大連大學(xué)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)

1、大連大學(xué)建筑工程學(xué)院2022-6-101建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)建筑環(huán)境測(cè)試技術(shù)2第10次課復(fù)習(xí)3第第6 6章章 物位測(cè)量物位測(cè)量 P134P1342.2.浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè); ;1.1.靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè); ;3.3.電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè); ;4.4.聲學(xué)式（超聲波）物位檢測(cè)聲學(xué)式（超聲波）物位檢測(cè); ;5.5.射線式物位檢測(cè)。射線式物位檢測(cè)。二、物位檢測(cè)的二、物位檢測(cè)的基本原理基本原理1.1.基于力學(xué)原理基于力學(xué)原理; ;2.2.基于相對(duì)變化原理基于相對(duì)變化原理; ;3.3.基于某物理量隨物位變化原理?；谀澄锢砹侩S物位變化原理。4 依據(jù)液體重量所產(chǎn)生的依據(jù)液體重量所產(chǎn)

2、生的壓力壓力進(jìn)行測(cè)量。由于液體對(duì)容進(jìn)行測(cè)量。由于液體對(duì)容器底面產(chǎn)生的器底面產(chǎn)生的靜壓力與液位高度靜壓力與液位高度成正比，因此通過測(cè)容器成正比，因此通過測(cè)容器中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。中液體的壓力即可測(cè)算出液位高度。 液位高度液位高度H H與與液體靜壓力液體靜壓力P P之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系：6.2 靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)BA對(duì)常壓開口容器：對(duì)常壓開口容器：一、檢測(cè)一、檢測(cè)原理原理 gHPPPAB （6.2.1）gPH gHPPPDB 3/ mkg 被測(cè)液體的密度。被測(cè)液體的密度。（6.2.2）圖6.2.1 靜壓法液位測(cè)量原理考試重點(diǎn)中的重點(diǎn)，有計(jì)算題5本次課開始新內(nèi)容（11

3、）62.2.密閉容器中的液位測(cè)量（密閉容器中的液位測(cè)量（考試計(jì)算題考試計(jì)算題） 除可應(yīng)用上述三種液位計(jì)外，還可用差壓法進(jìn)行除可應(yīng)用上述三種液位計(jì)外，還可用差壓法進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量過程中需消除液面上部氣壓及氣壓測(cè)量，在測(cè)量過程中需消除液面上部氣壓及氣壓波動(dòng)對(duì)示值的影響，圖示出差壓式液位計(jì)測(cè)量原波動(dòng)對(duì)示值的影響，圖示出差壓式液位計(jì)測(cè)量原理。理。 差壓變送差壓變送器器差壓變送器作差壓變送器作用：將用：將壓差信壓差信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)電號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出流信號(hào)輸出。P P I0 4-20mA如圖6.2.3HgHPPPpPgHPP212171 u差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷移問題（差壓變送器測(cè)量液位時(shí)的零點(diǎn)遷

4、移問題（重點(diǎn)重點(diǎn)）。）。u安裝位置、條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問題。安裝位置、條件不同存在著儀表零點(diǎn)遷移問題。 三三.量程遷移問題量程遷移問題 采用靜壓式液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)，常常會(huì)碰到采用靜壓式液位計(jì)測(cè)量液位時(shí)，常常會(huì)碰到取壓口與取壓口與測(cè)壓口不等水平高度的情況，即液位零點(diǎn)時(shí)靜壓力并不測(cè)壓口不等水平高度的情況，即液位零點(diǎn)時(shí)靜壓力并不為零。為零。u 解決這一問題的方法被稱為解決這一問題的方法被稱為“量程遷移問題量程遷移問題”。（1 1）無遷移無遷移圖6.2.5差壓變送器測(cè)量液位原理（a） 如圖如圖6.2.5(a)6.2.5(a)安裝狀況。安裝狀況。 取壓口與差壓變送器測(cè)壓口等取壓口與差壓變送器測(cè)壓

5、口等高；負(fù)壓室與氣相取壓口不等高。高；負(fù)壓室與氣相取壓口不等高。81 差壓變送器的輸入輸出特性差壓變送器的輸入輸出特性當(dāng)當(dāng)H Hminmin=0=0時(shí)，差壓時(shí)，差壓P=0P=0，變送器輸出信號(hào)為，變送器輸出信號(hào)為4mA4mA當(dāng)當(dāng)H=HH=Hmaxmax時(shí)，時(shí)，PPmaxmax=gH=gHmaxmax，變送器輸出信號(hào)為，變送器輸出信號(hào)為20mA20mA. .P Hmin=0H=Hmax0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)H HH=HmaxHmin=0I0=IminI0=ImaxgHPPP1 （6.2.3） 負(fù)壓室與氣相取壓口雖不等高負(fù)壓室與氣相取壓口雖不等高

6、, ,由于氣體密度較小由于氣體密度較小, ,取壓取壓口與測(cè)壓口造成的氣相靜壓誤差很小口與測(cè)壓口造成的氣相靜壓誤差很小, ,可以忽略。可以忽略。9差壓變送器差壓變送器a-a-無遷移無遷移10 如圖如圖6.2.5(b)6.2.5(b)安裝狀況。當(dāng)容器空間的氣體是可凝性安裝狀況。當(dāng)容器空間的氣體是可凝性的的, ,如水蒸氣；或者是為了防腐，負(fù)壓室應(yīng)裝入隔離液如水蒸氣；或者是為了防腐，負(fù)壓室應(yīng)裝入隔離液, ,此此時(shí)時(shí)負(fù)壓的取壓口與測(cè)壓口不等高也不等壓負(fù)壓的取壓口與測(cè)壓口不等高也不等壓。（2 2）負(fù)遷移負(fù)遷移 差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓差壓變送器的正、負(fù)壓室的壓力分別為：力分別為：ghhgHPPP2121

7、)( ghgHPP211 氣氣ghPP22 氣氣正、負(fù)壓室壓差：正、負(fù)壓室壓差：差壓變送器差壓變送器氣側(cè)圖6.2.5差壓變送器測(cè)量液位原理（b）附加的負(fù)壓力作用附加的負(fù)壓力作用（6.2.4）BgHP 1 遷移量遷移量110500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)差壓變送器的輸入輸出特性差壓變送器的輸入輸出特性當(dāng)當(dāng)H Hminmin=0=0時(shí)，差壓時(shí)，差壓P= -P= -（h h2 2-h-h1 1）2 2g g 0 0 ，變送器，變送器 輸出信號(hào)小于輸出信號(hào)小于4mA4mA，即，即液位最低而電流輸出不為液位最低而電流輸出不為零位。零位。當(dāng)當(dāng)H=HH=Hmaxma

8、x時(shí)，變送器輸出信號(hào)小于時(shí)，變送器輸出信號(hào)小于20mA20mA. .u負(fù)遷移時(shí)差壓變送器的輸入輸出特性負(fù)遷移時(shí)差壓變送器的輸入輸出特性我們需要的是我們需要的是液位最低時(shí)對(duì)應(yīng)電流輸出為液位最低時(shí)對(duì)應(yīng)電流輸出為零位零位-4mA-4mA。氣側(cè)H H12 為使為使H=0H=0時(shí)時(shí), , 輸出等于輸出等于4mADC4mADC，就要設(shè)法抵消，就要設(shè)法抵消 P=-P=-（h h2 2-h-h1 1）2 2g g 的作用。即量程需要向負(fù)方向遷移，的作用。即量程需要向負(fù)方向遷移，遷移量為遷移量為- -（h h2 2-h-h1 1）2 2g g 此過程為此過程為“負(fù)量程遷移負(fù)量程遷移”。 050004202000

