常数随温度变化,因此需要进行温度校正.
1.超声波(传感器)可以用于液体或固体的单点液位测量或连续液位测量. 如图2.2.6(a)所示单点液位测量,安置一套单独的超声波发送器和接收器,两者之间留有间隙. 当液体充满间隙时,超声波可以从发送器传送到接收器.
2.图2.2.6(b)给出了连续(液位)测量的装置. 发送器发出的超声波被液体表面反射到接收器;测量超声波传递到接收器所用的时间. 该时间延迟给出了从发送器和接收器到液体表面的距离,从中通过已知超声波的速度,就可以计算出液体的液面.
3.由于该装置与液体没有接触,所以这个方法可以用于固体和腐蚀性和挥发性的液体. 在液体中,发送器和接收器也可以安置于容器底部,信号被液体表面反射到接收器的时间可以测量液体的深度.
2.3
1、这一单元讨论流量测量和仪器仪表所使用的基本术语与公式. 流体流量的测量在工业应用中是非常重要的. 某些设备和操作的最佳性能需要精确的流速. 许多液体和气体的成本都是基于管道中流量的测量,出于核算的目的,必须精确的测量与控制流体的速度(流速,流量).
2、这一单元将使用以前单元的术语和定义,同时也会引入一些关于流体和流速测量的新的定义.
3、速度是对一个物体速率和方向的测量. 当与流体相关时,指的是管道中流体粒子的流速. 流体流动中,粒子的速率各不相同,比如,当流体与约束壁(边界层)接触时,流体粒子的速度实质上为零;在流体中心,流体颗粒具有最大的速度.
4、因此,在流量计算时采用流体的平均速率. 流量的单位通常为英尺每秒(fps),英尺每分钟(fpm),米每秒(mps),等等. 以前(章节中),与流体流量相关的压力定义为静态(压力),冲击(压力),或动态(压力).
5、层流发生在液体流速相对较低时,流体粒子在各层中倾向于平滑移动,如图2.3.1(a)所示. 液体中的粒子速度呈抛物线分布. 湍流发生在液速较高,在各层中,粒子不再是平滑移动,而是产生紊乱或旋转. 如图2.3.1(a)所示. 同时也要注意速度分布的扁率.
6、粘度是描述气体或液体对运动或流动阻力的一种特性. 粘性的液体比如糖浆,其粘度要远大于水,而水的粘度又高于空气. 由于糖浆的高粘度,它的流动非常缓慢,并很难使一个物体在其中移动.
7、动态粘度(或叫绝对粘度)的计量单位是泊或厘泊,而运动粘度(没有力的单位,即没有牛顿单位)的计量单位是沱或厘沱. 动态粘度或绝对粘度用于雷诺数的推导和流体方程中.
8、粘度是流体的阻力测量,它是由于剪应力或张应力而形成的。粘度描述的是流体流动时内部的阻力,并且可认为是液体摩擦力的一种测量。
对流体问题的研究被认为是流变学,其中包括粘度及其相关概念。动态粘度,也称为绝对粘度,是最常用的概念(典型的单位:帕斯卡.秒,泊,厘泊)
运动粘度是动力粘度与液体密度之比(典型的单位:平方米每秒,沱,厘沱)
9、雷诺数R代表了一种派生关系,包含了液体的密度和粘度,流体速率和横截面积的大小,并采用如下形式:
10、流态(流动型式)可以是层流,湍流,或两者的结合. 1880年,Osborne Reynolds观察到流态可以根据液体的物理特性预测得到. 如果管道中流体的雷诺数等于或小于2000,该流体是层流型式. 雷诺数介于2000到5000之间,该流型处于中间 区域,可以是层流,湍流或两者的混合,取决与其它因素. 如果雷诺数大于5000,那么该流体是湍流型式.
11、伯努利方程是一个基于能量守恒定律的流量方程,流体中某一点的液体或气体的所有能量与其它所有点的能量相等. 12、能量因素.
大多数流体方程基于能量守恒法,使液体或气体的平均速度,
压力,以及流体高于给定参考点的高度联系起来. 这种关系由伯努利方程给出. 该方程可以做出一定修改,考虑加入由于摩擦力而引起的能量损耗,以及由泵带来的能量输入.
13、流动流体的能量损耗,是由流体和容器壁的摩擦力,和流体与物体的碰撞所引起的. 大多数情况下,这些损耗是无法忽略的. 然而在这些方程用于液体和气体的时候,气体的应用更为复杂,因为事实上气体是可以压缩的.
14、流速是在给定时间内流经指定点的流体体积,通常计量为加仑每分钟,立方英尺每分钟,升每分钟,等等. 表格2.3.1给出了流速的转换因子.
总体流量是在一段时间液体流动的体积,计量为加仑,立方英尺,升等等.
15、连续方程
连续方程表明,如果一个系统内的总体流速不随时间变化,
那么在系统任何地方的流速都是常数. 从这里我们可以得到以下的方程: 16、伯努利方程
伯努利方程给出了流体系统中压强,流体速度和高度之间的关系. 这个方程公认为伯努利方程(1738). 当应用于图2.3.3(a),可以得到如下的方程:
17、这个方程是能量守恒方程,并假设在A和B点之间没有能量损耗. 第一项代表基于压强所储存的能量,第二项代表动能或因为运动而具有的能量,第三项代表势能或由于高度而具有的能量.
18、如果每项都乘以质量每单位体积,就可以得到这个能量关系,但因为质量每单位体积在A点和B点是相同的,可以消去. 该方程可以用于流体系统中任何两点. 伯努利方程中使用的压强必须是绝对压强.
在图2.3.3(b)中所示的流体系统中,点3的流体速度V可以从方程(2.3.4)推导得出,并且用点2作为参考线,如下所示. 19、出口的点3具有动态压强,但除了1个大气压以外没有静态压强,因此,点1和点3的绝对压强都等于1个大气压,而且二者比重相同. 这就表示了流出系统的液体流速直接正比于在参考值以上液体高度的平方根.
2.3节
1、温度测量在生活范围内特别是在过程工业中非常重要。然而,它提出一些特殊的问题,因为温度测量没有一个基本的温度标准量,无法像其它量的测量一样可以与质量、长度和时间等主要的标准量联系起来。
2、建立起温度的绝对标准,使其与其它可测的标准单位量联系起来,这是温度测量的基本困难之一。由于缺乏这种关系,有必要以物质冰点和沸点形式建立固定的、可复制的参考点,物质状态特指在固体、液体和气态状态之间变化的瞬间。
3、国际实用温标使用这种思想并设计六个主要固定点作为参考点:
平衡氢的三态点:-259.34°C,氧的沸点:-182.962°C 水的沸点:100.0°C,锌的冰点:419.58°C 银的冰点:961.93°C,金的冰点:1064.43°C。
4、某种其它金属的冰点也可以用作第二个固定点,从而在标定过程中提供额外的参考点。
根据温度测量装置操作的物理原理,它们可以被分为不同的等级。使用的主要原理是:
5、热电势效应传感器所基于的物理原理是,当任意两个不同的金属连接在一起时,将在金属的接头处产生感应电动势,该电动势是温度的函数。这个关系的一般形式是: