【正文】 （119）式中：qv — 體積流量，ξ —與組件的結(jié)構(gòu)、流體的特性、流動狀態(tài)都有關(guān)，一般稱為渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，aa2 — 分別與電磁阻力矩、機(jī)械摩擦阻力矩以及組件結(jié)構(gòu)和流體特性有關(guān)。其動力學(xué)方程為： （118）式中：J — 渦輪的轉(zhuǎn)動慣量，ω — 角速度，T — 主動力矩，TTT3 — 相應(yīng)的阻力矩。包括渦輪和兩端的軸承，以及渦輪轉(zhuǎn)速的測速裝置。在實(shí)驗(yàn)室，情況會比較復(fù)雜一些。在非標(biāo)定條件下測量非標(biāo)定介質(zhì)時(shí)，則需要進(jìn)行雙重的校正。所以在標(biāo)定條件下用于非標(biāo)定介質(zhì)的測量時(shí)，需要對密度進(jìn)行校正。盡管如此，在中、低壓和溫度不是很高時(shí)，仍不失為一種比較理想的測量方法。缺點(diǎn)是通常的玻璃筒轉(zhuǎn)子流量計(jì)耐壓性能受到限制。流速 （116）體積流量可表示為流速乘以環(huán)隙面積： （117）其中，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及重力加速度g都是常數(shù)，流體的密度隨溫度和壓力變化，局部阻力系數(shù)可與雷諾數(shù)關(guān)聯(lián)。流量較大時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較大的位置；流量較小時(shí)，浮子處于錐形筒中過流截面較小的位置。（2） 變截面流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)是基本的變截面流量計(jì)，比節(jié)流式流量計(jì)使用起來要方便得多。但在非標(biāo)定條件下使用時(shí)就比較麻煩，密度校正容易做，粘度校正就很難。雖然流量計(jì)內(nèi)部的機(jī)械能損失可以關(guān)聯(lián)為隨雷諾數(shù)變化的曲線，即所謂的流量系數(shù)C，其實(shí)使用起來并不方便。傳統(tǒng)上，液體流量計(jì)都采用水銀作為壓差計(jì)的工作液體，用現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，環(huán)保性能不佳，可以采用其它的測壓方法（如壓差傳感器）。①不可壓縮流體：若流體的密度不隨壓力變化（所有液體都看作是不可壓縮的），得到不含位能的柏努利方程（節(jié)流部件水平安裝時(shí)沒有位能改變，垂直安裝時(shí)忽略位能改變）： （17）代入連續(xù)性方程（），得到 （18）理論體積流量 （19）記，并用管道直徑比代替面積比（），記，不可壓縮流體的理論體積流量可表示為 （110）實(shí)際流量可表示為流量系數(shù)C乘以理論流量 （111）②可壓縮流體：對于可壓縮流體，采用理想氣體在絕熱可逆過程中壓力與密度之間的函數(shù)關(guān)系（把流體微元看作移動的封閉體系，，稱為絕熱指數(shù)）。工作原理是機(jī)械能守恒，在不考慮機(jī)械能損失時(shí)計(jì)算得到的體積流量稱為理論流量。這種流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，適用范圍廣，工作可靠。1. 常見的流量測量方法現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室常用的有節(jié)流式流量計(jì)（也稱變壓頭流量計(jì)），變截面流量計(jì)，渦輪式流量計(jì)（葉輪式流量計(jì)的一種）和用于小流量氣體流量測量的皂膜流量計(jì)。我們這里介紹的是瞬時(shí)量的測量。累積量的測量都是采用容積式的測量方法。 流量的測量流體的流量計(jì)量總體上可分為累積量和瞬時(shí)量。用水作工作介質(zhì)的U形管壓差計(jì)要求可以適當(dāng)放寬。對于有腐蝕性的被測介質(zhì)，應(yīng)選用隔離型結(jié)構(gòu)的變送器，測壓室充入工作液體，由隔膜與被測介質(zhì)隔開。細(xì)心地觀察就會發(fā)現(xiàn)，在小壓差范圍，傳感器的精度非常差。使用一段時(shí)間之后可能產(chǎn)生新的偏差，因此需要經(jīng)常進(jìn)行核對。差壓變送器在出廠時(shí)也經(jīng)過標(biāo)定，但是它的工作穩(wěn)定性比不上壓力表，一般在安裝以后需要進(jìn)行再標(biāo)定。壓力表是標(biāo)準(zhǔn)化的，在出廠時(shí)都經(jīng)過標(biāo)定。這類傳感器的輸出電壓與壓差之間成近似線性關(guān)系，測量范圍較小時(shí)，線性關(guān)系較好。兩個(gè)電感電路與兩個(gè)電阻電路組成電橋。經(jīng)過標(biāo)定之后，可以用電壓表顯示壓差，也可以輸出到其它接口。