第一篇：制氫系統(tǒng)工作原理及主設備電解槽的結(jié)構(gòu)和檢修工序工藝

制氫系統(tǒng)工作原理及主設備電解槽的結(jié)構(gòu)和檢修工序工藝

一、氫氣基本知識

1．氫氣的性質(zhì)和用途：

氫是宇宙中分布最廣的一種元素，它在地球上主要以化合狀態(tài)存在于化合物中，在大氣層中的含量很低，僅有1ppm（體積比）。氣體中，氫氣最輕，粘度最小，導熱系數(shù)最高，化學活性、滲透和擴散性強（擴散系數(shù)為0.63cm2/s，約為甲烷的三倍）。它是一種強的還原劑，可同許多物質(zhì)進行不同程度的化學反應，生成各種類型的氫化物。

氫氣的著火、燃燒、爆炸性能是它的主要特性。氫氣含量范圍在4-75％（空氣環(huán)境）、4.65-93.9％（氧氣環(huán)境）時形成可爆燃氣體，遇到明火或溫度在585℃以上時可引起燃爆。

壓力水電解制出的氫氣具有壓力高（1.6或3.2MPa）便于輸送，純度高（99.8％以上）可直接用于一般場合，還可以通過后續(xù)純化（氫氣純度提高到99.995以上）和干燥（露點提高到-40～-85℃），可作為燃料、載氣、還原或保護氣、冷卻介質(zhì)，廣泛用于國民經(jīng)濟的各行各業(yè)。

2．水電解制氫、純化脫氧、干燥原理

2.1 水電解制氫原理

利用電能使某電解質(zhì)溶液分解為其它物質(zhì)的單元裝置稱為電解池。

任何物質(zhì)在電解過程中，從數(shù)量上的變化服從法拉第定律。法拉第定律指出：電解時，在電極上析出物質(zhì)的數(shù)量，與通過溶液的電流強度和通電時間成正比；用相同的電量通過不同的電解質(zhì)溶液時，各種溶液在兩極上析出物質(zhì)量與它的電化當量成正比，而析出1克當量的任何物質(zhì)都需要1法拉第單位96500庫侖（26.8Ah）的電量。水電解制氫符合法拉第電解定律，即在標準狀態(tài)下，陰極析出1克分子的氫氣，所需電量為53.6Ah。生產(chǎn)1Nm3氫氣（1.073m3，20℃）（氧氣為氫氣產(chǎn)量的50%），所需電量2390Ah，原料水消耗0.805kg。

將水電解為氫氣和氧氣的過程，其電極反應為：

陰極：2H O ＋ 2e → H ↑ ＋ 2OH

陽極：2OH＋ 2e → H O＋ 1/2O ↑

總反應： 2H O→ 2H ↑ ＋ O ↑

從反應式得出：

1)水電解時產(chǎn)生兩個氫和一個氧。

2)電解過程中只消耗水和電能。

3)加入氫氧化鉀只起導電作用。

由浸沒在電解液中的一對電極，中間隔以隔膜，通以一定電壓（水的分解電壓1.23V、熱平衡電壓1.47V）以上的直流電，水就電解。浸潤的隔膜可以允許電解過程的離子穿透運動（離子導電）并防止已合成的氫、氧氣體混合。根據(jù)產(chǎn)量要求，使用多組水電解池組合增加產(chǎn)量，就形成了水電解槽的壓濾式組合結(jié)構(gòu)。

二、制氫系統(tǒng)概述

我公司2臺300MW汽輪發(fā)電機采用水-氫-氫冷卻方式，即定子采用水冷卻，轉(zhuǎn)子和鐵芯采用氫氣冷卻方式。

我公司制氫站采用蘇州競立制氫設備公司生產(chǎn)的兩套DQ--5/3.2型中壓水電解制氫裝置及配套干燥裝置，為發(fā)電機供氫。單套額定出力為H2：5Nm3/h，O2：

