第2章 生化過(guò)程中物理參數(shù)檢測(cè)技術(shù)課件

第2章生化過(guò)程中物理參數(shù)檢測(cè)技術(shù)1第2章生化過(guò)程中物理參數(shù)檢測(cè)技術(shù)1本章內(nèi)容2.1概述2.2壓力的測(cè)量2.3液位和泡沫的測(cè)量2.4溫度的測(cè)量2.5流量的測(cè)量2本章內(nèi)容2.1概述22.1概述32.1概述3要對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行有效的操作和控制，首先要了解生化過(guò)程的狀態(tài)變化，也就是各種信息。這些信息(參數(shù))可分為物理變量參數(shù)、化學(xué)變量參數(shù)及生物變量參數(shù)這些信息是進(jìn)行生化過(guò)程控制的基礎(chǔ)，有些可直接進(jìn)行測(cè)定、有些可間接進(jìn)行測(cè)定。有些可就地檢測(cè)、有些通過(guò)在線測(cè)定、有些只能進(jìn)行離線測(cè)定。4要對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行有效的操作和控制，首先要了解生化過(guò)程的狀態(tài)變就地測(cè)量：測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器直接與培養(yǎng)液接觸，給出連續(xù)和快速響應(yīng)的信號(hào)，測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程沒(méi)有影響。（pH、溶氧濃度和罐壓測(cè)量）在線測(cè)量：利用連續(xù)的取樣系統(tǒng)與有關(guān)的分析儀器連接，取得測(cè)量信號(hào)響應(yīng)速度快，可作為實(shí)時(shí)操作和生產(chǎn)過(guò)程控制。離線測(cè)量：一定時(shí)間內(nèi)離散取樣，在反應(yīng)器外進(jìn)行樣品處理和分析。5就地測(cè)量：測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器直接與培養(yǎng)液接觸，給出連續(xù)和快速一參數(shù)的測(cè)量參數(shù)檢測(cè)：將被測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)一次或多次能量的交換，獲得一種便于顯示和傳遞的信號(hào)的過(guò)程。根據(jù)信號(hào)的不同，參數(shù)檢測(cè)儀表可以分為氣動(dòng)檢測(cè)儀表和電動(dòng)檢測(cè)儀表兩類。非電量的電測(cè)法將非電量工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量、物位等，轉(zhuǎn)換為電流、電壓等電路參數(shù)（信號(hào)）的檢測(cè)方法。6一參數(shù)的測(cè)量參數(shù)檢測(cè)：將被測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)一次或多次能量的交換，二檢測(cè)儀表的性能1.準(zhǔn)確度與誤差準(zhǔn)確度：測(cè)量值與被測(cè)量真值的接近程度。絕對(duì)誤差：測(cè)量值與被測(cè)量真值之差。相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值之比。實(shí)際相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值之比；示值相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與儀表指示值之比；引用相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與儀表滿刻度值之比。允許誤差：最大允許的相對(duì)誤差。7二檢測(cè)儀表的性能1.準(zhǔn)確度與誤差72.指示變差與精密度指示變差：同一儀表對(duì)相同的被測(cè)參數(shù)進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，其顯示值的差異。精密度(簡(jiǎn)稱精度)：在相同條件下，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量，測(cè)得值之間的一致(符合)程度。儀表精度等級(jí)：引用相對(duì)誤差的百分?jǐn)?shù)分子表示：常用儀表等級(jí)有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等。精確度：儀表精密而準(zhǔn)確的程度。82.指示變差與精密度83.靈敏度、靈敏限與分辨率靈敏度S：儀表的指示位移變化量△S與被測(cè)參數(shù)變化量△m之比。它是選擇傳感器的基本技術(shù)指標(biāo)。

靈敏度

靈敏限：能引起儀表指針發(fā)生位移變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。分辨率：測(cè)試儀表能夠精確檢測(cè)出被測(cè)量的最小變化的能力。93.靈敏度、靈敏限與分辨率94.線性度與反應(yīng)時(shí)間線性度：測(cè)量?jī)x表在全量程范圍內(nèi)實(shí)際校準(zhǔn)值與理論對(duì)應(yīng)值的吻合程度。反應(yīng)時(shí)間：顯示值變化相對(duì)于實(shí)際值變化的滯后時(shí)間。被測(cè)變量?jī)x表顯示值104.線性度與反應(yīng)時(shí)間被測(cè)變量?jī)x表顯示值10三檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成被測(cè)參數(shù)敏感元件信號(hào)變換信號(hào)傳輸信號(hào)測(cè)量顯示記錄控制+-A/DPLC11三檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成被測(cè)參數(shù)敏感元件信號(hào)變換信號(hào)傳輸信號(hào)測(cè)量顯四生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)的特點(diǎn)由于細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的純種要求，必須嚴(yán)格防止雜菌污染，在生物反應(yīng)器操作中首先采用蒸汽滅菌，絕對(duì)防止帶入雜菌的操作或部件的應(yīng)用。1、反應(yīng)器內(nèi)插入的傳感器必須耐高溫并經(jīng)受高溫滅菌，增加了生化過(guò)程參數(shù)測(cè)定的復(fù)雜性；2、菌體及其它固體物質(zhì)附在表面，使傳感器靈敏度降低；3、生化反應(yīng)器內(nèi)存有氣泡，對(duì)檢測(cè)傳感器帶來(lái)干擾；12四生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)的特點(diǎn)由于細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的純種要求，必須4、在傳感器及其安裝附件必須沒(méi)有雜菌和滅菌死角；5、化學(xué)成分分析給電信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來(lái)困難或者可靠性降低。1313生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)傳感器無(wú)源傳感器：按能量控制(或調(diào)制)原理設(shè)計(jì)而成的傳感裝置。有源傳感器按能量變換原理設(shè)計(jì)而成的傳感裝置。常用的傳感器，按檢測(cè)對(duì)象可分為：力敏元件(壓敏元件、速度、加速度、壓差元件)；熱敏元件(溫度、熱流)；光敏元件(各種光纖維)；磁敏元件(各種磁效應(yīng))；濕敏元件(濕度與相對(duì)濕度)；氣敏元件(酒精、瓦斯、CO)；放射性元件；離子元件(各種各種有機(jī)、無(wú)機(jī)敏感酶電極、生物電極)。14生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)傳感器無(wú)源傳感器：14生化檢測(cè)傳感器的要求可靠可靠性最重要，生化反應(yīng)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)需傳感器穩(wěn)定可靠。靈敏度對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)定要求靈敏度高。精度對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)定也要求精度高。可互換性同類傳感器必須可互換，便于傳感器損壞時(shí)更換。15生化檢測(cè)傳感器的要求可靠15可清洗在生化反應(yīng)罐批次之間，這些傳感器要容易清洗。耐消毒一般需耐0.12MPa，120℃消毒20~30min，化學(xué)消毒也可考慮，即用酸堿溶液及甲醛等泡。無(wú)菌反應(yīng)過(guò)程傳感器必須保持無(wú)菌，四周不造成消毒死角。無(wú)毒傳感器材質(zhì)對(duì)生化反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有毒害作用，對(duì)產(chǎn)品沒(méi)有毒害污染。16可清洗16下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（15±1.5）℃。17下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？