9、7000P (Pa)-20003000I0(mA)當(dāng)當(dāng)H=0H=0時(shí)時(shí),P= -,P= -（h h2 2-h-h1 1）2 2g, g, 輸出等于輸出等于4mADC4mADC；當(dāng)當(dāng)H=HmaxH=Hmax時(shí)時(shí), , P P最大最大, , 輸出信號(hào)最大輸出信號(hào)最大, ,為為20mADC20mADC。 H=0H=0H=HH=Hmaxghh212)( 13ghgHPP11 氣氣氣PP 正、負(fù)壓室的壓力分別為：正、負(fù)壓室的壓力分別為：ghgHPPP11 正、負(fù)壓室壓差正、負(fù)壓室壓差 ： 如圖如圖6.2.5(c)6.2.5(c)安裝狀況。變送器的安裝位置與容器的安裝狀況。變送器的安裝位置與容器的最低液位

10、（最低液位（H=0H=0）不在同一水平位置。）不在同一水平位置。（3 3）正遷移正遷移 差壓變送器差壓變送器b氣側(cè)圖6.2.5差壓變送器測(cè)量液位原理（C）附加的正壓力作附加的正壓力作用用（6.2.5）CgHP 1 遷移量遷移量140500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)當(dāng)被測(cè)液位當(dāng)被測(cè)液位H=0H=0時(shí)，時(shí)，P=hP=h1 1g g 0 0，變送器輸出電流大，變送器輸出電流大于于4 mA4 mA；H=HH=Hmaxmax時(shí)，輸出電流大于時(shí)，輸出電流大于20 mA20 mA。 為使為使H=0H=0時(shí)時(shí), , P=0, P=0, 輸出輸出=4mAD.C,=4mAD

11、.C,就需設(shè)法抵消正附就需設(shè)法抵消正附加力。即量程需要向正方向遷移，而且遷移量為加力。即量程需要向正方向遷移，而且遷移量為hh1 1g g，此過程稱為此過程稱為“正量程遷移正量程遷移”。gh115應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位應(yīng)用靜壓原理檢測(cè)物位0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)（a a）無遷移）無遷移 （b b）負(fù)遷移）負(fù)遷移 （c c）正遷移）正遷移例例 圖示壓力變送器的測(cè)量范圍圖示壓力變送器的測(cè)量范圍：05000Pa，其正或負(fù)其正或負(fù)的遷移量為：的遷移量為：2000Pa16 1. 1.在實(shí)際安裝中在實(shí)際安裝中, ,往往是正、負(fù)量程遷移同時(shí)出現(xiàn)往往是正、負(fù)量程

12、遷移同時(shí)出現(xiàn), ,但但仍可用上述分析方法分別求出仍可用上述分析方法分別求出P+P+、 P-P-和和P,P,再令再令H=0,H=0,即即可判斷遷移的正、負(fù)，并求出遷移量?？膳袛噙w移的正、負(fù)，并求出遷移量。 2.2.遷移的作用是同時(shí)遷移的作用是同時(shí)改變量程的上下限改變量程的上下限, ,而并不改變而并不改變量量程范圍程范圍。 3.3.遷移的原則是使遷移的原則是使H=0H=0時(shí)，儀表輸出起點(diǎn)時(shí)，儀表輸出起點(diǎn)4mA4mA。 4.4.遷移的實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)整變送器內(nèi)的部件，如電動(dòng)差遷移的實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)整變送器內(nèi)的部件，如電動(dòng)差壓變送器的壓變送器的遷移彈簧遷移彈簧。說明：說明：0500042020007000P

13、(Pa)-20003000I0(mA)17例例6.2.1 6.2.1 如圖用差壓變送器測(cè)量液位。如圖用差壓變送器測(cè)量液位。已知已知1 1=1200kg/m=1200kg/m3 3, , 2 2=950kg/m=950kg/m3 3, h, h1 1=1.0m, h=1.0m, h2 2=5.0m,=5.0m,液位變化的范圍為液位變化的范圍為0-3.0m0-3.0m，如果當(dāng)?shù)兀绻?dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊闹亓铀俣萭=9.8m/sg=9.8m/s2 2。求：求：1 1）計(jì)算差壓變化量？）計(jì)算差壓變化量？2 2）選擇差壓變送器的量程？）選擇差壓變送器的量程？3 3）計(jì)算差壓變送器的遷移量？）計(jì)算差壓變送

14、器的遷移量？4 4）計(jì)算遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍？）計(jì)算遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍？5 5）計(jì)算遷移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍？）計(jì)算遷移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍？18例例6.2.1 6.2.1 如圖用差壓變送器測(cè)量液位。如圖用差壓變送器測(cè)量液位。已知已知1 1=1200kg/m=1200kg/m3 3, , 2 2=950kg/m=950kg/m3 3, h, h1 1=1.0m, h=1.0m, h2 2=5.0m,=5.0m,液位變化的范圍為液位變化的范圍為0-3.0m0-3.0m，如果當(dāng)?shù)?，如果?dāng)?shù)氐闹亓铀俣鹊闹亓铀俣萭=9.8m/sg=9.8m/s2 2。 解：解：1

15、 1）最高液位為最高液位為3.0m3.0m時(shí)，最大差壓為：時(shí)，最大差壓為：kPagHP28.358 . 912000 . 31maxmax 故當(dāng)液位在故當(dāng)液位在0-3.0m0-3.0m變化時(shí)，差壓變化量為：變化時(shí)，差壓變化量為：0-35.28KPa0-35.28KPa。0m3m2 2）根據(jù)國(guó)際量程系列規(guī)定，差壓變送器量程選擇）根據(jù)國(guó)際量程系列規(guī)定，差壓變送器量程選擇40KPa40KPa。3 3）依據(jù)）依據(jù)ghhgHP2121)( 可知，當(dāng)可知，當(dāng)H=0H=0時(shí)，有時(shí)，有g(shù)hhP212)( KPaP24.378 . 9950)0 . 10 . 5( 差壓變送器需要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為差壓變送器需

16、要進(jìn)行負(fù)遷移，遷移量為- -37.24KPa37.24KPa。190m3m 4 4）差壓變送器量程選擇）差壓變送器量程選擇40KPa40KPa，壓差測(cè)量范圍為，壓差測(cè)量范圍為0-40KPa0-40KPa。遷移。遷移后其最小差壓測(cè)量值為：后其最小差壓測(cè)量值為：KPaP24.37min KPaP76. 224.3740max 遷移后其最大差壓測(cè)量值為：遷移后其最大差壓測(cè)量值為：-37.24KPa-37.24KPa2.76KPa2.76KPa故遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍為：故遷移后差壓變送器的壓差測(cè)量范圍為：5 5）計(jì)算遷移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍）計(jì)算遷移后差壓變送器的液位測(cè)量范圍 因差壓變