2.5Nm3/h，由主體電解槽和氣體分離裝置、氫氣干燥裝置、整流柜、控制柜、框

架Ⅱ、原料水箱、堿液箱、送水泵、壓縮空氣罐、儲氫罐、冷卻水裝置、PLC控

制系統(tǒng)等組成。

電解槽的電流采用硅整流，將交流電（380V）變?yōu)橹绷麟姽┙o，采用氫氧化

鉀為電解質(zhì)，以五氧化二礬或四氧化三鈷為添加劑，電解除鹽水來獲得高純度的氫氣，以滿足發(fā)電機氫冷卻的需要。

整套制氫系統(tǒng)實現(xiàn)全自動化運行，達到無人值班條件。系統(tǒng)控制采用PLC控

制系統(tǒng)，與水局域網(wǎng)相連可在鍋爐補給水處理車間集控室監(jiān)控。

三、制氫系統(tǒng)及設備

1.水電解制氫裝置結(jié)構(gòu)及作用

DQ---5/3.2型制氫裝置由電解槽、氣液處理器、整流裝置、控制柜、計算

機管理系統(tǒng)、加水泵、堿箱、水箱等八大部分組成。

1)電解槽

電解槽為并聯(lián)壓濾式雙極性結(jié)構(gòu)，下部有進液管，上部有氫、氧出口管，直

流電從兩端極板輸入，對并聯(lián)槽型，中間極板為正極，兩端極板為負極。

電解槽的作用：電解槽是水電解制氫、氧的主要設備，電解液在電解槽內(nèi)，在直流電作用下在陰極表面產(chǎn)生氫氣，在陽極表面產(chǎn)生氧氣。

2)氣液處理器

本裝置氣液處理器為框架組合式，由氫、氧分離洗滌器、堿液循環(huán)泵、堿液

過濾器及閥門、管路、一次儀表、框架等組成。氫、氧分離洗滌器下部為分離器

及堿液冷卻器，上部為洗滌冷卻器，頂部為氣體除霧器。

a)氫氧分離器的作用：借助于重力的作用使水電解產(chǎn)生的氫氣和氧氣與循

環(huán)的堿液分離，維持水電解過程中所需的電解液容量，有利于觀察液位，通過分

離器內(nèi)設置的蛇形冷卻管冷卻循環(huán)的堿液，控制槽溫。

b)氫洗滌器的作用：除掉氫氣中的堿霧及液滴并降低氫氣溫度。

c)堿液循環(huán)泵的作用：補充電解過程中消耗的介質(zhì)，帶走電解槽內(nèi)氫氧氣

體的熱堿液，使堿液攪拌均勻減少濃差極化電壓，降低堿液中的含氣量。

d)堿液過濾器的作用：濾除堿液中的機械雜質(zhì)和絨毛。

e)干燥器的作用及原理：干燥氫氣，將氫氣中的水分除掉。干燥器內(nèi)填裝的吸附劑是一種具有大量微孔的固體，當含水氫氣通過微孔時，屬于極性分子的水被強烈的吸附在微孔表面，屬于非極性分子的氫則不易被吸附而順利通過微

孔，從而將氫氣中的水分吸掉。

f)干燥冷卻塔的作用及原理：分離水分子，冷卻氫氣。干燥器失效后再生

時，由于干燥器再生時出口高溫氫氣攜帶大量水蒸氣，進入干燥冷卻塔后氣體溫

度降低，所攜帶的水蒸氣被迅速冷凝成水而與氫氣分離，并同時降低氫氣溫度，此裝置運行時應保證冷卻水充足暢通。

g)氫氣過濾器的作用：濾去氣體中夾帶的微小粒狀物質(zhì)。

h)汽水分離器的作用：除去氣體中的游離液滴。

3)整流裝置

整流裝置由整流變壓器，整流柜組成，用于供給電解所需直流電源。使用方

法詳見“可控硅整流裝置使用說明書”。

4)控制柜

控制柜包括工業(yè)控制機、二次儀表、氫和氧氣分析儀、穩(wěn)壓電源及操作按鈕、開關(guān)等?？蓪崿F(xiàn)自動檢測、調(diào)節(jié)、顯示、故障報警、聯(lián)鎖、自動開機與停機等功

能。

5)計算機管理系統(tǒng)

包括一臺微機（上位機），一臺打印機。可實現(xiàn)裝置的自動程序運行及各參

數(shù)的調(diào)節(jié)、顯示、記錄等功能，是控制部分的核心。

6)加水泵

供給裝置所需的堿液或原料水。

7)堿箱、水箱

堿箱用于氫氧化鈉或氫氧化鉀電解液的配制和貯存，設有原料水進口管、堿

液出口管、排污口等。水箱用于原料水的貯存。堿箱也可作水箱用，水箱也可用

于貯存堿液。

四、水電解制氫裝置工藝流程及子系統(tǒng)

