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5热功测量
注册暖通设备工程师考试，内容有： 1. 测量技术的基础知识 2. 温度的测量 3. 湿度的测量 4. 压力的测量 5. 流速的测量 6. 流量的测量 7. 液位的测量 8. 热流量的测量 9. 误差与数据处理 ，可直接打印
编辑于2023-05-11 16:48:03- 注册暖通设备工程师考试
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热工测量
1. 测量技术的基础知识
1. 测量精度与测量误差
测量精度
1. 精密度
对同一被测量在相同条件下，使用同一仪表、由同一操作者进行多次测量
测量值重复一致的程度，或者说测量值分布密集的程度
随机误差。随机误差小精密度高:随机误差大，精密度低
2. 准确度
对同一被测量进行多次测量
测量值偏离真值的程度
系统误差。系统误差小准确度高;系统误差大，准确度低。
3. 精确度（精度）
精密度和准确度的综合反映。若已修正所有定系统误差，则精度可用不确 定度表示。
测量误差
1. 定义
测得值与被测量真值之间的差异叫做测量的绝对误差，简称测量误差。
2. 分类
误差按照表示方法分：绝对误差和相对误差
对于相同的被测量，用绝对误差评定其测量精度的高低。但对于不同的被测量，则采用相对误差来评定。
按测量误差的性质分
1. 系统误差
1. 定义：在相同测量条件下，对同一被测量进行多次测量， 误差的绝对值和符号保 持不变，或按一定规律化 ，这类误差称为系统误差
2. 特点：测量条件不变，系统误差即不变，用多次测量取平均值无法消除或改变。当条件改变时，系统误差随之遵循某种确定的规律变化，具有可重复性。
3. 系统误差的大小直接关到测量结果准确度。
4. 产生的原因
1. 测量仪器设计原理及制作上的缺陷
仪表本身不准确
刻度偏差或指针安装偏心，使用过程中零点漂移，安放位置不当
2. 测量环境变化
测量时环境条件如温度、湿度及电源电压与仪器使用要求不一致等
3. 测量方法不完善
采用近似的测量方法或近似的计算公式等
4. 观测者本人的操作不当
估计读数时习惯偏于某一方向等原因所引起的误差
工具、方法、环境、人
2. 随机误差
1. 定义
无一定的规律，完全是随机的，故称为随机误差或偶然误差
2. 特点
1. 单次测量而言，随机误差无规律，其大小和方向完全不可预定;多次测量，其总体服从统计学规律，多数情况下符合正态分布
2. 有界性: 在多次测量中误差绝对值的波动有一定的界限
3. 对称性：当测量次数足够多时，正负误差出现的机会几乎相同;
4. 抵偿性: 随机误差的算术平均值趋于零
3. 原因
1. 零部件配合的不稳定、摩擦、接触不良等
2. 温度及电源电压的无规则波动，电磁干扰，地基振动等
3. 测量人员感觉器官的无规则变化而造成的读数不稳定等
4. 通过多次测量取平均值来减少对测量结果的影响，或者用其他数理统计的办法对随机谋差加以外理
3. 粗大误差
1. 定义
由于测量者的人为过失或偶然的一个外界干扰所造成的误差，称为粗大误差或过失误差
2. 特点
1. 较大的系统误差或随机误差可视为粗差
2. 当电磁干扰引起的误差数值较小时，可按随机误差取平均值加以处理:
3. 当影响较大且有规律可循时，可按系统误差引入修正值加以处理
3. 原因
1. 测量方法不当或错误
例如用大量程的流量计测量小流量
2. 测量操作疏忽和失误
例如未按规程操作，读错读数或单位，或记录及计算错误等
3. 量条件的突然变化
例如电源电压突然增高或降低，雷电干扰，机械冲击等引起测量仪器示值的剧烈变化等
4. 剔除坏值方法: 拉伊特准则 ( n > 10 )、格拉布斯准则 ( n < 10 )
3. 消除误差
1. 系统误差远大于随机误差的影响，此时可基本上按纯粹系差处理，而忽略随机误差
2. 系差极小或已得到修正，此时基本上可按纯粹随机误差处理
3. 系差和随机误差相差不远，两者均不可忽略，分别处理，然后估计其最终的综合影响。
2. 常见测量方法
1. 按测量结果产生的方式
1. 直接测量
2. 间接测量
例如皮托管测流速、流量等
3. 组合测量
例如，用铂电阻温度计测量介质温度
2. 按测量条件分
1. 等精度测量
2. 不等精度测量
3. 仪表的测量范围与测量精度
1. 测量范围（量程）：
在数值上等于仪表测量上限值减去仪表测量下限值，用Lm表示
被测量在满刻度的2/3左右
2. 测量精度
1. 仪表的基本误差sj: 仪表测量值中的最大示值绝对误差Dm与仪表量程Lm之比值
2. 仪表精度
1. 仪表工业规定基本误差去掉“%”的数值定义为仪表的精度等级，简称精度。
