第7章-物性測量new課件

*測控技術(shù)與系統(tǒng)——物性測量儀表第七章過程分析儀器*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST第七章之物性測量含水量和濕度測量7.1粘度測量7.2*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量含水量固體物質(zhì)中水分含量稱為“含水量”為水分質(zhì)量與總質(zhì)量之比————一、基本概念濕度空氣或其他其他中的中水分含量稱為“濕度”相關(guān)概念還有：絕對濕度，相對濕度和露點(diǎn)溫度*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量絕對濕度在一定的溫度和壓力條件下，每單位體積的混合氣體中所含水蒸氣的質(zhì)量關(guān)于濕度的幾個相關(guān)概念相對濕度氣體絕對濕度與同一溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)的氣體絕對濕度之比露點(diǎn)溫度保持氣體壓力一定時并降溫，使得氣體中水蒸氣達(dá)到飽和而開始結(jié)露時的溫度稱為露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度與濕度間有何關(guān)系呢？*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量關(guān)于濕度的幾個相關(guān)概念露點(diǎn)溫度與濕度的關(guān)系相對濕度越高越容易結(jié)露，露點(diǎn)溫度就越高。露點(diǎn)溫度和相對濕度間一一對應(yīng)——可通過濕空氣表格確定。非標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的露點(diǎn)溫度也可以進(jìn)行換算。因而，通過測量露點(diǎn)溫度可換算得到濕度。*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量二、含水量的測量1、稱重法：測出烘干前后固體物質(zhì)重量；2、電導(dǎo)法：固體物質(zhì)吸收水分后電阻變小；3、電容法：水的介電常數(shù)一般大于干燥固體物質(zhì)；4、紅外吸收法：水分對1.94um的紅外線吸收能力較強(qiáng)，而對1.81um波長的紅外線幾乎不吸收，用二者比值可判斷水含量。5、微波吸收法：水分對1.3cm波長的微波有顯著的吸收現(xiàn)象，而植物纖維對此波段的微波吸收要比水少幾十倍。*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量1、毛發(fā)濕度計

原理：18世紀(jì)開始，就有利用脫脂毛發(fā)的長度隨相對濕度變化的原理構(gòu)成毛發(fā)濕度計。

空氣濕度增大，毛發(fā)將延長，帶動指針指示濕度。

特點(diǎn)：就地指示，精度低，滯后時間長*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量2、干濕球濕度計濕球上的紗布由于水分蒸發(fā)吸收潛熱，故有tm<td，相對濕度與干濕球溫度關(guān)系如下：

其中，為干球溫度下飽和水蒸氣壓力。因而只要測得td和tm就可通過查表獲得相關(guān)壓力并計算出相對濕度利用該原理可構(gòu)成干濕球濕度變送器。干球飽和蒸汽壓力濕球飽和蒸汽壓力總壓常數(shù)*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量3、露點(diǎn)儀冷鏡法測量露點(diǎn)

采用半導(dǎo)體制冷器，對金屬鏡面進(jìn)行降溫，當(dāng)鏡面結(jié)露時，測出鏡面溫度。測溫：熱電偶 結(jié)露狀態(tài)檢測：光電探測器自動露點(diǎn)儀：形成閉環(huán)控制

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量3、露點(diǎn)儀

冷鏡法是目前精度最高的方式（0.1℃），存在的問題：

鏡面污染，清洗防護(hù)復(fù)雜價格高其他測量方法：重量法，電解法，晶體振蕩法，紅外測量，半導(dǎo)體傳感器等。

注：濕度和露點(diǎn)之間可相互轉(zhuǎn)換

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質(zhì)，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質(zhì)，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質(zhì)，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質(zhì)，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.1含水量和濕度測量三、濕度的測量4、集成(溫)濕度傳感器

小體積，集成測量電路，合成吸附材料，采用電阻型或電容等測量原理。

吸附材料：

①潮解鹽類（氯化鋰）

②高分子材料（作電容器介質(zhì)，例如濕敏薄膜）

③多孔陶瓷（變電阻，例如珞酸鎂）

*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量粘性流體介質(zhì)的內(nèi)摩擦力，符號“T”。一、基本概念圖7.56管道中流速分布圖在流體中取一個平行于底面的面積為F、厚度為dH的流體層。下層速度為v，上層速度為v+dv。

上、下層的速度不相等，產(chǎn)生了流體的幾何變形，流體內(nèi)部就產(chǎn)生了內(nèi)部摩擦力T。η——粘度系數(shù)，簡稱粘度，表示流體內(nèi)摩擦力特性。*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST粘度表示流體內(nèi)摩擦力特性，符號“η”影響因素：同一種流體來說，粘度主要受壓力和溫度的影響。液體粘度——主要與溫度有關(guān)，當(dāng)壓力很高時才與壓力有關(guān)。溫度上升，粘度下降。氣體粘度——主要與溫度有關(guān)，溫度上升，粘度上升。單位：7.2粘度測量*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST二、粘度的測量方法和儀器1、轉(zhuǎn)筒法

