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生物傳感器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用 傳感器是如何工作的

時(shí)間：2020-08-05    來源：儀多多儀器網(wǎng)    作者：儀多多商城     
一、 引言 

從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設(shè)想距今已有40 年。生物傳感器在發(fā)酵工藝、環(huán)境監(jiān)測、食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等方面得到了深度重視和廣泛應(yīng)用。在最初15年里，生物傳感器主要是以研制酶電極制作的生物傳感器為主，但是由于酶的價(jià)格昂貴并不夠穩(wěn)定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應(yīng)用受到一定的限制。 

近些年來，微生物固定化技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識(shí)別元件，與酶電極相比有其獨(dú)到之處。它可以克服價(jià)格昂貴、提取困難及不穩(wěn)定等弱點(diǎn)。此外，還可以同時(shí)利用微生物體內(nèi)的輔酶處理復(fù)雜反應(yīng)。而目前，光纖生物傳感器的應(yīng)用也越來越廣泛。而且隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的發(fā)展，應(yīng)用PCR的DNA生物傳感器也越來越多。 

二、 研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域 

1、 發(fā)酵工業(yè) 

各種生物傳感器中，微生物傳感器比較適合發(fā)酵工業(yè)的測定。因?yàn)榘l(fā)酵過程中常存在對(duì)酶的干擾物質(zhì)，并且發(fā)酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測定。而應(yīng)用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發(fā)酵液混濁程度的限制。同時(shí)，由于發(fā)酵工業(yè)是大規(guī)模的生產(chǎn)，微生物傳感器其成本低設(shè)備簡單的特點(diǎn)使其具有極大的優(yōu)勢。 

(1). 原材料及代謝產(chǎn)物的測定 

微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測定，代謝產(chǎn)物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類、青霉素、乳酸等的測定。測量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達(dá)到測量底物濃度的目的。 

在各種原材料中葡萄糖的測定對(duì)過程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonas fluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過氧電極進(jìn)行檢測，可以估計(jì)葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測定結(jié)果是類似的，而微生物電極靈敏度高，重復(fù)實(shí)用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。 

當(dāng)乙酸用作碳源進(jìn)行微生物培養(yǎng)時(shí)，乙酸含量高于某一濃度會(huì)抑制微生物的生長，因此需要在線測定。用固定化酵母（Trichosporon brassicae），透氣膜和氧電極組成的微生物傳感器可以測定乙酸的濃度。 

此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳?xì)饷綦姌O，可以構(gòu)成測定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細(xì)胞固定化在膠原蛋白膜內(nèi)，由細(xì)菌—膠原蛋白膜反應(yīng)器和組合式玻璃電極構(gòu)成的微生物傳感器可應(yīng)用于發(fā)酵液中頭孢酶素的測定等等。 

(2). 微生物細(xì)胞總數(shù)的測定 

在發(fā)酵控制方面，一直需要直接測定細(xì)胞數(shù)目的簡單而連續(xù)的方法。人們發(fā)現(xiàn)在陽極表面，細(xì)菌可以直接被氧化并產(chǎn)生電流。這種電化學(xué)系統(tǒng)已應(yīng)用于細(xì)胞數(shù)目的測定，其結(jié)果與傳統(tǒng)的菌斑計(jì)數(shù)法測細(xì)胞數(shù)是相同的[1]。 

(3). 代謝試驗(yàn)的鑒定 

傳統(tǒng)的微生物代謝類型的鑒定都是根據(jù)微生物在某種培養(yǎng)基上的生長情況進(jìn)行的。這些實(shí)驗(yàn)方法需要較長的培養(yǎng)時(shí)間和專門的技術(shù)。微生物對(duì)底物的同化作用可以通過其呼吸活性進(jìn)行測定。用氧電極可以直接測量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來測定微生物的代謝特征。這個(gè)系統(tǒng)已用于微生物的簡單鑒定、微生物培養(yǎng)基的選擇、微生物酶活性的測定、廢水中可被生物降解的物質(zhì)估計(jì)、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗(yàn)、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。 