2. 我国工业仪表等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级，并标志在仪表刻度标尺或铭牌上
3. 仪表的sj越大，表示它的精确度越低;反之，仪表的sj越小，表示仪表的精确度越高
3. 精度等级的应用
1. 定级问题:定级定次级，数值越大级越低
2. 选表问题
选表原则: 选表选好表，数值越小表越好
4. 静态特性和动态特性
1. 仪表的静态特性
灵敏度（仅适用指针式）
仪表输出变化量(指的直线位移或角位移)与引起此变化的输入量（被测量)的变化量之比值称灵敏度
灵敏限、线性度、变差
2. 仪表的动态特性
时间常数T
反映仪表的惯性大小，时间常数T越小，仪表惯性就越小，其动态特胜就越好。
5. 传感器
1. 定义
传感器是对各种非电物理量，如压力、温度、湿度、物质成分等敏感的敏感元件。
2. 被测量与转换量是单值函数关系，还应具有准确重复性。
3. 非被测量的量影响要小，对要测量的被测量以外的量，不输出或输出信号很小，以致可以忽略不计。
4. 只对被测量的变化敏感。
5. 本身消耗能量小，即应尽量少地消耗被测量的能量，测量过程中不干扰或尽量少千扰被测介质的状态
6. 变换器
定义
把传感器的输出信号转换为可以被控制或者测量仪表所接受标准。
要求
对变换器的要求：性能稳定，精确度高使信息损失最小。
包括：压力变送器、温度变送器、浓度变送器、流量变送器、湿度变送器、电量变送器
2. 温度的测量
1. 温度与温标
温度
定义：温度是表征物体冷热程度的物理量
温标
1. 定义：用来衡量温度高低的标准尺
2. 三要素
温度计、固定点、内插方程
3. 摄氏温标
标准大气压下纯水的冰点是0C ，沸点为100C ，而将汞柱在这两点间等分为100等分，每一等分为摄天1度，标记为°C。
4. 华氏温标
标准大气压下纯水的冰点温度为32F，沸点温度为212F，中间划分180等分，每一等分称为华氏1度，标记为F。
5. 热力学温标
仅与热量有关而与测温物质无关的温标，是一种理想温标，不可能实现的。
6. 国际温标
1. 紧密接近热力学温标
2. 规定水的三相点热力学温度为273.16K，合0.01℃
3. T=t+273.15
2. 测量方式
接触式
膨胀式
液体、气体、固体式
热电偶
电阻式
热电阻、热敏电阻
局限性：1、测温范围受限，不超过2800°C；2、破坏温度场，测得的温度为温度场被破坏后的温度(如壁面温度测量)；3、难以测量运动体温度，尤其转动体
非接触式
热辐射式
辐射式、亮度式、比色式
克服以上缺点，且相应快、灵敏度高
3. 热电偶测温原理及应用
1. 原理
热电偶是通过测量动势来实现温的
2. 热电势
1. 术语
热电偶、热电势EAB、热电极、测量端（工作端、热端）、参考端（自由端、冷端）
2. 公式：电动势=接触电势(帕尔贴电动势) +温差电势 (汤姆逊电动势)
3. 接触电势(帕尔帖电势)(两个不同导体)EAB（t）
结论：接触电势大小只与点温度的高低以及导体 A和B的电子密度有关。
温度越高，接触电动势越大;两种导体电子密度的比值越大，接触电动势越大。
4. 温差电势(汤姆逊电势)(同一导体)EA（t，t0）
结论：温差电势大小只与导体性质和两端温度有关
5. 结论
1. 凡是两种不同性质的导体材料皆可制成热电偶
2. 热电偶所产生的热电势EAB( T，T0）在热电极材料一定的情况下，仅决定于测量端和参考端的温度，而与热电极的形状和尺寸无关
3. 热电偶参考端温度必须保持恒定，最好保持为0°C
6. EAB( T，T0）=EAB( T）-EAB(T0）
温差电势 远小于接触温差电势
3. 三大定则
1. 均质导体定律
电偶必须由两个不同质的材料组成
同一导体回路是否有热电势可用来判定导体是否均质
2. 中间导体定律
由两 种不同导体构成的热电偶回路中，接入第三种导体，只要保持端温度相等，则对回路热电势没有影响。
3. 中间温度定律
热电偶回路中，热端温度为t、冷端为t0 时的热电势，等于此热电偶热端为t、冷端为tn ，及同一热 电偶热端为tn 、冷端为t0 时热电势的代数和。
4. 热电偶材料、分类与构造
热电偶材料
理论上任意两种导体或半导体都可以组成热电偶，但实际上为了使热电偶稳定性好，具有足够的灵敏度、可互换性以及一定的机械强度等性能
要求
1. 在测温范围内，热电性质稳定，不随时间和被测介质变化。物理化学性能稳定，不易氧化或腐蚀
2. 电导率要高，电阻温度系数要小
3. 组成的热电偶的热电势随温度的变化率要大，并且希望该变化率在测温范围内接近常数(即反应曲线呈线性)。
4. 材料的机械强度要高，复制性要好，复制工艺要简单，价格便宜
分类
1. 廉金属热电偶
1. T型(铜一康铜)热电偶
