热工量电测法.pptx

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1、10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的概念、单位和测量方法压力的概念、单位和测量方法 一、压力的概念和术语一、压力的概念和术语压力流体介质作用于单位面积的力压力术语间的关系图10-1-1图图10-1-1 10-1-1 压力术语间的关系压力术语间的关系第1页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的概念、单位和测量方法压力的概念、单位和测量方法二、压力单位二、压力单位 第2页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的概念、单位和测量方法压力的概念、单位和测量方法三、压力测量方法三、压力测量方法1、压力平衡法

2、砝码压力平衡式活塞式压力计液体压力平衡式液柱式压力计2、弹性变形法弹性式压力（应用最普遍）3、电测法直接法，如压电式压力传感器压阻式、压力传感器。间接法-以压力敏感型弹性元件作为敏感器配接传感器，第3页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 压力敏感器是能够将压力转换为应变和位移的弹性敏感元件 压力位移 压力应变 第4页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 一、弹簧管一、弹簧管 图10-1-2 弯曲成C形的空心扁管，一端与接头相连，另一端(自由端)密封 第5页/共84页图图10-1-210-1

3、-2C C型弹簧管型弹簧管 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第6页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 二、波纹管二、波纹管 图10-1-3 带同心环状波形皱纹的薄壁圆管，一端开口，另一端封闭第7页/共84页图图10-1-310-1-3波纹管波纹管 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第8页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 三、膜片三、膜片 用金属或非金属制成的圆形薄片。平膜片断面是平的 图10-1-4（a）波纹膜片断面呈波纹状 图10-1-4

4、（b）第9页/共84页图图10-1-4 10-1-4 膜片和膜盒膜片和膜盒 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第10页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 四、膜盒：四、膜盒：两个膜片边缘对焊起来，构成膜盒(图10-1-4c)。几个膜盒连接起来，组成膜合组(图10-1-4d)第11页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力敏感器压力敏感器 五、薄臂圆筒五、薄臂圆筒 图10-1-5 壁厚一般都小于圆筒直径的1/20，圆筒的一端开口，一端不通，筒壁在圆周方向和轴向上的应变均与压力P成正比。第1

5、2页/共84页图图10-1-5 10-1-5 薄壁圆筒薄壁圆筒 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第13页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法一、应变式压力传感器一、应变式压力传感器共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。1、膜片式压力传感器 图10-1-62、筒式压力传感器 图10-1-73、组合式压力传感器 图10-1-8第14页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法一、应变式压力

6、传感器一、应变式压力传感器共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。1、膜片式压力传感器 图10-1-6图图10-1-6 10-1-6 膜片式压力传感器膜片式压力传感器第15页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法一、应变式压力传感器一、应变式压力传感器共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。2、筒式压力传感器 图10-1-7图图10-1-7 10-1-7 筒式压力传感器筒式压力传感器

7、第16页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法一、应变式压力传感器一、应变式压力传感器共同点：将应变片粘贴到压力敏感型弹性元件上，由弹性元件或弹性元件组合将压力转换为应变，再由应变电桥将应变转换为电压输出。3、组合式压力传感器 图10-1-8第17页/共84页图图10-1-8 10-1-8 组合式压力传感器组合式压力传感器 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第18页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的

8、可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，1、电容式压力传感器 图10-1-9 2、电感式压力传感器 图10-1-103、电位器式压力传感器 图10-1-11 4、霍尔式压力传感器 图10-1-125、光电式压力传感器 图10-1-13 第19页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，1、电容式压力传感器 图10-1-9 第20页/

9、共84页图图10-1-910-1-9电容式压力传感器电容式压力传感器10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第21页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，2、电感式压力传感器 图10-1-10第22页/共84页图图10-1-10 10-1-10 电感式压力传感器电感式压力传感器 10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第23页/共84页10.1 10.

10、1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，3、电位器式压力传感器 图10-1-11 图图10-1-11 10-1-11 电位器式压力传感器电位器式压力传感器 第24页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量

11、，4、霍尔式压力传感器 图10-1-12第25页/共84页图图10-1-12 10-1-12 霍尔式微压和压力传感器结构原理图霍尔式微压和压力传感器结构原理图10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第26页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法二、位移式压力传感器二、位移式压力传感器 共同点：将位移传感器的可动部分与压力敏感型弹性元件的自由端连在一起，将压力转换为位移，再由位移传感器将位移转换为电量，5、光电式压力传感器 图10-1-13 第27页/共84页图图10-1-13 10-1-13 光电测压原理图光电测压原理图 1

12、0.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第28页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法三、谐振式压力传感器三、谐振式压力传感器振弦式振弦式 图10-1-14振弦式压力传感器 图10-1-14振膜式压力传感器 图6-3-9振筒式压力传感器 图6-3-6第29页/共84页图图10-1-14 10-1-14 振弦式压力计的原理振弦式压力计的原理11支承支承(夹紧件夹紧件);2);2振弦振弦;3;3膜片膜片;4;4电磁铁电磁铁;5;5拾振线圈拾振线圈10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第30页/共84页10.1 1

