第7章-物性测量new课件

华中科技大学自动化学院测量系*测控技术与系统测控技术与系统 物性测量仪表第七章 过程分析仪器测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST第七章之物性测量第七章之物性测量 含水量和湿度测量含水量和湿度测量7.1 粘度测量粘度测量7.2测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量含水量含水量含水量含水量固体物质中水分含量称为“含水量含水量”为水分质量与总质量之比一、基本概念一、基本概念湿度湿度湿度湿度空气或其他其他中的中水分含量称为“湿度湿度”相关概念还有：绝对湿度绝对湿度，相对湿度相对湿度和露点温度露点温度测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量绝对湿度绝对湿度绝对湿度绝对湿度在一定的温度温度和压力压力条件下，每单位体积的混合气体中所含水蒸气的质量关于湿度的几个相关概念关于湿度的几个相关概念相对湿度相对湿度相对湿度相对湿度气体绝对湿度与同一温度同一温度下达到饱和饱和状态状态的气体绝对湿度之比露点温度露点温度露点温度露点温度保持气体压力一定时并降温保持气体压力一定时并降温，使得气体中水蒸气达到饱和而开始结露时水蒸气达到饱和而开始结露时的温度称为露点温度。露点温度与湿度间露点温度与湿度间有何关系呢？有何关系呢？测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量关于湿度的几个相关概念关于湿度的几个相关概念露点温度与湿度的关系露点温度与湿度的关系露点温度与湿度的关系露点温度与湿度的关系u相对湿度越高越容易结露相对湿度越高越容易结露，露点温度就越高露点温度就越高。u露点温度和相对湿度间一一对应可通过湿空气表格确定。u非标准大气压力下的露点温度也可以进行换算。因而，通过测量露点温度可换算得到湿度。测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量二、含水量的测量二、含水量的测量v1、称重法：测出烘干前后固体物质重量；v2、电导法：固体物质吸收水分后电阻变小；v3、电容法：水的介电常数一般大于干燥固体物质；v4、红外吸收法：水分对1.94um的红外线吸收能力较强，而对1.81um波长的红外线几乎不吸收，用二者比值可判断水含量。v5、微波吸收法：水分对1.3cm波长的微波有显著的吸收现象，而植物纤维对此波段的微波吸收要比水少几十倍。测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v1、毛发湿度计、毛发湿度计 原理：原理：18世纪开始，就有利用脱脂毛发的长度脱脂毛发的长度随相对湿度变化的原理构成毛发湿度计。空气湿度增大，毛发将延长，带动指针指示湿度。特点特点：就地指示，精度低，滞后时间长测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v2、干湿球湿度计 湿球上的纱布由于水分蒸发吸收潜热，故有tmtd，相对湿度与干湿球温度关系如下：其中，为干球温度下饱和水蒸气压力。因而只要测得td和tm就可通过查表获得相关压力并计算出相对湿度 利用该原理可构成干湿球湿度变送器。干球饱和蒸汽压力湿球饱和蒸汽压力总压常数测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v3、露点仪 冷镜法测量露点 采用半导体制冷器，对金属镜面进行降温，当镜面结露时，测出镜面温度。测温：热电偶 结露状态检测：光电探测器 自动露点仪：形成闭环控制 测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v3、露点仪 冷镜法是目前精度最高的方式（0.1），存在的问题：镜面污染，清洗防护复杂镜面污染，清洗防护复杂 价格高价格高 其他测量方法：重量法，电解法，晶体振荡法，红外测量，半导体传感器等。注：湿度和露点之间可相互转换注：湿度和露点之间可相互转换 测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v4、集成(温)湿度传感器 小体积，集成测量电路，合小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电阻型或电成吸附材料，采用电阻型或电容等测量原理。容等测量原理。吸附材料：吸附材料：潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷 （变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸镁镁镁镁）测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v4、集成(温)湿度传感器 小体积，集成测量电路，合小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电阻型或电成吸附材料，采用电阻型或电容等测量原理。容等测量原理。吸附材料：吸附材料：潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷 （变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸镁镁镁镁）测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v4、集成(温)湿度传感器 小体积，集成测量电路，合小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电阻型或电成吸附材料，采用电阻型或电容等测量原理。容等测量原理。吸附材料：吸附材料：潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷 （变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸镁镁镁镁）测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v4、集成、集成(温温)湿度传感器湿度传感器 小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电阻型或电容等测量原理。阻型或电容等测量原理。吸附材料：吸附材料：潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷 （变电阻，例如珞酸镁（变电阻，例如珞酸镁（变电阻，例如珞酸镁（变电阻，例如珞酸镁）测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.1 含水量和湿度测量含水量和湿度测量三、湿度的测量三、湿度的测量v4、集成(温)湿度传感器 小体积，集成测量电路，合小体积，集成测量电路，合成吸附材料，采用电阻型或电成吸附材料，采用电阻型或电容等测量原理。容等测量原理。吸附材料：吸附材料：潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）潮解盐类（氯化锂）高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，高分子材料（作电容器介质，例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）例如湿敏薄膜）多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷 （变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸（变电阻，例如珞酸镁镁镁镁）测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量粘性粘性粘性粘性流体介质的内摩擦力，符号流体介质的内摩擦力，符号“T”。一、基本概念一、基本概念图7.56 管道中流速分布图 在流体中取一个平行于底面的面积为F、厚度为dH的流体层。下层速度为v，上层速度为v+dv。上、下层的速度不相等，产生了流体的几何变形，流体内部就产生了内部摩擦力T。粘度系数，简称粘度，表示流体内摩擦力特性。测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST粘度粘度粘度粘度表示流体内摩擦力特性，符号表示流体内摩擦力特性，符号“”影响因素：同一种流体来说，粘度主要受影响因素：同一种流体来说，粘度主要受压力压力和和温度温度的影响。的影响。液体粘度液体粘度主要与温度有关，当压力很高时才与压力有关。主要与温度有关，当压力很高时才与压力有关。温度上升，粘度下降。温度上升，粘度下降。气体粘度气体粘度主要与温度有关，温度上升，粘度上升。主要与温度有关，温度上升，粘度上升。单位：单位：7.2 粘度测量粘度测量测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST二、粘度的测量方法和仪器二、粘度的测量方法和仪器1、转筒法、转筒法 原理：把被测量的液体注满两个同心圆筒之间的环形空间，一个圆筒是固定的，另一个圆筒绕它的垂直轴线作均匀的旋转。以恒定角速度旋转的圆筒所需要的转矩就可作为被测液体粘度的量度。转筒法原理图7.2 粘度测量粘度测量 圆筒A固定，半径R1，圆筒B以恒定角速度旋转，半径R2。环形空间中的液体测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST转筒法原理图粘度：粘度：式中 介质的粘度 圆筒的转矩 圆筒的长度 内筒的半径 外筒的半径 外圆筒恒定 转动的角速度7.2 粘度测量粘度测量 因此，当维持外圆筒以因此，当维持外圆筒以恒定角速度旋转时，通过测恒定角速度旋转时，通过测量所需的转矩量所需的转矩T即可测量粘即可测量粘度。度。测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST 转筒法的一种改进形式是用旋转圆盘旋转圆盘代替同心圆筒代替同心圆筒，下面介绍的工业粘度计的实例其转动部分即为圆盘，称为测量锤测量锤，如右图所示。注意：液体的温度温度对其粘度的影响很大，在所有的工业粘度计中，必须要考虑温度的自动补偿问题，或者使被测溶液保持恒温。