在贱金属热电偶中它的准确度最高，热电极丝的均匀性好。它的使用温度范围是-200~350℃因铜热电极易氧化，并且氧化膜易脱落，故在氧化性气氛中使用时，一般不超过300C。在低于-200C以下使用时，
2. K型(镍铬一镍铝或镍硅)
适于在氧化性及惰性气氛中连续使用。短期使用温度为1200C，长期使用温度为1000°C。
3. E型(镍铬一-康铜)
在常用热电偶中其热电动势率最大，即灵敏度最高。使用中的限制条件与K型热电偶相同。它适宜在-250~870C范围内的氧化或惰性气氛中使用，尤其适宜在0C以下使用。而且在湿度大的情况下，较其他热电偶耐腐蚀
4. J型(铁一一康铜)
价格便宜。既可用于氧化性气氛(使用温度上限为750C)，也可用于还原性气氛(使用温度上限为950°C)。不能在高温( 540C)含硫的气氛中使用。
2. 贵金属热电偶
S（准确度等级最高）、R（热电动势极小）、B型
3. 非标准化热电偶
钨一一休系、钨一铱系、镍铬一金铁、镍钻一-镍铝、非金属热电偶
注意事项
充分接触、机械强度、灰尘、长期工作、绝缘电阻下降、冷端温度的补偿和修正、避免电磁感应
4. 热膨胀效应测温原理与应用
膨胀式温度计分类
液体膨胀式
注意： 1）零点漂移； 2）露出液柱的校正（不能全部浸入介质导致误差）
固体膨胀式
准确度等级1.0~2.5级，测温范围在-60~500C
压力式温度计
工作介质：气体(测温范围: -80~550C )、液体(测温范围: -40~550C) 或蒸汽测温范围: -20~200C
5. 热电阻测温原理
1. 原理
利用导体或半导体的电阻随温度变化而改变的性质
宏观上表现出 电阻率变大，电阻值增加
2. 缺点
不能测量太高的温度;需外电源供电，使用受到限制:连接导线的电阻易受环境温度的影响，会产生测量误差
3. 公式
a=（Rt-R0）/Rt0/（t-t0）=DR/（Rt0Dt）
a电阻温度系数（1/℃）
α越大 ，金属纯度高其电阻温系数越大 ，
半导体材料的电阻温度系数一般为负值
4. 常见热电阻材料
铂热电阻
在0℃，公式改变。范围-200~850℃
铜热电阻
高于100℃的气体中易被氧化。范围-50~150℃
鎳热电阻
200左右具有特异点。范围150℃以下
半导体热敏电阻
阻值与温度的关系呈非线性；互换性差；除高温热敏电阻外，不能用于350℃以上的高温
5. 热电阻分度号
Pt100表示在0℃时的阻值是100W，即R0=100W
6. 使用方法
二线
有引线电阻误差
三线
消除引线电阻误差
四线制
测量精度高
6. 辐射温度计
1. 单色辐射高温计
1. 当温度升高时，单色辐射强度要比全辐射能量的增长快得多，即单色辐射光学高温计比全辐射高温计灵敏度高，测量准确度高
2. 为了使光学高温计具有通用性，一般将单色辐射高温计按绝对黑体(el =1)的温度进行刻度
3. 因为el总是小于1的，所以测得的亮度温度总是低于物体实际温度的。且el越小，亮度温度与实际温度之间的差别就越大。
4. 注意事项
1、非黑体辐射的影响: 管子长度与内径之比不小于10； 2、中间介质的影响: 光学高温计与被测物体之间的距离在1~2m之内比较合适被测对象的限定: 3、不宜测量反射光很强的物体;不能测不发光的透光火焰
5. 灯丝隐灭光学高温计: 典型的单色辐射光学高温计-所有辐射式温度计准确度最高:
6. 光学高温计是根据被测物体光谱辐射亮度随温度升高而增加的原理，采用亮度比较法实现对物体的测温
2. 全辐射高温计
全辐射高温计按绝对黑体进行分度 用其测实际物体时，示值并非真实温度，而是被测物体的辐射温度
被测量物体实际温度T=
注意事项
1)全辐射体的发射率随物体的成分、表面状态、温度和辐射条件的不同而不同，应尽可能准确地确定被测物体的e，以提高测量的准确度: 2)被测物体与高温计之间的距离L和被测物体的直径D之比 (L/D) 有一定的限制: (3) 使用时环境温度不宜太高，否则会引起热电堆参比端温度升高而增加测量误差
3. 光学高温计和全辐射温度计缺点
受实际物体发射率的影响和辐射途径上各种介质的选择性吸收辐射能的影响。
4. 比色温度计
特点
1. 准确度高，响应快，可观察小目标(最小可到2mm)
2. 可在有烟雾、灰尘或水蒸气等环境中使用时，因这些媒质对入1及 入2的光波吸收特性差别不大，即由媒质吸收所引起的误差很小。对于光谱发射率与波长无关的物体(灰体)可直接测出其真实温度。上述优点都是其他类型的光测高温计所没有的。
7. 温度变送器
电动温度变送器
1. 利用热电偶或热电阻温度传感器把被测温度值转换为电压或电流信号，再经过放大和转换处理为可远距离传输的标准电压或电流信号。这样的温度测量变送器称为电动温度变送器。
