传感器原理及工程应用教案-第11章

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1、11.1 温度测量 11.2 压力测量 11.3 流量测量 11.4 11.5 11.6 变送器 第 11章 传感器在工程检测中的应用 返回主目录 第 11章 传感器在工程监测中的应用 在工业生产过程及工程检测中 , 为了对各种工业参数 （ 如压力 、 温度 、 流量 、 物位 、 位移等 ） 进行检测与控制 , 首先要把这些参数转换成便于传送的信息 , 这就要用到各种 传感器 , 把传感器与其它装置组合起来 , 组成一个检测系统或 调节系统 , 完成对工业参数的检测与控制 。 考虑到系统中传感器与其它装置的兼容性与互换性 , 它们之 间是用标准信号进行传输的 , 这些标准信号都是符合国际标

2、准的信号 , 例如直流电流为 420 mA、 直流电压为 15 V、 压 力信号为 20100 kPa, 以前也曾以直流电流 010 mA作为通用 的标准信号 。 对一般输出为非标准信号的传感器 , 需把传感器的输出 信号通过变送器 （ 或变送器功能模块电路 ） 变换成标准信号 , 有了统一的信号形式和数值范围 , 无论是仪表还是计算机 , 只 要有同样的输入电路或接口 , 就可以从各种变送器获得被测 变量的信息 , 而且便于组成检测系统或调节系统 。 在工业自动化仪表中 , 有些变送器既有信号检测又有变 送 , 如后面要介绍的压力 （ 差压 ） 变送器 、 一体化温度变送 器等 , 这些变送

3、器也可以认为是输出标准信号的传感器 。 下 面将着重介绍工程检测中应用的传感器及变送器 。 11.1 一 、 1 温度是工业生产和科学实验中一个非常重要的参数 。 物 体的许多物理现象和化学性质都与温度有关 。 许多生产过程 都是在一定的温度范围内进行的 , 需要测量温度和控制温度 。 随着科学技术的发展 , 对温度的测量越来越普遍 , 而且对温度 测量的准确度也有更高的要求 。 温度是表征物体冷热程度的物理量 。 温度不能直接加以 测量 , 只能借助于冷热不同的物体之间的热交换 , 以及物体的 某些物理性质随着冷热程度不同而变化的特性间接测量 。 为了定量地描述温度的高低 , 必须建立温度标

4、尺 , 即温标 。 温标就是温度的数值表示 。 各种温度计和温度传感器的温度 数值均由温标确定 。 历史上提出过多种温标 , 如早期的经验 温标 （ 摄氏温标和华氏温标 ） , 理论上的热力学温标 , 当前世 界通用的国际温标 。 热力学温标确定的温度数值为热力学温 度 （ 符号为 T） , 单位为开尔文 （ 符号为 K） , 1 K等于水三相 点热力学温度的 。 热力学温度是国际上公认的最基本温度 , 国际温标最终 以它为准而不断完善 。 我国目前实行的是 1990年国际温标 （ ITS-90） , 它同时定义国际开尔文温度 （ 符号 ITS-90） 和国 际摄氏温度 （ t90） , T9

5、0和 t90之间的关系为 16.273 1 15.2739090 kTct 在实际应用中 , 一般直接用 T和 t代替 T90和 t90 。 2 (1) 温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂 的测温传感器 , 就测量系统的功能而言 , 通常由现场的感温 元件和控制室的显示装置两部分组成 , 如图 11 - 1 所示 。 简 单的温度传感器往往是温度传感器和显示组成一体的 , 一般 在现场使用 。 (2) 温度测量方法及分类测量方法按感温元件是否与被 测介质接触 , 可以分成接触式与非接触式两大类 。 接触式测温方法是使温度敏感元件和被测温度对象相 接触 , 当被测温度与感温元件达到热平

6、衡时 , 温度敏感元件与 被测温度对象的温度相等 。 这类温度传感器具有结构简单 ， 工作可靠 ， 精度高 ， 稳定性好 ， 价格低廉等优点 。 这类测温 方法的温度传感器主要有 : 基于物体受热体积膨胀性质的膨 胀式温度传感器 ， 基于导体或半导体电阻值随温度变化的电 阻式温度传感器 ， 基于热电效应的热电偶温度传感器 。 非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变 化而变化的原理 。 物体辐射能量的大小与温度有关 , 并且以 电磁波形式向四周辐射 , 当选择合适的接收检测装置时 , 便可 测得被测对象发出的热辐射能量并且转换成可测量和显示的 各种信号 , 实现温度的测量 。 这类测温

7、方法的温度传感器主 要有光电高温传感器 、 红外辐射温度传感器 、 光纤高温传感 器等 。 非接触式温度传感器理论上不存在热接触式温度传感 器的测量滞后和在温度范围上的限制 , 可测高温 、 腐蚀 、 有 毒 、 运动物体及固体 、 液体表面的温度 , 不干扰被测温度场 , 但精度较低 , 使用不太方便 。 二 、 膨胀式温度传感器 根据液体 、 固体 、 气体受热时产生热膨胀的原理 , 这类 温度传感器有液体膨胀式 、 固体膨胀式和气体膨胀式 。 1 在有刻度的细玻璃管里充入液体 （ 称为工作液 , 如水银 、 酒精等 ） 构成液体膨胀式温度计 。 常用的有水银玻璃温度计 和电接点式温度计

8、, 这种温度计远不能算传感器 , 它只能就地 指示温度 。 电接点式温度计可对设定的某一温度发出开关信号或进 行位式控制 , 有固定式和可调式两种 。 图 11 - 2 所示为可调电 接点式温度计 , 其中一根铂丝接在毛细管下部固定处 ,另一根 铂丝根据设定温度可以上下移动 , 当升至设定温度时 , 铂丝与 水银柱接通 , 反之断开 , 这种既可指示 , 又能发出通断信号 , 常 用于温度测量和双位控制 。 2 固体膨胀式 固体膨胀式是以双金属元件作为温度敏感元件受热而产生膨 胀变形来测温的 。 它由两种线膨胀系数不同的金属紧固结合 而成双金属片 , 为提高灵敏度常作成螺旋形 。 图 11 -

