化幅度之下其膨胀程度仅为高锰合金的二十分之

5、一左右。,2023/7/10,11,为提高测温灵敏度，通常将金属片制成螺旋卷形状。螺旋卷的一端固定而另一端与自由转动的指针相连，指针可在一圆形分度标尺上指示温度。,三 结构特点:,2023/7/10,12,使用特点：普通双金属的厚度范围从10微米到3毫米，测温范围零下75摄氏度至零上540度，大多数用于零至300度温度范围。抗震性好，牢固，读数方便，轴向型、径向型、135型、万向型等品种齐全，适应于各种现场安装的需要。但精度不高（精度级），测温范围小。形状可以制成螺旋线、膜片等。用途：广泛应用于石油、化工、冶金、纺织、食品等工业。温度指示，也可用于直接断开或闭合触点（恒温器、荧光灯启动器），电

6、路中过流保护的执行器等。,四 应用特点:,2023/7/10,13,电熨斗原理图,五 双金属温度传感器的典型应用:,2023/7/10,14,2.2 压力传感器（Pressure sensor）,基本概念,压力(pressure):单位面积上的力（压强）,（Differential pressure）,（Absolute pressure）,（Atmospheric pressure）,（gauge pressure）,（Negative pressure）,（vacuum）,2023/7/10,15,各种压力单位换算表,2023/7/10,16,作业2：常用压力单位换算：,1工程大气压=千克

7、力/平方厘米=帕1标准大气压=毫米水银柱=帕1毫米水银柱=毫米水柱=帕1毫米水柱=千克力/平方米=帕,2023/7/10,17,一 压力测量范围超高压(super-high pressure)：压力高于6108Pa；高压(high-pressure)：压力在107至6108Pa；低压(low-pressure)：压力在105至107Pa；微压(micro-pressure)：压力在0至105Pa；真空(vacuum)：760托(1托=1毫米汞柱=133.32帕斯卡)以下。,2.2.2 压力测量仪表（Pressure gauge）,2023/7/10,18,二 压力测量仪表,2023/7/10,

8、19,2023/7/10,20,2.2.3 弹性式压力计（spring-tube pressure gauge）,一 压力敏感元件1.压力弹簧管（Pressure bourdon spring）压力弹簧管又称为布尔顿管。它是一种管体呈圆弧形，螺旋形，涡线形，麻花形，且截面为椭圆形或扁圆形，用来测量流体压力的中空管。测量范围：0-109Pa 优点：灵敏度高、刚度大、过载能力强,2023/7/10,21,基本原理：,均匀壁厚的圆形弹簧管不能作为测压元件。,2023/7/10,22,C型压力弹簧管 扭绞型压力弹簧管,压力弹簧管的实物图,压力弹簧管技术指标,2023/7/10,23,2.膜片和膜盒（D

9、iaphragm and bellows）膜片是一种可以在垂直于它的挠性面方向移动的力敏元件。它在仪表中的作用是将压力或压差转换成膜片的中心位移或中心集中力输出，传给指示器或执行机构。优点：具有重量轻、体积小、结构简单、性能可靠、输出位移范围大、价格低廉。测量范围：10-2-108Pa,膜片 膜盒,2023/7/10,24,金属膜片技术指标,压力膜盒技术指标,金属膜片和膜盒实物图,2023/7/10,25,3.波纹管（Corrugated pipe）是一种具有一定波纹形状的薄壁弹性元件。它具有受轴向力、径向力（或弯矩）作用下，产生相应位移的特点。优点：线性好而且弹性位移大。测量范围：0-106

10、Pa,波纹管的纵断面,2023/7/10,26,波纹管技术指标,金属波纹管实物图,2023/7/10,27,1.弹簧管式压力计：,弹簧管,拉杆,扇形齿轮,游丝,指针,压力接头,面板,支座,小齿轮,二 弹性式压力计,2023/7/10,28,2.膜盒、膜片式压力计：,2023/7/10,29,作业3：分析弹簧管式压力计的结构特点和工作原理。,2023/7/10,30,2.4 流量传感器（flow sensor）,2.4.1 基本概念 一 流体与流体计量（fluid and fluid measurement）,1.流体的类型 液体和气体；固体流体；气体和固体的混合流体2.流体的流动性特征 受任何

11、微小的剪切力后，连续变形直到外力消失3.流量 在单位时间内通过管道或设备中某一截面的流动介质的数量,2023/7/10,31,4.流量的计量方式,体积（容积）流量：（单位：）质量流量：（单位）重量流量：（单位）累计流量：一段时间内，通过通道横截面的流体的总量。标准容积流量：在标准状态（）下的容积流量的数值，单位：标准,2023/7/10,32,二 流体测量中常用的物理参数,1.粘性（viscosity）在流体的内部流速快的部分要加速与其相接触的流速慢的部分，而流速慢的部分要减小与其相接触的流速快的部分，流体的这种性质，称为粘性。粘度（degree of viscosity）用来衡量流体粘性大小