17、送器實(shí)際量程為因差壓變送器實(shí)際量程為40KPa40KPa，故由：，故由：mHH4 . 328.3534028.35340maxmax kPagHP28.351maxmax 由前面計(jì)算可知，當(dāng)液位在由前面計(jì)算可知，當(dāng)液位在0-3m0-3m范圍變化時(shí)，產(chǎn)生的最大壓差：范圍變化時(shí)，產(chǎn)生的最大壓差：可知實(shí)際可測(cè)量的液位變化范圍為：可知實(shí)際可測(cè)量的液位變化范圍為： 0-3.4m0-3.4m差壓變送器實(shí)際量程仍為差壓變送器實(shí)際量程仍為40KPa40KPa。206.3 6.3 浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè) P140 浮力法測(cè)液位是依據(jù)浮力法測(cè)液位是依據(jù)力平衡力平衡原理，借助浮子一類的原理，借助浮子一類的懸浮

18、物，做成空心剛體，使它在平衡時(shí)能夠浮于液面。懸浮物，做成空心剛體，使它在平衡時(shí)能夠浮于液面。當(dāng)液位高度發(fā)生變化時(shí)，浮子就會(huì)跟隨液面上下移動(dòng)。當(dāng)液位高度發(fā)生變化時(shí)，浮子就會(huì)跟隨液面上下移動(dòng)。測(cè)出測(cè)出浮子的位移浮子的位移就可知液位變化量。浮子式液位計(jì)按浮就可知液位變化量。浮子式液位計(jì)按浮子形狀不同，可分為浮子式、浮筒式等等；按機(jī)構(gòu)不同子形狀不同，可分為浮子式、浮筒式等等；按機(jī)構(gòu)不同可分為鋼帶式、杠桿式等。可分為鋼帶式、杠桿式等。21 鋼帶浮子式液位計(jì)鋼帶浮子式液位計(jì) 右圖為直讀式鋼帶浮右圖為直讀式鋼帶浮子式液位計(jì)，這是一種最子式液位計(jì)，這是一種最簡(jiǎn)單的液位計(jì)，一般只能簡(jiǎn)單的液位計(jì)，一般只能就地顯示

19、。就地顯示。恒浮力法液位測(cè)量恒浮力法液位測(cè)量示意圖示意圖 圖圖6.3.1 6.3.1 浮球式水位控制器結(jié)構(gòu)圖浮球式水位控制器結(jié)構(gòu)圖一、恒浮力式物位檢測(cè)一、恒浮力式物位檢測(cè)22 浮筒式液位計(jì)屬于變浮筒式液位計(jì)屬于變浮力液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面浮力液位計(jì)，當(dāng)被測(cè)液面位置變化時(shí)，浮筒浸沒體位置變化時(shí)，浮筒浸沒體積變化，所受浮力也變化，積變化，所受浮力也變化，通過通過測(cè)量浮力變化確定出測(cè)量浮力變化確定出液位液位的變化量。的變化量。 浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)二、變浮力式物位檢測(cè)二、變浮力式物位檢測(cè)1-浮筒；浮筒；2-彈簧；彈簧；3-差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器 圖圖6.3.2 浮筒式液位計(jì)原理圖浮筒式液位計(jì)原理圖23

20、 浮筒液位計(jì)是用浮筒液位計(jì)是用彈簧彈簧2 2平衡浮力，用平衡浮力，用差動(dòng)變壓器差動(dòng)變壓器3 3測(cè)量測(cè)量浮筒浮筒1 1的位移，平衡時(shí)壓縮彈簧的彈力與浮筒浮力及重力的位移，平衡時(shí)壓縮彈簧的彈力與浮筒浮力及重力平衡。即平衡。即 0Cxmg 液位上升，浮筒一部分被浸沒時(shí)液位上升，浮筒一部分被浸沒時(shí)浮筒受力發(fā)生變化浮筒受力發(fā)生變化 式中式中 C C彈簧剛度；彈簧剛度； x x0 0彈簧由于浮筒的重力被彈簧由于浮筒的重力被 壓縮所產(chǎn)生的位移；壓縮所產(chǎn)生的位移； （ 6.3.1 ）hHmgx 式中式中 x x彈簧的位移改變量；彈簧的位移改變量； h h浮筒浸入深度浮筒浸入深度(m)(m)； H H液位高度。

21、液位高度。 （6.3.2）xhH 24)(0 xxCgAhmg 根據(jù)力平衡可得：根據(jù)力平衡可得： （6.3.3）式中式中 液體密度液體密度(kg(kgm m3 3) )； A A浮筒截面積浮筒截面積(m(m2 2) )。xCgAh 將將 代入上式整理后得：代入上式整理后得： 0Cxmg （6-9） 一般情況下，一般情況下，h h x x, ,則：則： hH 可知：可知： xgACH 液位高度變化與彈簧變形液位高度變化與彈簧變形量成正比量成正比。彈簧變形量可用多。彈簧變形量可用多種方法測(cè)量，既可就地指示，種方法測(cè)量，既可就地指示，也可用變換器也可用變換器( (如差動(dòng)變壓器如差動(dòng)變壓器) )變換成

22、電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。變換成電信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳控制。mgx （6.3.4）256.4 6.4 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè) 利用敏感元件直接將利用敏感元件直接將物位信號(hào)物位信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)電量參數(shù)的變的變化。化。 電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電學(xué)法按工作原理不同又可分為電阻式、電感式和電容式電容式。261. 1. 電容式液位計(jì)電容式液位計(jì) 電容式液位計(jì)利用電容式液位計(jì)利用液位高低液位高低變化變化影響影響電容器電容量大小電容器電容量大小的原理進(jìn)行測(cè)量。的原理進(jìn)行測(cè)量。 電容式液位計(jì)的結(jié)電容式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)形式很多，有構(gòu)形式很多，有平平極板式、同心圓柱極板式、同心圓柱式式等等。等等

23、。27(1)(1)檢測(cè)原理檢測(cè)原理 在液位的連續(xù)測(cè)量中，多用在液位的連續(xù)測(cè)量中，多用同心圓柱式同心圓柱式電容器，如右圖。電容器，如右圖。 同心圓柱式電容器的電容量：同心圓柱式電容器的電容量：rRLCln210 式中：式中： R R、r r外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑；外電極內(nèi)徑和內(nèi)電極外徑； 極板間介質(zhì)介電常數(shù)；極板間介質(zhì)介電常數(shù)； L L極板相互重疊的長(zhǎng)度。極板相互重疊的長(zhǎng)度。 1-內(nèi)電極；內(nèi)電極；2-外電極外電極1 H2 圖6.4.1電容式物位計(jì)原理 液位變化引起等效介電常數(shù)變化，使電容器的電容液位變化引起等效介電常數(shù)變化，使電容器的電容量變化，進(jìn)而反映液位的變化。量變化，進(jìn)而反映液位的變化。H

24、rRCln)(212 分析可知：分析可知：（6.4.4）（6.4.1）1228(2)(2)安裝形式安裝形式 在具體測(cè)量時(shí)。電容式在具體測(cè)量時(shí)。電容式液位計(jì)的安裝形式因被測(cè)介液位計(jì)的安裝形式因被測(cè)介質(zhì)性質(zhì)不同而稍有差別。質(zhì)性質(zhì)不同而稍有差別。 右圖為測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的右圖為測(cè)量導(dǎo)電介質(zhì)的單電極電容液位計(jì)單電極電容液位計(jì)，它只用，它只用一根電極作為電容器的內(nèi)電一根電極作為電容器的內(nèi)電極，一般用紫銅或不銹鋼，極，一般用紫銅或不銹鋼，外套聚四氟乙烯塑料管或涂外套聚四氟乙烯塑料管或涂搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液搪瓷作為絕緣層，而導(dǎo)電液體和容器壁構(gòu)成電容器的外體和容器壁構(gòu)成電容器的外電極。電極。 內(nèi)電極絕緣套外電