DQ-5/3.2型制氫裝置，工藝流程詳見工藝流程圖。該裝置可分為以下九個子

系統(tǒng)

1）電解液循環(huán)系統(tǒng)

從電解槽出來夾帶氫氣和氧氣的堿液在氫分離洗滌器和氧分離洗滌器中，靠

重力作用分別與氫氣、氧氣分離經(jīng)蛇形管冷卻后，通過氫、氧分離器底部的連通

管經(jīng)堿液過濾器去除機械雜質(zhì)，進入循環(huán)泵，然后進入電解槽形成了電解液循環(huán)

系統(tǒng)。

電解液循環(huán)的目的在于向電極區(qū)域補充電解消耗的純水；帶走電解過程中產(chǎn)

生的氫氣、氧氣和熱量，以便電解槽在穩(wěn)定條件下工作；增加電極區(qū)域電解液的攪拌，減少濃差極化電壓；降低堿液中的含氣度，降低小室電壓，減少能耗等。

該系統(tǒng)包括如下路線：

→氫分離洗滌器 ←堿液泵→堿液過濾器→電解槽 →→ 堿液泵

→氧分離洗滌器 ←2）氫氣系統(tǒng)

氫氣從電解小室的陰極側(cè)分解出來，借助于電解液的循環(huán)和氣液比重差，在氫分離洗滌器中與電解液分離形成產(chǎn)品氣，其路線為：

→干燥系統(tǒng)

電解槽→氧分離洗滌器→調(diào)節(jié)閥

→阻火器排空

氫氣的排空主要用于開停機期間不正常操作或故障排空時。

3）氧氣系統(tǒng)

氧氣系統(tǒng)與氫氣系統(tǒng)有很強的對稱性，裝置的工作壓力和工作溫度也都以氧

側(cè)為測試點。

它包括：

→用戶或儲存

電解槽→氧分離洗滌器→調(diào)節(jié)閥→→或排空

氧氣的排空與氫氣排空作同樣考慮。

4)原料水系統(tǒng)

原料水箱中的水通過加水泵被打入氫分離器的篩板上面，吸收通過篩孔的氫

氣中夾帶的堿霧滴，通過溢流管，注入氫分離器洗滌器下部的液位部分，和循環(huán)

堿液一并進入電解小室電極反應區(qū)域進行電解，同時使電解液中堿的濃度保持在最佳濃度范圍內(nèi)。

水箱中的水通過加水泵被注人氫分離洗滌器和氧分離洗滌器上部，先冷卻洗滌，然后通過中心溢流管流人堿液循環(huán)系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)泵被送入電解槽。為保證水電解制氫設備系統(tǒng)中的帶壓氣體和堿液在加水泵不工作期間外漏，在送水管上裝有止回閥。

原料水箱→補水泵→氫分離洗滌器→電解槽

5）冷卻水系統(tǒng)

水的電解過程是吸熱反應，制氫過程必須供以電能，但水電解過程消耗的電能超過了水電解反應理論吸熱量。超出部分主要由冷卻水帶走，以維持電解反應區(qū)正常的溫度。本裝置要求工作溫度不超過90℃。此外，所生成的氫氣、氧氣必須冷卻除濕，可控硅整流裝置也設有必要的冷卻管路。

冷卻水共分五路：

—溫度調(diào)節(jié)閥→冷卻器→出口

—氫(氧)分離洗滌器→出口

冷卻水入口→—水封

—整流柜冷卻管路→排放

—再生冷卻器→出口

6）充氮和氮氣吹掃系統(tǒng)在開機前要對系統(tǒng)作氣密性試驗及氣相充氮和吹掃，以保證氫氧兩側(cè)氣相空間的氣體遠離可燃可爆范圍。充氮口設在氫氧分離洗滌器連通管的一側(cè)，氮氣引入后流經(jīng)：

充氮口—

用于系統(tǒng)的氣密試驗與開機前的氮氣吹掃，當使用氮氣時用軟管與氮氣源臨時連接，決不可用金屬管道與氮氣管道氣源固定連接。

7）排污系統(tǒng)