9、3 为双金 属温度计的结构示意图 。 螺旋形双金属片一端固定 , 另一端连接指针轴 , 当温度变化 时 , 双金属片弯曲变形 , 通过指针轴带动指针偏转显示温度 。 它常用于测量 -80 600 范围的温度 , 抗震性能好 ， 读数方 便 , 但精度不太高 , 用于工业过程测温 、 上下限报警和控制 。 3 气体膨胀式 气体膨胀式是利用封闭容器中的气体压力随温度升高而 升高的原理来测温的 , 利用这种原理测温的温度计又称压力计 式温度计 , 如图 11 - 4 所示 。 温包 、 毛细管和弹簧管三者的内 腔构成一个封闭容器 , 其中充满工作物质 （ 如气体常为氮气 ） , 工作物质的压力经毛细

10、管传给弹簧管 , 使弹簧管产生变形 , 并由 传动机构带动指针 , 指示出被测温度的数值 。 压力温度计结构简单 、 抗振及耐腐蚀性能好 , 与微动开关 组合可作温度控制器用 , 但它的测量距离受毛细管长度限制 , 一般充液体可达 20m, 充气体或蒸汽可达 60m。 三 、 热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器 。 它构造简单 , 使用方便 , 具有较高的准确度 、 稳定性及复现性 , 温度测量范 围宽 , 在温度测量中占有重要的地位 。 1. 两种不同的导体 （ 或半导体 ） 组成一个闭合回路 , 如图 11 - 5 所示 。 的导体或半导体的组合称为热电偶 。 两个接点 , 一个称 工作

11、端 , 又称测量端或热端 , 测温时将它置于被测介质中 ; 另 一个称自由端 , 又称参考端或冷端 。 在图 11 - 5 所示的回路中 , 所产生的热电势由两部分组成 : 温差电势和接触电势 。 接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在 接触处形成的电动势 。 两种导体接触时 ,自由电子由密度大 的导体向密度小的导体扩散 , 在接触处失去电子的一侧带正 电 , 得到电子的一侧带负电 , 形成稳定的接触电势 。 接触电势 的数值取决于两种不同导体的性质和接触点的温度 。 两接点 的接触电势 EAB(T)和 EAB（ T0） 可表示为 EAB(T)= 式中 : K波尔兹曼常数 ; e单位

12、电荷电量 ; NAT、 NBT和 NAT0、 NBT0 分别在温度为 T和 T0时 , 导 体 A、 B的电子密度 。 温差电势是同一导体的两端因其温度不同而产生的一种 热电势 。 BT AT N N e KT ln 0 0ln)( 0 0 BT AT AB N N e KTTE 同一导体的两端温度不同时 , 高温端的电子能量要比低 温端的电子能量大 , 因而从高温端跑到低温端的电子数比从 低温端跑到高温端的要多 , 结果高温端因失去电子而带正电 , 低温端因获得多余的电子而带负电 , 因此 , 在导体两端便形成 接触电势 , 其大小由下面公式给出 : dt dt tNd Ne KTTE AT

13、T T AT A )(1),( 0 0 dt dt tNd Ne KTTE BTT T BT B )(1),( 0 0 式中 : NAT和 NBT分别为 A导体和 B导体的电子密度 , 是温 度的函数 。 AB(T, T0)=EAB(T)+EB(T, T0)-EAB(T0)-EA(T, T0) (11 - 6) 在总热电势中 , 温差电势比接触电势小很多 , 可忽略不计 , 热电偶的热电势可表示为 EAB(T, T0)=EAB(T)-EAB(T0) （ 11 - 7） 对于已选定的热电偶 , 当参考端温度 T0恒定时 ,EAB (T 0)=c为常数 , 则总的热电动势就只与温度 T成单值函数关

14、系 , EAB(T, T)=EAB(T)-c=f(T) 实际应用中 , 热电势与温度之间关系是通过热电偶分度 表来确定的 。 分度表是在参考端温度为 0 时 , 通过实验建 立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系 。 用热 电偶测温 , 还要掌握热电偶基本定律 。 下面引述几个常用的 热电偶定律 。 1. 热电偶基本定律 （ 1） 中间导体定律利用热电偶进行测温 , 必须在回路 中引入连接导线和仪表 , 接入导线和仪表后会不会影响回路 中的热电势呢 ？ 中间导体定律说明 , 在热电偶测温回路内 , 接入第三种导体 , 只要其两端温度相同 , 则对回路的总热电 势没有影响 。 接入第三种导

15、体回路如图 11 - 6 所示 。 由于温差电势可忽 略不计 , 则回路中的总热电势等于各接点的接触电势之和 。 即 EABC(T,T0)=EAB(T)+EBC(T0)+ECA(T0) (11 - 9) 当 T= T0 时 , 有 BC(T0)+ECA(T0)=-E (T0) （ 11 - 10） 将 (11 - 10） 式代入 (11 - 9） 式中得 (T, T0)=EAB(T)-EAB(T0)=EAB(T, T0)（ 11 - 11） 同理 , 加入第四 、 第五种导体后 , 只要加入的导体两端温度 相等 , 同样不影响回路中的总热电势 。 (2)中间温度定律 热电偶 AB在接点温度为

16、t、 t0时的热电 势 EAB(t, t0)等于热电偶 AB在接点温度 t、 tc和 tc、 t0时的热电 势 EAB(t, tc)和 EAB(tc, t0)的代数和 （ 见图 11 - 7 ） , 即 : 该定律是参考端温度计算修正法的理论依据 。 在实际 热电偶测温回路中 ,利用热电偶这一性质 ,可对参考端温度不 为 0 的热电势进行修正 。 (3)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路中 , 不论导体的截面和长度如何以及各处的温度分布如何 , 都不 能产生热电势 。 这条定理说明 , 热电偶必须由两种不同性质 的均质材料构成 。 )(),(),( 00 TTETTETTE CABCA

17、BAB 3.热电偶类型 理论上讲 , 任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶 , 但 为了准确可靠地测量温度 , 对组成热电偶的材料必须经过严格 的选择 。 工程上用于热电偶的材料应满足以下条件 : 热电势变 化尽量大 , 热电势与温度关系尽量接近线性关系 , 物理 、 化学性 能稳定 , 易加工 , 复现性好 , 便于成批生产 , 有良好的互换性 。 实际上并非所有材料都能满足上述要求 。 目前在国际上被 公认比较好的热电材料只有几种 。 国际电工委员会 （ IEC） 向 世界各国推荐 8种标准化热电偶 , 所谓标准化热电偶 , 它已列入 工业标准化文件中 , 具有统一的分度表 。 我国从