2. 可把热电阻输出的电阻值转换成直流毫伏信号，并起着仪表整机调零和零点迁移作用
3. 对热电偶起冷端补偿作用
4. 还可远距离输出标准电压4 ~ 20 mV，标准电流4一20 mA DC（直流）
5. 可以构成具有负反馈的闭环系统
8. 测温布置技术
接触式测温仪表所得的温度都由测温（感温）元件来决定
3. 湿度的测量
1. 湿度的基本概念
湿度是表示空气干湿程度的物理量
绝对湿度
相对湿度
含湿量
2. 干湿球温度计测量原理
1. 原理
干湿球温度差效应
是指在潮湿物体表面的水分蒸发而冷却效应。
2. 冷却的程度取决于周围空气的相对湿度、大气压力、风速
3. 普通干湿球湿度计
湿球温度差的大小与被测空气的相对湿度有关，相对湿度越小，干湿球温度差越大。反之亦然。若为饱和空气，干湿球温度差为零。
风速越大，湿纱布与周围空的热湿交换越充分，测量的误差就小些。
特点
无风速控制，无屏蔽辐射;水易污染;测量误差较大
湿球温度计安装时，要求温度计的球部离开水杯上沿至少2 ~ 3cm;
应使湿球温度计周围空气流速保持在2.5m/s以上，使A为常数
3. 干湿球温度电学测量和信号传送传感
通风干湿球湿度计
特点
湿球附近风速固定在2.5m/s；金属套管屏蔽辐射；蒸留水随时滴入
测量桥路原理
1. 测量电桥是由两个不平衡电桥接在一起组成的一个复合电桥
两电桥完全对称相等，两电桥的输出端通过子放大器输入端反向串联
复合电桥输出两点间的电位差将取决于Rg和Rs的温度差， 也就是取决于被测空气的相对湿度。
2. 采用是镍电阻温度计:
3. 不平衡电压是干、湿球温度的函数轴流通
4. 风机是为了维持恒定风速气流
4. 露点仪 露点温度计
1. 露点法湿度测量
露点温度：将被测空气冷却，当湿空气冷却到水蒸气达到饱和并开始凝结出水分时所对应的温度
保证露点法测量温度精确的关键，是如何精确地测定水蒸气开始凝结的瞬间空气温度
2. 露点温度计
主要缺点
当冷却表面上出现露珠的瞬间，需立即测定表面温度，但一般不易测准，而容易造成较大的测量误差。
3. 光电式露点温度计
1. 其核心是一个能反射光的可以自动 调节温度的金属露点镜和光学系统
2. 关键词
1. 开始时镜面温度 高于气体的露点
2. 通过光电桥路进行比较；直流电流
3. 电流越大，制冷量越大，露点镜的温度就越低
4. 最后使露点镜的温度达到动态平衡时，即为被测气体的露点温 度
3. 影响测量精度的因素
高度光洁的露点镜;高精度的光学与热电制冷调节系统
4. 测量精度高，可测量高压、低温、低湿气体，但采样气体需洁净，不得含烟尘、油脂等污染物。
5. 氯化锂电阻湿度计
1. 吸湿法度测量
某些盐类放在空气中，其含湿量与空气的相对湿度有关:而含湿量大小又引起本身电阻的变化。因此可以通过这种传感器将空气相对湿度转换为其电阻值的测量。
2. 氯化锂是一种在大气中不分解、不挥发，也不变质而具有稳定的离子型无机盐类。
3. 其吸湿量与空气相对湿度成一定函数关系
4. 工作原理
当空气相对湿度增加，氯化锂溶液吸湿量随之增加，吸收水汽后，使导电的离子数增加，因此导致电阻的降低;反之，则使电阻增加。
5. 每一传感器量程较窄，一般为15%~20%，为扩大测量范围，可采用多片组合传感器。一般相对湿度在15%~95%测量范围内，需采用多片氯化锂感湿元件的组合，分别适应不同的相对湿度
6. 限制
环境温度对输出影响较大，最高使用温度55C，当大于55°C，氯化鲤溶液容易蒸发
测头互换性差，使用时间长后，测头会产生老化问题。
不允许使用直流电源，以防氯化鲤溶液电解
使用环境应保持空气清洁，无粉尘、纤维等
有结露时易失效，特别适合空调系统使用
6. 氯化锂露点湿度计
1. 氯化钾露点湿度计是利用氯化钾溶液吸湿后电阻减小的基本特性来测量空气湿度的仪表
2. 不收被测量气体温度的影响
3. 可远距离测量与调节
7. 陶瓷电阻、电容湿度计
1. 电容湿度计
1. 工作原理:电容湿度传感器是通过电化学方法在金属铝表面形成一层氧化膜，进而在膜上沉积一薄层金属。这种铝基体和金属便构成一个电容器。
2. 氧化铝吸附水汽之后会引起电容的变化 (与相对湿度呈线性关系）
3. 传感器核心部分是吸水的氧化铝层，其上布满平行且垂直于其平面的管状微孔，它从表面一直深入到氧化层的底部。
4. 氧化铝层具有很强的吸附水汽的能力。
5. 电子线路产生与相对湿度成比例的电压信号，即0~10V、DC标准信号,用于指示相对湿度
2. 陶瓷电阻湿度计
1. 传感器阻值的对数值与湿度的关系为线性
2. 传感器有一定的温度系数，还需进行温度补偿
3. MgCr204-Ti02(氧化镁复合氧化物-二氧化)陶瓷湿度传感器(受环境温度的影响、镍铬丝加热线圈减少测量误差，使用前加热1分钟，消除油污及有机蒸气等的污染)