排污管道共分四處

第一處：電解槽兩端排污管

第二處：堿液過濾器底部，通過過濾器排污閥排出堿液和過濾器中過濾下來的石棉絨雜質(zhì)及污物。

第三、四處：水箱和堿箱底部排污口，分別通過其排污門排出箱中的污物或殘液

8）整流系統(tǒng)

根據(jù)法拉第定律，水電解制氫裝置產(chǎn)品氣的產(chǎn)量與小室電流成正比。

9）控制系統(tǒng)

微機控制的制氫裝置，能對本裝置的主要參數(shù)：壓力、溫度、氫氧液位差進行自動調(diào)節(jié)；原料水補充有自動和手動兩種方式，對裝置的壓力、溫度、氫液位上下限、氧液位上下限、氫氣純度和氧氣純度能集中指示和定前打印記錄；若氫閥后壓力、冷卻水壓力、氣源壓力、氫氧液位上下限、氫氧純度產(chǎn)生一定的偏差時能自動聲光報警；若裝置的主要參數(shù)壓力、溫度、氫氧液位、堿液循環(huán)量，氣源壓力偏離正常值太大，又不能及時處理時，為了保護裝置的安全，該裝置能自動聲光報警停車；為了進一步提高本裝置安全運行系數(shù)，裝置的主要參數(shù)壓力，設置了雙重獨立系統(tǒng)，當自控系統(tǒng)失靈，裝置的運行狀態(tài)達到危險值時，該獨立

系統(tǒng)可使裝置自動聲光報警停車。

10）制氫系統(tǒng)工藝過程敘述

由氫氧分離器回流的堿液進入堿液泵吸口，泵壓后經(jīng)過堿液冷卻器、堿液過濾器后進入電解槽下部；堿液沿電解槽內(nèi)部的通道向上進入各個電解池（小室）。此時，由于整流柜啟動，外部供交流電通過變壓器連接整流柜6相晶閘管的依次導通，將直流電源電壓加到水電解槽的中間極板和兩端極板上，于是在每個電解池（以隔膜墊片為界），依次形成2V左右的電壓降。當直流電流由正極由中間極板向兩端負極流動時，按照法拉第電解定律，每個電解池通過53.6Ah的電流時，在陰極析出1克分子的氫氣（陽極析出0.5克分子的氧氣）。必要的電解消耗功率1.47V×53.6Ah＝78.792VAh，產(chǎn)生廢熱的功率消耗為（2V-1.47V）×53.6Ah＝28.408VAh。由于水電解池采用的雙極性極板，對于若干的水電解池組合的水電解槽來說，當中間極板接入直流電源正極（陽極產(chǎn)生氧氣），通過隔膜墊片（產(chǎn)生2V電壓降）相鄰的水電解池為陰極（產(chǎn)生氫氣），其極板背面的水電解池為陽極（產(chǎn)生氧氣），相對第二塊隔膜墊片（產(chǎn)生2V的電壓降），相鄰的水電解池為陰極（產(chǎn)生氫氣），依此類推，直至接入直流電源負極的端極板為陰極（產(chǎn)生氫氣）。水電解槽將陽極和陰極分別產(chǎn)生的氧氣和氫氣匯流引出，進入各自的氧分離器和氫分離器，進行氣液分離。氧氣和氫氣向上引出送出系統(tǒng)外，堿液回流返回堿液泵進行再次循環(huán)。

在上述的循環(huán)中，系統(tǒng)添加了一些功能。例如，堿液冷卻器帶走水電解槽電解時產(chǎn)生的廢熱，堿液過濾器過濾堿液中的雜質(zhì)，氣體冷卻器冷卻氣體溫度以降低氣體的飽和含濕量以及自動補水功能等等。

為了滿足工藝系統(tǒng)的自動運行，控制系統(tǒng)分別對壓力、液位平衡、堿液溫度進行控制和形成閉環(huán)調(diào)節(jié)。

為了防止意外的發(fā)生，控制系統(tǒng)分別對壓力、槽溫、堿液流量進行監(jiān)控和聯(lián)鎖。

為了對系統(tǒng)運行的次要參數(shù)有所了解，控制系統(tǒng)分別對氫氣溫度、氧氣溫度進行顯示。如果實現(xiàn)上位機顯示和控制，還將整流器的運行電流進行顯示和控制。