畫(huà)出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。

試比較示意圖和方塊圖，說(shuō)明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向不同。

18系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？18被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向由丙烯冷卻器流出。在方塊圖中,氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號(hào)流向指向丙烯冷卻器。

19被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變2.2壓力的測(cè)量202.2壓力的測(cè)量20一壓力的表示與單位壓力的表示：絕對(duì)壓力單位面積所受到的力相對(duì)壓力（表壓）絕對(duì)壓力與大氣壓之差真空度大氣壓與絕對(duì)壓力之差絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓力水平1壓力水平221一壓力的表示與單位壓力的表示：絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)壓力(壓強(qiáng))的單位壓強(qiáng)（俗稱壓力）：?jiǎn)挝幻娣e所受到的垂直作用力。工程上的“壓力”與力學(xué)中的“壓力”不表示同一個(gè)概念。22壓力(壓強(qiáng))的單位壓強(qiáng)（俗稱壓力）：?jiǎn)挝幻娣e所受到的垂直作用二壓力測(cè)量原理壓力、壓差測(cè)量原理可分為：壓力與彈性體的變形應(yīng)力相平衡，并轉(zhuǎn)換成彈性體的位移；壓力與別的流體壓力或電磁力等相平衡，并將其轉(zhuǎn)換成力或電流，這種原理多用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程壓力測(cè)量變送傳感器；壓力與流體的重量相平衡，由對(duì)應(yīng)的液體量求得壓力，如U形管壓力計(jì)；壓力與固體的重量相平衡，由對(duì)應(yīng)的固體重量求得壓力，多用來(lái)標(biāo)定壓力計(jì)。按測(cè)量原理，壓力計(jì)可以分為：液柱式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)23二壓力測(cè)量原理壓力、壓差測(cè)量原理可分為：231液柱式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=rgh所以h=P/rg241液柱式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=rgh所以2活塞式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=G/S

所以G=P?S精確度高常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表，檢驗(yàn)其它壓力計(jì)252活塞式壓力計(jì)測(cè)量原理：253彈性式壓力傳感器與常用壓力表工作原理：在虎克定律成立的范圍內(nèi)，采用彈性元件將壓強(qiáng)大小轉(zhuǎn)換為位移量，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)和放大，推動(dòng)指針偏移。根據(jù)敏感元件形式的不同可以分為以下3類：波登管式壓力傳感器波紋管式壓力傳感器薄膜式壓力傳感器263彈性式壓力傳感器與常用壓力表工作原理：在虎克定律成立的范波登管式壓力傳感器具有扁平斷面的管子彎成圓形，將一端固定、另一端自由，自由端密封，當(dāng)固定端接入被測(cè)壓力時(shí)，管子的截面就變成近似扁圓形狀，使自由端向外伸展，帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示其壓力。P與△g/g成比例關(guān)系g27波登管式壓力傳感器具有扁平斷面的管子彎成圓形，將一端固定、另波登管壓力計(jì)（a）及其傳動(dòng)部分（b）28波登管壓力計(jì)（a）及其傳動(dòng)部分（b）282929波紋管式壓力傳感器波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺，并沿軸向能夠伸縮而徑向不發(fā)生變化。如果圓筒內(nèi)外產(chǎn)生壓差，便成為軸向伸縮元件。因?yàn)槟蛪簭?qiáng)度有限，所以多用作低壓壓力的感壓原件。 p與軸向伸縮距離x的關(guān)系如下：30波紋管式壓力傳感器波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺，并3131薄膜式壓力傳感器將周邊固定的薄板稱為薄膜，利用薄膜兩側(cè)壓力差使之產(chǎn)生彈性形變的傳感器。32薄膜式壓力傳感器將周邊固定的薄板稱為薄膜，利用薄膜兩側(cè)壓力差4電氣式壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電氣式壓力計(jì)，實(shí)際上是將彈性元件、液柱式壓力計(jì)所產(chǎn)生的微小位移或活塞式壓力計(jì)所產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的一類壓力計(jì)。電氣式壓力計(jì)通常兩部分組成：一次儀表（壓力探頭）：將壓力轉(zhuǎn)換為微弱電參數(shù)；二次儀表：將微弱電參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。334電氣式壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電氣式壓力計(jì)，實(shí)際上是將彈性元件常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。常見(jiàn)壓力變換器（壓力探頭）有：電阻應(yīng)變式壓力變換器；電感式壓力變換器；電容式壓力變換器；霍爾式壓力變換器。電氣式壓力計(jì)一次探頭34常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。電氣式壓力計(jì)一次探頭電阻應(yīng)變式壓力計(jì)一次探頭工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電線的電阻為R=L/S當(dāng)電線受到拉（應(yīng)）力作用時(shí)，L變大，S變小，R變大。一組串聯(lián)平行細(xì)導(dǎo)線（電阻應(yīng)變片）的金屬（彈性元件）因壓力變化而發(fā)生微小變形（應(yīng)變）時(shí)，細(xì)導(dǎo)線的電阻隨之發(fā)生變化。從而，將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化為電阻參數(shù)。壓力變化彈性變形電阻變化35電阻應(yīng)變式壓力計(jì)一次探頭工作原理壓力彈性電阻35電感式壓力計(jì)一次探頭磁路的磁阻與鐵芯的間隙相關(guān)。所以，當(dāng)銜鐵或鐵芯的位置發(fā)生變化時(shí)，其電感也隨之發(fā)生變化。從而，可以將位移量轉(zhuǎn)化為電感量。36電感式壓力計(jì)一次探頭磁路的磁阻與鐵芯的間隙相關(guān)。所以，當(dāng)銜鐵電容式壓力計(jì)一次探頭電容器的電容量：C=S/d當(dāng)S或d發(fā)生變化時(shí)，電容量發(fā)生變化。37電容式壓力計(jì)一次探頭電容器的電容量：C=S/d37霍爾式壓力計(jì)一次探頭霍爾半導(dǎo)體在垂直電流和磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向電壓：UH=RHBINS38霍爾式壓力計(jì)一次探頭霍爾半導(dǎo)體在垂直電流和磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)電氣壓力計(jì)前置放大器傳感元件的參量變化通常是非常微弱的，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，需要進(jìn)行初步放大。電阻和電容傳感器一般采用電橋放大，以電壓方式輸出；電感式傳感器一般采用振蕩電路放大，以頻率方式輸出；電壓傳感器一般采用直流放大器，以電壓或電流方式輸出。39電氣壓力計(jì)前置放大器傳感元件的參量變化通常是非常微弱的，不能電氣壓力計(jì)前置放大器電橋放大振蕩電路放大直流放大40電氣壓力計(jì)前置放大器電橋放大振蕩電路放大直流放大40電氣壓力計(jì)二次儀表作用：將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)。DDZⅢ型儀表標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)為：4~20mA。智能型壓力傳感器在二次儀表中另外附加一些功能，如：模/數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)通訊，工程單位轉(zhuǎn)換，信號(hào)（變化）阻尼，故障診斷等。41電氣壓力計(jì)二次儀表作用：將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)。41三壓力計(jì)的選型及安裝選型內(nèi)容：類型選擇功能：顯示、報(bào)警、記錄、傳送（數(shù)字、模擬）；介質(zhì)條件：溫度、腐蝕性、粘度、臟污程度等；

