自動化儀表概述

2自動化儀表概述2.1檢測儀表2.2控制儀表內(nèi)容安排：溫度檢測儀表壓力檢測儀表流量檢測儀表物位檢測儀表成分檢測儀表機械量檢測儀表調(diào)節(jié)器執(zhí)行器溫度檢測儀表壓力檢測儀表流量檢測儀表物位檢測儀表成分分析儀表PH計電導(dǎo)率儀熱值儀濃度計氧化鋯氧量計機械量檢測儀表位移檢測儀表厚度檢測儀表力檢測儀表轉(zhuǎn)速傳感器加速度檢測儀表模擬調(diào)節(jié)器數(shù)字（智能）調(diào)節(jié)器電動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器液動執(zhí)行器2.1檢測儀表2.1.1溫度檢測儀表一、膨脹式溫度計

膨脹式溫度計：基于物質(zhì)的熱脹冷縮現(xiàn)象，通過測量物質(zhì)的膨脹或收縮量來反映被測溫度的高低。1.玻璃管液體溫度計組成：玻璃溫包、毛細(xì)管和刻度標(biāo)尺。除了水銀溫度計以外，還有有機液體溫度計，它們主要用于測量低溫。2.雙金屬溫度計用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起制成的，將其一端固定，另一端（稱為自由端）通過傳動機構(gòu)與指針相連。雙金屬片可以直接測量生產(chǎn)過程中的-80℃～+500℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。雙金屬溫度信號器3.壓力式溫度計內(nèi)裝工作物質(zhì)：氣體式一般充氮氣；液體式一般充二甲苯或甲醇；蒸氣式一般充有丙酮、氯甲烷或乙醚等。

組成：溫包、毛細(xì)管和彈簧管。二、熱電阻溫度計利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度而變化的特性進(jìn)行溫度測量。電阻溫度關(guān)系式：在－200℃~0℃范圍內(nèi)，鉑的電阻溫度關(guān)系為Rt=R0[1+At+Bt2+C(t－100)t3]

在0~650℃范圍內(nèi)，其關(guān)系為Rt=R0(1+At+Bt2)1.鉑的電阻Pt100熱電阻分度表目前，工業(yè)鉑電阻的R0值有10Ω和100Ω兩種，對應(yīng)的分度號分別為Pt10和Pt100。2.銅熱電阻在－50～150℃的溫度范圍內(nèi)，銅熱電阻與溫度之間的關(guān)系為目前，國內(nèi)工業(yè)用銅熱電阻的R0值有50Ω和100Ω兩種，對應(yīng)的分度號分別為Cu50和Cu100。

銅熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖

鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖鎧裝熱電阻的結(jié)構(gòu)1—不銹鋼管；2—感溫元件；3—內(nèi)引線；4—氧化鎂絕緣材料3.熱電阻的結(jié)構(gòu)

普通工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)1—熱電阻絲；2—電阻體支架；3—引線；4—絕緣瓷管；5—保護(hù)套管；6—連接法蘭；7—接線盒；8—引線孔。4.半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計優(yōu)點：①熱敏電阻的溫度系數(shù)比金屬大，約大4～9倍；②電阻率大，因此可以制成極小的電阻元件，體積?。虎劢Y(jié)構(gòu)簡單、機械性能好。

熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)(PTC)、負(fù)溫度系數(shù)(NTC)和臨界溫度系數(shù)(CTR)三種類型。5.熱電阻溫度傳感器的應(yīng)用

熱電阻測溫電橋的三線制接法熱電阻測溫電橋的二線制接法結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB三、熱電偶溫度計熱電偶是一種將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化的溫度檢測元件。熱電偶測溫是基于熱電效應(yīng)。1.原理⑴接觸電勢⑵溫差電勢⑶熱電偶回路的熱電勢在同一金屬導(dǎo)體內(nèi)，溫差電勢極小，可以忽略。因此這樣則有2.熱電偶的種類與結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電勢與溫度之間的關(guān)系曲線熱電偶的分度表熱電偶的結(jié)構(gòu)(a)：l—接線柱；2—接線座；3—絕緣套管；4—熱電極(b)：1—測量端；2—熱電極；3—絕緣套管；4—保護(hù)管；5—接線盒(2)鎧裝型熱電偶(1)普通裝配式熱電偶3.熱電偶的冷端溫度補償在應(yīng)用熱電偶測溫時，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補償。補償導(dǎo)線熱電偶的補償導(dǎo)線通常由補償導(dǎo)線合金絲、絕緣層、護(hù)套和屏蔽層組成。在100℃（或200℃）以下的溫度范圍內(nèi)，補償導(dǎo)線具有與所匹配的熱電偶的熱電勢標(biāo)稱值相同的特性。補償導(dǎo)線外形