18、1988年开始采 用 IEC标准生产热电偶 。 表 11-1 为我国采用的几种热电偶的主 要性能和特点 。 表中所列的每一种热电偶中前者为热电偶的正极 , 后者为 负极 。 目前工业上常用的有四种标准化热电偶 , 即铂铑 30-铂 铑 6, 铂铑 10-铂 , 镍铬 -镍硅和镍铬 -铜镍 （ 我国通常称为镍铬 - 康铜 ） 热电偶 , 它的分度表见表 11 - 2 至表 11 - 5 另外 , 目前还生产一些特殊用途的热电偶 , 以满足特殊测 温的需要 。 如用于测量 3800 超高温的钨镍系列热电偶 , 用 于测量 2273K的超低温的镍铬 -金铁热电偶等 。 4. 热电偶的结构形式 为了适

19、应不同生产对象的测温要求和条件 , 热电偶的结构 形式有普通型热电偶 、 铠装型热电偶和薄膜热电偶等 。 (1)普通型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多 , 它 一般由热电极 、 绝缘套管 、 保护管和接线盒组成 , 其结构如图 11 - 8 所示 。 普通型热电偶按其安装时的连接形式可分为固定 螺纹连接 、 固定法兰连接 、 活动法兰连接 、 无固定装置等多 种形式 。 (2)铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶 。 它是由热 电偶丝 、 绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组 合体 , 如图 11 - 9所示 。 它可以做得很细很长 , 使用中随需要能 任意弯曲 。 铠装热电偶的

20、主要优点是测温端热容量小 , 动态响 应快 , 机械强度高 , 挠性好 , 可安装在结构复杂的装置上 , 因此 被广泛用在许多工业部门中 。 (3)薄膜热电偶 薄膜热电偶是由两种薄膜热电极材料 , 用 真空蒸镀 、 化学凃层等办法蒸镀到绝缘基板上面制成的一种 特殊热电偶 , 如图 11 - 10 所示 。 薄膜热电偶的热接点可以做 得很小 （ 可薄到 0.010.1m） , 具有热容量小 , 反应速度快等 的特点 , 热相应时间达到微秒级 , 适用于微小面积上的表面温 度以及快速变化的动态温度测量 。 5.热电偶的补偿导线及参考端温度补偿方法 从热电偶测温基本公式可以看到 , 对某一种热电偶来

21、说热 电偶产生的热电势只与工作端温度 t和自由端温度 t0有关 , 即 : EAB(t, t0)=e AB(t)-eAB(t0) （ 11 -13） 热电偶的分度表是以 t0=0 作为基准进行分度的 , 而在实 际使用过程中 , 参考端温度往往不为 0 , 那么工作端温度为 t 时 , 分度表所对应的热电势 EAB(t, 0)与热电偶实际产生的热电 势 EAB(t, t0)之间的关系可根据中间温度定律得到下式 : EAB(t, 0)= EAB(t, t0)+ EAB(t0, 0) 由此可见 , EAB(t0, 0)是参考端温度 t0的函数 , 因此需要对 热电偶参考端温度进行处理 。 (1)热

22、电偶补偿导线 在实际测温时 , 需要把热电偶输出的 电势信号传输到远离现场数十米的控制室里的显示仪表或控 制仪表 , 这样参考端温度 t0也比较稳定 。 热电偶一般做得较短 需要用导线将热电偶的冷端延伸出来 。 工程中采用一种补偿 导线 , 它通常由两种不同性质的廉价金属导线制成 , 而且在 0100 温度范围内 , 要求补偿导线和所配热电偶具有相同的 热电特性 。 常用热电偶的补偿导线列于表 11 - 6 (2)参考端温度修正法采用补偿导线可使热电偶的参考端 延伸到温度比较稳定的地方 , 但只要参考端温度不等于 0 , 需要对热电偶回路的电势值加以修正 , 修正值为 EAB(t0 , 0)。

23、 经修正后的实际热电势 , 可由分度表中查出被测实际温度值 (3)参考端 0 恒温法 在实验室及精密测量中 , 通常把参 考端放入装满冰水混合物的容器中 , 以便参考端温度保持 0 , 这种方法又称冰浴法 。 (4)参考端温度自动补偿法 （ 补偿电桥法 ） 补偿电桥法 是利用不平衡电桥产生的不平衡电压作为补偿信号 , 来自动 补偿热电偶测量过程中因参考端温度不为 0 或变化而引起 热电势的变化值 。 如图 12-11 所示 , 不平衡电桥由三个电阻温度系数较小的 锰铜丝绕制的电阻 r1、 r2 、 r3、 电阻温度系数较大的铜丝绕 制的电阻 rCU 和稳压电源组成 。 补偿电桥与热电偶参考端处

24、在同一环境温度 , 但由于 rCU的阻值随环境温度变化而变化 , 如果适当选择桥臂电阻和 桥路电流 , 就可以使电桥产生的不平衡电压 Uab补偿由于参考 端温度变化引起的热电势 EAB(t, t0)变化量 , 从而达到自动补 偿的目的 。 4 热电偶测温线路 热电偶测温时 , 它可以直接与显示仪表 （ 如电子电位差 计 、 数字表等 ） 配套使用 , 也可与温度变送器配套 , 转换成标 准电流信号 , 图 11 - 12 为典型的热电偶测温线路 。 如用一台 显示仪表显示多点温度时 , 可按图 11 - 13连接 , 这样可节约显 示仪表和补偿导线 。 特殊情况下 , 热电偶可以串联或并联使用

25、 , 但只能是同一 分度号的热电偶 , 且参考端应在同一温度下 。 如热电偶正向 串联 , 可获得较大的热电势输出和提高灵敏度 。 在测量两点 温差时 , 可采用热电偶反向串联 。 利用热电偶并联可以测量 平均温度 。 热电偶串 、 并联线路如图 11 - 14 所示 四 热电阻传感器 热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而 变化的原理进行测温的 。 热电阻传感器分为金属热电阻和半导 体热电阻两大类 , 一般把金属热电阻称为热电阻 , 而把半导体热 电阻称为热敏电阻 。 热电阻广泛用来测量 -200+850 范围内的 温度 , 少数情况下 , 低温可测量至 1K, 高温达 1000