如：氨氣表防腐，氧氣表禁油。環(huán)境條件：溫度、震動(dòng)、電磁場(chǎng)等。量程與盤(pán)面大小工作壓力不小于1/3量程，不大于2/3（1/2）量程；盤(pán)面大小應(yīng)方便安裝和觀察。精度等級(jí)：根據(jù)工藝需要確定。作為現(xiàn)場(chǎng)的壓力測(cè)量?jī)x表，多用價(jià)格便宜的彈性壓力儀表，如壓力計(jì)。重要部位壓力信號(hào)，遠(yuǎn)距離傳送到操作室，有的要進(jìn)行自動(dòng)控制，則選用壓力測(cè)量變送器。42三壓力計(jì)的選型及安裝選型內(nèi)容：42常見(jiàn)壓力傳感器外形

工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器通用壓力變送器隔離壓力變送器高溫壓力變送器隔離壓差變送器隔離液位變送器微壓變送器電容壓力變送器隔膜壓力變送器絕壓變送器雙膜壓差變送器微型探針壓力計(jì)暖風(fēng)空調(diào)壓力計(jì)濕式壓力變送器本安壓力變送器OEM血壓計(jì)OEM壓力芯片43常見(jiàn)壓力傳感器外形工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器通用壓力變送壓力計(jì)的安裝安裝事項(xiàng)：取壓位置：由工藝條件確定；盡量避免渦流影響；避免流速影響；避免導(dǎo)壓管產(chǎn)生壓差。隔離(采用密封隔離，如虹吸等)：溫度隔離：采用銅管散熱；腐蝕性隔離：采用隔離箱（凝液管）；臟污隔離：采用空氣包。44壓力計(jì)的安裝安裝事項(xiàng)：44壓力表安裝不合理會(huì)形成的死角45壓力表安裝不合理會(huì)形成的死角452.3液位和泡沫的測(cè)量462.3液位和泡沫的測(cè)量46一概述生物反應(yīng)器內(nèi)的液位和泡沫液位的對(duì)于有效建立物料平衡方程和控制營(yíng)養(yǎng)物的加入量，有著十分重要的意義；另一方面，為了避免反應(yīng)液的發(fā)泡和逃液，也需準(zhǔn)確了解液位和泡沫液位。泡沫的測(cè)量是基于液位的檢測(cè)，因此泡沫液位傳感器也可用于液位的測(cè)量，兩者是相通的。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中液位的測(cè)量主要有三類：直讀式液位計(jì)、壓差式液位計(jì)、電極式液位計(jì)。47一概述生物反應(yīng)器內(nèi)的液位和泡沫液位的對(duì)于有效建立物料平衡方二直讀式物位計(jì)用帶有刻度的透明物質(zhì)（如玻璃、有機(jī)玻璃）作為容器壁的一部分或連通管，可以直接顯示容器內(nèi)液位的高低。還可通過(guò)發(fā)酵罐的視鏡直接觀察罐內(nèi)液位刻度。48二直讀式物位計(jì)用帶有刻度的透明物質(zhì)（如玻璃、有機(jī)玻璃）作為三壓差式液位計(jì)利用液體靜壓力與液位高度的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。液體密閉容器液體敞開(kāi)容器利用p=p0+rgh可得到h49三壓差式液位計(jì)利用液體靜壓力與液位高度的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。液體四電容式液位計(jì)圓柱形電容器的電容量的表達(dá)式為：電極間充入高度為H的介質(zhì)前后電容量的變化值為：