五、電解槽檢修工序工藝

1.三方確認：點檢、運行、檢修三方安全確認。

2.檢修前作防爆措施檢查：檢修前后應嚴格執(zhí)行停機聯(lián)系制度和有關(guān)安全規(guī)定作防爆措施。

3.電解槽的拆卸

3.1拆除與電解槽連接的管道和兩極電纜線；

3.2測量兩個極板之間的距離；

3.3均勻的松開四個拉緊螺栓，取出上部一個螺栓；

3.4將端極板稍稍移動，然后從端極板陽極側(cè)將墊片、極板、隔膜框安順序取出，作好標記；

3.5下部兩根螺栓及兩個端極板不可取出；

4.電解槽的檢查清理

4.1電極：用除鹽水清洗，白布擦干；

4.2檢查有無腐蝕及銹垢，特別是陽極側(cè)的鍍鎳保護層，如有銹垢用毛刷輕輕刷去，然后用航空汽油清理干凈；

4.3隔膜框應清理檢查密封結(jié)合面及氣液孔道；

4.4密封結(jié)合面應無腐蝕、損壞、孔洞和裂紋；

4.5所有氣液孔道暢通無雜物堵塞；

4.6密封墊圈應完好無損，大小合適并與氣液孔道對正；

4.7拉緊螺栓應無銹垢、腐蝕，絲扣完好；

4.8彈簧墊圈性能良好，無裂紋和銹垢，檢修后應涂鉛粉；

4.9石棉布在鉚釘前應清理干凈,噴水使其潮濕,便于鉚釘時拉緊,鉚好的石棉布應繃緊,如鼓面不正、有臟物和損壞處、石棉纖維和其他雜物不應堵塞導氣孔和給水孔,鉚釘石棉布應用1Cr18Ni9Ti不銹鋼鉚釘,釘頭向氧氣側(cè)；

4.10聚四佛乙烯墊大小應與隔膜框相符,墊片的孔洞應與隔膜框上的孔洞對正。

5.管道系統(tǒng)及閥門的檢修

5.1 所有管道均應沖洗干凈,無污垢及堵塞物；

5.2所有閥門均應開關(guān)靈活,嚴密不漏；

5.3檢修完打壓3.2Mpa、12小時,泄漏量小于0.5%/小時,總壓降小于19.6Kpa,視為合格。

6．嚴格檢漏

6.1各部件、各管道、各閥門均應進行嚴格檢漏。

7.試運合格

7.1確認無泄漏，壓力、溫度、各儀表均正常，正常投備。

第二篇：傳感器工作原理及系統(tǒng)和測量方法

傳感器工作原理及系統(tǒng)和測量方法

利用衍射光柵和位敏探測器的光學應變傳感器的應變測量原理。衍射光柵粘附在試樣的表面，當單色準直光束垂直入射到線性光柵（>40line/mm）平面上時，照亮了光柵平面上的一個點，而在平行于光柵平面的屏上可觀察到一組衍射光斑。在圖1中，激光束垂直于試樣表面入射到反射型衍射光柵上。對于高頻衍射光柵只能觀察到實際用于應變測量的±1衍射級的衍射光束。這種衍射光束由距光柵L的高分辨率敏位探測器接收。當光柵跟隨試樣形變時，平面內(nèi)的形變和平面外沿光束入射方向的位移將引起衍射光束的移動。對于垂直于試樣表面的入射激光束，±1級衍射光束沿傳感器長度的位移由下式給出：(1)式中，p—光柵的空間頻率。b—±1級衍射光束的衍射角； l—激光波長；如果試樣發(fā)生小的形變，光柵線距（空間頻率）將改變Dp，按照方程(1)，衍射角改變Db，因此可得：(2)這就是說：(3)式中，ex是沿x方向的正應變。假定衍射光束垂直于位敏傳感器平面，沿傳感器1的位移為：(4)對于傳感器2，只要將b換成-b，可得：(5)因此，由方程(4)和方程(5)可得基本應變測量方程。傳感器系統(tǒng)和測量方法