26、 。 标准铂电 阻温度计的精确度高 , 并作为复现国际温标的标准仪器 。 热电阻 传感器由热电阻 、 连接导线及显示仪表组成 , 如图 11 - 15所示 。 热电阻也可与温度变送器连接 , 转换为标准电流信号输出 。 1 用于制造热电阻的材料应具有尽可能大和稳定的电阻温 度系数和电阻率 , R-t 关系最好成线性 , 物理化学性能稳定 , 复 现性好等 。 目前最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻 。 (1)铂热电阻 铂热电阻的特点是精度高 、 稳定性好 、 性能 可靠 , 所以在温度传感器中得到了广泛应用 。 按 IEC标准 , 铂热 电阻的使用温度范围为 -200+850 。 在 -200

27、0 的温度范围内 : Rt=R0 1+At+Bt2+Ct3(t-100) ( 11 - 15) 在 0850 的温度范围内 : Rt = R0(1+At+Bt2) 式中 Rt和 R0分别为 t 和 0 时铂电阻值 ; A、 B和 C为常 数 。 在 ITS-90 中 , 这些常数规定为 : A=3.9083 10-13/ B=-5.775 10-7/ 2 C=-4.183 10-12/ 4 从上式看出 , 热电阻在温度 t时的电阻值与 R0 有关 。 目前 我国规定工业用铂热电阻有 R0=10和 R0=100两种 , 它们的 分度号分别为 Pt10和 Pt100, 其中以 Pt100为常用 。

28、 铂热电阻不同 分度号亦有相应分度表 , 即 Rt-t 的关系表 , 这样在实际测量中 , 只要测得热电阻的阻值 Rt, 便可从分度表上查出对应的温度 值 。 Pt100的分度表见表 11 - 7 。 铂热电阻中的铂丝纯度用电阻比 W100表示 , 它是铂热电 阻在 100 时电阻值 R100与 0 时电阻值 R0之比 。 按 IEC标准 , 工业使用的铂热电阻的 W1001.3850。 (2)铜热电阻 由于铂是贵重金属 , 因此 , 在一些测量精度 要求不高且温度较低的场合 , 可采用铜热电阻进行测温 , 它的 测量范围为 -50+150 。 铜热电阻在测量范围内其电阻值与温度的关系几乎是线

29、 性的 , 可近似地表示为 : Rt=R0（ 1+t） （ 11 - 17） 式中 为铜热电阻的电阻温度系数 , 取 =4.28 10-3/ 。 铜热电组的两种分度号为 Cu50(R0=50) 和 Cu100 （ R100=100） 。 铜热电阻线性好 , 价格便宜 , 但它易氧化 , 不适宜在腐蚀 性介质或高温下工作 。 1. 工业用热电阻的结构如图 11 - 16 所示 。 它由电阻体 、 绝缘管 、 保护套管 、 引线和接线盒等部分组成 。 电阻体由电阻丝和电阻支架组成 。 电阻丝采用双线无感 绕法绕制在具有一定形状的云母 、 石英或陶瓷塑料支架上 , 支 架起支撑和绝缘作用 , 引出线

30、通常采用直径 1mm的银丝或镀银 铜丝 , 它与接线盒柱相接 , 以便与外接线路相连而测量显示温 度 。 用热电阻传感器进行测温时 , 测量电路经常采用电桥电路 。 而热电阻与检测仪表相隔一段距离 , 因此热电阻的引线对测量 结果有较大的影响 。 热电阻内部引线方式有两线制 、 三线制和四线制三种 , 如 图 11 - 17 所示 。 二线制中引线电阻对测量影响大 , 用于测温 精度不高场合 。 三线制可以减小热电阻与测量仪表之间连接 导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差 。 四线制可以 完全消除引线电阻对测量的影响 , 用于高精度温度检测 。 五 集成温度传感器 集成温度传感器是利用晶体

31、管 PN结的电流电压特性与温 度的关系 , 把感温 PN结及有关电子线路集成在一个小硅片上 , 构成一个小型化 、 一体化的专用集成电路片 。 集成温度传感 器具有体积小 、 反应快 、 线性好 、 价格低等优点 , 由于 PN结受 耐热性能和特性范围的限制 , 它只能用来测 150 以下的温度 。 1 基本工作原理 目前在集成温度传感器中 , 都采用一对非常匹配的差分 对管作为温度敏感元件 。 图 11 -18 是集成温度传感器基本原 理图 。 其中 T1和 T2是互相匹配的晶体管 ,I1和 I2分别是 T1和 T2管 的集电极电流 , 由恒流源提供 。 T1和 T2管的两个发射极和基极 电

32、压之差 Vbe可用下式表示 , 即 : )l n ()l n ( 2 1 1 2 2 1 I I q KT AE AE I I q KTU 图 11-18 集成温度传感器基本原理 式中 k-是波尔兹曼常数 ; q-是电子电荷量 ; T-是绝对温度 ; r -是 T1和 T2管发射结的面积之比 。 从式中看出 , 如果保证 I1/I2恒定 , 则 Vbe就与温度 T成单 值线性函数关系 。 这就是集成温度传感器的基本工作原理 , 在此基础上可设计出各种不同电路以及不同输出类型的集成 温度传感器 。 1 (1)电压输出型 电压输出型集成温度传感器原理电路图 如图 11 - 19 所示 。 当电流

33、I1恒定时 , 通过改变 R1的阻值 , 可 实现 I1=I2, 当晶体管的 1时 , 电路的输出电压可由下式确定 , 即 : （ 11 - 19） 若取 R1=940, R2=30K, r=37, 则电路输出的温度系数 为 : ln 1 2 1 220 q KT R R R URIU be KmvqKRRdTdUC T /10ln 1 20 （ 2） 电流输出型图 11 - 20 为电流输出型集成温度传感器的 原理电路图 。 T1和 T2是结构对称的两个晶体管 , 作为恒流源负 载 , T3和 T4管是测温用的晶体管 , 其中 T3管的发射结面积是 T4管 的 8倍 , 即 r=8。 流过电

34、路的总电流 IT为 : （ 11 - 20） 式中当 R和 r一定时 , 电路的输出电流与温度有良好的线性关系 。 若取 R为 358, 则电路输出的温度系数为 : ln222 1 qRKTRUII beT KAqR KdTdIc TT /1ln2 电流输出型典型的集成温度传感器有美国 AD公司生产 的 AD590, 我国产的 SG590也属于同类型产品 。 基本电路与 图 11 - 20一样 , 只是增加了一些启动电路 , 防止电源反接以 及使左右两支路对称的附加电路 , 以进一步地提高性能 。 AD590的电源电压 430V, 可测温度范围 -50+150 。 2 AD590集成温度传感器