2、 環(huán)境監(jiān)測 

(1). 生化需氧量的測定 

生化需氧量（biochemical oxygen demand –BOD）的測定是監(jiān)測水體被有機(jī)物污染狀況的常用指標(biāo)。常規(guī)的BOD測定需要5天的培養(yǎng)期，操作復(fù)雜、重復(fù)性差、耗時(shí)耗力、干擾性大，不宜現(xiàn)場監(jiān)測，所以迫切需要一種操作簡單、快速準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、適用廣的新方法來測定。目前，有研究人員分離了兩種新的酵母菌種SPT1和SPT2，并將其固定在玻璃碳極上以構(gòu)成微生物傳感器用于測量BOD，其重復(fù)性在±10%以內(nèi)。將該傳感器用于測量紙漿廠污水中BOD的測定，其測量最小值可達(dá)2 mg/l，所用時(shí)間為5min[3]。還有一種新的微生物傳感器，用耐高滲透壓的酵母菌種作為敏感材料，在高滲透壓下可以正常工作。并且其菌株可長期干燥保存，浸泡后即恢復(fù)活性，為海水中BOD的測定提供了快捷簡便的方法[4]。 

除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經(jīng)研制出來用于測定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應(yīng)時(shí)間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個(gè)傳感器系統(tǒng)幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內(nèi)），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經(jīng)應(yīng)用于河水BOD的測定，并且獲得了較好的結(jié)果[4]。 

現(xiàn)在有一種將BOD生物傳感器經(jīng)過光處理（即以TiO2作為半導(dǎo)體，用6 W燈照射約4min）后，靈敏度大大提高，很適用于河水中較低BOD的測量[5]。同時(shí)，一種緊湊的光學(xué)生物傳感器已經(jīng)發(fā)展出來用于同時(shí)測量多重樣品的BOD值。它使用三對(duì)發(fā)光二極管和硅光電二極管，假單胞細(xì)菌（Pseudomonas fluorescens）用光致交聯(lián)的樹脂固定在反應(yīng)器的底層，該測量方法既迅速又簡便，在4℃下可使用六周，已經(jīng)用于工廠廢水處理的過程中[5]。 

(2). 各種污染物的測定 

常用的重要污染指標(biāo)有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質(zhì)與致變物質(zhì)、重金屬離子、酚類化合物、表面活性劑等物質(zhì)的濃度。目前已經(jīng)研制出了多種測量各類污染物的生物傳感器并已投入實(shí)際應(yīng)用中了。 

測量氨和硝酸鹽的微生物傳感器，多是用從廢水處理裝置中分離出來的硝化細(xì)菌和氧電極組合構(gòu)成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環(huán)境下的測量使得它可以不受其他種類的氮的氧化物的影響。用它對(duì)河口的NOx-進(jìn)行了測量，其效果較好[6]。 

硫化物的測定是用從硫鐵礦附近酸性土壤中分離篩選得到的專性、自養(yǎng)、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時(shí)一周測量200余次，活性保持不變，兩周后活性降低20%。傳感器壽命為7天，其設(shè)備簡單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測硫化物含量，所用細(xì)菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構(gòu)成[7]。 

最近科學(xué)家們?cè)谖廴緟^(qū)分離出一種能夠發(fā)熒光的細(xì)菌，此種細(xì)菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產(chǎn)生熒光蛋白，從而發(fā)出熒光?？梢酝ㄟ^遺傳工程的方法將這種基因?qū)牒线m的細(xì)菌內(nèi)，制成微生物傳感器，用于環(huán)境監(jiān)測?，F(xiàn)在已經(jīng)將熒光素酶導(dǎo)入大腸桿菌（E.coli）中，用來檢測砷的有毒化合物[8]。 

水體中酚類和表面活性劑的濃度測定已經(jīng)有了很大的發(fā)展。目前，有9種革蘭氏陰性細(xì)菌從西西伯利亞石油盆地的土壤中分離出來，以酚作為唯一的碳源和能源。這些菌種可以提高生物傳感器的感受器部分的靈敏度。它對(duì)酚的監(jiān)測極限為5 ′10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續(xù)工作時(shí)間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonas rathonis）制成的測量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細(xì)胞固定在凝膠（瓊脂、瓊脂糖和海藻酸鈣鹽）和聚乙醇膜上，可以用層析試紙GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物細(xì)胞在凝膠中的交聯(lián)，長距離的保持它們?cè)诟邼舛缺砻婊钚詣z測中的活性和生長力。該傳感器能在測量結(jié)束后很快的恢復(fù)敏感元件的活性[10]。 

還有一種電流式生物傳感器，用于測定有機(jī)磷殺蟲劑，使用的是人造酶。利用有機(jī)磷殺蟲劑水解酶，對(duì)硝基酚和二乙基酚的測量極限為100′10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發(fā)展起來的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動(dòng)系統(tǒng)CL-FIA臺(tái)式電腦結(jié)合，可以檢測(32~96)′10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復(fù)性高[12]。 

最近，有一種新型的微生物傳感器，用細(xì)菌細(xì)胞作為生物組成部分，測定地表水中壬基酚（nonyl-phenol etoxylate --NP-80E）的含量。用一個(gè)電流型氧電極作傳感器，微生物細(xì)胞固定在氧電極上的透析膜上，其測量原理是測量毛孢子菌屬（Trichosporum grablata）細(xì)胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應(yīng)時(shí)間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續(xù)測定時(shí)）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內(nèi)，電信號(hào)與NP-80E濃度呈線性關(guān)系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測[13]。 

除此之外，污水中重金屬離子濃度的測定也是不容忽視的。目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的，基于固定化微生物和生物體發(fā)光測量技術(shù)上的重金屬離子生物有效性測定的監(jiān)測和分析系統(tǒng)。將弧菌屬細(xì)菌（Vibrio fischeri）體內(nèi)的一個(gè)操縱子在一個(gè)銅誘導(dǎo)啟動(dòng)子的控制下導(dǎo)入產(chǎn)堿桿菌屬細(xì)菌（Alcaligenes eutrophus (AE1239)）中，細(xì)菌在銅離子的誘導(dǎo)下發(fā)光，發(fā)光程度與離子濃度成正比。將微生物和光纖一起包埋在聚合物基質(zhì)中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測量范圍廣、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性強(qiáng)的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達(dá)到最低測量濃度1′10-9mol[14]。 

還有一種專門測量銅離子的電流型微生物傳感器。它用酒釀酵母（Saccharomyces cerevisiae）重組菌株作為生物元件，這些菌株帶有酒釀酵母CUP1基因上的銅離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動(dòng)子被Cu2+誘導(dǎo)，隨后乳糖被用作底物進(jìn)行測量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細(xì)菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導(dǎo)致這些好氧細(xì)胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)′10-3mol范圍內(nèi)測定CuSO4溶液。目前已經(jīng)將各類金屬離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會(huì)在含有各種金屬離子的的溶液中出現(xiàn)發(fā)光反應(yīng)。根據(jù)它發(fā)光的強(qiáng)度可以測定重金屬離子的濃度，其測量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時(shí)間為60~100min[15][16]。 

用于測量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經(jīng)研制成功，使用嗜堿性細(xì)菌Alcaligenes cutrophus，并用于對(duì)污水中鋅的濃度和生物有效性進(jìn)行測量，其結(jié)果令人滿意[17]。 

估測河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍(lán)細(xì)菌（ cyanobacterium Spirlina subsalsa）和一個(gè)氣敏電極構(gòu)成的。通過監(jiān)測光合作用被抑制的程度來估測由于環(huán)境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標(biāo)準(zhǔn)天然水為介質(zhì)，對(duì)三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲劑）的不同濃度進(jìn)行了測定，均可監(jiān)測到它們的有毒反應(yīng)，重復(fù)性和再生性都很高[18]。 