由此可見(jiàn)，電容量的變化量與液位高度成正比。測(cè)量電容量變化即可知料位的變化。50四電容式液位計(jì)圓柱形電容器的電容量的表達(dá)式為：50電容式液位計(jì)主要用于測(cè)量不導(dǎo)電流體51電容式液位計(jì)51五電極式液位計(jì)主要有兩類電極：導(dǎo)電電極、電阻式泡沫電極。導(dǎo)電電極：用于不腐蝕導(dǎo)體的液體液面的測(cè)定。當(dāng)液面或泡沫達(dá)到不絕緣的金屬棒的端點(diǎn)時(shí)，就會(huì)有電流信號(hào)產(chǎn)生。電阻式泡沫電極：電極安裝于罐體上，其電極電流正比于不絕緣電極棒浸沒(méi)入液體的長(zhǎng)度，由此來(lái)測(cè)定泡沫液位高度。hh電極法測(cè)液面雙電極傳感器使用單電極時(shí)，由于結(jié)垢、微生物附著，易造成短路，出現(xiàn)虛假信號(hào)，使用雙電極可以形成相應(yīng)的補(bǔ)償作用，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。52五電極式液位計(jì)主要有兩類電極：導(dǎo)電電極、電阻式泡沫電極。h2.4溫度的測(cè)量532.4溫度的測(cè)量53溫度對(duì)生化過(guò)程影響非常顯著，是過(guò)程控制的重要變量之一。溫度測(cè)量元件主要有六大類：膨脹式、壓力式、熱電偶、熱電阻、輻射式、紅外線。54溫度對(duì)生化過(guò)程影響非常顯著，是過(guò)程控制的重要變量之一。54常用溫度計(jì)的種類及適用溫度55常用溫度計(jì)的種類及適用溫度55一膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)利用液體受熱膨脹并沿玻璃毛細(xì)管延伸而直接顯示溫度雙金屬溫度計(jì)不同金屬受熱膨脹不同，雙金屬片在受熱情況下發(fā)生彎曲而顯示溫度t=t0tt056一膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)t=t0tt056二、壓力式溫度計(jì)利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)行測(cè)量。溫包：傳熱、容納膨脹介質(zhì)；毛細(xì)管：傳遞壓力；彈簧管：顯示壓力（溫度）。57二、壓力式溫度計(jì)利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)三輻射式溫度計(jì)通過(guò)特定波長(zhǎng)光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定光源溫度。輻射式溫度計(jì)：測(cè)定熱輻射強(qiáng)度；光學(xué)溫度計(jì)：采用光學(xué)分頻法，測(cè)定不同頻率光波的強(qiáng)度比值；比色法：直接通過(guò)可見(jiàn)光顏色的對(duì)比，確定光源溫度。輻射式溫度計(jì)，通常用于測(cè)量高溫條件，特別是光學(xué)溫度計(jì)和比色溫度計(jì)需要利用物體在高溫下發(fā)射的可見(jiàn)光進(jìn)行檢測(cè)。58三輻射式溫度計(jì)通過(guò)特定波長(zhǎng)光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定光源四熱電偶溫度計(jì)1.熱電偶工作原理基于物體的熱電效應(yīng)。由兩種不同導(dǎo)體組成回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)大小和方向取決于導(dǎo)體的材料和兩接點(diǎn)溫度差，這個(gè)現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”?；芈贩Q為“熱電偶”，電勢(shì)為“熱電勢(shì)”，高溫端叫“熱端”，低溫端為“冷端”。ABtt0EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)59四熱電偶溫度計(jì)1.熱電偶工作原理ABtt0EAB(t,2.熱電偶回路ABCC熱電偶測(cè)量的關(guān)鍵是如何保證冷端的溫度不同金屬連接在一起都構(gòu)成熱電偶作用；熱電偶回路電動(dòng)勢(shì)為各接點(diǎn)熱電勢(shì)的總和；對(duì)于有外接導(dǎo)線的熱電偶回路，其總電動(dòng)勢(shì)為熱端與冷端熱電動(dòng)勢(shì)之差。tt0t0602.熱電偶回路ABCC熱電偶測(cè)量的關(guān)鍵是如何保證冷端的溫3.熱電偶的補(bǔ)償熱電偶的導(dǎo)線補(bǔ)償用廉價(jià)材料將冷端延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室內(nèi)；冷端溫度補(bǔ)償將冷端浸泡在恒溫的冰水中；采用電路差減法消除冷端熱電勢(shì)。+-補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)量電路熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與熱電偶的電極材料配合使用；補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)不同，接線時(shí)應(yīng)特別注意不能接錯(cuò)。613.熱電偶的補(bǔ)償熱電偶的導(dǎo)線補(bǔ)償+-補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)量電路熱電4.熱電偶的材質(zhì)與選擇熱電偶的材質(zhì)要求：?jiǎn)挝粶囟茸兓臒犭妱?shì)大，且盡量接近線性關(guān)系；熱電性質(zhì)穩(wěn)定；化學(xué)穩(wěn)定性好：高溫下抗氧化，抗腐蝕；具有較好的延展性，易于加工；復(fù)現(xiàn)性好，便于批量生產(chǎn)和互換。不同材質(zhì)的熱電偶有不同的特性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇測(cè)量范圍、放大系數(shù)（以分度值表示）、測(cè)量精度、抗腐蝕能力、價(jià)格等。624.熱電偶的材質(zhì)與選擇熱電偶的材質(zhì)要求：625.熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極工作部分絕緣子防止電極與電極、套管短路保護(hù)套管保護(hù)接線盒635.熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極636464五熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理利用金屬電阻隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量金屬在不同溫度下電阻值的變化。工業(yè)熱電阻溫度計(jì)主要有兩種材質(zhì)：鉑電阻：0~650oC，Pt10，Pt100銅電阻：-50~+150oC，Cu50，Cu10065五熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理65六電動(dòng)溫度計(jì)的二次儀表功能：對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和轉(zhuǎn)換；信號(hào)的線性化。組成部分：輸入電橋；放大器；反饋電路；電源電路。熱電偶或熱電阻輸入電橋放大電路反饋電路電源電路被測(cè)溫度66六電動(dòng)溫度計(jì)的二次儀表功能：熱電偶或熱電阻輸入電橋放大電路2.5流量的測(cè)量672.5流量的測(cè)量67流量測(cè)量是生化過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作和管理的重要依據(jù)。一般所講的流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量，它可以用體積流量和質(zhì)量流量來(lái)表示。注意流量和流速的區(qū)別。體積流量(Q)：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)管道某截面流體的體積數(shù)，單位為m3/h。質(zhì)量流量(M)：?jiǎn)挝粫r(shí)間流過(guò)管道某截面流體的質(zhì)量數(shù)，單位為kg/h。68流量測(cè)量是生化過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程操作和管理的重要依據(jù)。68 按測(cè)量工作原理分類：速度式流量計(jì)通過(guò)測(cè)量過(guò)流速度，用過(guò)流面積換算成流量。主要有差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)。容積式流量計(jì)采用固定溶劑空間逐次衡量過(guò)流容積。主要有齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板式流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)。流體的物理性質(zhì)(如粘度、密度等)對(duì)測(cè)量精度影響小，測(cè)量精度較高。質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量可壓縮流體的質(zhì)量通過(guò)量。分為直接型質(zhì)量流量計(jì)(通過(guò)直接檢測(cè)與質(zhì)量流量成比例的參數(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量的測(cè)定)和間接型質(zhì)量流量計(jì)(通過(guò)體積流量計(jì)與密度計(jì)組合來(lái)實(shí)現(xiàn))。