若把線圈的電阻看作定值，則線圈的阻抗隨電感的增大而增大。空隙大時(shí)磁阻增大，空隙小時(shí)磁阻減小。兩個(gè)測壓室之間是一個(gè)撓性膜片，隨著壓差的變化而移動。在化工上常用的是差壓變送器，它的測量對象是壓力差。壓力表的指示值是表壓（與環(huán)境大氣壓的差值）。壓力表的精度等級范圍很大。但是由于壓力表在測量下限和上限附近的測量精度都不高，所以推薦的使用范圍是在測量上限的1/3到2/3之間。彈性元件中最常用的是單圈和多圈彈簧管，可以用于測量低壓、中壓、高壓和真空度。所以除非必要，一般應(yīng)避免使用水銀。根據(jù)流體靜力學(xué)原理，由管內(nèi)液柱的高度差計(jì)算得到管兩端的壓力差，是最原始也是最可靠的方法。最常用的還是U形管壓差計(jì)，包括正U形管和倒U形管。（1） 液柱測壓方法像托里斥利實(shí)驗(yàn)?zāi)菢拥难b置基本上可以認(rèn)為是垂直單管測壓裝置，現(xiàn)在使用的氣壓計(jì)仍然是這種結(jié)構(gòu)。對于測量表壓來說標(biāo)準(zhǔn)大氣壓并沒有什么幫助。大氣的壓力并不是一個(gè)定值，隨著海拔高度、所處的緯度以及溫度的改變而改變。在化工領(lǐng)域一般都是指流體的壓力。將反應(yīng)后的硫化汞及剩余的硫粉回收，交廢藥廢液回收站處理，以免污染環(huán)境，損害健康。使用配備標(biāo)準(zhǔn)冷端的熱電偶溫度計(jì)時(shí)，確保電極浸泡在冰水混合物中。玻璃溫度計(jì)如果加了護(hù)套，則在被測介質(zhì)與溫度計(jì)之間達(dá)到熱平衡就需要較長的時(shí)間。其次應(yīng)保證溫度計(jì)的熱敏元件與被測介質(zhì)有良好的接觸。用公式來表示：E(t,0) = E(t0,0) + E(t,t0) （14）即攝氏溫度 t0所對應(yīng)的電勢等于t00所對應(yīng)的電勢與 tt0 所對應(yīng)的電勢之和。但是一般熱電偶的電勢與溫差之間都不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，因此就需要先查得所使用的熱電偶冷端溫度與0℃之差所對應(yīng)的電勢，把它加在測得的電勢之上，然后再用這個(gè)電勢的和查得所對應(yīng)的溫度。出廠時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)溫度標(biāo)定的分度就需要進(jìn)行校正。這個(gè)條件滿足時(shí)，不需要進(jìn)行校正。H1由溫度計(jì)的刻度讀取，校正后的溫度：t* = t + ?H （13）為了提高精度，以上步驟可重復(fù)幾次。按照溫度計(jì)測量原理： V = V0K(t t0) （11）式中：V — 液體在溫度為t時(shí)的體積，V0 — 溫度為t0時(shí)的體積，K — 工作液體相對于玻璃的體積熱膨脹系數(shù)（液體與玻璃的體積熱膨脹系數(shù)之差）若環(huán)境溫度為t1，則溫度計(jì)示值以下，被測介質(zhì)界面以上暴露在環(huán)境中的那一段H1（圖中標(biāo)注為N)是處于環(huán)境溫度t1。（1） 玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)的刻度雖然有半浸入、全浸入和整體浸入三種標(biāo)定方式，但最常見的是全浸入標(biāo)定，即溫度計(jì)浸入被測介質(zhì)的深度正好與毛細(xì)管內(nèi)的液位對齊。通常用來測量600℃ 以上的高溫。由于在被測對象和檢測元件之間的介質(zhì)對輻射的吸收和反射的影響，會產(chǎn)生相應(yīng)的測量誤差。（7） 非接觸式溫度計(jì)非接觸式溫度計(jì)采用檢測熱輻射強(qiáng)度的方法，用來測量高溫對象。這類溫度計(jì)一般經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。低溫測量精度高于熱電偶溫度計(jì)。但是不需要提供參考溫度。它也需要外加電路來測量電阻。也可以把電壓信號輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。使用時(shí)稍微麻煩一點(diǎn)，需要提供一個(gè)冷端參考溫度（恒溫低溫?zé)嵩矗┮约皽y量電勢的外加電路。這種溫度計(jì)一般測量范圍在200℃ ~ +1800℃，精度較高（~）。在熱電偶回路中接入測量電勢的儀表就組成熱電偶溫度計(jì)。當(dāng)組成電偶的兩種導(dǎo)體一定時(shí)，回路中的電勢由電偶兩聯(lián)接點(diǎn)的溫度差決定，在電勢與溫度差之間建立起確定的關(guān)系。（5） 熱電偶溫度計(jì)電偶是由兩種不同的導(dǎo)體在兩端相聯(lián)接組成的回路。一般測量范圍在0℃~ +300℃。（4） 壓力表式溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)的工作原理與機(jī)械式壓力表相同。