近來由于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的迅猛發(fā)展及其在環(huán)境監(jiān)測方面的廣泛應(yīng)用，不少科學(xué)家開始著手于將它與生物傳感器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。有一種應(yīng)用PCR技術(shù)的DNA壓電生物傳感器，可以測定一種特殊的細(xì)菌毒素。將生物素?；奶结樄潭ㄔ谘b有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1′10-6mol的鹽酸可以使循環(huán)式測量在同一晶體表面進(jìn)行。用細(xì)菌中提取的DNA樣品進(jìn)行同樣的雜交反應(yīng)并由PCR放大，產(chǎn)物為氣單胞菌屬（Aeromonas hydrophila）的一種特殊基因片斷。這種壓電生物傳感器可以鑒別樣品中是否含有這種基因，這為從水樣中檢測是否含帶有這種病原的各種氣單胞菌提供了可能[19]。 

還有一種通道生物傳感器可以檢測浮游植物和水母等生物體產(chǎn)生的腰鞭毛蟲神經(jīng)毒素等毒性物質(zhì)，目前已經(jīng)能夠測量在一個(gè)浮游生物細(xì)胞內(nèi)含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應(yīng)用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于測量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進(jìn)核酸的識(shí)別作用和加強(qiáng)該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的新方法，目前研究工作為識(shí)別裝置和轉(zhuǎn)換裝置的一體化[21]。 

微藻素是一種從藍(lán)藻細(xì)菌引起的水華中產(chǎn)生的細(xì)菌肝毒素，一種固定有表面細(xì)胞質(zhì)?；蚪M的生物傳感器已經(jīng)制得，用于測量水中微藻素的含量，它直接的測量范圍是50~1000 ′10-6g/l[22]。 

一種基于酶的抑制性分析的多重生物傳感器用于測量毒性物質(zhì)的設(shè)想也已經(jīng)提出。在這種多重生物傳感器中，應(yīng)用了兩種傳導(dǎo)器—對(duì)pH敏感的電子晶體管和熱敏性的薄膜電極，以及三種酶—尿素酶、乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶。該生物傳感器的性能已經(jīng)得到測試，效果較好[23]。 

除了發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測，生物傳感器還深入的應(yīng)用于食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，主要用于測量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質(zhì)。 

總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應(yīng)用中各有其優(yōu)越之處。若容易獲得穩(wěn)定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對(duì)使用者來說是較好的。相反的，若生物催化需經(jīng)過復(fù)雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩(wěn)定時(shí)，微生物電極則是更理想的選擇。而其他各種形式的生物傳感器也在蓬勃發(fā)展中，其應(yīng)用也越來越廣泛。隨著固定化技術(shù)的進(jìn)一步完善，隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物傳感器必將在市場上開辟出一片新的天地。 解析三杯式風(fēng)速傳感器與測量原理

三杯式風(fēng)速傳感器是風(fēng)速傳感器的一種類型，那么三杯式風(fēng)速傳感器和其他的風(fēng)速傳感器相比有哪些特點(diǎn)呢？三杯式風(fēng)速傳感器的原理又是什么呢？

三杯式風(fēng)速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測上述地點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)量（風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積）大小，能夠?qū)λ幭锏赖娘L(fēng)速風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測量的重要儀表。

其傳感器組件由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、傳感器支架組成。主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的各礦井通風(fēng)總回風(fēng)巷、風(fēng)口、井下主要測風(fēng)站、扇風(fēng)機(jī)井口、掘進(jìn)工作面、采煤工作面等處，以及相應(yīng)的礦產(chǎn)企業(yè)。

三杯式風(fēng)速傳感器立足于煤礦用戶，主要適用于煤礦井下具有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的各礦井通風(fēng)總回風(fēng)巷、風(fēng)口、井下主要測風(fēng)站、扇風(fēng)機(jī)井口、掘進(jìn)工作面、采煤工作面等處，以及相應(yīng)的礦產(chǎn)企業(yè)。

三杯式風(fēng)速傳感器可連續(xù)監(jiān)測上述地點(diǎn)的風(fēng)速、風(fēng)量（風(fēng)量=風(fēng)速x橫截面積）大小，能夠?qū)λ幭锏赖娘L(fēng)速風(fēng)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，是礦井通風(fēng)安全參數(shù)測量的重要儀表。

三杯式風(fēng)速傳感器的壓差變化原理：在流動(dòng)方向上設(shè)置一個(gè)固定的障礙物（孔板、噴嘴等），這樣根據(jù)流速不同便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓差。通過測量壓差，可以轉(zhuǎn)換成流速的測量。