1、傳感器系統(tǒng)硬件圖2所示為傳感器系統(tǒng)配置，可應用于實驗室和工業(yè)現(xiàn)場，由激光源、2個位敏傳感器、2個633nm帶通濾波器、會聚透鏡和光柵組成。光柵的空間頻率為1200line/mm，粘附于試樣的表面。直徑約1mm的He-Ne激光束(632.8mm)入射到光柵平面上的任一點。位敏探測器是基于單片光電二極管的光電子器件。該系統(tǒng)的主要特點是： ①空間分辨率高于其它器件（如CCD）； ②利用兩個電壓信號確定傳感面積上光束的位置，便于信號的快速處理； ③體積??； ④相對位置分辨率高(1/5000)； ⑤不受光強度變化的影響，因而即使光強變化時也能精確地測量位置； ⑥光譜靈敏度寬（300到1100nm），因而可利用不同波長的激光束； ⑦響應時間快（<20ms），適于動態(tài)應變測量。兩個位敏傳感器的輸出電壓信號通過A/D轉(zhuǎn)換器送到計算機，最大數(shù)據(jù)采樣速率可達105次/s。兩個633nm的濾光器可消除背景光，減少噪聲影響。

2、調(diào)節(jié)方法如果激光束不能垂直入射到試樣表面，將引起嚴重的測量誤差。這種激光束的誤準直是難以消除的，除非光柵到激光器的反射零級光束與入射光束重合。這種光束的重合必須沿垂直方向，確保±1級衍射光束對稱分布。系統(tǒng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是使入射激光束垂直于試樣表面，必須仔細檢查光柵是否牢固地粘附于試樣表面，試樣是否完全定位。此外還可調(diào)節(jié)位敏傳感器使衍射±1級光束正好位于兩個位敏傳感器平面的中心。

3、測量方法主要測量步驟如下： ①試樣與衍射光柵的準備工作類似于莫爾干涉儀； ②在100~500mm之間確定位敏傳感器到光柵的距離L，并輸入到計算機軟件。不能選擇L=250mm； ③加負荷前的初始試驗是測量x10和x20的平均值； ④對試樣加壓，測量新的x1和x2的平均值； ⑤利用方程(6)計算應變。所有的計算都是由計算機軟件自動完成的。

4、接口軟件流程是用LabVIEW完成的，包括數(shù)據(jù)采樣、濾波、計算、讀出和寫入存儲器、顯示屏等。數(shù)據(jù)處理速度很高，整個處理周期約0.1s。所有的信號處理和數(shù)據(jù)采集都是自動的。應變測量結(jié)果以數(shù)字和圖線的形式連續(xù)地顯示在PC屏上。

壓電傳感器

壓電傳感器原理

壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳23213感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重

壓電傳感器原理 ? 壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳23213感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳23213感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛.壓電傳感器的工作原理和應用

? 壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應制造出來的壓阻傳感器，利用應變效應的應變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨特的用途。

這種壓力變送器主要利用液體或氣體在檢測器件上形成的壓力來檢測液體或者氣體的流量或壓強。把這種壓力信號轉(zhuǎn)變成標準的0～10V或者4～20mA電信號。以便控制使用。

壓力和電信號的轉(zhuǎn)化主要由各種壓力傳感器的核心部件完成。核心部件主要由壓力檢測體和放大電路組成。

壓電傳感器測量參數(shù)

?（1）力測量 壓電式傳感器主要利用石英晶體的縱向和剪切的壓電效應，因為石英晶體剛度大、滯后小，靈敏度高、線性好，工作頻率寬、熱釋電誑應小。力傳感器除可測單向作用力外還可利用不同切割方向的多片晶體 依靠其不同的壓電效應測量多方向力，如空間作用力3個方向的分力Fx、Fy、Fz

（2）壓力測量：壓電式壓力傳感器主要利用彈性元件（膜片、活塞等）收集壓力變成作用于晶體片上的力，因為彈性元件所用材料的性能對傳感器的特性有很大影響。

（3）加速度測量：壓電式加速度傳感器是利用質(zhì)量塊m由預緊力壓在晶體片上，婁被測加速度a作用時，晶體處會受到慣性力F=ma,由此產(chǎn)生壓電效應，因此質(zhì)量塊的質(zhì)量決定了傳感器的靈敏度，也影響著傳感器的高頻響應。