25、極dSc 圖6.4.2導(dǎo)電液體液位測(cè)量示意圖29右圖為用于測(cè)量右圖為用于測(cè)量非非導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)的同軸雙層電的同軸雙層電極電容式液位計(jì)。內(nèi)電極電容式液位計(jì)。內(nèi)電極和與之絕緣的同軸金極和與之絕緣的同軸金屬套組成電容的兩極，屬套組成電容的兩極，外電極上開有很多流通外電極上開有很多流通孔使液體流入極板間?？资挂后w流入極板間。 1、2-內(nèi)、外電極； 3-絕緣套；4-流通孔1 2 圖6.4.1 電容式物位計(jì)原理30電容式液位計(jì)電容式液位計(jì)31用于連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)用于連續(xù)測(cè)量的電阻式液位計(jì)原理圖原理圖1-電阻棒；2-絕緣套；3-測(cè)量電橋 電阻式液位計(jì)既可電阻式液位計(jì)既可進(jìn)行定點(diǎn)液位控制，也進(jìn)行定點(diǎn)液

26、位控制，也可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。所謂可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。所謂定點(diǎn)控制是指液位上升定點(diǎn)控制是指液位上升或下降到一定位置時(shí)引或下降到一定位置時(shí)引起電路的接通或斷開，起電路的接通或斷開，引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。電阻引發(fā)報(bào)警器報(bào)警。電阻式液位計(jì)的原理是式液位計(jì)的原理是基于基于液位變化引起電極間電液位變化引起電極間電阻變化阻變化，由電阻變化反，由電阻變化反映液位情況映液位情況 2. 2. 電阻式液位計(jì)電阻式液位計(jì)323.3.電感式液位計(jì)電感式液位計(jì) 電感式液位計(jì)電感式液位計(jì)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，液位變化引起線圈液位變化引起線圈電感變化電感變化，感應(yīng)電，感應(yīng)電流也發(fā)生變化。電流也發(fā)生變化。電感式液位計(jì)既可進(jìn)感

27、式液位計(jì)既可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，也可行連續(xù)測(cè)量，也可進(jìn)行液位定點(diǎn)控制。進(jìn)行液位定點(diǎn)控制。 1、3-上下限線圈； 2-浮子33 電感式液位控制器的傳感器由不導(dǎo)磁管子、電感式液位控制器的傳感器由不導(dǎo)磁管子、導(dǎo)磁性浮子及線圈組成。管子與被測(cè)容器相連導(dǎo)磁性浮子及線圈組成。管子與被測(cè)容器相連通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面通，管子內(nèi)的導(dǎo)磁性浮子浮在液面上，當(dāng)液面高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。線圈固定在液位高度變化時(shí)，浮子隨著移動(dòng)。線圈固定在液位上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移動(dòng)到控制位置上下限控制點(diǎn)，當(dāng)浮子隨液面移動(dòng)到控制位置時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼時(shí)，引起線圈感應(yīng)電勢(shì)變化，以此信號(hào)控制繼電器

28、動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。電器動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)上、下液位的報(bào)警與控制。34光電液位傳感器光電液位傳感器35超聲波液位計(jì)是利用波在介質(zhì)中的傳播特性，具超聲波液位計(jì)是利用波在介質(zhì)中的傳播特性，具體地說，超聲波在傳播中遇到相界面時(shí)，有一部分體地說，超聲波在傳播中遇到相界面時(shí)，有一部分反反射射回來，另一部分則回來，另一部分則折射折射入相鄰介質(zhì)中。但當(dāng)它由氣入相鄰介質(zhì)中。但當(dāng)它由氣體傳播到液體或固體中，或者由固體、液體傳播到空體傳播到液體或固體中，或者由固體、液體傳播到空氣中時(shí)，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎氣中時(shí)，由于介質(zhì)密度相差太大而幾乎全部發(fā)生反射全部發(fā)生反射。因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)

29、射器和接收器，因此，在容器底部或頂部安裝超聲波發(fā)射器和接收器，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，發(fā)射出的超聲波在相界面被反射。并由接收器接收，測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高測(cè)出超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，便可測(cè)出液位高低。低。一、超聲波檢測(cè)物位原理一、超聲波檢測(cè)物位原理6.5 6.5 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)36 根據(jù)根據(jù)超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與超聲波從發(fā)射到接收反射回波的時(shí)間間隔大小與被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系被測(cè)介質(zhì)高度成比例關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。的原理，實(shí)現(xiàn)液位測(cè)量。V-V-超聲波在液體中的傳播速度；超聲波在液體中的傳播速度；H -H -

30、探頭至界面距離（被測(cè)介質(zhì)物位高度）；探頭至界面距離（被測(cè)介質(zhì)物位高度）；T -T -超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來時(shí)間。超聲波從探頭發(fā)射至液面反射回來時(shí)間。 置于容器底部的超聲波探頭向液面置于容器底部的超聲波探頭向液面與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間與氣體的分界面發(fā)射超聲波，經(jīng)過時(shí)間 t 后，便可接收到從界面反射回來的回后，便可接收到從界面反射回來的回波信號(hào)。波信號(hào)。 二、超聲波檢測(cè)的接收和發(fā)射二、超聲波檢測(cè)的接收和發(fā)射vtH21（6.5.1）37(a)氣介式氣介式 (b) 液介式液介式 (c)固介式固介式單探頭超聲波液位計(jì)單探頭超聲波液位計(jì) 超聲波的接收和發(fā)射是基于壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。超

31、聲波的接收和發(fā)射是基于壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。將聲波（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成電能?；蚍粗?。將聲波（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成電能?；蚍粗?。三、實(shí)現(xiàn)方法三、實(shí)現(xiàn)方法u按探頭的工作方式可分為按探頭的工作方式可分為: :自發(fā)自收的單探頭方式自發(fā)自收的單探頭方式收發(fā)分開的雙探頭方式收發(fā)分開的雙探頭方式u按傳聲介質(zhì)不同可分為三種按傳聲介質(zhì)不同可分為三種: :氣介式氣介式液介式液介式固介式固介式38超聲波液位測(cè)量有許多優(yōu)點(diǎn)：超聲波液位測(cè)量有許多優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)與介質(zhì)不接觸，無可動(dòng)部件，電子元件只以聲頻振動(dòng)，與介質(zhì)不接觸，無可動(dòng)部件，電子元件只以聲頻振動(dòng)，振幅小，儀器壽命長(zhǎng)；振幅小，儀器壽命長(zhǎng)；(2)(2)超聲波傳播速度比較穩(wěn)

32、定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、超聲波傳播速度比較穩(wěn)定，光線、介質(zhì)粘度、濕度、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等對(duì)檢測(cè)幾乎無影響，因介電常數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等對(duì)檢測(cè)幾乎無影響，因此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場(chǎng)合的液位測(cè)此適用于有毒、腐蝕性或高粘度等特殊場(chǎng)合的液位測(cè)量；量；(3)(3)不僅可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量，還能方便地提供遙不僅可進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和定點(diǎn)測(cè)量，還能方便地提供遙測(cè)或遙控信號(hào)；測(cè)或遙控信號(hào)；(4)(4)能測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)或有傾斜晃動(dòng)的液體的液位，如置于能測(cè)量高速運(yùn)動(dòng)或有傾斜晃動(dòng)的液體的液位，如置于汽車、飛機(jī)、輪船中的液位。汽車、飛機(jī)、輪船中的液位。 超聲波液位計(jì)超聲波液位計(jì)396.6 6.6 射