12、的物理量。是温度和压力的函数。温度升高，液体粘度下降，气体粘度上升。工程上除水蒸气及气体的粘度与压力关系密切外，除非在高压下，一般只考虑温度对粘度的影响。,2023/7/10,33,2.流体的压缩性（Compressibility of fluid）：流体在流场中相对密度的变化。一般液体视为不可压缩流体，气体是可压缩的。3.雷诺数（Reynolds number）Re：是表征流体流动特性的一个重要参数，表示为：,流体的平均速度,流速的定型尺寸,流体的运动粘度,流体密度(fluid density),惯性力（inertia force）,粘性力（viscosity force）,2023/7/1

13、0,34,在层流流动状态下，流束分布是以管轴为中心线的轴对称抛物线分布。,在紊流流动状态下，管内流束同样是以管中心线轴对称的分布，但是其分布呈指数曲线形式。,Re 小：流体流动时各质点间粘性力占主要地位，流体各支点平行于管道内壁有规则流动，呈层流(laminar flow)流动状态；Re 大：流体流动时各质点间惯性力占主要地位，流体呈絮状(floccus flow)流动状态；,2023/7/10,35,2.4.2 流量计(flowmeter)分类,一 按测量原理分类(1)力学原理：伯努利定理差压式、转子式；动量定理冲量式、可动管式；牛顿第二定律直接质量式；流体动量原理靶式；角动量定理涡轮式等等

14、。(2)电学原理：电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。(3)声学原理：超声波式、声学式(冲击波式)等。(4)热学原理：热量式、直接量热式、间接量热式等。(5)光学原理：激光式、光电式等。(6)物理原理：核磁共振式、核幅射式。,2023/7/10,36,二 按流量计结构原理分类1容积式流量计(positive displacement flowmeter)：相当于一个标准容积的容器，接连不断地流动介质进行度量。适于测量高粘度、低雷诺数的流体。2叶轮式流量计（vane-wheel flowmeter）：将叶轮置于被测流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮旋转的快慢来反映流量大小。代表：水表。

15、3差压式流量计（differential pressure flowmeter）：方法历史悠久，比较成熟，世界各国一般都用在比较重要的场合，约占各种流量测量方式的70。4变面积式流量计（variable area flowmeter）：放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相平衡时，浮子即静止。浮子静止的高度可作为流量大小的量度。,2023/7/10,37,5动量式流量计（momentum flowmeter）：利用测量流体的动量来反映流量大小。6冲量式流量计（impulse flowmeter）

16、：利用冲量定理测量流量，多用于测量颗粒状固体介质流量。7电磁流量计（electromagnetic flowmeter）：是应用导电体在磁场中运动产生感应电动势，而感应电动势又和流量大小成正比，通过测电动势来反映管道流量。其测量精度和灵敏度都较高。8超声波流量计（ultrasonic flowmeter）：是基于超声波在流动介质中传播的速度等于被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和的原理而设计的。是一种很有发展前途的流量计。,2023/7/10,38,9质量流量计（mass flowmeter）：分直接式和间接式两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关的原理进行测量。间接式质量流量计是用

17、密度计与容积流量直接相乘求得质量流量的。,2023/7/10,39,2023/7/10,40,2023/7/10,41,2.4.3 节流式流量计（差压式流量计）,一 基本构成,一般由：节流件，取压装置，测量管组成。常用节流件有三种：孔板式，喷嘴式，文丘里管。,节流元件 2-引压管路 3-三阀组 4-差压计,Venturi tubeNozzle type,Hole plate,2023/7/10,42,二 节流装置测流原理：利用伯努利定理,1.伯努利方程（Bernoullis equation）,c为常量。,伯努利方程的含义:,1.方程表述理想流体作定常流动时，流体中压强和流速的规律。2.在流动

18、的流体中，流速大的地方压强小；流速小的地方压强大。,2023/7/10,43,2.流体连续性方程（Fluid continuity equation）,设流体从截面1-1流入，从截面2-2流出。若在管道两截面之间无流体漏损，根据质量守恒定律，从截面1-1进入的流体质量流量应等于从截面2-2流出的流体质量流量，即,1A1v12A2v2,结论：在连续稳定的不可压缩流体的流动中，流体流速与管道的截面积成反比。截面积愈大之处流速愈小，反之亦然。,若液体不可压缩，常数，则上式可简化为 Av常数,2023/7/10,44,3.孔板式节流装置的工作原理,2023/7/10,45,4.取压装置,根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种：,2023/7/10,46,作业4：1.举例说明伯努利方程的应用。2.为什么高楼拐角处风力特别大？3.分析孔板型节流式流量计工作原理。,2023/7/10,47,PPT作业1：,查询资料和书籍，分析超声波式流量计工作原理和过程,重点在超声波测量原理讲解上。要求：中英文ppt至少5页，有原理图，有简单推导说明。中英文讲解，给出关键专业词汇英语。讲解时间10分钟以内。,2023/7/10,48,本章结束了！你学会什么了？,