一般測量范圍在?80℃ ~ +600℃。雙金屬片結(jié)合成一體，一端固定，另一端自由。工作液體多使用汞和酒精，封裝時(shí)充入惰性氣體，以防止液柱斷開。一般測量范圍在?100℃~ +600℃。 2007年7月 編2012年4月修訂54 / 56目 錄第 1 章 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 2 溫度的測量 2 壓力的測量 3 流量的測量 5第 2 章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布及基本數(shù)據(jù)處理 9 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布 9 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本處理 9 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求 10第 3 章 化工原理基本實(shí)驗(yàn) 12 流體流動阻力的測定 12 離心泵特性曲線的測定 16 對流傳熱系數(shù)的測定 20 填料塔壓降曲線和吸收系數(shù)的測定 23 精餾塔效率的測定 28 干燥速率曲線的測定 32 擴(kuò)散系數(shù)的測定 35 液—液萃取塔的操作 39第 4 章 演示實(shí)驗(yàn) 42 雷諾實(shí)驗(yàn) 42 機(jī)械能守恒與轉(zhuǎn)換 45 邊界層形成與分離 47第 5 章 化工流動過程綜合實(shí)驗(yàn) 48第 1 章 化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 溫度的測量1. 常用的溫度計(jì)形式（1） 膨脹式溫度計(jì)實(shí)用的膨脹式溫度計(jì)有玻璃管液體溫度計(jì)，雙金屬片溫度計(jì)和壓力表式溫度計(jì)。雖然編者都具有較長期指導(dǎo)本實(shí)驗(yàn)課程的經(jīng)歷，但受知識結(jié)構(gòu)、理解深度、認(rèn)識水平等方面的局限，不當(dāng)之處在所難免。第一、第二章由毋俊生執(zhí)筆，其余章節(jié)由鄧文生，康惠寶執(zhí)筆，全書由劉文芳排版編輯。本實(shí)驗(yàn)講義的大部分內(nèi)容，曾經(jīng)以補(bǔ)充講義電子版的形式提供給2003和2004級兩個(gè)年級的本科生700多名同學(xué)試用，取得了比較滿意的效果。所以有必要重新編寫一本適用的實(shí)驗(yàn)講義。化工原理實(shí)驗(yàn)講義化工與環(huán)境學(xué)院化學(xué)工程與控制系化工原理實(shí)驗(yàn)室編寫說明近幾年來，本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)裝置中的大部分都進(jìn)行了更新或改造。過去編寫的實(shí)驗(yàn)講義已經(jīng)不能適應(yīng)目前的狀況，兄弟院校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教程也由于裝置、內(nèi)容、重點(diǎn)等方面的差異而有一定的局限。這有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)效果。此次正式交付印刷，又增補(bǔ)了一些必要的基礎(chǔ)知識，各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的思考題，以及選修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容。本次又根據(jù)2011年更換的設(shè)備，對流體阻力測定、干燥實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行了修訂，并對其它部分的一些筆誤進(jìn)行了更正。期望使用本講義的老師和同學(xué)提出您的意見、建議和指正。（2） 玻璃管液體溫度計(jì)玻璃管液體溫度計(jì)利用液體的體積與溫度之間的關(guān)系，用毛細(xì)管內(nèi)液體上升的高度來指示被測溫度。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量精度較高（~）。（3） 雙金屬片溫度計(jì)雙金屬片溫度計(jì)制作成表盤指針形式。由于不同金屬的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生彎曲變形，帶動指針的位移。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但測量精度不高（1~）。被封裝在測溫元件內(nèi)的液體或氣體，在定容條件下當(dāng)溫度變化時(shí)壓力隨著變化，帶動與彈性元件相聯(lián)接的指針的位移。