AB屏蔽層保護(hù)層使用補償導(dǎo)線時必須注意以下問題：①補償導(dǎo)線只能用在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)（普通型小于100℃，耐熱型小于200℃）；②補償導(dǎo)線與熱電偶的兩個接點溫度必須相同；③不同型號的熱電偶配有不同的補償導(dǎo)線；④補償導(dǎo)線的正、負(fù)極分別與熱電偶的正、負(fù)極相連；⑤補償導(dǎo)線的作用是將冷端遷移到溫度恒定的地方。⑴冰點法⑵恒溫遷移法根據(jù)補償導(dǎo)線末端所處環(huán)境溫度估計值的大小，人為將顯示或記錄儀表的零點調(diào)到該值。⑶計算修正法基于中間溫度定律冷端溫度補償方法如下：⑷電橋補償法⑸二極管補償法⑹集成溫度傳感器補償法⑺軟件補償法利用高性能半導(dǎo)體溫度傳感器實現(xiàn)測溫和補償紅外線輻射溫度計產(chǎn)品四、輻射式溫度計物體處于絕對零度以上時，其內(nèi)部帶電粒子的熱運動會以電磁波的形式向外輻射能量，這就是熱輻射。通過測量該輻射能量的大小便可間接求出被測物體的溫度。紅外線輻射溫度計用于食品溫度測量紅外線輻射溫度計在非接觸測溫中的應(yīng)用耳溫儀紅外線輻射溫度計用于人體額溫測量紅外線輻射溫度計在非接觸溫度測量中的應(yīng)用集成IC溫度測量利用紅色激光瞄準(zhǔn)被測物（電控柜、天花板內(nèi)的布線層）溫度采集系統(tǒng)便攜式產(chǎn)品在線式產(chǎn)品空調(diào)制冷、火災(zāi)安全和保護(hù)，以及工業(yè)維護(hù)和質(zhì)量控制等，可作為故障診斷工具五、集成溫度傳感器集成溫度傳感器是利用晶體管PN結(jié)的電流和電壓特性與溫度的關(guān)系，把敏感元件、放大電路和補償電路等部分集成化，并把它們裝封在同一殼體內(nèi)的一種一體化溫度檢測元件。1.模擬集成溫度傳感器電流輸出型集成溫度傳感器典型代表是AD590溫度傳感器AD590基本溫度檢測電路電壓輸出型集成溫度傳感器LMl35／LM235／LM335系列2.模擬集成溫度控制器LM56、TMP01、AD22015、MAX6509/6510和TC652/653等型號。3.集成數(shù)字溫度傳感器／控制器典型產(chǎn)品有DSl820、DSl8S20、DSl8B20、DSl821、DSl822、DSl624、DSl629等。集成數(shù)字溫度傳感器／控制器屬于智能化產(chǎn)品。單總線系統(tǒng)連接示意圖DS1820引腳排列2.1.2壓力檢測儀表一、液柱式壓力計1.彈性元件彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。二、彈性式壓力計波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測量單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓和真空度的測量。2.彈簧管壓力表電接點信號壓力表1，4

—靜觸點；2

—動觸點；3

—綠燈；5

—紅燈壓力表指針上有動觸點2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時，2和4接觸，紅色信號燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。三、膜盒壓力計普通型膜盒壓力計原理圖1-膜盒；2-連桿；3-絞鏈塊；4-拉桿；5-曲柄；6-轉(zhuǎn)軸；7-平衡片；8-游絲；9-指針；10-刻度盤其壓力-位移轉(zhuǎn)換元件是金屬膜盒，常用來測量幾百至幾萬帕以下的無腐蝕性氣體的正壓或負(fù)壓。膜盒壓力表金屬膜片金屬膜盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)硅膜片示意圖在一塊圓形的單晶硅膜片上，布置四個擴散電阻，兩片位于受壓應(yīng)力區(qū)，另外兩片位于受拉應(yīng)力區(qū)，它們組成一個全橋測量電路。四、壓阻式壓力計五、變隙式差動電感壓力計當(dāng)被測壓力進(jìn)入C形彈簧管時，C形彈簧管產(chǎn)生變形，其自由端發(fā)生位移，帶動與自由端連接成一體的銜鐵運動，使線圈1和線圈2中的電感發(fā)生大小相等、符號相反的變化。即一個電感量增大，另一個電感量減小。電感的這種變化通過電橋電路轉(zhuǎn)換成電壓輸出。由于輸出電壓與被測壓力之間成比例關(guān)系，所以只要用檢測儀表測量出輸出電壓，即可得知被測壓力的大小。六、壓電式壓力計壓電效應(yīng)原理：壓電材料受壓時會在其表面產(chǎn)生電荷，其電荷量與所受的壓力成正比。壓電材料：單晶體、多晶體。壓電元件夾于兩個彈性膜片之間，壓電元件的一個側(cè)面與下方彈性膜片接觸并接地，另一個側(cè)面與上方彈性膜片接觸，并通過金屬箔和引線將電量引出。七、霍爾式壓力計壓力先轉(zhuǎn)換成位移，再應(yīng)用霍爾電勢與位移的關(guān)系測量壓力。

霍爾電勢UH的大小反映出霍爾元件與磁鐵之間相對位置的變化量，從霍爾元件的輸出電壓的大小即可反映出壓力的大小。應(yīng)用：差壓變送器顯示、記錄或控制配電器測壓力：差壓變送器配電器顯示、記錄控制開方器測流量：H＋－通大氣測液位：八、差壓變送器電容式差壓變送器方框圖輸入差壓ΔPi作用于差動電容的動極板,使其產(chǎn)生位移,從而使差動電容器的電容量發(fā)生變化。此電容變化量由電容-電流轉(zhuǎn)換電路變換成直流電流信號,此信號與反饋信號進(jìn)行比較,其差值送入放大電路,經(jīng)放大得到整機的輸出電流I0

。⑴電容式差壓變送器差動電容傳感器1，2，3-電極引線；4-負(fù)壓管導(dǎo)入口；5-硅油；6-負(fù)壓側(cè)隔離膜片；7-負(fù)壓室基座；8-負(fù)壓側(cè)固定電極；9-可動電極；10-正側(cè)固定電極；11-正壓室基座；12-正壓側(cè)隔離膜片；13-正壓管導(dǎo)入口當(dāng)△pi＞0，將迫使硅油向右移動，進(jìn)而使可動極板向右發(fā)生微小位移△S

①差動電容容量的相對變化值與被測差壓△pi成線性關(guān)系；②差動電容容量的相對變化值與介電常數(shù)無關(guān)，這可大大減小溫度對變送器測量精度的影響；③差動電容容量的相對變化值與S0有關(guān)，S0越小，靈敏度越高。

⑵擴散硅式差壓變送器采用硅杯壓阻傳感器作為敏感元件。硅杯是由兩片研磨后膠合成杯狀的硅片組成,它既是彈性元件,又是檢測元件。當(dāng)硅杯受壓時,壓阻效應(yīng)使其上的擴散電阻（應(yīng)變電阻）阻值發(fā)生變化,通過測量電路把電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓變化。硅杯擴散硅差壓變送器電路原理：硅杯的應(yīng)變電阻通過不平衡電橋轉(zhuǎn)換為電壓變化。當(dāng)變送器輸入差壓信號時，使硅杯受壓，電橋就有不平衡電壓輸出，運算放大器A將此電壓放大，并控制晶體管V使輸出電流Io增加。在差壓變化的量程范圍內(nèi)，晶體管V的發(fā)射極電流Ie為3～19mA,故輸出電流Io便是4～20mA

。以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。⑶智能變送器手持通信器功能：（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

九、電阻應(yīng)變式壓力計基于電阻應(yīng)變效應(yīng)工作。利用電阻應(yīng)變片將被測試件的應(yīng)變量轉(zhuǎn)換為電阻變化，然后再利用橋式電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，進(jìn)而完成對壓力的測量?？蓽y量壓力、荷重、位移、速度、加速度、扭矩等。各種電子秤廣泛的應(yīng)用高精度電子汽車衡

動態(tài)電子秤電子天平機械秤包裝機吊秤平行雙孔梁電阻應(yīng)變式壓力計2.1.3流量檢測儀表一、節(jié)流式流量測量系統(tǒng)

由節(jié)流裝置、差壓引壓導(dǎo)管及差壓計（或差壓變送器）等組成。節(jié)流裝置節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測元件,安裝在流體流動的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管。工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用孔板?？装?/p>

噴嘴

文丘里管

v1v2v1p1p2p3p1-p3pv（a）（b）（c）ⅠⅡⅢp2′節(jié)流現(xiàn)象及流體流經(jīng)節(jié)流裝置時壓力和流速分布圖

流量方程式法蘭取壓環(huán)室取壓單獨鉆孔取壓1-1—角接取壓；2-2—法蘭取壓；3-3—徑距取壓；4-4—縮流取壓；5-5—管接取壓取壓方式標(biāo)準(zhǔn)孔板及其安裝方法根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律測量導(dǎo)電性液體的流量。二、電磁流量計三、渦街式流量計hLdvhLdvDD導(dǎo)壓孔鉑電阻絲圓柱形漩渦發(fā)生體熱敏電阻三角柱形漩渦發(fā)生體對于圓柱體，當(dāng)兩列漩渦的間距h與同列中相鄰漩渦的間距L滿足h/L