33、線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè) 放射性同位素在核衰變過程中總是放射出具有放射性同位素在核衰變過程中總是放射出具有一定動(dòng)能的帶電或不帶電的粒子，即一定動(dòng)能的帶電或不帶電的粒子，即、和和射射線，這種性質(zhì)稱為放射性。線，這種性質(zhì)稱為放射性。放射性的來源放射性的來源 (1)(1)天然放射性來源天然放射性來源: : 宇宙射線、天然放射性同位素宇宙射線、天然放射性同位素 (2)(2)人為放射性核素的來源人為放射性核素的來源放射性核素對(duì)人體的危害極大！放射性核素對(duì)人體的危害極大！ 40不同物質(zhì)對(duì)同位素射線的吸收能力不同，一般固體不同物質(zhì)對(duì)同位素射線的吸收能力不同，一般固體最強(qiáng)，液體次之，氣體最差。當(dāng)射線最強(qiáng)，液

34、體次之，氣體最差。當(dāng)射線射入厚度為射入厚度為H H 的介的介質(zhì)時(shí)，會(huì)有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過介質(zhì)的射線強(qiáng)度質(zhì)時(shí)，會(huì)有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過介質(zhì)的射線強(qiáng)度I I與入射強(qiáng)度與入射強(qiáng)度I I0 0之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系：HeII0IIHlnln10一、檢測(cè)原理一、檢測(cè)原理 因此因此測(cè)液位測(cè)液位可通過測(cè)量射線在可通過測(cè)量射線在穿過液體時(shí)強(qiáng)度穿過液體時(shí)強(qiáng)度的的變化變化量量來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。 式中式中 吸收系數(shù)，條件固定時(shí)為常數(shù)。變形為：吸收系數(shù)，條件固定時(shí)為常數(shù)。變形為：二、檢測(cè)系統(tǒng)組成二、檢測(cè)系統(tǒng)組成(6.6.1)41核幅射式液位計(jì)由核幅射式液位計(jì)由輻射源輻射源、接收器和測(cè)量?jī)x表組成。、接收

35、器和測(cè)量?jī)x表組成。輻射源一般用鈷輻射源一般用鈷6060或銫，放在專門的鉛室中，安裝在被或銫，放在專門的鉛室中，安裝在被測(cè)容器的一側(cè)。幅射源在結(jié)構(gòu)上只能允許射線經(jīng)鉛室的測(cè)容器的一側(cè)。幅射源在結(jié)構(gòu)上只能允許射線經(jīng)鉛室的一個(gè)小孔或窄縫透出。一個(gè)小孔或窄縫透出。圖示為輻射源與接收器均是為固定安裝方式的核幅射液位計(jì)。圖示為輻射源與接收器均是為固定安裝方式的核幅射液位計(jì)。其中其中 (a)(a)為長(zhǎng)輻射源和長(zhǎng)接收器形式，輸出線性度好；為長(zhǎng)輻射源和長(zhǎng)接收器形式，輸出線性度好； (b) (b) 為點(diǎn)為點(diǎn)輻射源和點(diǎn)接收器形式，輸出線性度較差。輻射源和點(diǎn)接收器形式，輸出線性度較差。 a) b) a) b) 核輻射式

36、液位計(jì)核輻射式液位計(jì)1-1-放射源；放射源； 2-2-接收器接收器42 接收器與前置放大器裝在一起，安裝在被測(cè)容器另接收器與前置放大器裝在一起，安裝在被測(cè)容器另一側(cè)，一側(cè)， 射線由蓋革計(jì)數(shù)管吸收，每接收到一個(gè)射線由蓋革計(jì)數(shù)管吸收，每接收到一個(gè) 粒子，粒子，就輸出一個(gè)脈沖電流。射線越強(qiáng)，電流脈沖數(shù)越多，經(jīng)就輸出一個(gè)脈沖電流。射線越強(qiáng)，電流脈沖數(shù)越多，經(jīng)過積分電路變成與脈沖數(shù)成正比的積分電壓，再經(jīng)電流過積分電路變成與脈沖數(shù)成正比的積分電壓，再經(jīng)電流放大和電橋電路，最終得到與液位相關(guān)的電流輸出。放大和電橋電路，最終得到與液位相關(guān)的電流輸出。 輻射源輻射源檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表接收器接收器被測(cè)液位被測(cè)液位測(cè)

37、量值測(cè)量值 其他還有其他還有光學(xué)法、電磁法、微波法、相界面光學(xué)法、電磁法、微波法、相界面的檢的檢測(cè)法等。測(cè)法等。43第第6 6章章 物位測(cè)量物位測(cè)量6.1 6.1 物位檢測(cè)的主要方法和分類物位檢測(cè)的主要方法和分類6.2 6.2 靜壓式物位檢測(cè)靜壓式物位檢測(cè)6.3 6.3 浮力式物位檢測(cè)浮力式物位檢測(cè)6.5 6.5 聲學(xué)式物位檢測(cè)聲學(xué)式物位檢測(cè)6.6 6.6 射線式物位檢測(cè)射線式物位檢測(cè)6.4 6.4 電氣式物位檢測(cè)電氣式物位檢測(cè)u 熟悉理解靜壓式、電容式、超聲波式物位檢測(cè)熟悉理解靜壓式、電容式、超聲波式物位檢測(cè)的檢測(cè)原理。的檢測(cè)原理。u 熟練掌握靜壓式物位檢測(cè)的計(jì)算方法及量程遷熟練掌握靜壓式物

38、位檢測(cè)的計(jì)算方法及量程遷移的方式、遷移量的計(jì)算。移的方式、遷移量的計(jì)算。44第第7 7章章 流速及流量測(cè)量流速及流量測(cè)量7.1 7.1 流速測(cè)量流速測(cè)量常用流速的測(cè)量方法（原理）常用流速的測(cè)量方法（原理） 機(jī)械方法機(jī)械方法 散熱率法散熱率法 動(dòng)力測(cè)壓法動(dòng)力測(cè)壓法 激光測(cè)速法激光測(cè)速法7.1.1、機(jī)械方法測(cè)量流速、機(jī)械方法測(cè)量流速 根據(jù)置于流體中的葉輪的根據(jù)置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)角速度與流體的與流體的流流速成正比速成正比的原理來進(jìn)行流速測(cè)量的。的原理來進(jìn)行流速測(cè)量的。原理！45機(jī)械式風(fēng)速儀是利用葉輪測(cè)量流速的實(shí)例：機(jī)械式風(fēng)速儀是利用葉輪測(cè)量流速的實(shí)例： 翼型和杯型翼型和杯型圖圖7.7.