這種溫度計(jì)結(jié)構(gòu)也比較簡單，但測量精度不高（1~）。兩種導(dǎo)體之間的接觸電勢隨溫度的變化而變化，同一種導(dǎo)體的兩端溫度不同時(shí)也會產(chǎn)生溫差電勢。用來測定溫度差的電偶稱作熱電偶。多數(shù)熱電偶的電勢與溫度差之間成近似線性關(guān)系。低溫時(shí)也可使用，但精度較差。這類溫度計(jì)有的直接輸出電壓值，有的經(jīng)過儀表換算（模數(shù)轉(zhuǎn)換）輸出攝氏溫度值。（6） 熱電阻溫度計(jì)利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值與溫度之間的確定關(guān)系制作的溫度計(jì)。比如用標(biāo)準(zhǔn)電壓源測電流或用標(biāo)準(zhǔn)電流源測電壓。這種溫度計(jì)一般測量范圍在?200℃~ +650℃，精度較高（~）。與熱電偶相比，測溫元件體積較大，響應(yīng)較慢，抗沖擊性較差。也可以把電壓信號輸出到其它模數(shù)轉(zhuǎn)換接口（如微機(jī)接口）進(jìn)行處理或顯示。又可區(qū)分為檢測單色輻射或全輻射。測量精度的分級（~）并不是很確切。2. 溫度計(jì)讀數(shù)的校正由溫度計(jì)本身的特點(diǎn)所決定，需要對讀數(shù)進(jìn)行校正的主要是玻璃管液體溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)。這樣的條件在測量過程中往往難以滿足，所以在對溫度測量精度要求較高時(shí)，需要對溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正。因?yàn)槊?xì)管的直徑是一定的，所以對于露出的這一部分，體積比也等于高度比，這時(shí)在溫度計(jì)上讀出的高度就包含了一個(gè)差值?H，計(jì)算公式如下：?H = H1K(t1 t) H1 （12）用?H對溫度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行修正，即從溫度計(jì)讀數(shù)減去這個(gè)值。（2） 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)需要提供低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度，一般都是取水的冰點(diǎn)（水和冰的混合物）0℃。對于不便于提供標(biāo)準(zhǔn)參考溫度的場合，低溫端溫度即環(huán)境溫度（或其他方便的設(shè)定溫度）。從道理上講，如果所用熱電偶的電勢與溫度差之間是嚴(yán)格的線性關(guān)系，則只需要把指示溫度（或由所測電勢計(jì)算得到的溫度）加上冷端溫度與（低溫端標(biāo)準(zhǔn)參考溫度）0℃之差，就能得到正確的測量溫度。這樣的校正工作當(dāng)然是必須知道所用熱電偶的電勢溫差特性曲線。3. 溫度測量需要注意的若干問題籠統(tǒng)地說，首先要選擇符合測量范圍和測量精度的溫度計(jì)。若使用接觸式溫度計(jì)測量固體壁面的溫度則需要設(shè)置適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，選擇導(dǎo)熱系數(shù)大、熱穩(wěn)定性好的液體作為媒介，在被測固體與測溫包之間建立起熱平衡。要持續(xù)觀察一段時(shí)間，確信指示值已不再變化。在使用玻璃水銀溫度計(jì)時(shí)應(yīng)多加小心，萬一破碎了要立即進(jìn)行處理，用硫粉覆蓋灑出的水銀，并輕輕翻動以促進(jìn)其反應(yīng)。 壓力的測量我們通常所說的壓力是指壓強(qiáng)，與英文中的pressure相對應(yīng)。1. 常見的壓力測量方法客觀條件決定了我們在測量流體的壓力時(shí)，一般都是測出實(shí)際的絕對壓力與大氣壓力的差值，稱之為表壓。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是緯度45度海平面上攝氏0度時(shí)大氣的壓力。不過，在需要時(shí)，我們可以用水銀氣壓計(jì)方便地測出所在地大氣的壓力，然后得到準(zhǔn)確的絕對壓力。單管測壓裝置也可以把直管傾斜放置，以提高測量精度。U形管也可以通過串聯(lián)以擴(kuò)大量程。只是由于在要求大的測量范圍時(shí)，工作介質(zhì)要用水銀，對環(huán)境和健康有害。（2） 彈性元件測壓方法實(shí)際應(yīng)用中最常見的壓力表就屬于彈性元件測壓方法。單圈彈簧管測量范圍可以從0 ~ ~ 105 kPa。即使用范圍只是壓力表量程的1/3。對于特定的介質(zhì)必須要使用規(guī)定的專用壓力表，如氧氣壓力表、氨氣壓力表、耐腐蝕壓力表等。（3） 電信號測量方法電信號測壓儀表由壓力傳感器和顯示器組成。它是一種電感式差壓傳感器，變送器有兩個(gè)測壓接口，一個(gè)接高