=0.281條件時，卡曼渦列才是穩(wěn)定的。每一列漩渦產(chǎn)生的頻率f與流速v、圓柱體直徑d的關(guān)系為

漩渦頻率的測量四、渦輪流量計渦輪流量傳感器類似于葉輪式水表，是一種速度式流量計。渦輪流量計F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)

T1五、超聲波流量計非接觸式流量測量儀表，利用超聲波在流體中的傳播特性來測量流體流量的。直式安裝斜插式安裝如設(shè)順流方向的傳播時間為t1，逆流方向的傳播時間為t2，流體靜止時的超聲波傳播速度為c，流體流動速度為v，則有超聲波傳播時間差為一般來說，流體的流速遠(yuǎn)小于超聲波在流體中的傳播速度，即c>>v,則從上式便可得到流體的流速，即此時超聲波的傳輸時間將由右式確定在實際應(yīng)用中,超聲波傳感器安裝在管道的外部,從管道的外面透過管壁發(fā)射和接收超聲波不會給管路內(nèi)流動的流體帶來影響，如下圖。六、均速管流量計均速管可以測取管道截面幾個等面積圓環(huán)的速度平均值，即平均動壓頭。將平均總壓頭和靜壓頭接到差壓計或差壓變送器，測出二者之壓差便是平均動壓頭，根據(jù)平均動壓頭可求出流體的流量。Q＝0.003996KD2

阿牛巴流量計測量原理：①質(zhì)量流量方程式：②體積流量方程式：High高壓Two(2)Independent&StableFlowSignals兩路獨立、穩(wěn)定的流量信號Low低壓低壓取壓孔威爾巴探頭高壓取壓孔威爾巴(Wellbar)流量計威爾流量計采用截面形狀如子彈頭形的探頭威爾巴流量計作為一種差壓式流量測量儀表，流體流過的流量與差壓的平方根成比例關(guān)系，與節(jié)流式流量計類似。七、容積式流量計根據(jù)排出體積進(jìn)行流量累計的儀表。利用運動元件的往復(fù)次數(shù)或轉(zhuǎn)速與流體的連續(xù)排出量成比例的關(guān)系對被測流體進(jìn)行連續(xù)的檢測。可以計量各種液體和氣體的累積流量?？梢跃_測量體積量。家用煤氣表到大容積的石油和天然氣計量儀表。

根據(jù)轉(zhuǎn)子的形狀分為：橢圓齒輪流量計（液體型）腰輪流量計（氣體型和液體）刮板式流量計（液體型）設(shè)：V0——計量室的容積；n——轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，則有排出的流體總量

橢圓齒輪流量計腰輪流量計(羅茨流量計)皮膜式家用煤氣表在剛性容器中由柔性皮膜分隔而成I和II、III和IV四個計量室。

可以左右運動的滑閥在煤氣進(jìn)出口差壓的作用下作往復(fù)運動。煤氣由入口進(jìn)入，通過滑閥的換向依次進(jìn)入氣室I、Ⅲ或Ⅱ、Ⅳ，并排向出口。皮膜往復(fù)一次將流過一定體積的煤氣，通過傳動機構(gòu)和計數(shù)裝置能測得往復(fù)次數(shù)，從而可知煤氣總量。此儀表結(jié)構(gòu)簡單，使用維護(hù)方便，價格低廉，精確度可達(dá)2％，是家庭專用煤氣儀表。八、彎管流量計當(dāng)流體通過管道彎頭時，受到角加速的作用而產(chǎn)生的離心力會在彎頭的外半徑側(cè)與內(nèi)半徑側(cè)形成差壓，此差壓的平方根與流體流量成正比，這就是彎管流量計的測量原理。彎管流量計的流量方程式D為彎頭內(nèi)徑；為流體密度；P為差壓值；k是為彎管流量系數(shù)

九、轉(zhuǎn)子流量計流量qv與浮子高度h之間的關(guān)系近似線性。

轉(zhuǎn)子流量計有兩大類：

直讀式轉(zhuǎn)子流量計主要由玻璃錐形管、浮子和支撐結(jié)構(gòu)組成由浮子位置高度讀出流量值。

遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計可采用金屬錐形管，其測量轉(zhuǎn)換機構(gòu)將浮子的位移轉(zhuǎn)換為電信號輸出。