4. Ni0陶瓷湿度传感器(响应时间长、稳定性好、寿命长、对丙酮及苯等蒸气有抗污染能力)
5. Ti02-V205陶瓷湿度传感器（受环境温度的影响、铁铬丝加热线圈减少测量误差，适用于高温)
8. 毛发湿度计
1. 毛发长度的变化，与相对湿度有关
2. 结构简单、价格低廉，但精度不高(一般为5%RH)，还存在着滞后现象。一般在使用前需要进校正
9. 露点仪测试布置技术
干湿球温度计一般只能在冰点以上的温度下使用，测湿须保证湿球附近稳定的风速(一般取2.5m/s)否则可能产生较大的测量误差。
测湿装置应置于通风处，避开水滴飞溅和水蒸气的干扰
4. 压力的测量
1. 压力计
1. 液柱式
1. 介绍
1. 原理
流体静力学原理，利用液柱所产生的压力与被测压力平衡
2. 特点: 结构简单，使用方便，准确度比较高常用于测量低压、负压、 差压。
3. 缺点:体积大，读数不方便，玻璃管易损坏
2. 分类
1. U型管压力计
提高工作液密度将增加压力的测量范围，但灵敏度要降低
2. 单管式压力计
3. 斜管式压力计
倾斜角a不得小于15°
2. 活塞式压力计
将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。它普遍地被作为标准仪器用来对弹性压力计进行校验和刻度
活塞式压力计具有量程宽、准确度高、使用方便等特点，在科研单位及计量部门有广泛的应用
3. 弹簧式压力计
介绍
原理
弹性感压元件在被测压力的作用下，产生弹性变形，变形的大小与被测压力成正比关系，制成的测压仪表。
特点
结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传
分类
1. 弹簧管式
1. 自由端的位移转换成指针的角位移
2. 被测压力波动较大场合，仪表示值应控制在量程的1/2附近:被测压力波动小时，仪表示值可在量程的2/3左右，但被测压力值一般不应低于量程的1/3。
2. 膜片式
1. 当膜片的位移很小时，中心的位移和被测压力的之间有良好的线性关系
2. 常用于测量腐蚀性介质或非凝固、非晶体粘性介质的压力
3. 可以增大膜片中心位移，提高测压灵敏度。 还把多个盒串接在一起，形成膜盒组
3. 波纹管式
波纹管受压时的线性输出范围比受拉时大，因而常在压缩状态下工作
波纹管的特点是灵敏度高(特别是在低压区)，迟滞误差较大
4. 压电式压力计
1. 原理：压电效应
当压力作用于膜片时，压电元件由于受力而产生电荷，电荷经放大可转换成电压或电流输出，输出值的大小与输入压力成正比关系
2. 特点
结构简单、紧凑，小巧轻便，工作可靠，具有线性度高量程范围大等优点，且通常没有滞后现象
3. 缺点
但是由于产生的电荷量少，因此后续需加高阻抗的直流放大器。由于晶体边缘上存在漏电现象，因此不能用于稳态测量
4. 应用
广泛应用于冲击、振动及动态力的测量
2. 压力传感器
1. 压阻式压力传感器
1. 原理
压阻效应
半导体或金属，受应力作用，其电阻率发生变化
2. 材料
半导体、铂、锰、康铜、钨
3. 要求
电阻与压力线性关系; 电阻温度系数小
4. 特点
精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单等特点，可以适应恶劣的环境条件下工作，便于实现显示数字化。
2. 电容式压力传感器
1. 原理
以弹性元件作为电容器的活动极板，通过极板间距离将压力变化转化为电容量的变化。
2. 电容量
由它的两个极板的大小、形状、相对位置和电介质的介电常数决定。
3. 特点
有结构简单、所需输入能量小、没有摩擦、灵敏度高、动态响应好、过载能力强、自热影响极小、不宜用于有腐蚀性或杂质的流体中、不能实现对被测气体或液体的隔离。
4. 分类
1. 单电容式
由圆形薄膜和固定电极构成。
减小膜片的直接受压面积提高灵敏度;
适用于测量动态高压和对飞行器进行遥测
2. 差动电容式
为了提高传感器的灵敏度和改善其输出的非线性,实际应用的电容式压力传感器常采用差动的形式
当Dd/d <<1时,电容量的变化量与位移增量成近似的线性关系DC~Dd
3. 霍尔应变传感器
1. 原理
霍尔效应，把压力作用下所产生的弹性元件的位移信号转变成电势信号，通过测量电势来得到压力
2. 当输入压力是正压时，霍尔片向上运动;当输入压力是负压时，霍尔片向下运动，此时输出的霍尔电势正负也随之发生相应变化。
3. 公式VH=KHIB，KH=RH/d×f（l/d）
内部因素
灵敏度KH
霍尔片的材料、结构尺寸，并与厚度d呈反比
霍尔系数RH
电阻率、载流子迁移率、霍尔元件所处的环境温度
外部因素
控制电流I
磁感应强度B
4. 霍尔片对温度敏感，需进行温度补偿。