13、0.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法四、压阻式压力传感器四、压阻式压力传感器图101-15 硅膜片上做四个相等的电阻，经蒸镀铝电极及连线，接成惠斯登电桥。第31页/共84页 图图10-1-15 10-1-15 压阻式压力传感器结构压阻式压力传感器结构1 1低压腔；低压腔；2 2高压腔高压腔 ；3 3硅杯硅杯 ；4 4引线引线 ；5 5硅膜片硅膜片10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法第32页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 压力的电测法压力的电测法五、压电式压力传感器五、压电式压力传感器图101-16 薄壁筒

14、底承受外部压力为 压电晶片组所受力F1与外部压力F之比为图图10-1-16 10-1-16 压电式压力传感器压电式压力传感器 第33页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 差压电测法差压电测法一、差压敏感器一、差压敏感器把差压传换为应变或位移把差压传换为应变或位移测量膜片应变或中心点位移与测量膜片两侧压力差成正比 第34页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 差压电测法差压电测法二、电容式（位移式）差压传感器二、电容式（位移式）差压传感器 图10-1-17公共动极板将两侧压力差转换成位移，使两电容差动变化与压差成正比。1、两室结构 图

15、10-1-17(a)2、一室结构 图10-1-17(b)第35页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 差压电测法差压电测法图 10117 电容式差压传感器的两种结构图（a）1.2测量膜片（或隔离膜片）；3感压膜片；4.5差动电容；6绝缘体。图（b）1.2测量膜片；3可动平板电极；4中心轴；5片簧；6绝缘体；7.8-固定电极；9节流孔。第36页/共84页10.1 10.1 压力和差压的电测法压力和差压的电测法 差压电测法差压电测法三、应变式差压传感器三、应变式差压传感器 测量膜片应变与两侧压力差成正测量膜片应变与两侧压力差成正比比1、应变式应变片粘贴在膜片上 图10

16、-1-62、硅压阻式在硅膜片上制作应变电阻 图10-1-15 3、金属薄膜式薄膜应变电阻直接制作在金属膜片上 第37页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度的概念、单位和测量方法温度的概念、单位和测量方法 一、温度的概念一、温度的概念温度是表征物体冷热程度的一种物理量，是物体内部分子无规则运动剧烈程度的标志。第38页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度的概念、单位和测量方法温度的概念、单位和测量方法 二、温度的单位二、温度的单位摄氏温度t和华氏温度F的换算公式为：国际开尔文温度T(K)和国际摄氏温度t()，二者的换算公式为第39页/共84页10.210.2温度电测

17、法温度电测法 温度的概念、单位和测量方法温度的概念、单位和测量方法 三、温度测量方法三、温度测量方法接触式温度传感器与被测物体发生接触非接触式温度传感器与被测物体不发生接触 第40页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 接触式测温法接触式测温法一、将温度转换为非电量一、将温度转换为非电量温度敏感器温度敏感器1、热膨胀式将温度转换成位移 液体膨胀式 酒精温度计、水银温度计固体膨胀式热敏双金属元件 图1021 自由端的弯曲挠度 图10-2-1 热敏双金属元件第41页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 接触式测温法接触式测温法一、将温度转换为非电量一、将温度转换为非电量温度敏感

18、器温度敏感器2、压力式将温度转换为压力 第42页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 接触式测温法接触式测温法二、将温度转换为电量二、将温度转换为电量温度传感器温度传感器1热电阻和热敏电阻2热电偶3半导体PN结4集成温度传感器：电流型、电压型、数字型 第43页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零图10-2-3 RP8为满度调整电阻图10-2-4是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。图10-2-5是四线连接法，消除连接导

19、线电阻和电位器接触电阻造成的测量误差。第44页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-2 RP用于调满度，Ro用于调零图 1022 电桥式电阻温度计的原理图第45页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-3 RP8为满度调整电阻图 1023 热敏电阻测温电路第46页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测

20、法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-4是三线连接法，消除连接导线电阻造成的测量误差。图 1024 电热阻测温电桥的三线连接法第47页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用热电阻或热敏电阻图10-2-5是四线连接法，消除连接导线电阻和电位器接触电阻造成的测量误差。图 1025 热电阻测温电桥的四线连接法第48页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法 2、采用热电偶图5

21、-3-7 采用单只热电偶图10-2-6 采用多只热电偶串联，可提高灵敏度，减小相对误差 图 1026 热电偶串联测温线路第49页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 一、单点温度的电测法一、单点温度的电测法、采用二极管、三极管和集成温度传感器采用二极管、三极管 图7-5-5采用集成温度传感器 图10-2-7 RP1用于调零，RP2用于调满度。图 1027 AD590热量摄氏温度的电路第50页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 二、平均温度的电测法二、平均温度的电测法 1、采用集成温度传感器