相關(guān)測量技術(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)主要是隨機過程理論?；舅枷胧峭ㄟ^對流動噪聲信號的分析，將流速測量轉(zhuǎn)化為時間間隔的測量。

十、相關(guān)流量計2.1.4物位檢測儀表一、直讀式液位計基于連通器原理工作。二、壓力式液位計普通型壓力計式液位計法蘭式壓力液位計

投入式液位計投入式液位計的突出優(yōu)點是安裝使用方便，只需將量程合適的投入式液位計從敞口容器頂部投入到液體中，并經(jīng)零點調(diào)整、量程調(diào)整和電纜固定即可，一般不存在零點遷移問題。不適合含泥沙等雜質(zhì)較多的液體液位測量。三、差壓式液位計普通型差壓式液位計正、負(fù)壓室的壓力差△P為在測量密閉容器液位時，氣相壓力與大氣壓力不等，尤其是氣相壓力有變化甚至變化較大時，就不能采用上述壓力式液位計，而應(yīng)采用差壓式液位計。實際應(yīng)用舉例雙室平衡容器與DDZ-Ⅲ型差壓變送器配套的鍋爐汽包液位測量系統(tǒng)如下圖。雙室平衡容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-8所示，正管p+內(nèi)的壓力隨被測液位變化而變化；負(fù)管p－內(nèi)用以產(chǎn)生固定的壓力，正、負(fù)管之間就形成與被測液位高度相對應(yīng)的差壓信號△p=p+-p－。法蘭式差壓液位計零點遷移零點遷移和零點調(diào)整都是使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=

0時，稱為零點調(diào)整，在xmin≠

0時，稱為零點遷移。四、浮力式液位計浮子式液位計舌簧管式液位計磁翻轉(zhuǎn)式液位計磁翻轉(zhuǎn)式液位計可替代玻璃式液位計，用于測量敞口容器或密閉容器內(nèi)的液位。浮球式液位開關(guān)浮筒式液位計五、電容式液位計常用的電容式物位計多采用平行板或圓筒型電容傳感器。對于圓筒型電容傳感器，如果被測介質(zhì)為非導(dǎo)電性物質(zhì)，在不考慮邊緣效應(yīng)的情況下，其電容量為液位為H時上述兩種情況下電容量的變化量分別為六、電極式液位計電極式液位計的典型產(chǎn)品是電接點水位計電接點水位計由電接點水位傳感器和顯示儀表組成，而電接點水位傳感器又包括測量筒和若干個電接點，測量筒與汽包構(gòu)成連通器，測量筒與電接點之間有良好的絕緣，電接點水位傳感器的結(jié)構(gòu)電接點水位計的顯示儀表電路原理七、熱電偶式液位計八、超聲波物位計連續(xù)式超聲波物位計氣介式超聲波物位計液介式超聲波液位計固介式超聲波物位計超聲波聲速補償⑴溫度補償⑵設(shè)置校正具根據(jù)已知聲速與溫度之間的函數(shù)關(guān)系，由相應(yīng)的設(shè)備對聲速進(jìn)行自動補償。工程上常用的聲速校正具如圖所示。在超聲波傳播介質(zhì)中安裝兩組換能器探頭，其中的一組探頭用作檢測，另一組探頭用作聲速校正。超聲波物位開關(guān)氣介穿透式超聲波料位開關(guān)九、核輻射式物位計射線的透射強度與介質(zhì)厚度有關(guān)，在入射強度一定的情況下，透射強度會隨著介質(zhì)厚度的增加按指數(shù)規(guī)律衰減。當(dāng)放射源和被測介質(zhì)確定后，I0和μ就都是常數(shù)，這樣，根據(jù)上式，測出I即可求得被測介質(zhì)厚度H。核輻射式物位計的類型定點方式圖可進(jìn)行上、下限報警信號，但不能進(jìn)行連續(xù)測量。圖（b）可對物位進(jìn)行連續(xù)測量，但測量范圍比較窄，測量準(zhǔn)確度也較低。自動跟蹤方式放射源和接收器始終保持在同一高度，并可由電機帶動沿導(dǎo)軌隨物位變化而升降?？蓪崿F(xiàn)對物位的自動跟蹤。十、雷達(dá)物位計雷達(dá)物位計又稱微波物位計，是利用雷達(dá)測距原理工作的。2.1.5成分分析儀表一、概述成分檢測方法很多，可以按工作原理、測試對象、使用目的及使用場合來進(jìn)行分類。成分分析儀表一般包括自動取樣裝置、預(yù)處理系統(tǒng)、分離檢測器、信號處理系統(tǒng)及顯示儀表等。二、熱導(dǎo)式氣體分析儀熱導(dǎo)式氣體分析儀是一種熱學(xué)式氣體分析儀，它是利用不同氣體導(dǎo)熱特性不同的原理進(jìn)行分析的。常用于分析混合氣體中H2、CO2、NH3、SO2、Ar等組分的百分含量。工作原理各種氣體都具有一定的導(dǎo)熱能力，但是導(dǎo)熱系數(shù)有一定差異。幾種氣體在0℃時的導(dǎo)熱系數(shù)