35、应用实例 AD590是应用广泛的一种集成温度传感器 , 由于它内部 有放大电路 , 再配上相应外电路 ,方便地构成各种应用电路 。 下面介绍 AD590几种简单的应用线路 。 (1)温度测量电路 图 11 - 21 是一个简单的测温电路 。 AD590在 25 （ 298.2K） 时 , 理想输出电流为 298.2A, 但实际 上存在一定误差 , 可以在外电路中进行修正 。 将 AD590串联一 个可调电阻 , 在已知温度下调整电阻值 , 使输出电压 UT满足 1mV/k的关系 （ 如 25 时 , UT应为 298.2mV） 。 调整好以后 , 固 定可调电阻 , 即可由输出电压 VT读出

36、AD590所处的热力学温度 。 (2)控温电路 简单的控温电路如图 11 - 22 所示 。 AD311为 比较器 , 它的输出控制加热器电流 , 调节 R1可改变比较电压 , 从 而改变了控制温度 。 AD581是稳压器 , 为 AD590提供一个合理 的稳定电压 。 (3)热电偶参考端补偿电路 该种补偿电路如图 11 - 23 所示 。 AD590应与热电偶参考端处于同一温度下 。 AD580是一个三端 稳压器 , 其输出电压 VOUT=2.5V。 电路工作时 , 调整电阻 R2使得 : I1=t0 10-3 mA 这样在电阻 R1上产生一个随参考端温度 t0变化的补偿电压 V1=I1R1

37、。 当热电偶参考端温度为 t0, 其热电势 EAB(t0, 0)St0, S为塞 贝克系数 （ v/ ） 。 补偿时应使 V1与 EAB(t0, 0)近似相等 , 即 R1与塞贝克系数相等 , 不同分度号的热电偶 , R1的阻值亦不同 。 这种补偿电路灵敏 、 准确 、 可靠 、 调整方便 , 温度变 化在 1535 范围内 , 可获得 5 的补偿精度 。 11.2 压力测量 一 压力概述 压力是重要的工业参数之一 , 正确测量和控制压力对保证 生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义 。 压力及差压的 测量还广泛地应用在流量和液位的测量中 。 工程技术上所称的 “ 压力 ” 实质上就是物理学里

38、的 “ 压 强 ” , 定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力 。 其表达式 （ 11 - 21） 式中 P-为压力 ; F-为作用力 ; A-为作用面积 。 国际单位制 （ SI） 中定义 : 1牛顿力垂直均匀地作用在 1 平方米面上 , 形成的压力为 1“帕斯卡 ” , 简称 “ 帕 ” , 符号为 Pa。 过去采用的压力单位 “ 工程大气压 ” （ 即 kgf/cm2） 、 “ 毫米汞柱 ” （ 即 mmHg） 、 “ 毫米水柱 ” （ 即 mmH2O） 、 物理大气压 （ 即 atm） 等均应改为法定计量单位帕 , 其换算关 系如下 : 1 kgf/cm2=0.9807 105Pa 1m

39、mH2O=0.9807 10Pa 1mmHg=1.332 102Pa 1atm=1.01325 105Pa (1)绝对压力 指作用于物体表面积上的全部压力 , 其零 点以绝对真空为基准 , 又称总压力或全压力 , 一般用大写符号 P表示 (2)大气压力指地球表面上的空气柱重量所产生的压力 , 以 P0表示 。 (3)表压力 绝对压力与大气压力之差 , 一般用 p表示 。 测 压仪表一般指示的压力都是表压力 , 表压力又称相对压力 。 当绝对压力小于大气压力 , 则表压力为负压 , 负压又可用 真空度表示 , 负压的绝对值称为真空度 。 如测炉膛和烟道气 的压力均是负压 。 (4)差压 任意两个

40、压力之差称为差压 。 如静压式液位计 和差压式流量计就是利用测量差压的大小知道液位和流体流 量的大小 。 测量压力的传感器很多 , 如应变式 、 电容式 、 差动变压 器 、 霍尔 、 压电等传感器等都能用来测量压力 。 下面介绍几 种工程上常用的测压传感器或测压仪表 。 二 液柱式压力计是以流体静力学原理来测量压力的 。 它 们一般采用水银或水为工作液 , 用 U型管或单管进行测量 , 常 用于低压 、 负压或压力差的测量 。 图 11 - 24所示的 U形管内装有一定数量的液体 , U形管一 侧通压力 p1, 另一侧通压力 p2。 当 p1= p2时 , 左右两管的液体高 度相等 。 当

41、p1 p2时 , 两边管内液面便会产生高度差 。 根据液体静力学原理可知 : p=p1-p1=g h （ 11 - 22） 式中 为 U形管内液体的密度 。 如把压力 p1一侧改为通大气 P0, 则式 （ 12-2） p2=g h （ 11 - 23） 如果把 U形管的一个管换成大直径的杯 , 即可变成如图 11 - 25所示的单管或斜管 。 测压原理与 U形管相同 , 只是因为 杯径比管径大得多 , 杯内液位变化可略去不计 , 使计算及读数 更为简易 。 三 弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作 为测量基础的 。 它结构简单 , 价格低廉 , 现场使用和维修都很 方便 , 又有较

42、宽的压力测量范围 , 因此在工程中获得了非常广 泛的应用 。 1 采用不同材料 、 不同形状的弹性元件作为感压元件 , 可以 适用于不同场合 、 不同范围的压力测量 。 目前广泛使用的弹 性元件有弹簧管 、 波纹管和膜片等 。 图 11 - 26给出了一些常 用弹性元件的示意图 。 图 11 - 27为利用弹性形变测压原理图 。 活塞缸的活塞底 部加有柱状螺旋弹簧 , 弹簧一端固定 , 当通入被测压力 p时 , 弹 簧被压缩并产生一弹性力与被测压力平衡 ,在弹性形变的限度 内 , 弹簧被压缩后产生的弹性位移量 x与被测压力 p的关系 符合胡克定律 , （ 11 - 24） 式中 C为弹簧的刚度