流量測(cè)量?jī)x分類69 按測(cè)量工作原理分類：流量測(cè)量?jī)x分類69一速度式流量計(jì)根據(jù)測(cè)速方法可以分為以下幾類：差壓式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)超聲波流量計(jì)渦輪流量計(jì)70一速度式流量計(jì)根據(jù)測(cè)速方法可以分為以下幾類：701差壓流量計(jì)差壓式流量計(jì)也叫節(jié)流式流量計(jì)，它是流量測(cè)量中最成熟、常用的流量計(jì)。由流體力學(xué)知識(shí)可知，流體通過(guò)孔板節(jié)流裝置后，會(huì)產(chǎn)生一定的壓降。根據(jù)流速和壓降的關(guān)系可以推導(dǎo)出下列方程：其中a、F為常數(shù)通過(guò)測(cè)量孔板前后壓差即可計(jì)算出流速和流量。p1p2711差壓流量計(jì)差壓式流量計(jì)也叫節(jié)流式流量計(jì)，它是流量測(cè)量中最2轉(zhuǎn)子流量計(jì)垂直流道中的金屬轉(zhuǎn)子在壓差力和重力的共同作用下平衡。壓差與流速有關(guān)；流速取決于轉(zhuǎn)子的位置。由轉(zhuǎn)子高度可直接讀取通過(guò)的流量；測(cè)量轉(zhuǎn)子位置可進(jìn)一步獲得相應(yīng)的電氣信號(hào)。722轉(zhuǎn)子流量計(jì)垂直流道中的金屬轉(zhuǎn)子在壓差力和重力的共同作用下3電磁流量計(jì)當(dāng)流道兩側(cè)有磁場(chǎng)作用時(shí)，導(dǎo)電流體在流動(dòng)過(guò)程中切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：E=kBdv其中E為感應(yīng)電勢(shì)，k為常數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，d為管徑，v為平均流速。當(dāng)d與B確定后，有：Q=KE則Q與E成線性關(guān)系，只要測(cè)得感應(yīng)電勢(shì)就可得流體流量。E733電磁流量計(jì)當(dāng)流道兩側(cè)有磁場(chǎng)作用時(shí)，導(dǎo)電流體在流動(dòng)過(guò)程中切電磁流量計(jì)組成電磁流量計(jì)由兩部分組成：電磁流量變換器由帶激磁線圈的絕緣測(cè)量管產(chǎn)生電勢(shì)信號(hào)。二次儀表作用：提供激磁電源，將變換器輸出的微弱電勢(shì)信號(hào)進(jìn)行放大，并輸出相應(yīng)的電流信號(hào)。組成：前置放大、主放大、相敏檢波、功率放大、霍爾反饋（克服電源波動(dòng)）、電源等。由于該流量計(jì)是利用電磁感應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，只要為導(dǎo)電流體以及含固體顆?；蚶w維的導(dǎo)電流體均可測(cè)量。且不需直接與流體接觸，在生化過(guò)程中廣泛使用。74電磁流量計(jì)組成電磁流量計(jì)由兩部分組成：由于該流量計(jì)是利用電磁4.超聲波流量計(jì)多普勒效應(yīng)：當(dāng)一束波射向移動(dòng)的物質(zhì)并產(chǎn)生散射時(shí)，其散射波的頻率會(huì)產(chǎn)生變化（頻移），且頻率變化量與物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度成正比。超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)：非接觸式測(cè)量；流體中需要有散射粒子：微泡或顆粒。754.超聲波流量計(jì)多普勒效應(yīng)：當(dāng)一束波射向移動(dòng)的物質(zhì)并產(chǎn)生散二容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)主要包括兩類：齒輪式流量計(jì)一對(duì)緊密?chē)Ш系凝X輪與殼體之間形成固定的間隙空間，齒輪每旋轉(zhuǎn)一周，有固定流體通過(guò)間隙輸送通過(guò)。流體通過(guò)量與齒輪轉(zhuǎn)數(shù)成正比?；钊搅髁坑?jì)利用活塞的每一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)輸送定量的流體。計(jì)量泵：用外力推動(dòng)容積式流量計(jì)即可定量輸送流體容積式流量計(jì)的最大特點(diǎn)是對(duì)被測(cè)流體的粘度不敏感，常用于測(cè)量粘稠流體。76二容積式流量計(jì)容積式流量計(jì)主要包括兩類：76三質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)分別測(cè)量體積流量和密度再用乘法計(jì)算出質(zhì)量流量。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用科氏力的作用使彎曲的彈性管道兩側(cè)產(chǎn)生震動(dòng)相位差質(zhì)量流量計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，只用于壓力變化較大的可壓縮流體。77三質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)77常用通氣發(fā)酵過(guò)程78常用通氣發(fā)酵過(guò)程78第2章生化過(guò)程中物理參數(shù)檢測(cè)技術(shù)79第2章生化過(guò)程中物理參數(shù)檢測(cè)技術(shù)1本章內(nèi)容2.1概述2.2壓力的測(cè)量2.3液位和泡沫的測(cè)量2.4溫度的測(cè)量2.5流量的測(cè)量80本章內(nèi)容2.1概述22.1概述812.1概述3要對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行有效的操作和控制，首先要了解生化過(guò)程的狀態(tài)變化，也就是各種信息。這些信息(參數(shù))可分為物理變量參數(shù)、化學(xué)變量參數(shù)及生物變量參數(shù)這些信息是進(jìn)行生化過(guò)程控制的基礎(chǔ)，有些可直接進(jìn)行測(cè)定、有些可間接進(jìn)行測(cè)定。有些可就地檢測(cè)、有些通過(guò)在線測(cè)定、有些只能進(jìn)行離線測(cè)定。82要對(duì)生化過(guò)程進(jìn)行有效的操作和控制，首先要了解生化過(guò)程的狀態(tài)變就地測(cè)量：測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器直接與培養(yǎng)液接觸，給出連續(xù)和快速響應(yīng)的信號(hào)，測(cè)量信號(hào)系統(tǒng)對(duì)過(guò)程沒(méi)有影響。（pH、溶氧濃度和罐壓測(cè)量）在線測(cè)量：利用連續(xù)的取樣系統(tǒng)與有關(guān)的分析儀器連接，取得測(cè)量信號(hào)響應(yīng)速度快，可作為實(shí)時(shí)操作和生產(chǎn)過(guò)程控制。離線測(cè)量：一定時(shí)間內(nèi)離散取樣，在反應(yīng)器外進(jìn)行樣品處理和分析。83就地測(cè)量：測(cè)量系統(tǒng)中的傳感器直接與培養(yǎng)液接觸，給出連續(xù)和快速一參數(shù)的測(cè)量參數(shù)檢測(cè)：將被測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)一次或多次能量的交換，獲得一種便于顯示和傳遞的信號(hào)的過(guò)程。根據(jù)信號(hào)的不同，參數(shù)檢測(cè)儀表可以分為氣動(dòng)檢測(cè)儀表和電動(dòng)檢測(cè)儀表兩類。非電量的電測(cè)法將非電量工藝參數(shù)，如壓力、溫度、流量、物位等，轉(zhuǎn)換為電流、電壓等電路參數(shù)（信號(hào)）的檢測(cè)方法。84一參數(shù)的測(cè)量參數(shù)檢測(cè)：將被測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)一次或多次能量的交換，二檢測(cè)儀表的性能1.準(zhǔn)確度與誤差準(zhǔn)確度：測(cè)量值與被測(cè)量真值的接近程度。絕對(duì)誤差：測(cè)量值與被測(cè)量真值之差。相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值之比。實(shí)際相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值之比；示值相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與儀表指示值之比；引用相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與儀表滿刻度值之比。允許誤差：最大允許的相對(duì)誤差。85二檢測(cè)儀表的性能1.準(zhǔn)確度與誤差72.指示變差與精密度指示變差：同一儀表對(duì)相同的被測(cè)參數(shù)進(jìn)行正、反行程測(cè)量時(shí)，其顯示值的差異。精密度(簡(jiǎn)稱精度)：在相同條件下，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量，測(cè)得值之間的一致(符合)程度。儀表精度等級(jí)：引用相對(duì)誤差的百分?jǐn)?shù)分子表示：常用儀表等級(jí)有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等。精確度：儀表精密而準(zhǔn)確的程度。862.指示變差與精密度83.靈敏度、靈敏限與分辨率靈敏度S：儀表的指示位移變化量△S與被測(cè)參數(shù)變化量△m之比。它是選擇傳感器的基本技術(shù)指標(biāo)。