原理：把被測量的液體注滿兩個同心圓筒之間的環(huán)形空間，一個圓筒是固定的，另一個圓筒繞它的垂直軸線作均勻的旋轉(zhuǎn)。以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的圓筒所需要的轉(zhuǎn)矩就可作為被測液體粘度的量度。轉(zhuǎn)筒法原理圖7.2粘度測量圓筒A固定，半徑R1，圓筒B以恒定角速度旋轉(zhuǎn)，半徑R2。環(huán)形空間中的液體*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST轉(zhuǎn)筒法原理圖粘度：式中——介質(zhì)的粘度——圓筒的轉(zhuǎn)矩——圓筒的長度——內(nèi)筒的半徑——外筒的半徑——外圓筒恒定轉(zhuǎn)動的角速度7.2粘度測量因此，當(dāng)維持外圓筒以恒定角速度旋轉(zhuǎn)時，通過測量所需的轉(zhuǎn)矩T即可測量粘度。*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST轉(zhuǎn)筒法的一種改進(jìn)形式是用旋轉(zhuǎn)圓盤代替同心圓筒，下面介紹的工業(yè)粘度計的實(shí)例其轉(zhuǎn)動部分即為圓盤，稱為測量錘，如右圖所示。注意：液體的溫度對其粘度的影響很大，在所有的工業(yè)粘度計中，必須要考慮溫度的自動補(bǔ)償問題，或者使被測溶液保持恒溫。轉(zhuǎn)筒式工業(yè)粘度計結(jié)構(gòu)圖7.2粘度測量*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST2、毛細(xì)管法（泊肅葉法）（待修改）

原理：用于測定牛頓液體的粘度。在管內(nèi)存在

層流時，被測液體在恒定流量和溫度的

條件下，經(jīng)過毛細(xì)管會產(chǎn)生壓力降。這

個壓力降的大小就代表了被測液體的粘

度值。毛細(xì)管法原理圖式中——動力學(xué)粘度；——毛細(xì)管兩端的壓力差；——毛細(xì)管的長度——單位時間經(jīng)過毛細(xì)管的液體體積——毛細(xì)管的半徑在工業(yè)毛細(xì)管粘度計中，用恒速馬達(dá)帶動計量泵使體積V值恒定，測量差壓值，最后得到η值，其它的R和l為毛細(xì)管的幾何尺寸，是常數(shù)。7.2粘度測量二、粘度的測量方法和儀器*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST工業(yè)毛細(xì)管粘度計的工作原理如下圖所示。主要部件的功能：恒速馬達(dá)&計量泵——使被測液體保持恒速；

溫度控制器

——調(diào)節(jié)油浴的溫度，消除溫度變化帶來的誤差；60目的過濾器——防止毛細(xì)管堵塞；減壓閥

——防止在過濾器堵塞時損壞泵；在毛細(xì)管的前后方接有引壓管，通過差壓變送器測量壓差值?P，就可以得到被分析液體的粘度值。7.2粘度測量*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST通過測量粘性力可以用于測量某些溶液的濃度——比如紙漿、糖漿等7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計這類濃度計包括：靜刀式濃度計、動刀式濃度計、外旋式濃度計、內(nèi)旋式濃度計等*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計外旋式濃度計*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計動刀式濃度計---結(jié)構(gòu)*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計動刀式濃度計*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計動刀式濃度計*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計動刀式濃度計----標(biāo)定*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計動刀式濃度計----現(xiàn)場安裝*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計內(nèi)旋式濃度計*華中科技大學(xué)控制系測控所HUST7.2粘度測量三、粘性測量擴(kuò)展——濃度計內(nèi)旋式濃度計

為一微機(jī)化力矩平衡數(shù)字隨動系統(tǒng)，濃度的變化反映在測量軸上的扭矩變化，扭矩增量克服測量軸和驅(qū)動軸之間的支撐摩擦力矩和連接橡膠圈的彈性力矩，使兩軸在轉(zhuǎn)動的同時產(chǎn)生相對角位移，光電傳感器將它轉(zhuǎn)變成電信號輸給微機(jī)，微機(jī)反饋控制使兩軸保持原有的相對位置，反饋控制的電流信號跟隨濃度的變化而變化，因此輸出的電流信號便可反映濃度。內(nèi)旋式濃度變送器有高的靈敏度和好的穩(wěn)