混合氣體是由多組分氣體組成，彼此之間無相互作用，其導(dǎo)熱系數(shù)可以近似地認(rèn)為是各組分導(dǎo)熱系數(shù)的算術(shù)平均值如果被測組分的導(dǎo)熱系數(shù)為，其余組分為背景組分，并假定它們的導(dǎo)熱系數(shù)近似等于，則混合氣體的總導(dǎo)熱系數(shù)為被測組分的體積百分含量為在實際測量中，要求混合氣體中背景組分的導(dǎo)熱系數(shù)必須近似相等，并與被測組分的熱導(dǎo)系數(shù)有明顯差別。熱導(dǎo)檢測器熱導(dǎo)式氣體分析儀的檢測器又稱熱導(dǎo)池，它將由于混合氣體中待測組分含量變化所引起總的導(dǎo)熱系數(shù)的改變轉(zhuǎn)換為電阻的變化。熱導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)（一）(a)(b)

熱導(dǎo)池結(jié)構(gòu)示意圖（二）三、紅外線氣體分析儀它是利用不同氣體對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特性來進(jìn)行分析的。儀常用于連續(xù)分析混合氣體中CO、CO2、CH4、NH3等氣體的濃度。各種氣體對紅外光譜范圍內(nèi)波長具有選擇吸收能力，吸收光譜如下圖。紅外線通過吸收物質(zhì)前后其光強度與被測組分濃度的關(guān)系服從朗伯—貝爾定律當(dāng)光強度為I

0的光通過均勻介質(zhì)后，剩余光強度的大小I將隨著介質(zhì)濃度C和光程L的增大而按指數(shù)規(guī)律衰減。結(jié)構(gòu)及原理1-光源；2-拋物體反射鏡；3-同步電動機；4-切光片；5-濾波室；6-參比室；7-測量室；8-紅外探測器；9-放大器測量時(如分析CO氣體的含量)，兩束紅外線經(jīng)反射、切光后射入測量氣室和參比氣室，測量氣室中的CO氣體對4.65μm的紅外線有較強的吸收能力，而參比氣室中氣體不吸收紅外線，這樣探測器兩個吸收氣室的紅外線光造成能量差異，使兩吸收室壓力不同，測量室一側(cè)的壓力減小，于是薄膜偏向定片方向，改變了電容C。電容的變化量就反映了被測氣體的濃度。四、色譜分析儀檢測原理茨維特實驗:

當(dāng)石油醚攜帶菠菜葉色素混合物流經(jīng)碳酸鈣粉末時，由于各種葉色素分子在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的差異，它們在石油醚中的溶解能力的大小各不相同。色譜分析方法是利用色譜柱將混合物各組分分離開來，然后按各組分從色譜柱出現(xiàn)的先后順序分別測量，根據(jù)各組分出現(xiàn)的時間以及測量值的大小可確定混合物的組成以及各組分的濃度?；旌衔镌谏V柱中的分離過程色譜分析法根據(jù)流動相的不同可分為氣相色譜法和液相色譜法兩種。氣相色譜儀液相色譜儀氣相色譜分析流程氧化鋯氧分析儀的檢測器是由氧化鋯管組成的一個氧濃差電池。當(dāng)氧化鋯兩面的混合氣體的氧分壓不同時，在兩個電極之間就產(chǎn)生電動勢，該電動勢是由于氧化鋯固體電解質(zhì)兩側(cè)的氧濃差所形成，所以叫濃差電勢。氧濃差電勢的大小與兩側(cè)氧濃度有關(guān)，通過理論分析和實驗驗證，它們的關(guān)系可用能斯特公式表示為假定參比側(cè)與被測氣體的總壓力相等，則上式可改寫為五、氧化鋯氧分析儀利用氧化鋯氧濃差電勢測氧含量必需滿足的條件有：①工作溫度要恒定。一般工作溫度保持在T=750℃。②必須有參比氣體，且參比氣體的氧含量要穩(wěn)定不變。③參比氣體與檢測氣體總壓力應(yīng)該相等，儀表可以直接以氧濃度刻度。利用氧濃差電池原理制成的氧化鋯傳感器結(jié)構(gòu)1—氧化鋯管；2—陶瓷過濾管；3—鉑電極；4—熱電偶；5—AI2O3陶瓷管；6—信號線氧化鋯氧分析儀的安裝與使用一般應(yīng)遵循以下幾項原則：①測量點位置應(yīng)具有代表性，應(yīng)能正確反映所測爐內(nèi)氣體，切忌選在氣流死角和漏風(fēng)點附近；②測量點不能太靠近燃燒點等部位，這會造成氧量計示值劇烈波動，也不能太靠近風(fēng)機等機械設(shè)備，以免電機的震動損壞氧化鋯探頭；③遠(yuǎn)離移動物體，以免碰撞損壞探頭；④應(yīng)便于安裝、調(diào)試及維護(hù)。氧化鋯氧分析儀的安裝方式有直插式和抽吸式兩種結(jié)構(gòu)。(a)直插式結(jié)構(gòu)(b)抽吸式結(jié)構(gòu)氧化鋯探頭①分壓法測量電路ＲＸ為待測溶液電阻，ＲK為外電阻在交流電源電壓Ｕ的作用下，ＲK上的分壓為