39、146 機(jī)械式風(fēng)速儀可用來測(cè)定儀表所在位置的氣流速度，機(jī)械式風(fēng)速儀可用來測(cè)定儀表所在位置的氣流速度，也可用于大型管道中氣流的速度場(chǎng)，尤其適用于也可用于大型管道中氣流的速度場(chǎng)，尤其適用于相相對(duì)濕度對(duì)濕度較大的氣流速度的測(cè)定。較大的氣流速度的測(cè)定。 可用來測(cè)定可用來測(cè)定0.250.2530m30m范圍內(nèi)的氣流的速度。范圍內(nèi)的氣流的速度。見圖7.1.1477.1.2、散熱率法測(cè)量流速、散熱率法測(cè)量流速 散熱率法測(cè)量流速的原理，是將發(fā)熱的測(cè)速傳感器置于散熱率法測(cè)量流速的原理，是將發(fā)熱的測(cè)速傳感器置于被測(cè)流體中，利用發(fā)熱的測(cè)速傳感器的被測(cè)流體中，利用發(fā)熱的測(cè)速傳感器的散熱率散熱率與與流體流流體流速速成比

40、例的特點(diǎn)，通過測(cè)定傳感器的散熱率來獲得流體成比例的特點(diǎn)，通過測(cè)定傳感器的散熱率來獲得流體的流速。的流速。 熱線風(fēng)速儀熱線風(fēng)速儀利用被加熱的金屬絲的熱量損失來測(cè)量利用被加熱的金屬絲的熱量損失來測(cè)量氣體流速的。氣體流速的。48 熱線長(zhǎng)度一般為熱線長(zhǎng)度一般為2mm，直徑，直徑5m ，最小的探頭直徑僅，最小的探頭直徑僅1m，長(zhǎng)為，長(zhǎng)為0.2 mm。 材料為鉑、鎢或鉑銠合金等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬。材料為鉑、鎢或鉑銠合金等熔點(diǎn)高、延展性好的金屬。 根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及根據(jù)不同的用途，熱線探頭還做成雙絲、三絲、斜絲及V形、形、X形等。形等。4950n工作原理：當(dāng)熱線探頭置于流場(chǎng)

41、中時(shí)，流體對(duì)熱線有冷工作原理：當(dāng)熱線探頭置于流場(chǎng)中時(shí)，流體對(duì)熱線有冷卻作用。當(dāng)熱線向流體卻作用。當(dāng)熱線向流體散熱達(dá)到平衡散熱達(dá)到平衡時(shí)，單位時(shí)間熱線時(shí)，單位時(shí)間熱線的發(fā)熱量的發(fā)熱量Q QR R與熱線對(duì)流體的放熱量與熱線對(duì)流體的放熱量Q Q平衡平衡，即即RQQ fT-熱線對(duì)流換熱系數(shù)；熱線對(duì)流換熱系數(shù)；wIwRwT F-流過熱線的電流；流過熱線的電流；-熱線的電阻；熱線的電阻；-熱線換熱面積；熱線換熱面積；-分別為熱線和流體的溫度。分別為熱線和流體的溫度。)(fwTTFQ （7.1.2）（7.1.1）wwRRIQ2 （7.1.3）51)(2fwnfwwRRubaRRI 式中式中a a、b b皆為

42、常數(shù)。皆為常數(shù)。 由傳熱學(xué)和流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)得出熱線基本方程：由傳熱學(xué)和流體力學(xué)知識(shí)推導(dǎo)得出熱線基本方程： 只要固定只要固定電流或熱線電阻電流或熱線電阻兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)，兩個(gè)參數(shù)中的任何一個(gè)，就可以獲得流體速度與另一個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)關(guān)系。按就可以獲得流體速度與另一個(gè)參數(shù)的單值函數(shù)關(guān)系。按照上式所示的熱線工作方式可以有兩種型式的熱線風(fēng)速照上式所示的熱線工作方式可以有兩種型式的熱線風(fēng)速儀，即儀，即恒流型恒流型和和恒溫型恒溫型兩種。兩種。-熱線在溫度為熱線在溫度為T Tf f時(shí)的溫度，（氣流溫度）。時(shí)的溫度，（氣流溫度）。fR流體速度是流過熱線的流體速度是流過熱線的電流和熱線電阻（熱線電流和熱線

43、電阻（熱線溫度）的函數(shù)溫度）的函數(shù)（7.1.4）52 如果在熱線工作過程中，人為地用一如果在熱線工作過程中，人為地用一恒值恒值電流對(duì)熱線加熱電流對(duì)熱線加熱，由于流體對(duì)熱線對(duì)流冷卻，由于流體對(duì)熱線對(duì)流冷卻，且且冷卻能力隨著流速的增大而加強(qiáng)冷卻能力隨著流速的增大而加強(qiáng)。當(dāng)流速呈。當(dāng)流速呈穩(wěn)態(tài)時(shí)，則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體穩(wěn)態(tài)時(shí)，則可根據(jù)熱線電阻值的大小確定流體的速度。的速度。1. 恒流型熱線風(fēng)速儀恒流型熱線風(fēng)速儀 熱線電阻隨溫度變化。熱線電阻隨溫度變化。（7.1.7）fwnnfwRIubaubaRR2)()( 53電路簡(jiǎn)單電路簡(jiǎn)單wI電流一定，風(fēng)速越大，溫度越低。電流一定，風(fēng)速越大，溫度越低

44、。 風(fēng)場(chǎng)fwnnfwRIubaubaRR2)()( 變溫變阻狀態(tài)變溫變阻狀態(tài)下工作，敏感下工作，敏感原件易老化，原件易老化，穩(wěn)定性差。穩(wěn)定性差。542. 恒溫型熱線風(fēng)速儀恒溫型熱線風(fēng)速儀 如果在熱線工作過程中，始終如果在熱線工作過程中，始終保持熱線的溫度不保持熱線的溫度不變變，則可通過，則可通過測(cè)得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的測(cè)得流經(jīng)熱線的電流值來確定流體的速度速度。 恒溫風(fēng)速計(jì)的基本原理就是利用反饋電路使熱線溫恒溫風(fēng)速計(jì)的基本原理就是利用反饋電路使熱線溫度和電阻保持恒定。度和電阻保持恒定。 當(dāng)風(fēng)速增加當(dāng)風(fēng)速增加熱線變冷熱線變冷（探頭溫度降低）（探頭溫度降低） 熱敏熱敏電阻電阻R R增大增大電

45、流降低電流降低 提高橋路電壓提高橋路電壓電流電流增大增大 熱敏熱敏電阻電阻R R降低降低溫度基本恒定溫度基本恒定測(cè)量出測(cè)量出電壓電壓的變化即可反映風(fēng)速的變化。的變化即可反映風(fēng)速的變化。552() () nwwfwfwfwfIab uRRaaR RRRbbR R（7.1.8）（7.1.9）nBuAE 2圖7.1.3在實(shí)際測(cè)量電路中，測(cè)量的不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯在實(shí)際測(cè)量電路中，測(cè)量的不是流經(jīng)電路的電流，而是惠斯頓電橋的橋頂電壓。根據(jù)橋路電壓即可測(cè)出相應(yīng)風(fēng)速。頓電橋的橋頂電壓。根據(jù)橋路電壓即可測(cè)出相應(yīng)風(fēng)速。567.1.3、動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速、動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速 在靜止氣體中，由于不存在切向力