靈敏度

靈敏限：能引起儀表指針發(fā)生位移變化的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。分辨率：測(cè)試儀表能夠精確檢測(cè)出被測(cè)量的最小變化的能力。873.靈敏度、靈敏限與分辨率94.線性度與反應(yīng)時(shí)間線性度：測(cè)量?jī)x表在全量程范圍內(nèi)實(shí)際校準(zhǔn)值與理論對(duì)應(yīng)值的吻合程度。反應(yīng)時(shí)間：顯示值變化相對(duì)于實(shí)際值變化的滯后時(shí)間。被測(cè)變量?jī)x表顯示值884.線性度與反應(yīng)時(shí)間被測(cè)變量?jī)x表顯示值10三檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成被測(cè)參數(shù)敏感元件信號(hào)變換信號(hào)傳輸信號(hào)測(cè)量顯示記錄控制+-A/DPLC89三檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成被測(cè)參數(shù)敏感元件信號(hào)變換信號(hào)傳輸信號(hào)測(cè)量顯四生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)的特點(diǎn)由于細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的純種要求，必須嚴(yán)格防止雜菌污染，在生物反應(yīng)器操作中首先采用蒸汽滅菌，絕對(duì)防止帶入雜菌的操作或部件的應(yīng)用。1、反應(yīng)器內(nèi)插入的傳感器必須耐高溫并經(jīng)受高溫滅菌，增加了生化過(guò)程參數(shù)測(cè)定的復(fù)雜性；2、菌體及其它固體物質(zhì)附在表面，使傳感器靈敏度降低；3、生化反應(yīng)器內(nèi)存有氣泡，對(duì)檢測(cè)傳感器帶來(lái)干擾；90四生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)的特點(diǎn)由于細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的純種要求，必須4、在傳感器及其安裝附件必須沒(méi)有雜菌和滅菌死角；5、化學(xué)成分分析給電信號(hào)轉(zhuǎn)換帶來(lái)困難或者可靠性降低。9113生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)傳感器無(wú)源傳感器：按能量控制(或調(diào)制)原理設(shè)計(jì)而成的傳感裝置。有源傳感器按能量變換原理設(shè)計(jì)而成的傳感裝置。常用的傳感器，按檢測(cè)對(duì)象可分為：力敏元件(壓敏元件、速度、加速度、壓差元件)；熱敏元件(溫度、熱流)；光敏元件(各種光纖維)；磁敏元件(各種磁效應(yīng))；濕敏元件(濕度與相對(duì)濕度)；氣敏元件(酒精、瓦斯、CO)；放射性元件；離子元件(各種各種有機(jī)、無(wú)機(jī)敏感酶電極、生物電極)。92生化過(guò)程參數(shù)檢測(cè)傳感器無(wú)源傳感器：14生化檢測(cè)傳感器的要求可靠可靠性最重要，生化反應(yīng)過(guò)程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)需傳感器穩(wěn)定可靠。靈敏度對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)定要求靈敏度高。精度對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)定也要求精度高。可互換性同類傳感器必須可互換，便于傳感器損壞時(shí)更換。93生化檢測(cè)傳感器的要求可靠15可清洗在生化反應(yīng)罐批次之間，這些傳感器要容易清洗。耐消毒一般需耐0.12MPa，120℃消毒20~30min，化學(xué)消毒也可考慮，即用酸堿溶液及甲醛等泡。無(wú)菌反應(yīng)過(guò)程傳感器必須保持無(wú)菌，四周不造成消毒死角。無(wú)毒傳感器材質(zhì)對(duì)生化反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有毒害作用，對(duì)產(chǎn)品沒(méi)有毒害污染。94可清洗16下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量以冷卻乙烯裂解氣。調(diào)節(jié)氣態(tài)丙烯流量使溫度控制在（15±1.5）℃。95下圖是乙烯裂解氣溫度控制系統(tǒng)。采用液態(tài)丙烯，使其汽化吸收熱量系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？

畫(huà)出該控制系統(tǒng)的組成方塊圖。

試比較示意圖和方塊圖，說(shuō)明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向不同。

96系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？18被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變量為氣態(tài)丙烯的流量。在示意圖中，氣態(tài)丙烯的流向由丙烯冷卻器流出。在方塊圖中,氣態(tài)丙烯作為操縱變量，其信號(hào)流向指向丙烯冷卻器。

97被控對(duì)象為丙烯冷卻器；被控變量為乙烯裂解氣的出口溫度；操縱變2.2壓力的測(cè)量982.2壓力的測(cè)量20一壓力的表示與單位壓力的表示：絕對(duì)壓力單位面積所受到的力相對(duì)壓力（表壓）絕對(duì)壓力與大氣壓之差真空度大氣壓與絕對(duì)壓力之差絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓壓力水平1壓力水平299一壓力的表示與單位壓力的表示：絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)壓力(壓強(qiáng))的單位壓強(qiáng)（俗稱壓力）：?jiǎn)挝幻娣e所受到的垂直作用力。工程上的“壓力”與力學(xué)中的“壓力”不表示同一個(gè)概念。100壓力(壓強(qiáng))的單位壓強(qiáng)（俗稱壓力）：?jiǎn)挝幻娣e所受到的垂直作用二壓力測(cè)量原理壓力、壓差測(cè)量原理可分為：壓力與彈性體的變形應(yīng)力相平衡，并轉(zhuǎn)換成彈性體的位移；壓力與別的流體壓力或電磁力等相平衡，并將其轉(zhuǎn)換成力或電流，這種原理多用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程壓力測(cè)量變送傳感器；壓力與流體的重量相平衡，由對(duì)應(yīng)的液體量求得壓力，如U形管壓力計(jì)；壓力與固體的重量相平衡，由對(duì)應(yīng)的固體重量求得壓力，多用來(lái)標(biāo)定壓力計(jì)。按測(cè)量原理，壓力計(jì)可以分為：液柱式壓力計(jì)活塞式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)101二壓力測(cè)量原理壓力、壓差測(cè)量原理可分為：231液柱式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=rgh所以h=P/rg1021液柱式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=rgh所以2活塞式壓力計(jì)測(cè)量原理：P=G/S