壓電傳感器的主要工作原理 ? 壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應用

1、應變片壓力傳感器原理與應用

力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機構(gòu)。

金屬電阻應變片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

如圖1所示，是電阻應變片的結(jié)構(gòu)示意圖，它由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線等部分組成。根據(jù)不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅(qū)動電流太大，同時應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點漂移明顯，調(diào)零電路過于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

電阻應變片的工作原理 金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

式中：ρ——金屬導體的電阻率（Ω·cm2/m）S——導體的截面積（cm2）L——導體的長度（m）

我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情

2、陶瓷壓力傳感器原理及應用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

3、擴散硅壓力傳感器原理及應用 工作原理 被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應于這一壓力的標準測量信號。

4、藍寶石壓力傳感器原理與應用

利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。

藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現(xiàn)象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以內(nèi)），因此，利用硅-藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性極強；另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無p-n漂移，因此，從根本上簡化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在最惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性價比高。

表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構(gòu)成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉(zhuǎn)換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與應用

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個高溫就是所謂的“居里點”）。由于隨著應力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。

現(xiàn)在壓電效應也應用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫(yī)學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛。

第三篇：物料提升機的分類和輸送工作原理及設備結(jié)構(gòu)特點

物料提升機的分類和輸送工作原理及設備結(jié)構(gòu)特點

物料提升機的類型很多，按導軌架的結(jié)構(gòu)特點可分為龍門架(雙立柱)與井架(單柱)兩種，常見的產(chǎn)品機型有雙柱單籠，單柱單籠及單柱雙籠三種;按提升機構(gòu)的特點可分為卷揚機驅(qū)動(無對重)和曳引機驅(qū)動(有對重)兩種;按導軌架架設方法的特點可分為自升式(有自升平臺)和非自升式(無自升平臺)兩種。我們湖北省建筑施工現(xiàn)場常用的物料提升機產(chǎn)品綜合上述不同特點形成了卷揚機驅(qū)動的自升式龍門架物料提升機和曳引機驅(qū)動的井架單籠物料提升機或雙籠物料提升機兩類三種機型。

物料提升機的輸送工作原理是：料斗把物料從下面的儲藏中舀起，隨著輸送帶或鏈提升到頂部，繞過頂輪后向下翻轉(zhuǎn)，物料提升機將物料傾入接受槽內(nèi)。帶傳動的物料提升機的傳動帶一般采用橡膠帶，裝在下或上面的傳動滾筒和上下面的改向滾筒上。鏈傳動的物料提升機一般裝有兩條平行的傳動鏈，上或下面有一對傳動鏈輪，下或上面是一對改向鏈輪。物料提升機一般都裝有機殼，以防止斗式提升機中粉塵飛揚。物料提升機的特點

1、物料提升機導軌架由組焊件標準節(jié)通過高強螺栓連接組裝成雙立柱，并以組焊件自升平臺套裝連接在兩懸立的立柱頂部，形成穩(wěn)定的門式結(jié)構(gòu)(俗稱龍門架)。由于結(jié)構(gòu)部件均是焊接鋼結(jié)構(gòu)且兩立柱位于吊籠兩側(cè)中心軸線上，可以全截面與建筑結(jié)構(gòu)錨固連接;加上自升平臺可自行上、下運行成為導軌架高處拆裝作業(yè)平臺，并限制了懸立的單柱任意擺動，因此適應高層建筑施工需要，具有快速、穩(wěn)定、安全地跟隨建筑結(jié)構(gòu)的增高而自行增高，以及吊籠的提升高度較大的優(yōu)點。最大架設高度的設計與實現(xiàn)主要受卷揚機驅(qū)動卷筒容繩量的限制，產(chǎn)品目前設計的最大架設高度可達120m。

2、物料提升機機構(gòu)是單筒卷揚機，簡單經(jīng)濟，并可安裝在物料提升機的基礎底架上，適應狹窄的施工現(xiàn)場，消除了提升鋼絲繩沿施工現(xiàn)場地面的運行段，并可選擇免遭墜物打擊，操作視野好，無水的地點安裝電氣操作控制柜，從而改變了傳統(tǒng)的將卷揚機與基礎底架相分離的安裝方式，提高了物料提升機在建筑工地安全文明施工作業(yè)的水平。