46、，故這個(gè)力與所在靜止氣體中，由于不存在切向力，故這個(gè)力與所取面積的方向無關(guān)，稱為取面積的方向無關(guān)，稱為靜壓力靜壓力。 對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體而言，靜壓可用對(duì)于運(yùn)動(dòng)流體而言，靜壓可用垂直垂直于于流體運(yùn)動(dòng)方向流體運(yùn)動(dòng)方向單位面積上的作用力來衡量。單位面積上的作用力來衡量。 總壓力是指流體在總壓力是指流體在某點(diǎn)速度等熵滯止到零某點(diǎn)速度等熵滯止到零時(shí)所達(dá)到時(shí)所達(dá)到的壓力。的壓力。 總壓與靜壓之差稱為總壓與靜壓之差稱為動(dòng)壓動(dòng)壓。u幾個(gè)概念幾個(gè)概念57 臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)(滯止壓力點(diǎn)滯止壓力點(diǎn)) 滯止壓力是指在沒有外力的作用下，流體速度絕熱地減速滯止壓力是指在沒有外力的作用下，流體速度絕熱地減速到零時(shí)所產(chǎn)生的壓力，此時(shí)，

47、流體的全部動(dòng)能全部絕熱地到零時(shí)所產(chǎn)生的壓力，此時(shí)，流體的全部動(dòng)能全部絕熱地轉(zhuǎn)變成壓力能。轉(zhuǎn)變成壓力能。 應(yīng)用動(dòng)力測(cè)壓法應(yīng)用動(dòng)力測(cè)壓法測(cè)量流速的壓力測(cè)量流速的壓力感受元件為感受元件為測(cè)壓測(cè)壓管。管。58 測(cè)壓管的基本測(cè)量原理是依據(jù)測(cè)壓管的基本測(cè)量原理是依據(jù)伯努利伯努利方程式方程式。 測(cè)壓管的測(cè)壓管的使用上限使用上限不超過相當(dāng)于馬赫數(shù)為不超過相當(dāng)于馬赫數(shù)為0.25時(shí)的時(shí)的流速。流速。 測(cè)壓管的測(cè)壓管的使用下限使用下限為被測(cè)量的流速在全壓孔直徑上為被測(cè)量的流速在全壓孔直徑上的雷諾數(shù)需超過的雷諾數(shù)需超過200。0 dpudu 根據(jù)一元穩(wěn)定流動(dòng)的微分方程式，可得：根據(jù)一元穩(wěn)定流動(dòng)的微分方程式，可得：（7

48、.1.10）Pu -流體的總壓和靜壓；流體的總壓和靜壓；- - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。592211222002222()upupCuppCuppPP 、0u -流體的總壓和靜壓；流體的總壓和靜壓；- - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。只要測(cè)得流體的總壓和靜只要測(cè)得流體的總壓和靜壓之差及流體密度，就可壓之差及流體密度，就可得出流體流動(dòng)速度得出流體流動(dòng)速度（7.1.11）（7.1.12）當(dāng)氣流速度較小時(shí)，考慮為不可壓縮流體，將上式積分當(dāng)氣流速度較小時(shí)，考慮為不可壓縮流體，將上式積分可得，即：可得，即：壓力與流速60對(duì)于可壓縮氣體有：對(duì)于可壓縮氣體有：20

49、2401(1)2242421ppuMkMppu（7.1.137.1.13） Mk-氣體壓縮性修正系數(shù)；氣體壓縮性修正系數(shù)；- - 馬赫數(shù)；馬赫數(shù)；-氣體的絕熱指數(shù)氣體的絕熱指數(shù)。61測(cè)壓差的方法測(cè)壓差的方法（1）利用）利用總壓管總壓管、靜壓管靜壓管，分別測(cè)量流體的分別測(cè)量流體的總壓和靜壓總壓和靜壓，以確定以確定流體速度流體速度。（2）利用專門設(shè)計(jì)的）利用專門設(shè)計(jì)的復(fù)合測(cè)復(fù)合測(cè)壓管壓管，同時(shí)測(cè)量流體的，同時(shí)測(cè)量流體的總壓總壓和靜壓和靜壓（或兩者之差），以（或兩者之差），以確定流體速度。確定流體速度。由由測(cè)壓管、連接管和顯示或測(cè)壓管、連接管和顯示或記錄儀表記錄儀表三部分組成的測(cè)壓三部分組成的測(cè)壓系

50、統(tǒng)，就可以測(cè)量流體的流系統(tǒng)，就可以測(cè)量流體的流速。速。621. 流體總壓、靜壓的測(cè)量流體總壓、靜壓的測(cè)量(1) 流體總壓測(cè)量與測(cè)壓管流體總壓測(cè)量與測(cè)壓管測(cè)量流體總壓的總壓管在使用時(shí)，其感壓孔軸線測(cè)量流體總壓的總壓管在使用時(shí)，其感壓孔軸線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來流方向。應(yīng)對(duì)準(zhǔn)來流方向。希望總壓管對(duì)流動(dòng)方向越不敏感越好。希望總壓管對(duì)流動(dòng)方向越不敏感越好。63L形總壓管形總壓管 制造容易，使制造容易，使用安裝方便。用安裝方便。 它對(duì)流動(dòng)偏斜它對(duì)流動(dòng)偏斜角的靈敏性取角的靈敏性取決于壓力孔直決于壓力孔直徑與管子外徑徑與管子外徑之比以及總壓之比以及總壓管頭部的形狀。管頭部的形狀。圖圖7.1.464圓柱形總壓管圓柱形總壓管

51、 可以制作得很小，慣可以制作得很小，慣性不大，工藝性好，性不大，工藝性好，制造容易，使用方便。制造容易，使用方便。圖圖7.1.5 圓柱形總壓管圓柱形總壓管65套管式總壓管套管式總壓管 在馬赫數(shù)變化較大范在馬赫數(shù)變化較大范圍內(nèi)，它對(duì)流動(dòng)偏斜圍內(nèi)，它對(duì)流動(dòng)偏斜角的不靈敏度達(dá)到角的不靈敏度達(dá)到(4050)套管式總壓管套管式總壓管66（2）流體的靜壓測(cè)量與測(cè)壓管）流體的靜壓測(cè)量與測(cè)壓管u測(cè)量被繞流體表面上某點(diǎn)的壓力或流道壁面上流體測(cè)量被繞流體表面上某點(diǎn)的壓力或流道壁面上流體的壓力。的壓力。這時(shí)可利用在通道壁面或繞流物體表面開這時(shí)可利用在通道壁面或繞流物體表面開靜壓孔靜壓孔的的方法進(jìn)行測(cè)量。方法進(jìn)行測(cè)量

52、。u確定流場(chǎng)中某點(diǎn)的壓力，也就是確定流場(chǎng)中某點(diǎn)的壓力，也就是運(yùn)動(dòng)流體的壓力運(yùn)動(dòng)流體的壓力。這時(shí)可以利用尺寸較小具有一定形狀的測(cè)壓管插入流體這時(shí)可以利用尺寸較小具有一定形狀的測(cè)壓管插入流體中，進(jìn)行流體壓力測(cè)量。中，進(jìn)行流體壓力測(cè)量。L L形靜壓管、盤形靜壓管、套管形靜壓管形靜壓管、盤形靜壓管、套管形靜壓管需要測(cè)量平直流道內(nèi)的需要測(cè)量平直流道內(nèi)的流體靜壓流體靜壓時(shí)可采用在流道壁面開時(shí)可采用在流道壁面開靜壓孔的方法來測(cè)量。靜壓孔的方法來測(cè)量。67圖圖7.1.6 壁面靜壓測(cè)量壁面靜壓測(cè)量682. 畢托管畢托管分別分別采用總壓管和靜壓管測(cè)得流體的總壓和靜壓，然后采用總壓管和靜壓管測(cè)得流體的總壓和靜壓，然