三杯式風(fēng)速傳感器的原理基本就是這些了，大家一定要結(jié)合具體的產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)來理解。

 


近十年來，新型節(jié)流流量傳感器(一種對(duì)安裝直管段長度要求較短、準(zhǔn)確度仍較高的流量儀表)，在我國引進(jìn)、開發(fā)、推廣應(yīng)用異?；钴S。由于在推廣中急功近利，炒作過熱，條件尚未成熟，就呼吁大力推廣，已造成多起嚴(yán)重事故。如何穩(wěn)步推廣應(yīng)用新型節(jié)流流量傳感器，引起了業(yè)界的普遍關(guān)注。

經(jīng)典節(jié)流流量傳感器不再輝煌

經(jīng)典節(jié)流流量傳感器應(yīng)用的歷史超過百年，積累了豐富的科研數(shù)據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，制定了標(biāo)準(zhǔn)無需標(biāo)定，可承受惡劣工況，生產(chǎn)成本低，性價(jià)比較高。但它也存在不少缺點(diǎn)，如：易于堵塞，壓損較大，準(zhǔn)確度難以長期維持，特別是根據(jù)ISO5167-2003新標(biāo)準(zhǔn)，要維持±0.5~1%的準(zhǔn)確度，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的前安裝直管段長度需30~40D。雖可對(duì)在應(yīng)用中偏離標(biāo)準(zhǔn)的影響進(jìn)行估算。但這種估算僅僅只是增加計(jì)量的不確定度，而無益于準(zhǔn)確度的提高。市場迫切需要一種既可耐惡劣工況，價(jià)格適中，對(duì)安裝直管段長度不高又能維持較高準(zhǔn)確度的新型節(jié)流流量傳感器。

新型節(jié)流流量傳感器的原理

差壓流量儀表種類可達(dá)幾十，萬變不離其宗，其原理都基于能量守恒與質(zhì)量守恒這兩個(gè)物理公式，即由于流體流通的橫截面積和/或流動(dòng)通道的變化所引發(fā)的差壓是流體流速、流體通道和流體特性的函數(shù)。

多孔孔板

多孔孔板與經(jīng)典孔板相比較，最大的特點(diǎn)是：多孔孔板的節(jié)流件除了節(jié)流還有整流的作用，它解決了工業(yè)現(xiàn)場的直管段長度不長又可以達(dá)到必要的準(zhǔn)確度的矛盾。在直管段長度較短（5~10D）的情況下，仍可達(dá)到±1%的準(zhǔn)確度，值得關(guān)注。

2002年，由美國Ro s emo u n t推出的調(diào)整孔板（Conditioning Orifice Plate），首創(chuàng)了這類節(jié)流流量傳感器，繼調(diào)整孔板之后，2004年美國A+Flowt ek公司推出了平衡式流量儀表，2007年進(jìn)入中國；我國天津某公司于2008年，推出了結(jié)構(gòu)不同于美國A+Flowtek的整流式流量傳感器。而測試數(shù)據(jù)表明，在前直管段僅2D時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±1%，為5D時(shí)，準(zhǔn)確度可達(dá)±0.3%，β值建議取0.5～0.65之間。在前直管段長度約30D的條件下，對(duì)上述的三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流出系數(shù)的重復(fù)性、不確定度、線性度的測試比較，技術(shù)性能難分伯仲。

多孔孔板的計(jì)算與孔板類似，主要區(qū)別是如何計(jì)算β值。首先需算出它的流通面積Aef。

內(nèi)錐流量傳感器

對(duì)于內(nèi)錐流量傳感器，流體是通過節(jié)流件錐體與管壁形成了具有整流作用的環(huán)形通道。這種環(huán)形通道節(jié)流方式可在確保較高準(zhǔn)確度的前提下，對(duì)前直管段長度的要求比孔板低得多。美國科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)室（CEESI）對(duì)其進(jìn)行了測試，數(shù)據(jù)公布在API MPMS22.2中，測試報(bào)告宣稱，不僅直管段要求短，而且壓損也比孔板低一些。