5. 需保证流过霍尔片的电流恒定。
4. 力平衡式压力传感器
测量机构
差压转换成力
杠杆系统
力产生的力矩转换成微小位移
位移检测放大器
位移转换成直流信号
电磁反馈机构
电流转换成电磁反馈力
3. 压力表的选用和安装
1. 量程的选择
1. 一般在被测压力较稳定的情况下，最大工作压力不超过仪表满量程的2/3
2. 在被测压力波动较大例如测脉动压力时，最大工作压力不应超过仪表满量程的1/2
3. 为了保证测量准确度，最小工作压力不低于满量程的1/3。
2. 精度的选择
主要根据生产允许的最大误差来确定，即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应不小于仪表的基本误差
3. 安装
1. 取压口
气在上，液在下，蒸汽在中
2. 导压管
3. 压力、压差计的安装
在测量液体的较小压力时，若取压管与仪表(测压口) 不在同一水平高度，则应考虑液柱静压校正。
5. 流速的测量
1. 分类
1. 机械法测量流速
转杯风速仪
叶轮的旋转速度与流体的流速成正比
2. 散热率法测量流速
热线(球) 风速仪
传感器的散热率与流体流速成正比例
3. 动压法
毕托管
利用流体的压力或压力差获得流速信号
4. 激光流速测量
利用随流体运动的微粒散射光的多普勒效应获取速度信号
2. 机械法测量流速
1. 叶轮按形状分
翼型和杯型
2. 尤其适 用于相对湿度 较大的气流速的测定
3. 必须保证风速仪的叶轮全部放置于气流流速中
4. 杯式风速仪能测定流速平均值；翼式风速仪可测量脉动的气流和速度的最大值、最小值及流速平均值
3. 热线(球) 风速仪
1. 原理
是将发热的测速传感器置于被测流体中，利用发热的测速传感器的散热率与流体流速成比例的特点，通过测定传感器的散热率来获得流体的流速
2. 构成
探头、信号和数据处理系统构成
探头选用热敏电阻材料，结构上分热线和热膜两种形式
3. 公式
考虑到热线材料的电阻温度特性，热线电阻 Rw与其温度Tw是一一对应的，因此在流体温度一定的条件下流体的流速仅仅是热线电流和热线温度的函数，
v= f(I,Tw) 或者 v=f(I,Rw)
4. 恒流式
通过带热体的电流恒定
恒流式因热线热惯性的影响，存在灵敏度随被测流体流动变化频率减小而降低，而且会产生相位滞后等缺点。
5. 恒温式
带电体温度恒定
测量电流变化，反应快，时间常数小，热滞后效应小，频率响应宽(1MHz)
恒温式比恒流式应用更广泛
6. 优点
1. 体积小，对流场干扰小;
2. 适用范围广。不仅可用于气体也可用于液体，在气体的亚声速、跨声速和超声速流动中均可使用，除了测量平均速度外，还可测量脉动值和湍流量: 除了测量单方向运动外还可同时测量多个方向的速度分量。
3. 测量精度高，重复性好。
7. 缺点
热线测速仪的缺点是探头对流场有一定干扰，热线容易断裂
4. 动压法
公式
不可压缩
v=
可压缩
v=
r=
毕托管
标准毕托管测量精度较高，使用时不需要再校正。在测量含尘浓度较高的空气流速时容易被堵塞。
标准毕托管主要用于测量清洁空气的流速，或对其他结构型式的毕托管及其它流速仪表进行标定。
笛形管测速
主要用于测量大尺寸流道内的平均动压，可得到平均流速
测量高含尘量气流的毕托管
吸气式皮托管主要用于高含尘量的负压管道气流压力的测量
遮板式是依靠遮板来阻止灰尘直接进入测量管
靠背式是因为测压管孔径较大而不易堵塞
5. 测速仪
1. 二维流速的测量
气流方向和气流速率测量
要求方向管或复合管对气流方向的变化尽量敏感。
2. 圆柱形三孔测速仪
1. 当两侧的方向孔感受到的压力相等时，则认为气流方向与总压孔的轴线重合
2. 两侧方向孔所在的位置应该对气体的流动方向十分敏感，
3. 两个方向孔在同一平面内按90°的夹角布置，总压孔则布置在两个方向孔的角平分线上。
4. 流速的大小根据总压孔压力 (P2 ）与方向孔压力 (P 1）之间的压力差进行计算的
3. 三管形测速仪
两侧方向管的斜角要尽可能相等:斜角可以向外斜，也可以向内斜:
在相同条件下，外斜的测压管(压差为动压的4倍)比内斜(压差为动压的1倍)的灵敏度高。
6. 流速测量布置技术
中间矩形法
警道截面划分成若千个面积相等的小矩形，小矩形每边长度为200mm左右，小矩形的中心布置测点，即为特征点的位置
等面积法
在每一个圆环内布置测点，测点所在圆周恰将圆环面积平分，推荐均布四个
第i个测点半径ri=
i一从圆心算起，第i个等截面圆环序号；n一管道等截面的等分数
6. 流量的测量
1. 按测量原理分类
1. 差压式流量计
主要利用管内流体通过节流装置时,其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。如标准节流装置等.