53、后利用公式計(jì)算得到流體速度利用公式計(jì)算得到流體速度。缺點(diǎn)：不能同時(shí)測(cè)得某一點(diǎn)的流體的總壓和靜壓。缺點(diǎn)：不能同時(shí)測(cè)得某一點(diǎn)的流體的總壓和靜壓?？赏瑫r(shí)測(cè)得流體總壓和靜壓之差的復(fù)合測(cè)壓管稱為可同時(shí)測(cè)得流體總壓和靜壓之差的復(fù)合測(cè)壓管稱為畢托畢托管管（動(dòng)壓管、速度探針）。（動(dòng)壓管、速度探針）。l特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、制造方便，價(jià)格便宜，堅(jiān)固特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用、制造方便，價(jià)格便宜，堅(jiān)固可靠，精度高?？煽浚雀?。l畢托管測(cè)量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺畢托管測(cè)量的是空間某點(diǎn)處的平均速度，它的頭部尺寸決定了它的空間分辨率寸決定了它的空間分辨率l根據(jù)所測(cè)量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計(jì)成不同的形狀，根據(jù)所

54、測(cè)量的流體性質(zhì)，將畢托管設(shè)計(jì)成不同的形狀，常用的有常用的有L形和形和T形。形。69（1）L形畢托管形畢托管)(20PPu 流體速度流體速度u - - 流體速度；流體速度；- - 流體密度。流體密度。式中式中0P， -流體的總壓和靜壓；流體的總壓和靜壓；P圖圖7.1.770（2）T形畢托管形畢托管)(20PPu 總壓靜壓來流方向敏感壁面、含塵、粘度大71測(cè)量流體測(cè)量流體總壓總壓測(cè)量流動(dòng)測(cè)量流動(dòng)方向方向 能同時(shí)測(cè)出流體的總壓及流速的大小和方向的測(cè)壓管稱為復(fù)合測(cè)能同時(shí)測(cè)出流體的總壓及流速的大小和方向的測(cè)壓管稱為復(fù)合測(cè)壓管。壓管。 在平面流場(chǎng)的測(cè)量中，常用二元復(fù)合測(cè)壓管測(cè)量流體的總壓、靜在平面流場(chǎng)的測(cè)

55、量中，常用二元復(fù)合測(cè)壓管測(cè)量流體的總壓、靜壓及流速的大小和方向。壓及流速的大小和方向。 圓柱形、管束形和楔形。圓柱形、管束形和楔形。3. 流動(dòng)方向的測(cè)量與復(fù)合測(cè)壓管流動(dòng)方向的測(cè)量與復(fù)合測(cè)壓管圖圖7.1.9 圓柱形復(fù)合測(cè)壓管圓柱形復(fù)合測(cè)壓管72 當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率與入射聲波運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率與入射聲波頻率存在差別的現(xiàn)象稱頻率存在差別的現(xiàn)象稱光學(xué)多普勒效應(yīng)光學(xué)多普勒效應(yīng)，是奧地利學(xué)者多普勒于是奧地利學(xué)者多普勒于18421842年發(fā)現(xiàn)。年發(fā)現(xiàn)。 當(dāng)單色光束入射到當(dāng)單色光束入射到運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)

56、被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)入射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱動(dòng)速度的頻率偏移，稱多普勒頻移多普勒頻移。 激光測(cè)速的激光測(cè)速的原理原理：是測(cè)量通過激光束的：是測(cè)量通過激光束的示蹤粒子示蹤粒子的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與的多普勒信號(hào)，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得多普勒頻率的關(guān)系得到粒子速度。測(cè)得了粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。了粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。7.1.47.1.4、激光多普勒測(cè)速技術(shù)、激光多普勒測(cè)速技術(shù)非接觸測(cè)量技術(shù)非接觸測(cè)量技術(shù) P155P15516.8W/套73(7.1

57、.15)(7.1.15) 激光多普勒測(cè)速光學(xué)布置有參考光模式、單光束模式和激光多普勒測(cè)速光學(xué)布置有參考光模式、單光束模式和雙光束模式三種雙光束模式三種。)(200eeufsDDf0ese0 -粒子散射光在光速方向的向量；-多普勒頻移；-粒子散射光相對(duì)于接收器方向的向量；-光源在真空中的波長(zhǎng)。 測(cè)速原理是利用隨流體運(yùn)動(dòng)的微粒散射光的多普勒效應(yīng)測(cè)速原理是利用隨流體運(yùn)動(dòng)的微粒散射光的多普勒效應(yīng)來獲得速度的信息。分析可知多普勒頻移關(guān)系式為：來獲得速度的信息。分析可知多普勒頻移關(guān)系式為： 粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)光源、運(yùn)動(dòng)粒子和光接收器三粒子在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)光源、運(yùn)動(dòng)粒子和光接收器三者之間的相對(duì)位置固定

58、時(shí)，就可以從檢測(cè)到的頻移確定粒子者之間的相對(duì)位置固定時(shí)，就可以從檢測(cè)到的頻移確定粒子的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。的速度，也就是流體流動(dòng)的速度。74VPII光源光源;S;S光接收器光接收器;M;M反射鏡反射鏡;F;F分光鏡分光鏡;L;L透鏡透鏡;N;N光欄光欄圖7.1.12 雙光束雙散射模式光路系統(tǒng)I IS SM MF FL LN N 來自光源來自光源I I的一束激光被分光鏡的一束激光被分光鏡F F和反射鏡和反射鏡M M分為兩束相同分為兩束相同的光束，經(jīng)透鏡的光束，經(jīng)透鏡L L聚焦于測(cè)量點(diǎn)聚焦于測(cè)量點(diǎn)P P。流經(jīng)測(cè)量點(diǎn)的粒子接受兩。流經(jīng)測(cè)量點(diǎn)的粒子接受兩個(gè)方向的相同的入射光照射后，向四周發(fā)出散

59、射光。散射光個(gè)方向的相同的入射光照射后，向四周發(fā)出散射光。散射光經(jīng)接收光欄經(jīng)接收光欄N N及接收透鏡后，匯聚到光檢測(cè)器上，光檢測(cè)器及接收透鏡后，匯聚到光檢測(cè)器上，光檢測(cè)器將接收到的光信號(hào)（將接收到的光信號(hào)（多普勒頻移多普勒頻移）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給信號(hào)）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給信號(hào)處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)。（P156）75221光源光接收器透鏡接收透鏡平面鏡分光鏡 激光器激光器1 1發(fā)射出來的單色平行光經(jīng)發(fā)射出來的單色平行光經(jīng)聚焦透鏡聚焦透鏡2 2聚焦到聚焦到被測(cè)流被測(cè)流體區(qū)域內(nèi)體區(qū)域內(nèi)，運(yùn)動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)粒子使一部分激光散射，散射光與未散光之使一部分激光散射，散射光與未散光之間發(fā)生間發(fā)生頻移頻移。散射光與未散射光分別由兩個(gè)。散射光與未散射光分別由兩個(gè)接收透鏡接收透鏡3 3和和4 4接接收，再經(jīng)收，再經(jīng)平面鏡平面鏡5 5和分光鏡和分光鏡6 6重合后，在重合后，在光電倍增管光電倍增管7 7中疊加中疊加產(chǎn)生頻差，光電倍增管將輸出一