由上式可知，在保持電源電壓Ｕ恒定不變的情況下，只要測得分壓電阻ＲＸ上的電壓，即可求出待測溶液電阻RＸ的大小，對RＸ取倒數(shù)即為溶液電導(dǎo)。六、工業(yè)電導(dǎo)儀②電橋測量電路平衡電橋法測量電路原理圖不平衡電橋法測量電路原理圖③電磁感應(yīng)測量法基于法拉第電磁感應(yīng)原理工作的。兩個變壓器T1和T2由待測溶液構(gòu)成的短路環(huán)C1耦合起來，T1為勵磁變壓器，T2為檢測變壓器。

Io的數(shù)值與待測溶液的電導(dǎo)率有關(guān)（單值關(guān)系）。該電導(dǎo)率越大，Io也就越大，反之亦然。

筒狀電極的電極常數(shù)Ｋ與外筒電極的內(nèi)半徑Ｒ、內(nèi)筒電極的外半徑ｒ及電極的有效長度Ｌ的定量關(guān)系為；

環(huán)狀電極的電極常數(shù)Ｋ與電導(dǎo)池外套筒內(nèi)半徑Ｒ、電極環(huán)的最大外半徑ｒ及電極間的距離Ｌ的定量關(guān)系為；電導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)七、pH計pH值與溶液中氫離子濃度的關(guān)系為：