43、系数 ; A为活塞的有效面积 。 当 C、 A为定值时 , 测量压力就变为测量弹性元件的位移 量 x。 A xc 金属弹性元件都具有不完全弹性 , 即在所加作用力去除后 , 弹性元件会表现残余变形 、 弹性后效和弹性滞后等现象 , 这将 会造成测量误差 。 弹性元件特性与选用的材料和负载的最大值 有关 , 要减小这方面的误差 , 应注意选用合适的材料 , 加工成形 后进行适当的热处理等 。 2 弹簧管压力表在弹性式压力表中更是历史悠久 , 应用广泛 。 弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管 , 弹簧管的横截面呈 非园形 （ 椭圆形或扁形 ） , 弯成园弧形的空心管子 , 如图 12-28所 示

44、。 管子的一端为封闭 , 作为位移输出端 , 另一端为开口 , 为被 测压力输入端 。 当开口端通入被测压力后 , 非圆横截面在压力 p 作用下将趋向圆形 , 并使弹簧管有伸直的趋势而产生力矩 , 其结 果使弹簧管的自由端产生位移 , 同时改变中心角 。 中心角的相 对变化量与被测压力有如下的函数关系 : 22 22 )1(1 2 k a a b bh R E 式中 -为弹簧管中心角的初始角 ; -为受压后中心角的改变量 ; R为弹簧管弯曲圆弧的外 半径 ; h-为管壁厚度 ; a、 b-为弹簧管椭圆形截面的长 、 短半轴 ; 为几何常数 （ =RH/a2） ; 、 -为与比值 a/b有关的参

45、数 ; 为弹簧管材料的泊松系 数 ; E为弹性模数 。 由式 （ 11 - 25） 可知 , 如果 a=b, 则 =0, 这说明具有均匀 壁厚的圆形弹簧管不能用作测压敏感元件 。 对于单圈弹簧管 , 中心角变化量 比较小 , 要提高 , 可采用多圈弹簧管 。 弹簧管压力表结构如图 11 - 29所示 。 被测压力由接头 9通入 , 迫使弹簧管 1的自由端产生位移 , 通过拉杆 2使扇形齿轮 3作逆时 针偏转 , 于是指针 5通过同轴的中心齿轮 4的带动而作顺时针偏 转 , 在面板 6的刻度标尺上显示出被测压力的数值 。 弹簧管压力表结构简单 , 使用方便 , 价格低廉 , 使用范围广 , 测量

46、范围宽 , 可以测量负压 、 微压 、 低压 、 中压和高压 , 因此应 用十分广泛 。 3 压阻式压力传感器的压力敏感元件是压阻元件 , 它是基于 压阻效应工作的 。 所谓压阻元件实际上就是指在半导体材料 的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻 , 当它受外力作用时 , 其阻值由于电阻率的变化而改变 。 扩散电阻正常工作时需依 附于弹性元件 , 常用的是单晶硅膜片 。 图 11 - 30是压阻式压力传感器的结构示意图 。 在一块圆 形的单晶硅膜片上 , 布置四个扩散电阻 , 组成一个全桥测量电 路 。 膜片用一个圆形硅杯固定 , 将两个气腔隔开 。 一端接被 测压力 , 另一端接参考压力 。

47、当存在压差时 , 膜片产生变形 , 使 两对电阻的阻值发生变化 , 电桥失去平衡 , 其输出电压反映膜 片承受的压差的大小 。 压阻式压力传感器的主要优点是体积小 , 结构比较简单 , 动态响应也好 , 灵敏度高 , 能测出十几帕斯卡的微压 , 它是一 种比较理想 , 目前发展和应用较为迅速的一种压力传感器 。 这种传感器测量准确度受到非线性和温度的影响 , 从而 影响压阻系数的大小 。 现在出现的智能压阻压力传感器利 用微处理器对非线性和温度进行补偿 , 它利用大规模集成电 路技术 , 将传感器与计算机集成在同一块硅片上 , 兼有信号检 测 、 处理 、 记忆等功能 , 从而大大提高传感器的

48、稳定性和测 量准确度 。 4 压力传感器的选用与安装 （ 1） 压力传感器的选用 在工业生产中 , 对压力传感器进 行选型 , 确定检测点与安装等是非常重要的 , 传感器的选用的 基本原则是依据实际工艺生产过程对压力测量所要求的工艺 指标 、 测压范围 、 许误差 、 介质特性及生产安全等因素 , 经济 合理 , 使用方便 。 对弹性式压力传感器要保证弹性元件在弹性变形的安全 范围内可靠的工作 , 在选择传感器量程时必须留有足够的余地 。 一般在被测压力较稳定的情况下 , 最大压力值应不超过满量程 的 3/4, 在被测压力波动较大的情况下 , 最大压力值应不超过满 量程的 2/3。 为了保证测

49、量精度 , 被测压力最小值应不低于全 量程的 1/3。 如要测量高压蒸汽的压力 , 已知蒸汽压力为 （ 24） 105Pa, 生产中允许最大测量误差为 104Pa且要求就地显示 , 如何选择压力表呢 ？ %7.110)06( 10 5 4 m a x 根据已知条件及弹性式压力传感器的性质决定选 Y-100 型单圈弹簧管压力表 , 其测量范围为 06 105Pa（ 当压力从 2 105Pa变化到 4 105Pa时 , 正好处于量程的 1/32/3） 。 要 求最大测量误差小于 104Pa, 即要求传感器的相对误差所以应 选 1.5级表 （ 2） 压力传感器的安装 传感器测量结果的准确性 , 不仅

50、 与传感器本身的精度等级有关 , 而且还与传感器的安装 、 使 用是否正确有关 。 压力检测点应选在能准确及时地反映被测压力的真实情 况 。 因此 , 取压点不能处于流束紊乱的地方 , 即要选在管道的 直线部份 , 即离局部阻力较远的地方 。 测量高温蒸汽压力时 , 应装回形冷凝液管或冷凝器 , 以防 止高温蒸汽与测压元件直接接触 。 测量腐蚀 、 高粘度 、 有结晶等介质时 , 应加装充有中性介 质的隔离罐 , 如图 11 - 31（ b） 所示 。 隔离罐内的隔离液应选 择沸点高 、 凝固点低 、 化学与物理性能稳定的液体 , 如甘油 、 乙醇等 。 压力传感器安装高度应与取压点相同或相近