2. 速度式流量计
主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。如叶轮式水表和涡轮流量计等
3. 容积式流量计
主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累计的原理。如椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。
4. 其它类型流量计
如基于电磁感应原理的电磁流量计、涡街流量计等
2. 差压式
1. 差压式流量计也叫节流式流量计
全部流量计中唯一无须实验校准而可确定差压与流量的关系，并可估算其测量误差的仪表。
2. 结论
1. 节流装置造成流束的局部收缩
2. 产生静压力差Dp
3. 由于局部收缩形成涡流区引起流体能量损失，造成不可回复的压力损失
3. 公式
不可压缩
qm=
可压缩
qm=
1、流量系数a与节流装置的形式、取压方式、雷诺数Re、节流装置开口截面比(m=A0/A，为节流件开孔面积与管道流通载面之比) 和管道内壁粗糙度等有关 2、当节流装置形式和取压方式决定之后，流量系数就取决于雷诺数和开孔截面比 3、实验表明在一定形式的节流装置和一定的截面比值条件下，当管道中的雷诺数大于某一界限雷诺数时，流量系数不再随雷诺数变化，而趋向定值。
4. 标准节流装置
1. 适用范围
1. 流体必须是 牛顿流体，均匀的、单相的，
2. 流体必须充满管道和节流装置且连续流动，充分紊流，流束平行于管道轴线且无旋转流经节流件时不发生相变。
3. 流动是稳定的或随时间缓变的。
2. 标准节流元件
孔板
角接取压、法兰取压
喷嘴
角接取压
文丘里
角接取压
3. 取压方式
理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压
目前广泛采用的是角接取压法，其次是法兰取压法
5. 非标准
脏污介质、低雷诺数流体、多相流体、非牛顿流体或小管径、非圆截面管道等流量测量问题
3. 容积式
是流量仪表中精度最高的一类
优点:测量精度高，量程比宽，对直管段无要求，适合高粘度介质测量
缺点:对被测流体中的污物较为敏感，且较为笨重
椭圆齿轮、腰轮、活塞式、括板式流量计
4. 速度（涡轮）式
工作原理:在一定范围内，涡轮的转速与流体的平均流速成正比，通过磁电转换装置将涡轮转速变成电脉冲信号，以推导出被测流体的瞬时流量和累积流量
优点
对流量变化反应迅速，可测脉动流量
抗干扰能力强，信号便于远传及与计算机相连
缺点
制造困难，轴承易磨损，寿命低成本高
适用场合
测量精度要求高、流量变化快的场合，还用作标定其他流量的标准仪表。
5. 电磁流量计
流体的流速V或流量Q与感应电动势E 的大小成正比关系
优点
压力损失非常小；适合测量各种特殊液体的流量；测量准确度可达0.5级;且输出与流量成线性关系；对直管段要求不高，使用比较方便； 无机械惯性，反应灵敏可以测量脉动流。
缺点
只能测量具有一定电导率的液体流量，一般要求电导率5*10-4s/m,不能测量气体、蒸汽、含大量气体的液体、石油制品或有机溶剂等。
不能用于测量高温介质(一般工作温度不超过200C)，无特殊处理不能测低温介质
不能用于测量非均质和非满管流 (非满管流电磁流量计外)的液休
6. 涡街流量计
原理
每一列漩涡产生的频率f 与漩涡发生体的形状和流体流速u 有确定的关系
频率的测量
流体在下侧产生漩涡，下侧压力 >上侧压力
流体在上侧产生漩涡，上侧压力 > 下侧压力
交替压力变化一流体脉动流动一电阻丝交替冷却一阻值改变一脉冲信号
优点
使用寿命长，压力损失小，安装与维护比较方便，特别适宜大口径管道流量检测;
测量几乎不受流体参数(压力、温度、黏度、密度)变化的影响，只与流速有关;
易与数字仪表或计算机接口，对气体、液体和蒸汽介质均适用。
缺点
流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度
流量计前后有足够长的直管段
7. 转子流量计
(恒压降变截面流量计)节流元件前后差压不变，面积变化
公式
qv=
流量系数a，转子与锥形管间的环形流通面积A，流体密度r，压差DP
刻度校正
仪表厂在工业标准状态下，以空气标定测量气体流量的仪表;以水标定测量液体流量的仪表。若被测介质不是水或空气，则流量计的指示值与实际流量值之间存在差别，必须对流量指示值按照实际被测个质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行刻度修正。
如果测量流体和标定流体相同，但需要改变仪表量程时，可由改变转子材料，即改变转子密度来实现。量程扩大后灵敏度降低，相反则灵敏度增大。改变前后的转子应满足几何相似条件。
7. 液位的测量
1. 直读式测液位
利用连通器的原理，将容器中的液体引入带有标尺的观察管中，通过标尺读出液位高度。