內(nèi)錐流量傳感器β值的計(jì)算，仍需通過流通面積A時(shí)來計(jì)算當(dāng)量直徑dV。

內(nèi)錐流量傳感器在我國21世紀(jì)初期，在缺乏充分研究、測試，沒有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的情況下，而又過熱炒作，廠家為追逐利潤，忽視質(zhì)量紛紛仿制；用戶不分場合到處濫用，造成多起嚴(yán)重事故。

針對(duì)內(nèi)錐流量傳感器的不足，我國近幾年相繼推出了槽道、內(nèi)文丘利、梭式等新型節(jié)流流量傳感器。

槽道流量傳感器

由南京優(yōu)揚(yáng)公司推出， 節(jié)流件為一紡錘體（圖１），具有較長的中段，用4個(gè)導(dǎo)流片來固定節(jié)流件，從力學(xué)角度看較內(nèi)錐安全、可靠。但作為節(jié)流件的紡錘體過長，不僅加大了加工成本，也增大了摩阻，壓力損失在相同的β值下，約為內(nèi)錐的2/3。如維持±1%精確度，前直段不得小于5D。

梭式流量傳感器

梭式流量傳感器尾部可使加速的流體在擴(kuò)張的通道中，不分離的條件下減速增壓，使不可恢復(fù)壓損降至最小。樣機(jī)初測表明：β=0.64時(shí)，流出系數(shù)誤差為±0.3%，壓損僅為槽道的2/3，內(nèi)錐的1/3。

環(huán)楔流量傳感器

近幾年推出一種新型差壓流量傳感器。據(jù)稱，這種流量傳感器增加了量程比， 減小了壓損， 增加了耐磨性。美國科羅拉多工程試驗(yàn)室曾對(duì)其進(jìn)行了測試，確定了流出系數(shù)及膨脹系數(shù)等有關(guān)數(shù)據(jù)，但仍不夠充分。對(duì)以上所述的優(yōu)點(diǎn)，筆者有所質(zhì)疑，它的結(jié)構(gòu)與文丘里管有相似之處，只是增大了擴(kuò)張角，又如何保證流體不分離而減小壓損？

教訓(xùn)與建議

前車之覆，后車之鑒 近七、八年以來我國流量業(yè)界根據(jù)市場需求，引進(jìn)和自行開發(fā)了不少新型節(jié)流流量傳感器，成績斐然。在推廣應(yīng)用過程中必然會(huì)面臨不少問題，生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)這些問題，認(rèn)真逐一解決，才有可能使產(chǎn)品日益完善。遺憾的是不少廠商為利所惑，熱衷于炒作，忽視產(chǎn)品的改進(jìn)。如內(nèi)錐流量傳感器在已知單臂懸掛易折斷，后錐取壓孔易堵、壓損較大（僅次于孔板）的情況下，不僅未認(rèn)真改進(jìn)，反而呼吁大力推廣。結(jié)果，發(fā)生了機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故。當(dāng)前，爆炸聲余音未了，炒作的沉渣似又泛起，應(yīng)引起國內(nèi)業(yè)界的嚴(yán)重關(guān)注。

少說空話，多干實(shí)事 由于影響流量儀表的因素較多，在研發(fā)過程中有不少數(shù)據(jù)，無法通過理論推導(dǎo)來確定；在推廣應(yīng)用開始的一個(gè)階段，所遇到的不少問題都只能腳踏實(shí)地用試驗(yàn)來逐一解決；而故弄玄虛、炒作理念是無濟(jì)于事的。

測試數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn) 在研發(fā)、改善流量儀表的過程中，只有腳踏實(shí)地去做試驗(yàn)，以積累成千上萬的數(shù)據(jù)。為使新型流量儀表在推廣過程中穩(wěn)步前進(jìn)，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)認(rèn)真整理，去偽存真。必要時(shí)對(duì)有疑惑的數(shù)據(jù)還應(yīng)重新測試予以核實(shí)、印證。在此基礎(chǔ)上歸納、整理、總結(jié)、提高所撰寫的標(biāo)準(zhǔn)才有實(shí)用、推廣價(jià)值，使生產(chǎn)廠家有數(shù)可依，使用者有據(jù)可查。