所以G=P?S精確度高常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表，檢驗(yàn)其它壓力計(jì)1032活塞式壓力計(jì)測(cè)量原理：253彈性式壓力傳感器與常用壓力表工作原理：在虎克定律成立的范圍內(nèi)，采用彈性元件將壓強(qiáng)大小轉(zhuǎn)換為位移量，再通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)和放大，推動(dòng)指針偏移。根據(jù)敏感元件形式的不同可以分為以下3類：波登管式壓力傳感器波紋管式壓力傳感器薄膜式壓力傳感器1043彈性式壓力傳感器與常用壓力表工作原理：在虎克定律成立的范波登管式壓力傳感器具有扁平斷面的管子彎成圓形，將一端固定、另一端自由，自由端密封，當(dāng)固定端接入被測(cè)壓力時(shí)，管子的截面就變成近似扁圓形狀，使自由端向外伸展，帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示其壓力。P與△g/g成比例關(guān)系g105波登管式壓力傳感器具有扁平斷面的管子彎成圓形，將一端固定、另波登管壓力計(jì)（a）及其傳動(dòng)部分（b）106波登管壓力計(jì)（a）及其傳動(dòng)部分（b）2810729波紋管式壓力傳感器波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺，并沿軸向能夠伸縮而徑向不發(fā)生變化。如果圓筒內(nèi)外產(chǎn)生壓差，便成為軸向伸縮元件。因?yàn)槟蛪簭?qiáng)度有限，所以多用作低壓壓力的感壓原件。 p與軸向伸縮距離x的關(guān)系如下：108波紋管式壓力傳感器波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺，并10931薄膜式壓力傳感器將周邊固定的薄板稱為薄膜，利用薄膜兩側(cè)壓力差使之產(chǎn)生彈性形變的傳感器。110薄膜式壓力傳感器將周邊固定的薄板稱為薄膜，利用薄膜兩側(cè)壓力差4電氣式壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電氣式壓力計(jì)，實(shí)際上是將彈性元件、液柱式壓力計(jì)所產(chǎn)生的微小位移或活塞式壓力計(jì)所產(chǎn)生的力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的一類壓力計(jì)。電氣式壓力計(jì)通常兩部分組成：一次儀表（壓力探頭）：將壓力轉(zhuǎn)換為微弱電參數(shù)；二次儀表：將微弱電參數(shù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)。1114電氣式壓力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電氣式壓力計(jì)，實(shí)際上是將彈性元件常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。常見(jiàn)壓力變換器（壓力探頭）有：電阻應(yīng)變式壓力變換器；電感式壓力變換器；電容式壓力變換器；霍爾式壓力變換器。電氣式壓力計(jì)一次探頭112常用電參數(shù)有：電阻、電感、電容、電壓等。電氣式壓力計(jì)一次探頭電阻應(yīng)變式壓力計(jì)一次探頭工作原理金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。電線的電阻為R=L/S當(dāng)電線受到拉（應(yīng)）力作用時(shí)，L變大，S變小，R變大。一組串聯(lián)平行細(xì)導(dǎo)線（電阻應(yīng)變片）的金屬（彈性元件）因壓力變化而發(fā)生微小變形（應(yīng)變）時(shí)，細(xì)導(dǎo)線的電阻隨之發(fā)生變化。從而，將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化為電阻參數(shù)。壓力變化彈性變形電阻變化113電阻應(yīng)變式壓力計(jì)一次探頭工作原理壓力彈性電阻35電感式壓力計(jì)一次探頭磁路的磁阻與鐵芯的間隙相關(guān)。所以，當(dāng)銜鐵或鐵芯的位置發(fā)生變化時(shí)，其電感也隨之發(fā)生變化。從而，可以將位移量轉(zhuǎn)化為電感量。114電感式壓力計(jì)一次探頭磁路的磁阻與鐵芯的間隙相關(guān)。所以，當(dāng)銜鐵電容式壓力計(jì)一次探頭電容器的電容量：C=S/d當(dāng)S或d發(fā)生變化時(shí)，電容量發(fā)生變化。115電容式壓力計(jì)一次探頭電容器的電容量：C=S/d37霍爾式壓力計(jì)一次探頭霍爾半導(dǎo)體在垂直電流和磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)生側(cè)向電壓：UH=RHBINS116霍爾式壓力計(jì)一次探頭霍爾半導(dǎo)體在垂直電流和磁場(chǎng)的作用下，會(huì)產(chǎn)電氣壓力計(jì)前置放大器傳感元件的參量變化通常是非常微弱的，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送，需要進(jìn)行初步放大。電阻和電容傳感器一般采用電橋放大，以電壓方式輸出；電感式傳感器一般采用振蕩電路放大，以頻率方式輸出；電壓傳感器一般采用直流放大器，以電壓或電流方式輸出。117電氣壓力計(jì)前置放大器傳感元件的參量變化通常是非常微弱的，不能電氣壓力計(jì)前置放大器電橋放大振蕩電路放大直流放大118電氣壓力計(jì)前置放大器電橋放大振蕩電路放大直流放大40電氣壓力計(jì)二次儀表作用：將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)。DDZⅢ型儀表標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)為：4~20mA。智能型壓力傳感器在二次儀表中另外附加一些功能，如：模/數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)通訊，工程單位轉(zhuǎn)換，信號(hào)（變化）阻尼，故障診斷等。119電氣壓力計(jì)二次儀表作用：將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通訊信號(hào)。41三壓力計(jì)的選型及安裝選型內(nèi)容：類型選擇功能：顯示、報(bào)警、記錄、傳送（數(shù)字、模擬）；介質(zhì)條件：溫度、腐蝕性、粘度、臟污程度等；

如：氨氣表防腐，氧氣表禁油。環(huán)境條件：溫度、震動(dòng)、電磁場(chǎng)等。量程與盤(pán)面大小工作壓力不小于1/3量程，不大于2/3（1/2）量程；盤(pán)面大小應(yīng)方便安裝和觀察。精度等級(jí)：根據(jù)工藝需要確定。作為現(xiàn)場(chǎng)的壓力測(cè)量?jī)x表，多用價(jià)格便宜的彈性壓力儀表，如壓力計(jì)。重要部位壓力信號(hào)，遠(yuǎn)距離傳送到操作室，有的要進(jìn)行自動(dòng)控制，則選用壓力測(cè)量變送器。120三壓力計(jì)的選型及安裝選型內(nèi)容：42常見(jiàn)壓力傳感器外形

工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器通用壓力變送器隔離壓力變送器高溫壓力變送器隔離壓差變送器隔離液位變送器微壓變送器電容壓力變送器隔膜壓力變送器絕壓變送器雙膜壓差變送器微型探針壓力計(jì)暖風(fēng)空調(diào)壓力計(jì)濕式壓力變送器本安壓力變送器OEM血壓計(jì)OEM壓力芯片121常見(jiàn)壓力傳感器外形工業(yè)壓力變送器數(shù)字壓力變送器通用壓力變送壓力計(jì)的安裝安裝事項(xiàng)：取壓位置：由工藝條件確定；盡量避免渦流影響；避免流速影響；避免導(dǎo)壓管產(chǎn)生壓差。隔離(采用密封隔離，如虹吸等)：溫度隔離：采用銅管散熱；腐蝕性隔離：采用隔離箱（凝液管）；臟污隔離：采用空氣包。122壓力計(jì)的安裝安裝事項(xiàng)：44壓力表安裝不合理會(huì)形成的死角123壓力表安裝不合理會(huì)形成的死角452.3液位和泡沫的測(cè)量1242.3液位和泡沫的測(cè)量46一概述生物反應(yīng)器內(nèi)的液位和泡沫液位的對(duì)于有效建立物料平衡方程和控制營(yíng)養(yǎng)物的加入量，有著十分重要的意義；另一方面，為了避免反應(yīng)液的發(fā)泡和逃液，也需準(zhǔn)確了解液位和泡沫液位。泡沫的測(cè)量是基于液位的檢測(cè)，因此泡沫液位傳感器也可用于液位的測(cè)量，兩者是相通的。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中液位的測(cè)量主要有三類：直讀式液位計(jì)、壓差式液位計(jì)、電極式液位計(jì)。125一概述生物反應(yīng)器內(nèi)的液位和泡沫液位的對(duì)于有效建立物料平衡方二直讀式物位計(jì)用帶有刻度的透明物質(zhì)（如玻璃、有機(jī)玻璃）作為容器壁的一部分或連通管，可以直接顯示容器內(nèi)液位的高低。還可通過(guò)發(fā)酵罐的視鏡直接觀察罐內(nèi)液位刻度。126二直讀式物位計(jì)用帶有刻度的透明物質(zhì)（如玻璃、有機(jī)玻璃）作為三壓差式液位計(jì)利用液體靜壓力與液位高度的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。液體密閉容器液體敞開(kāi)容器利用p=p0+rgh可得到h127三壓差式液位計(jì)利用液體靜壓力與液位高度的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量。液體四電容式液位計(jì)圓柱形電容器的電容量的表達(dá)式為：電極間充入高度為H的介質(zhì)前后電容量的變化值為：