玻璃管液位计:适用于无压或极低压液位测量
电接点式液位计
汽和水中的电极电阻值有很大差别，炉水电阻率小于蒸汽电阻率
主要误差来源
散热引起的误差(连通式共有)
不连续指示引起的误差 (盲区 )
2. 压力法测液位
依据液体重量所产生的压力进行测量
3. 浮力法测液位
原理
依据力平衡原理
分类
钢带浮子式液位计(恒浮力法)
浮筒式液位（变浮力法）
液位高度变化与弹簧变形量成正比
4. 电容法测液位
原理
利用液位高低变化影响电容器电容量大小的原理进行测量C=eS/d
电容式低温液面计改变的是介电常数
平板形电容式液面测量计、同心圆柱式电容器
不仅可作液位控制器，还能用于连续测量
对导电介质和非导电介质都能测量，还能测量有倾斜晃动及高速运动的容器的液位
5. 超声波法测液位
原理
逆压电效应
正压电效应
优点
与介质不接触；超声波传播速度比较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等对检测几乎无影响
适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊场合的液位测量
不仅可进行连续测量和定点测量，还能方便地提供遥测或遥控信号;
能测量高速运动或有倾斜晃动的液体的液位，如置于汽车、飞机、轮船中的液位
缺点
当超声波传播介质温度或密度发生变化，声速也将发生变化，对此超声波液位计应有相应的补偿措施否则严重影响测量精度
6. 布置及消除误差的方法
零点迁移
就是为克服在安装过程中,由于变送器取压口与容器取压口不在同一水平线产生的零点偏移.而采取的一种技术措施。
判断正负迁移，令H=0，DP=P+-P-
DP=0 无迁移
DP＞0 正迁移
DP＜0 负迁移
8. 热流量的测量
通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关
热流计分类
热阻式
以导热方式传递的热流密度
q=CE，C=ld/C/
提高灵敏度措施：提高热阻d/l；提高热电偶系数C/（串联热电偶）
辐射式
热水热量的测量
组成
流量传感器
叶轮式
超声波式
电磁式
温度传感器
计算器
9. 误差与数据处理
1. 误差函数的分布规律
单次测量随机误差没有规律.但当进行大量等精度测量时，随机误差服从统计规律
有界、单峰、对称、抵偿
2. 直接测量的平均值、方差、标准误差、有效数字和测量结果表达 (1题)
四舍六入五单双，奇进偶不进
3. 测量结果表达(1题)
1. 列表
2. 计算算数平均值、残差
3. 计算标准差、算数平均标准差
4. 表达式
标准差是衡量测量手段精密度的指标 算数平均标准差表征测量结果——最优概值的精密度
4. 间接测量最优值、标准误差、误差传播理论、微小误差原则、误差分配
5. 组合测量原理
当某项测量结果需要用多个未知参数表达时，可通过改变测量条件进行多次测量，根据测量量与未知参数间的函数关系列出方程组并求解，进而得到未知量。
6. 最小二乘法原理
即在等精度测量中，为了求 Xi的最优概值就要使各测量值的残差平方和为最小，这就是最小二乘法原理。
7. 经验公式法
把由这些测量值寻找出的函数关系叫经验公式
8. 相关系数
落在回归线上R=±1,；Y与X完全不存在线性关系R=0
9. 回归系数
确定几个特定的变量之间是否存在相关关系，如果存在的话，找出它们之间合适的相关关系式。
10. 显著性检验及分析
是检验这种差异是由随机误差引起还是由系统误差引起。如果存在“显著性差异”，就认为这种差异是由系统误差引起;否则这种误差就是由随机误差引起，认为是正常的。
11. 过失误差分析(2题)
方法
物理判断法
对于人为因素或仪器失准而造成的，随时发现随时剔除
统计判断法
拉依达准则（3σ准则）
次数大于10
12. 系统误差处理方法及消除方法(2题)
1. 消除已定系统误差的方法: 引入修正值。
2. 消除产生误差的因素，如控制环境条件、提高灵敏度等。
3. 替代法:测量未知量后，记下读数，再测可调的已知量，使仪表指示与上次相同，此时未知量就等于已知量。
4. 正负误差补偿法: 适当安排测量方法，对同一量做两次测量，使恒定系差在两次测量中方向相反,取两次读数的算术平均值。
5. 消除线性变化的系统误差可采用对称观测法
13. 误差的合成定律 (2题)
1. 随机误差的合成
方和根
2. 确定的系统误差的合成
代数合成法
已知大小和符号
绝对值合成法
只有数值大小
m＞10时，误差偏大
方和根合成法
m＞10时
3. 不确定的系统误差的合成
各系统不确定度ep线性相加，得总的不确定度
q＜10时
方和根合成法
q＞10时
由系统不确定度ep算出标准差， 再取方和根合成
q＞10时
4. 随机误差和系统误差合成
则测量结果的综合误差为D=e士 [e+l];其中 e 为已定系统误差，e为未定系统误差，l为随机误差的极限误差