51、 。 对于图 11 - 32所示情况 , 压力表的指示值比管道内的实际压力高 , 对液柱 附加的压力误差进行修正 。 11-31 测量高温，腐蚀介质压力表安装示意图 11-32 压力表位于生产设备下安装示意图 11.3 流量测 一 流量概述 流量是工业生产中一个重要参数 。 工业生产过程中 , 很多 原料 、 半成品 、 成品是以流体状态出现的 。 流体的流量就成 为决定产品成分和质量的关键 , 也是生产成本核算和合理使用 能源的重要依据 。 因此流量的测量和控制是生产过程自动化 的重要环节 。 单位时间内流过管道某一截面的流体数量 , 称为瞬时流量 。 而在某一段时间间隔内流过管道某一截面的

52、流体量的总和 , 即 瞬时流量在某一段时间内的累积值 , 称为总量或累积流量 。 瞬时流量有体积流量和质量流量之分 。 （ 1） 体积流量 qv单位时间内通过某截面的流体的体积 , 单位为 m3/s。 根据定义 , 体积流量可用下式表示 : qv= （ 11 - 26） 式中 V为截面 A中某一面积元 dA上的流速 。 如果用流体的平 均流束 V表示 , 则体积流量可写成 qv = vA （ 11 - 27） （ 2） 质量流量 qm单位时间内通过某截面的流体的质量 , 单位为 kg/s。 根据定义 , 质量流量可用下式表示 : qm= （ 11 - 28） 若用平均流速表示 , （ 11 -

53、 29） Avdt A v d A vm qvAq 工程上讲的流量常指瞬时流量 , 下面若无特别说明均指瞬 时流量 。 生产过程中各种流体的性质各不相同 , 流体的工作状态 （ 如介质的温度 、 压力等 ） 及流体的粘度 、 腐蚀性 、 导电性 也不同 , 很难用一种原理或方法测量不同流体的流量 。 尤其工 业生产过程的情况复杂 , 某些场合的流体是高温 、 高压 , 有时 是气液两相或液固两相的混合流体 。 所以目前流量测量的方 法很多 , 测量原理和流量传感器 （ 或称流量计 ） 也各不相同 , 从测量方法上一般可分为三大类 。 （ 1） 速度式速度式流量传感器大多是通过测量流体在管 路内

54、已知截面流过的流速大小实现流量测量的 。 它是利用管 道中流量敏感元件 （ 如孔板 、 转子 、 涡轮 、 靶子 、 非线性物 体等 ） 把流体的流速变换成压差 、 位移 、 转速 、 冲力 、 频率 等对应的信号来间接测量流量的 。 差压式 、 转子 、 涡轮 、 电磁 、 旋涡和超声波等流量传感器都属于此类 。 （ 2） 容积式 根据已知容积的容室在单位时间内所排出流 体的次数来测量流体的瞬时流量和总量的 。 常用的有椭圆齿 轮 、 旋转活塞式和刮板等流量传感器 。 （ 3） 质量式质量流量传感器有两种 。 一种是根据质量流 量与体积流量的关系 , 测出体积流量再乘被测流体的密度的间 接质

55、量流量传感器 , 如工程上常用的采取温度 、 压力自动补偿 的补偿式质量流量传感器 。 另一种是直接测量流体质量流量 的直接式质量流量传感器 , 如热式 、 惯性力式 、 动量矩式质量 流量传感器等 。 直接法测量具有不受流体的压力 、 温度 、 粘 度等变化影响的优点 , 是一种正在发展中的质量流量传感器 。 下面针对有代表性的 , 工业上应用较为广泛的流量传感器 作介绍 。 二 差压式流量传感器 差压式流量传感器又称节流式流量传感器 , 它是利用管路 内的节流装置 , 将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后 的压力差 。 差压式流量传感器主要有节流装置和差压计 （ 或 差压变送器 ） 组

56、成 , 如图 11 - 33所示 , 节流装置的作用是把被 测流体的流量转换成压差信号 , 差压计则对压差进行测量并显 示测量值 , 差压变送器能把差压信号转换为与流量对应的标准 电信号或气信号 , 以供显示 、 记录或控制 。 差压式流量传感器发展较早 , 技术成熟而较完善 , 而且结 构简单 , 对流体的种类 、 温度 、 压力限制较少 , 因而应用广泛 。 1 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件 , 是安 装在流体流动的管道中的阻力元件 。 常用的节流元件有孔板 、 喷嘴 、 文丘里管 。 它们的结构型式 、 相对尺寸 、 技术要求 、 管道条件和安装要求等均已标准化 , 故又

57、称标准节流元件 , 如 图 11 - 34所示 。 其中孔板是最简单又最为典型 , 加工制造方便 , 在工业生产过程中常采用孔板 。 标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据设计 、 加 工 、 安装 , 无需检测和标定 , 可以直接投产使用 , 并可保证流量 测量的精度 。 2 （ 1） 测量原理 在管道中流动的流体 , 具有动压能和静压 能 , 在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换 , 但参加转 换的能量总和不变 。 用节流元件测量流量时 , 流体流过节流装 置前后产生压力差 p(p=p1-p2), 且流过的流量越大 , 节流装置 前后的压差也越大 , 流量与压差之间存在一定关系 ,

58、这就是差 压式流量传感器测量原理 。 图 11 - 35为节流件前后流速和压力分布情况 , 图中充分地 反映了能量形式的转换 。 由于流动是稳定不变的 , 即流体在同 一时间内通过管道截面 A和节流件开孔截面 A0的流体量应相同 , 这样通过截面 A0的流速必然比通过截面 A时快 。 （ 2） 流量方程式 假设节流件上游入口前的流速为 V1, 密 度为 1, 静压为 p1, 流过节流件时的流速 、 密度和静压分别为 V2、 2和 p2, 对于不可压缩理想流体 , 能量方程为 : 22 2221 vv 流体的连续方程为 : AV 1=A0V2 （ 11 - 31） 联立求解得到流量与压差之间的流

59、量方程式为 : 体积流量 2 0aAq v 质量流量 paAq m 20 式中 为流量系数 。 它与节流装置的结构形式 , 取压方式 , 节流装置开孔直径和管道的直径比以及流体流动状态 （ 雷诺 数 ） 等有关 。 对于标准节流装置 , 值可直接从有关手册中查 出 。 对于可压缩流体 , 例如各种气体及蒸汽 , 通过节流元件时 , 由于压力变化必然会引起密度 的改变 , 这时在公式中应引入 流束膨胀系数 , 公式应变为 : 1 0 2 Aaq v 10 2Aaq m 3 标准节流装置输出的差压信号由压力信号管路输送到差 压计或差压变送器 。 由流量基本方程式可以看出 , 被测流量与 压差 p成