pH=－lg[H+]pH值測量原理溶液的pH值是通過將其轉(zhuǎn)化成原電池的輸出電動勢來間接測量的。原電池電動勢的大小為式中，E——原電池電動勢；R——氣體常數(shù)；T——溶液絕對溫度；F——法拉第常數(shù)；pH——pH值。pH計的電極工業(yè)在線測量pH計一般不用氫電極，最常用的測量電極有玻璃電極和銻電極，參考電極有甘汞電極和銀—氯化銀電極。pH計測量系統(tǒng)二線制PH計測量系統(tǒng)如圖玻璃電極八、硅酸根表硅酸根分析儀簡稱硅酸根表，用于測量溶液中的硅酸根含量。九、鈉表鈉離子濃度測量儀表簡稱鈉表。比較典型的在線鈉表一般由樣品處理系統(tǒng)、測量室及信號處理與顯示系統(tǒng)三部分組成，如下圖：十、溶氧表測量溶液中的氧含量。2.1.6機械量檢測儀表一、位移檢測儀表位移是指物體或其某一部分的位置對參考點產(chǎn)生的偏移量。位移的形式可以是直線位移或角位移。1.電容式位移檢測方法電容式位移測量系統(tǒng)以平板電容器作為傳感元件。在實際使用時，應(yīng)充分考慮分布電容、非線性及干擾等因素對測量的影響。在位移測量系統(tǒng)中常采用變極距型電容式傳感器。電容式軸位移測量系統(tǒng)如圖7-2所示。其中包括了軸向位移和徑向位移兩套測量裝置。2.電渦流式位移檢測方法電渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)工作的。如果導(dǎo)體的磁導(dǎo)率及線圈激勵電流強度和頻率等參數(shù)恒定不變，則可把線圈的電抗看成是線圈與金屬導(dǎo)體間距離的單值函數(shù)，即二者之間成比例關(guān)系。這樣，根據(jù)渦流的大小即可測量出線圈與金屬導(dǎo)體間的距離。電渦流傳感器根據(jù)激勵電流頻率的高低可分為高頻反射式電渦流傳感器和低頻透射式電渦流傳感器兩類。目前，高頻反射式電渦流傳感器應(yīng)用比較多，上面介紹的就是這一種。測量系統(tǒng)傳感器線圈由鉑金屬絲平繞在固定支架上，并采用不銹鋼殼體和耐腐蝕的材料封裝而成。石英晶體振蕩器用于產(chǎn)生一個頻率和幅值都固定的高頻信號，這一信號經(jīng)固定電阻R加到由傳感器線圈L和固定電容C組成的并聯(lián)回路上。這樣，并聯(lián)回路的阻抗就會隨著軸與傳感器線圈之間的距離x的變化而變化。2.超聲波測厚儀超聲波測厚與超聲波測距有相同的工作原理，不同的是，前者的超聲波傳播介質(zhì)是各種固體材料，而后者是空氣，如圖所示。二、厚度檢測儀表1.射線式厚度儀射線穿過被測物體后，射線的衰減程度與被測物體的厚度有關(guān)，這就是射線式厚度儀的測量原理。三、轉(zhuǎn)速檢測儀表轉(zhuǎn)速即旋轉(zhuǎn)角速度或旋轉(zhuǎn)頻率，它是衡量物體旋轉(zhuǎn)快慢的一個物理量。旋轉(zhuǎn)角速度的SI單位弧度/秒（rad/s）與單位轉(zhuǎn)/分（r/min）之間的關(guān)系是1.離心力檢測法質(zhì)量為m的重錘旋轉(zhuǎn)時受到mrω2的離心力而遠(yuǎn)離主軸，這將克服彈簧力向上拉動套筒，套筒的升降通過齒輪帶動指針轉(zhuǎn)動，可直接讀出轉(zhuǎn)數(shù)。2.光電碼盤檢測法光電碼盤檢測法是利用光電碼盤和透射型光電耦合器結(jié)合來測量轉(zhuǎn)速的，光電耦合器的輸出信號是對應(yīng)于碼盤窗口明暗的脈沖序列。光電耦合器如圖7-21所示，可分為透射型和反射型兩種。

增量光電碼盤在工業(yè)中的應(yīng)用遠(yuǎn)比絕對碼盤多。為了使增量光電碼盤也能檢測轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向，可以采取圖所示的檢測A，B和Z三個增量脈沖信號的辦法。當(dāng)只需檢測轉(zhuǎn)速時，選擇帶一個光電耦合器的單相輸出增量碼盤即可；若還要判別正負(fù)轉(zhuǎn)向并控制轉(zhuǎn)角位置時，則需要選擇內(nèi)部含三個光電耦合器的有三相輸出的增量碼盤。四、振動與加速度檢測儀表由牛頓運動方程可知，加速度和力是通過質(zhì)量聯(lián)系在一起的。如圖所示，可以將彈簧質(zhì)量系統(tǒng)作為傳感器，使之與被調(diào)系統(tǒng)直接連在一起。1.動電型振動傳感器

在磁場密度為B的磁場中，長度為l的導(dǎo)體以速度v切割磁力線，導(dǎo)體兩端則產(chǎn)生電勢差為利用這一原理檢測振動速度，稱為動電型振動檢測。2.應(yīng)變片式加速度傳感器測量時，將傳感器殼體與被測物體剛性連接，當(dāng)被測物體以加速度a運動時，質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力作用，使彈簧片變形，該變形被粘貼在彈簧片上的應(yīng)變片感受到并隨之產(chǎn)生應(yīng)變，從而使應(yīng)變片的電阻發(fā)生變化。電阻的變化引起應(yīng)變片組成的橋路出現(xiàn)不平衡，從而輸出電壓，這樣即可得出被測物體的振動加速度和振動頻率。3.壓電式加速度傳感器主要由殼體、壓電元件、質(zhì)量塊、彈簧及引線等組成。使用時，將傳感器與振動物體剛性固定在一起，這樣，傳感器就會隨振動物體的振動而一起振動，其內(nèi)部的質(zhì)量塊在重力、外力及彈簧彈力的共同作用下，會給壓電元件施加與振動同頻率的作用力，壓電元件便會產(chǎn)生脈動的電壓輸出，該電壓信號經(jīng)進(jìn)一步處理即可得到振動的振幅和加速度。2.2控制儀表2.2.1調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器模擬調(diào)節(jié)器方框圖測量信號指示線路測量信號指示線路輸入電路PD電路PI電路輸出電路硬手操電路軟手