標(biāo)準(zhǔn)是測試數(shù)據(jù)的升華與提高；而一個(gè)切實(shí)可行的標(biāo)準(zhǔn)也必須建立在大量嚴(yán)謹(jǐn)可靠的測試數(shù)據(jù)上，否則，將難以實(shí)施，只是一紙空文而已。

評(píng)估新型節(jié)流流量傳感器的校驗(yàn)裝置

新型節(jié)流流量傳感器的特點(diǎn)都宣稱具有安裝直管段短而確保準(zhǔn)確度高的性能，只有通過專用的阻力件流量校驗(yàn)裝置所試數(shù)據(jù)才能令人信服。國外已建立這種裝置，開展十多年的測試、研究，很遺憾我國尚未引起足夠重視。

標(biāo)準(zhǔn)的制定

近百年以來，經(jīng)典節(jié)流流量傳感器由于制定了標(biāo)準(zhǔn)，才可能在上世紀(jì)中期取得流量市場近70%的份額。但隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，新型流量儀表不斷推出，要順利推行這些儀表，首先需要制定標(biāo)準(zhǔn)。電磁、超聲均已著手制定標(biāo)準(zhǔn)，而新型節(jié)流流量傳感器由于種類較多，制定標(biāo)準(zhǔn)雖有一定難度也必須考慮，否則又將無序?yàn)E造，無據(jù)選用，難以避免發(fā)生重大事故。

有關(guān)制定標(biāo)準(zhǔn)的條件， 如何制定，由于篇幅限制，請(qǐng)參閱API MPMS22.2“差壓式流量儀表測試備忘錄”。

小結(jié)

從中天之日到夕陽西下 經(jīng)典節(jié)流流量傳感器問世已有百余年的悠久歷史。但其致命的弱點(diǎn)是必需具有30~40D的安裝直管段長度，才可能保證有±1%的準(zhǔn)確度。對(duì)于現(xiàn)代化的工業(yè)，不可能滿足這個(gè)苛刻的條件，只能是無可奈何花落去了。

初露鋒芒但并不完美 為應(yīng)對(duì)經(jīng)典節(jié)流流量傳感器的不足，近十年推出了以縮短安裝直管段長度而確保準(zhǔn)確度為特點(diǎn)的環(huán)形通道、多孔孔板等多種新型節(jié)流流量傳感器，初露鋒芒即有令人矚目的表現(xiàn)。但它與經(jīng)典節(jié)流流量傳感器相比，還是比較稚嫩，如果在條件尚不成熟就不顧后果全面、大力推廣，必將重蹈覆轍，發(fā)生令人難以接受的嚴(yán)重事故。科學(xué)試驗(yàn)與建立標(biāo)準(zhǔn) 為什么經(jīng)典節(jié)流流量傳感器能經(jīng)歷百余年輝煌的歷史？靠的是反復(fù)認(rèn)真進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，再將試驗(yàn)結(jié)果用于現(xiàn)場進(jìn)行驗(yàn)證，如此不斷地測試、提升。將這些成果總結(jié)成為標(biāo)準(zhǔn)，才有穩(wěn)固的基礎(chǔ)。令制造有法可依，使用有據(jù)可查。

阻力件試驗(yàn)勢在必行 新型節(jié)流流量傳感器的特點(diǎn)在于無需較長的直管段長度，即可維持較高的準(zhǔn)確度，這個(gè)特點(diǎn)必須由廠家用科學(xué)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)予以驗(yàn)證，且由第三方予以證明，而不能只是引經(jīng)據(jù)典，用別人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來證明自己產(chǎn)品的技術(shù)性能。要?jiǎng)?chuàng)立民族的品牌，沒有捷徑可走，必須腳踏實(shí)做實(shí)驗(yàn)，一絲不茍測數(shù)據(jù)。研發(fā)新型節(jié)流流量傳感器，阻力件試驗(yàn)勢在必行，建立相應(yīng)的試驗(yàn)室迫在眉睫。

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