60、平方根关系 , 对于直接配用差压计显示流量时 , 流量 标尺是非线性的 , 为了得到线性刻度 , 可加开方运算电路 。 差 压流量变送器应带有开方运算 , 使变送器输出电流与流量成线 性关系 , 这将在变送器内容里作介绍 。 三 电磁流量传感器是根据法拉弟电磁感应定律测量导电性 液体的流量 。 如图 11 - 36所示 , 在磁场中安置一段不导磁 、 不导电的管道 , 管道外面安装一对磁级 ,当有一定电导率的流 体在管道中流动时就切割磁力线 。 与金属导体在磁场中的运 动一样 , 在导体 （ 流动介质 ） 的两端也会产生感应电动势 , 由 设置在管道上的电极导出 。 该感应电势大小与磁感应强度

61、 、 管径大小 、 流体流速大小有关 。 vBDdt dE 式中 B-为磁感应强度 （ T） ; D-为管道内径 , 相当于垂直切割磁力线的导体长度 , m; V-为导体的运动速度 , 即流体的流速 , m/s; E-为感应电动势 , v。 体积流量 qv预留量流速 v vDq v 241 将式（ 11 - 37）代入式（ 11 - 36）可得 : vv kqqD BE 4 D Bk 4式中 K为仪表常数 , 磁感应强度 B及管道内径 D固定不变 , 则 K为常数 , 两电极 间的感应电动势 E与流量 qV成线性关系 , 便可通过测量感应电 动势 E来间接测量被测流体的流量 qV值 。 电磁流

62、量传感器产生的感应电动势信号是很微小的 , 须通 过电磁流量转换器来显示流量 。 常用的电磁流量转换器能把 传感器的输出感应电动势信号放大并转换成标准电流 （ 010 mA或 420 mA） 信号或一定频率的脉冲信号 , 配合单元组合 仪表或计算机对流量进行显示 、 记录 、 运算 、 报警和控制等 。 磁流量传感器只能测量导电介质的流体流量 。 适用于测 量各种腐蚀性酸 、 碱 、 盐溶液 , 固体颗粒悬浮物 , 粘性介质 （ 如泥浆 、 纸浆 、 化学纤维 、 矿浆 ） 等溶液 ; 也可用于各种有 卫生要求的医药 、 食品等部门的流量测量 （ 如血浆 、 牛奶 、 果汁 、 卤水 、 酒类

63、等 ） , 还可用于大型管道自来水和污水处理 厂流量测量以及脉动流量测量等 。 四 涡轮流量传感器 涡轮流量传感器类似于叶轮式水表 , 是一种速度式流量传 感器 。 图 11 - 37为涡轮流量传感器的结构示意图 。 它是在管 道中安装一个可自由转动的叶轮 , 流体流过叶轮使叶轮旋转 , 流量越大 , 流速越高 , 则动能越大 , 叶轮转速也越高 。 测量出叶 轮的转速或频率 , 就可确定流过管道的流体流量和总量 。 图 11 - 37 涡轮流量传感器结构示意图涡轮由高导磁的 不锈钢制成 , 线圈 3和永久磁钢 5组成磁电感应转换器 。 测量 时 , 当流体通过涡轮叶片与管道间的间隙时 , 流

64、体对叶片前后 产生压差推动叶片 , 使涡轮旋转 , 在涡轮旋转的同时 , 高导磁 性的涡轮叶片周期性地改变磁电系统的磁阻值 , 使通过线圈 的磁通量发生周期性的变化 , 因而在线圈两端产生感应电势 , 该电势经过放大和整形 , 便可得到足以可测出频率的方波脉 冲 , 如将脉冲送入计数器就可求得累积总量 。 在涡轮叶片的平均半径 rc处取断面 , 并将圆周展开成直线 , 便可画出图 11 - 38。 设流体速度 V平行于轴向 , 叶片的切线速度 u垂直于 v, 若 叶片的倾斜角为 , 便可写出 u= rc=v tan 或 （ 11 - 39） 式中 n-为涡轮的转速 ; -为涡轮的角速度 。 叶

65、片缝隙间的有效流通面积为 A, （ 11 - 40） a nr a wrv cc t a n 2 t a n AanrvAq cv t a n2 如涡轮上叶片总数为 Z, 则线圈输出脉冲频率 f就是 60nZ HZ, 代入式 （ 11 - 39） （ 11 - 41） 式中 -为仪表常数 , 。 涡轮流量传感器具有安装方便 、 精度高 （ 可达 0.1级 ） 、 反应快 、 刻度线性及量程宽等特点 , 信号易远传 , 且便于数字 显示 , 可直接与计算机配合进行流量积算和控制 。 它广泛应用 于石油 、 化工 、 电力等工业 , 气象仪器和水文仪器中也常用涡 轮测风速和水速 。 1 t a n

66、30 faz Arq c v 11.4 物位测量 一 物位是指各种容器设备中液体介质液面的高低 、 两种不 溶液体介质的分界面的高低和固体粉末状颗粒物料的堆积高度 等的总称 。 根据具体用途分为液位 、 料位 、 界位传感器 。 工业上通过物位测量能正确获取各种容器和设备中所储的物质 的体积量和质量 , 能迅速正确反映某一特定基准面上物料的相 对变化 , 监视或连续控制容器设备中的介质物位 , 或对物位上下 极限位置进行报警 。 物位传感器种类较多 , 按其工作原理可分为下列几种类型 : (1)直读式 根据流体的连通性原理测量液位 。 (2)浮力式 根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸 沉在液体中的浮子 （ 或称沉筒 ） 的浮力随液位高度变化而变 化的原理测量液位 。 (3)差压式 根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生 的静 （ 差 ） 压力的变化的原理测量物位 。 (4)电学式 把物位变化转换成各种电量变化而测量物位 。 (5)核辐射式 根据同位素射线的核辐射透过物料时 , 其强 度随物质层的厚度变化而变化的原理测量液位 。 (6)声学式根据物位变化引起声阻抗和反射距离变化而 测