【正文】 分的導熱系數(shù)相等或接近；待測組分的導熱系數(shù)與其余組分的導熱系數(shù)應有顯著的差異。如混合氣體中各組分彼此之間無相互作用，實驗證明混合氣體的導熱系數(shù) λ 可近似用下式表示： ???????niiinn CCCC12211 ????? ?（ 15－ 67） 式中： λi——混合氣體中第 i組分的導熱系數(shù)； Ci——混合氣體中第 i組分的體積百分含量。表 15－9為一些常見氣體的導熱系數(shù)。 氣體成分測量 熱導式氣體傳感器 熱傳導 是同一物體各部分之間或互相接觸的兩物體之間傳熱的一種方式，表征物質(zhì)導熱能力的強弱用導熱系數(shù)表示。 但這種情況只限于上部空間為干燥氣體 ， 而且壓力傳感器與容器底部在同一高度時 。 對于上端與大氣隔絕的閉口容器 ， 容器上部空間與大氣壓力大多不等 ， 所以在工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用差壓傳感器來測量液位 ， 如圖 1561所示 。 壓力與液位的關系為 gpH??（ 1563） 圖 1560 壓力傳感器測量液位（靜壓）原理圖 式中： H——液位高度 （ m） ； ρ——液體的密度 （ kg/m3 ） ； g——重力加速度 （ m/s2 ） ； p——容器底部的壓力 （ Pa） 。 對于上端與大氣相通的敞口容器 ， 利用壓力傳感器 （ 或壓力表 ） 直接測量底部某點壓力 ， 如圖 1560所示 。 靜壓式液位傳感器 是基于液位高度變化時 ， 由液柱產(chǎn)生的靜壓也隨之變化的原理來檢測液位的 。 一般情況下， hΔ x，所以 H≈ h，從而被測液位 H可表示為 xgACH ?? ?（ 15－ 62） 沉筒式液位傳感器適應性能好 ， 對粘度較高的介質(zhì) 、 高壓介質(zhì)及溫度較高的敞口或密閉容器的液位等都能測量 。 從以上分析表明 ， 變浮力式液位傳感器實際上是將液位轉(zhuǎn)化成敏感元件 （ 浮筒 ） 的位移 。 當浮筒受到的浮力與彈簧 力和浮筒的重力平衡時，有 mgAhρg=C(x0Δx) （ 1560） 式中 , ρ為浸沒浮筒的液體密度。將一橫截面積為A，質(zhì)量為 m的空心金屬圓筒（浮筒）懸掛在彈簧上，彈簧的下端被固定，當浮筒的重力與彈簧力達到平衡時， 則有 mg=Cx0 （ 1559） 式中： C——彈簧的剛度； x0——彈簧由于浮筒重力產(chǎn)生的位移。 它利用浮筒在被測液體中浸沒高度不同以致所受的浮力不同來檢測液位的變化 。若將浮球控制器輸 出與容器進料或出料的電磁閥門執(zhí)行機構配合，可實現(xiàn)閥門的自動啟停，進行液位的自動控制。 圖 1558 浮球式液位控制器 在該液位傳感器的基礎上增加機電信號變換裝置， 當液位變化時，浮球的上下移動通過磁鋼變換成電觸點的上下位移。 但與直觀印象相反 ，標尺下端代表水位高 ， 若使指針動作方向與水位變化方向一致 ， 應增加滑輪數(shù)目 ， 但引起摩擦阻力增加 ， 誤差也會增大 。 水塔里的水位常用這種方法指示 ， 圖 1556是水塔水位測量示意圖 。 ? (7)其他形式 如微波式、激光式、射流式、光纖維式傳感器等等。 ? (5) 核輻射式 它根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時 ， 其強度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來測量液位 。 ? (3) 差壓式 它根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對某點上產(chǎn)生的靜 （ 差 ） 壓力的變化的原理測量物位 。 ? (2) 浮力式 它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對浸沉在液體中的浮筒（ 或稱沉筒 ） 的浮力隨液位高度變化而變化的原理來測量液位 。 工業(yè)上通過物位測量能正確獲取各種容器和設備中所儲物質(zhì)的體積量和質(zhì)量 ， 能迅速正確反映某一特定基準面上物料的相對變化 ， 監(jiān)視或連續(xù)控制容器設備中的介質(zhì)物位 ， 或?qū)ξ镂簧舷聵O限位置進行報警 。 mvv KqqKqK ?221 ?（ 1558） 物位測量 物位概述 物位是指各種容器設備中液體介質(zhì)液面的高低 、 兩種不溶液體介質(zhì)的分界面的高低和固體粉末狀顆粒物料的堆積高度等的總稱 。 mvv KqqKKKqK ?? ??? 