由此可見(jiàn)，電容量的變化量與液位高度成正比。測(cè)量電容量變化即可知料位的變化。128四電容式液位計(jì)圓柱形電容器的電容量的表達(dá)式為：50電容式液位計(jì)主要用于測(cè)量不導(dǎo)電流體129電容式液位計(jì)51五電極式液位計(jì)主要有兩類電極：導(dǎo)電電極、電阻式泡沫電極。導(dǎo)電電極：用于不腐蝕導(dǎo)體的液體液面的測(cè)定。當(dāng)液面或泡沫達(dá)到不絕緣的金屬棒的端點(diǎn)時(shí)，就會(huì)有電流信號(hào)產(chǎn)生。電阻式泡沫電極：電極安裝于罐體上，其電極電流正比于不絕緣電極棒浸沒(méi)入液體的長(zhǎng)度，由此來(lái)測(cè)定泡沫液位高度。hh電極法測(cè)液面雙電極傳感器使用單電極時(shí)，由于結(jié)垢、微生物附著，易造成短路，出現(xiàn)虛假信號(hào)，使用雙電極可以形成相應(yīng)的補(bǔ)償作用，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。130五電極式液位計(jì)主要有兩類電極：導(dǎo)電電極、電阻式泡沫電極。h2.4溫度的測(cè)量1312.4溫度的測(cè)量53溫度對(duì)生化過(guò)程影響非常顯著，是過(guò)程控制的重要變量之一。溫度測(cè)量元件主要有六大類：膨脹式、壓力式、熱電偶、熱電阻、輻射式、紅外線。132溫度對(duì)生化過(guò)程影響非常顯著，是過(guò)程控制的重要變量之一。54常用溫度計(jì)的種類及適用溫度133常用溫度計(jì)的種類及適用溫度55一膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)利用液體受熱膨脹并沿玻璃毛細(xì)管延伸而直接顯示溫度雙金屬溫度計(jì)不同金屬受熱膨脹不同，雙金屬片在受熱情況下發(fā)生彎曲而顯示溫度t=t0tt0134一膨脹式溫度計(jì)玻璃液體溫度計(jì)t=t0tt056二、壓力式溫度計(jì)利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)行測(cè)量。溫包：傳熱、容納膨脹介質(zhì)；毛細(xì)管：傳遞壓力；彈簧管：顯示壓力（溫度）。135二、壓力式溫度計(jì)利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而引起的壓力變化進(jìn)三輻射式溫度計(jì)通過(guò)特定波長(zhǎng)光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定光源溫度。輻射式溫度計(jì)：測(cè)定熱輻射強(qiáng)度；光學(xué)溫度計(jì)：采用光學(xué)分頻法，測(cè)定不同頻率光波的強(qiáng)度比值；比色法：直接通過(guò)可見(jiàn)光顏色的對(duì)比，確定光源溫度。輻射式溫度計(jì)，通常用于測(cè)量高溫條件，特別是光學(xué)溫度計(jì)和比色溫度計(jì)需要利用物體在高溫下發(fā)射的可見(jiàn)光進(jìn)行檢測(cè)。136三輻射式溫度計(jì)通過(guò)特定波長(zhǎng)光波的強(qiáng)度或熱輻射強(qiáng)度來(lái)確定光源四熱電偶溫度計(jì)1.熱電偶工作原理基于物體的熱電效應(yīng)。由兩種不同導(dǎo)體組成回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)大小和方向取決于導(dǎo)體的材料和兩接點(diǎn)溫度差，這個(gè)現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”?；芈贩Q為“熱電偶”，電勢(shì)為“熱電勢(shì)”，高溫端叫“熱端”，低溫端為“冷端”。ABtt0EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)137四熱電偶溫度計(jì)1.熱電偶工作原理ABtt0EAB(t,2.熱電偶回路ABCC熱電偶測(cè)量的關(guān)鍵是如何保證冷端的溫度不同金屬連接在一起都構(gòu)成熱電偶作用；熱電偶回路電動(dòng)勢(shì)為各接點(diǎn)熱電勢(shì)的總和；對(duì)于有外接導(dǎo)線的熱電偶回路，其總電動(dòng)勢(shì)為熱端與冷端熱電動(dòng)勢(shì)之差。tt0t01382.熱電偶回路ABCC熱電偶測(cè)量的關(guān)鍵是如何保證冷端的溫3.熱電偶的補(bǔ)償熱電偶的導(dǎo)線補(bǔ)償用廉價(jià)材料將冷端延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室內(nèi)；冷端溫度補(bǔ)償將冷端浸泡在恒溫的冰水中；采用電路差減法消除冷端熱電勢(shì)。+-補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)量電路熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與熱電偶的電極材料配合使用；補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)不同，接線時(shí)應(yīng)特別注意不能接錯(cuò)。1393.熱電偶的補(bǔ)償熱電偶的導(dǎo)線補(bǔ)償+-補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)量電路熱電4.熱電偶的材質(zhì)與選擇熱電偶的材質(zhì)要求：?jiǎn)挝粶囟茸兓臒犭妱?shì)大，且盡量接近線性關(guān)系；熱電性質(zhì)穩(wěn)定；化學(xué)穩(wěn)定性好：高溫下抗氧化，抗腐蝕；具有較好的延展性，易于加工；復(fù)現(xiàn)性好，便于批量生產(chǎn)和互換。不同材質(zhì)的熱電偶有不同的特性，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇測(cè)量范圍、放大系數(shù)（以分度值表示）、測(cè)量精度、抗腐蝕能力、價(jià)格等。1404.熱電偶的材質(zhì)與選擇熱電偶的材質(zhì)要求：625.熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極工作部分絕緣子防止電極與電極、套管短路保護(hù)套管保護(hù)接線盒1415.熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極6314264五熱電阻溫度計(jì)測(cè)量原理利用金屬電阻隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量金屬在不同溫度下電阻值的變化。工業(yè)熱電阻溫度計(jì)主要有兩種材質(zhì)：鉑電阻：0~650oC，Pt10，Pt100銅電阻：-50~+150