转筒式工业粘度计结构图7.2 粘度测量粘度测量测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST2、毛细管法（泊肃叶法）（待修改）原理：用于测定牛顿液体的粘度。在管内存在 层流时，被测液体在恒定流量和温度的 条件下，经过毛细管会产生压力降。这 个压力降的大小就代表了被测液体的粘 度值。毛细管法原理图式中 动力学粘度；毛细管两端的压力差；毛细管的长度 单位时间经过毛细管的液体体积 毛细管的半径 在工业毛细管粘度计中，用恒速马达带动计量泵使体积V值恒定，测量差压 值，最后得到值，其它的R和l为毛细管的几何尺寸，是常数。7.2 粘度测量粘度测量二、粘度的测量方法和仪器二、粘度的测量方法和仪器测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST工业毛细管粘度计的工作原理如下图所示。主要部件的功能：恒速马达&计量泵 使被测液体保持恒速；温度控制器 调节油浴的温度，消除温度变化带来的误差；60目的过滤器 防止毛细管堵塞；减压阀 防止在过滤器堵塞时损坏泵；在毛细管的前后方接有引压管，通过差压变送器测量压差值P，就可以得到被分析液体的粘度值。7.2 粘度测量粘度测量测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST通过测量粘性力可以用于测量某些溶液的浓度比如纸浆、糖浆等7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计这类浓度计包括：静刀式浓度计、动刀式浓度计、外旋式浓度计、内旋式浓度计等测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计外旋式浓度计测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计动刀式浓度计-结构测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计动刀式浓度计测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计动刀式浓度计测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计动刀式浓度计-标定测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计动刀式浓度计-现场安装测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计内旋式浓度计测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计内旋式浓度计 为一微机化力矩平衡数字随动系统为一微机化力矩平衡数字随动系统，浓度的变化反映在，浓度的变化反映在测量轴上的扭矩变化，扭矩增量克服测量轴和驱动轴之间的测量轴上的扭矩变化，扭矩增量克服测量轴和驱动轴之间的支撑摩擦力矩和连接橡胶圈的弹性力矩，使两轴在转动的同支撑摩擦力矩和连接橡胶圈的弹性力矩，使两轴在转动的同时产生相对角位移，光电传感器将它转变成电信号输给微时产生相对角位移，光电传感器将它转变成电信号输给微机，微机反馈控制使两轴保持原有的相对位置，反馈控制的机，微机反馈控制使两轴保持原有的相对位置，反馈控制的电流信号跟随浓度的变化而变化，因此输出的电流信号便可电流信号跟随浓度的变化而变化，因此输出的电流信号便可反映浓度。内旋式浓度变送器有高的灵敏度和好的稳定性，反映浓度。内旋式浓度变送器有高的灵敏度和好的稳定性，克服了外旋式的缺点，但内旋式的结构复杂，造价较昂贵。克服了外旋式的缺点，但内旋式的结构复杂，造价较昂贵。是反馈式测量系统（闭环仪表）特例是反馈式测量系统（闭环仪表）特例测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUST7.2 粘度测量粘度测量三、粘性测量扩展三、粘性测量扩展浓度计浓度计静刀式浓度计静刀式浓度计由刀形敏感元件、主杠杆、矢量由刀形敏感元件、主杠杆、矢量由刀形敏感元件、主杠杆、矢量由刀形敏感元件、主杠杆、矢量机构等组成。刀形敏感元件置于机构等组成。刀形敏感元件置于机构等组成。刀形敏感元件置于机构等组成。刀形敏感元件置于浆管中，当纸浆浓度不同时，流浆管中，当纸浆浓度不同时，流浆管中，当纸浆浓度不同时，流浆管中，当纸浆浓度不同时，流动的浆流使刀片两侧产生的剪应动的浆流使刀片两侧产生的剪应动的浆流使刀片两侧产生的剪应动的浆流使刀片两侧产生的剪应力随之变化，这一变化由力随之变化，这一变化由力随之变化，这一变化由力随之变化，这一变化由力平衡力平衡力平衡力平衡系统系统系统系统（同压力同压力同压力同压力）检出并转变成电）检出并转变成电）检出并转变成电）检出并转变成电信号。这种变送器零点经常会发信号。这种变送器零点经常会发信号。这种变送器零点经常会发信号。这种变送器零点经常会发生漂移，受流速的影响很大。生漂移，受流速的影响很大。生漂移，受流速的影响很大。生漂移，受流速的影响很大。测控技术测控技术与系统与系统*华中科技大学控制系测控所HUSTThanks for your attention