21221（ 1556） ? （ 2） 體積流量傳感器與密度流量傳感器組合方式 能直接用來測量管道中的體積流量 qv的傳感器有電磁流量傳感器 、 渦輪流量傳感器 、 超聲波流量傳感器等 ， 利用這些傳感器的輸出信號與密度傳感器的輸出信號進行乘法運算即可得到質(zhì)量流量 。 組合方式主要有以下幾種 。 圖 1555 科里奧利質(zhì)量流量傳感器結構原理圖 當管道充滿流體時 ， 流體也成為轉(zhuǎn)動系的組成部分 ， 流體密度不同 ， 管道的振動頻率會因此而有所改變 ， 而密度與頻率有一個固定的非線性關系 ， 因此科里奧利質(zhì)量流量傳感器也可測量流體密度 。 流量傳感器的測量管道是兩根兩端固定平行的 U形管 ， 在兩個固定點的中間位置由驅(qū)動器施加產(chǎn)生振動的激勵能量 ， 在管內(nèi)流動的流體產(chǎn)生科里奧利力 ， 使測量管兩側(cè)產(chǎn)生方向相反的撓曲 。 因為質(zhì)量流量 qm=ρvA，所以 ΔFc=2ωqmΔx （ 1555） 基于上式 ， 如直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管道中流動流體所產(chǎn)生的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量 ， 這就是科里奧利質(zhì)量流量傳感器的工作原理 。 由于復合運動 ， 在質(zhì)點的 at方向上作用著科里奧利力為 2ωvm， 而管道對質(zhì)點作用著一個反向力 ， 其值為 2ωvm。 當質(zhì)量為 m的質(zhì)點在對 P軸作角速度為 ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動時 ， 如圖 1554所示 ，質(zhì)點具有兩個分量的加速度及相應的加速度力： ? ① 法向加速度 : 即向心加速度 ar， 其量值為 ω2r， 方向朝向 P軸 。 用體積流量傳感器和其它傳感器及運算器的組合來測量質(zhì)量流量 。 質(zhì)量流量傳感器大致分為兩類： ? ① 直接式 : 即傳感器直接反映出質(zhì)量流量 。 而對于相同體積的流體 ， 在不同溫度 、 壓力下 ， 其密度是不同的 ， 尤其對于氣體流體 ， 這就給質(zhì)量流量的測量帶來了麻煩 ， 有時甚至難以達到測量的要求 。 隨著漩渦交 替產(chǎn)生，電橋輸出一系列與漩渦發(fā)生頻率相對應的電壓脈沖。 埋在三角柱 正面的 兩只熱敏電阻與其它兩只固定電阻構成一個電橋 ， 電橋通 以恒定電流使熱敏電阻的溫度升高。 漩渦式流量傳感器在管道內(nèi)沒有可動部件 ， 使用壽命長 ， 線性測量范圍寬 ， 幾乎不受溫度 、 壓力 、 密度 、 粘度等變化的影響 ， 壓力損失小 ， 傳感器的輸出是與體積流量成比例的脈沖信號 ， 這種傳感器對氣體 、 液體均適用 。 工業(yè)上測量的流速實際上幾乎不超過這個范圍 ， 所以可以認為頻率 f只受流速 v和漩渦發(fā)生體的特征尺寸 d的支配 ， 而不受流體的溫度 、 壓力 、 密度 、 粘度等的影響 。 在雷諾數(shù)為 500～ 150 000的區(qū)域內(nèi) ，基本上是一個常數(shù) ， 如圖 1551所示 。 并且每一列漩渦產(chǎn)生的頻率 f與流速 v、 圓柱體直徑 d的關系為 dvSft ??式中 , St為斯特羅哈爾系數(shù)，是一個無量綱的系數(shù)。 在物體后面兩排平行但不對稱的漩渦列稱為卡曼渦列 （ 也稱為渦街 ） 。 渦街流量傳感器應用相對較多 ， 這里只介紹這種流量傳感器 。 目前應用的有兩種：一種是應用自然振蕩的卡曼漩渦列原理；另一種是應用強迫振蕩的漩渦旋進原理 。 它廣泛應用于石油 、 化工 、 電力等工業(yè) ， 氣象儀器和水文儀器中也常用渦輪測風速和水速 。 設流體速度 v平行于軸向 ， 葉片的切線速度 u垂直于 v， 若葉片的傾斜角為 α， 便可寫出 u=ω rc=v tanα 或 ????tan2tancc nrrv ??（ 1550） 式中： n——渦輪的轉(zhuǎn)速； ω——渦輪的角速度。 測量出葉輪的轉(zhuǎn)速或頻率 ， 就可確定流過管道的流體流量和總量 。 圖 1548為渦輪流量傳感器的結構示意圖 。 它 適用于測量各種腐蝕性酸 、堿 、 鹽溶液 ， 固體顆粒懸浮物 ， 粘性介質(zhì) （ 如泥漿 、 紙漿 、 化學纖維 、 礦漿 ） 等溶液 ；也可用于各種有衛(wèi)生要求的醫(yī)藥 、 食品等部門的 流量測量 （ 如血漿 、 牛奶 、 果汁 、鹵水 、 酒類等 ） ， 還可 用于大型管道自來水和污水處理廠流量測量以及脈動流量測量 等 。 常用的電磁流量轉(zhuǎn)換器能把傳感器的輸出感應電動勢信號放大并 轉(zhuǎn)換成標準電流 （ 0～ 10 mA 或 4～ 20 mA） 信號 或一定頻率的脈沖信號 ， 配合單元組合儀表或計算機對流量進行顯示 、 記錄 、 運算 、 報警和控制等 。 ? 低頻方波勵磁交流干擾影響小 ， 又能克服極化現(xiàn)象 ， 是一種比較好的勵磁方式 。 交流勵磁的優(yōu)點是能消除極化現(xiàn)象 ， 輸出信號是交流信號 ， 放大和轉(zhuǎn)換比較容易 ， 但也會帶來一系列的干擾 ， 如 90176。 ? 直流勵磁的優(yōu)點是受交流磁場干擾小 ， 因而液體中的自感現(xiàn)象可以忽略不計 ， 缺點是在電極上產(chǎn)生的直流電勢引起管內(nèi)被測液體的電解 ， 產(chǎn)生極化現(xiàn)象 ， 破壞了原來的測量條件 。 圖 1547 電磁流量傳感器原理 磁感應強度 B及管道內(nèi)徑 D固定不變，則 K為常數(shù)，兩電極間的感應電動勢 Ex與流量 qv成線性關系，便可通過測量感應電動勢 Ex來間接測量被測流體的流量 qv值。 該感應電勢大小與磁感應強度 、 管徑大小 、 流體流速大小有關 。如圖 1547所示 ， 在磁場中安置一段不導磁 、 不導電的管道 ， 管道外面安裝一對磁極 ， 當有一定電導率的流體在管道中流動時就切割磁力線 。圖所示為一個差壓式流量檢測系統(tǒng)的結構示意圖。 對于標準節(jié)流裝置 ， 查閱有關手冊便可計算出流量系數(shù) α 值 。 并規(guī)定流體密度用節(jié)流件前的流體密度 ρ1， 則可壓縮性流體的流量方程式變?yōu)? pAqpAqmv????101022??????（ 1545） （ 1546） 上述流量方程式中 ， 流量 — 壓差關系雖然比較簡單 ， 但流量系數(shù) α 卻是一個影響因素復雜 、 變化范圍較大的重要參數(shù) ， 也是節(jié)流式流量計能否準確測量流量的關鍵所在 。 （ 1539） 由于流體流動的連續(xù)性， 則 A1v1ρ=A2v2ρ 這樣我們可得 )(21 20232221222 ppmCCv ???? ??? 式中： m——開口截面比 ， m=A0/A1, A1為 Ⅰ Ⅰ 截面的流通面積； μ——收縮系數(shù)， μ=A2/A0， A2為 Ⅱ Ⅱ 截面流束的流通面積。 根據(jù)伯努利方程 ， 在兩截面Ⅰ 、 Ⅱ 處 ， 管中心流體的能量方程為 222202321010 vpvp ?????（ 1538） 考慮流速分布的不均勻 ， 及實際流體有粘性 ， 在流動時會產(chǎn)生摩擦力 ， 其損失的能量為 。流體流經(jīng) Ⅱ － Ⅱ 截面時 ,管中心的流速為 v20 ,靜壓為 p20 ， 密度為ρ 2。 （ 2） 流量方程式 節(jié)流裝置的流量公式是在假定所研究的流體是定常流動的理想流體的條件下 ， 根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程推導出來的 ， 而對不符合假設條件的影響因素 ， 則需進行修正 。 圖 15－ 45 節(jié)流件前后流速和壓力分布情況 流束流過孔板前 已經(jīng)開始收縮， 流體隨著流束的 縮小，流速增大， 而流體壓力減小 III段 Ⅱ 處 達到最小流束截面， 這時流體的平均流 速達到最大值，流 體壓力隨著流束的 縮小及流速的增加 而降低，直到達到 最小值 Ⅱ － III 而后流束逐漸擴大，在 管道 Ⅲ － Ⅲ 處又充滿整 個管道，流體的速度也 恢復到孔板前的流速， 流體的壓力又隨流束的 擴張而升高，最后恢復 到一個稍低于原管中的 壓力 虛線表示管道軸線上流體靜壓沿軸線方向的分布曲線 實線表示管壁上的靜壓沿軸線方向的變化曲線 造成流體壓力損失的原因是由于孔板前后渦流的形成以及流體的沿程摩擦，使得流體的一部分機械能不可逆地變成了熱能，散失在流體內(nèi)。 圖 1544 (a) 孔板； (b) 噴嘴； (c) 文丘里管 2. 測量原理與流量方程式 （ 1） 測量原理 在管道中流動的流體具有動壓能和靜壓能 ， 在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換 ， 但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變 。 其中孔板最簡單又最為典型 ， 加工制造方便 ， 在工業(yè)生產(chǎn)過程中常被采用 。 常