22、 图10-2-8图 1028 AD590测量平均温度的电路第51页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 二、平均温度的电测法二、平均温度的电测法、采用热电偶 图10-2-91）采用热电偶并联 图10-2-9(a)2）采用热电偶串联 图10-2-9(b)图 1029 热电偶测量平均温度第52页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法三、温度差的电测法1、采用双热电阻或热敏电阻电桥 图10-2-10 图 10210 双桥温度测量电路第53页/共84页10.210.2温度电测法温度

23、电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法三、温度差的电测法2、采用热电偶反向串联 图10-2-11 图 10211 热电偶测温差电路第54页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法三、温度差的电测法3、采用AD590 图10-2-12 图 10212 AD590测量温度差的电路第55页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 温度和温度差的电测法温度和温度差的电测法 三、温度差的电测法三、温度差的电测法4、采用晶体管 图10-2-13图 10213 晶体管测量温差电路第56页/共84页10.2

24、10.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法一一、电涡流式测温法电涡流式测温法 保持电涡流传感器线圈几何参数、与导体间距离、电流频率不变，使电涡流传感器的参数只随导体的温度而变化。第57页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法二二、辐射式测温法辐射式测温法1、热辐射效应 温度热辐射2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量 辐射式温度传感器一般包括两部分：光学系统，用于瞄准被测物体，把被测物体的辐射能聚焦到辐射接收器上。（光路中大多插入机械调制片，将恒定的或变化极慢的辐射信号调制成交变的，以便放大。）辐射接收器，利用各种热敏元件或光

25、电元件将会聚的辐射能转换为电量。第58页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法二二、辐射式测温法辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量1）全辐射温度传感器接收被测物体辐射的全光谱范围，不加滤光片。2）部分辐射温度传感器接收被测物体辐射的部分光谱范围，加滤光片。红外测温仪图102-14第59页/共84页图 10214 红外测温仪光路系统1次镜；2主镜；3目镜系统；4锗单晶滤光片；5机械调制片；6热敏电阻。10.210.2温度电测法温度电测法第60页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法二二、辐射

26、式测温法辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量3）光电亮度温度传感器只接收被测物体辐射的单色光，加滤光片 图102-15图 10215 光电亮度温度传感器示意图 1被测对象；2透镜；3滤光片；4光电器件；5放大电路；6显示仪器；7调制盘；8同步电机。第61页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法二二、辐射式测温法辐射式测温法2、热辐射式温度传感器适用于高温（400200）测量4）光电比色温度传感器只接收被测物体辐射的红光、蓝光，两个波长的亮度比，随温度变化 图102-16图 10216 光电比色温度传感器 1被测对象；2透镜；3光

27、电器件；4运算.放大电路；5显示装置；6调制盘；7同步电机；8滤光片；9滤光片；10反射镜；11分光棱镜。第62页/共84页10.210.2温度电测法温度电测法 非接触式测温法非接触式测温法三、光导纤维测温法三、光导纤维测温法 第63页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量的概念流量的概念体积流量 单位：m/s L/min m3/n 质量流量 单位：kg/s kg/h总量 单位：m3 单位：kg 平均流速 第64页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量转速转换法转速转换法一、椭圆齿轮流量计一、椭圆齿轮流量计（容积式流量计）（容积式流量计）图10-3-1流量

28、n转速 总量 N转数 每转送出流体体积 第65页/共84页图图10-3-1 10-3-1 椭圆齿轮流量计原理图椭圆齿轮流量计原理图 11外壳外壳 ;2;2椭圆形转子椭圆形转子 (齿轮齿轮);3);3测量室测量室.10.310.3流量的电测法流量的电测法第66页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量转速转换法转速转换法二、涡轮式流量计二、涡轮式流量计 图图10103-23-2 轴向流速 所以 电动势频率 仪表常数 第67页/共84页图图10-3-2 10-3-2 磁电式涡轮流量计磁电式涡轮流量计 1涡轮；2前导流架；3后导流架；4壳体；5磁钢；6线圈。10.310.3流量的电

29、测法流量的电测法第68页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量差压、力、位移转换法差压、力、位移转换法一、流量一、流量差压转换法差压转换法1、节流流量计 图10-3-3(a)2、弯管流量计 图10-3-3（b）图 1033 节流流量计和弯管流量计示意图第69页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量差压、力、位移转换法差压、力、位移转换法二、流量二、流量力转换法（靶式流量计）力转换法（靶式流量计）图10-3-4第70页/共84页图 1034 靶式流量计示意图10.310.3流量的电测法流量的电测法第71页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流

30、量流量差压、力、位移转换法差压、力、位移转换法三、流量三、流量位移转换法（转子流量计）位移转换法（转子流量计）图10-3-5 1、玻璃锥管适用于透明液体2、金属锥管适用于混浊液体 第72页/共84页图 1035 转子流量计10.310.3流量的电测法流量的电测法第73页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量频率转换法频率转换法 一、涡亍流量计一、涡亍流量计 图10-3-6 漩涡频率f的检测 图103-7 所以所以图图10-3-6 10-3-6 漩涡发生原理图漩涡发生原理图 图图10-3-7 10-3-7 漩涡发生体及信号检测原理漩涡发生体及信号检测原理(a)(a)圆柱检测器

31、圆柱检测器 (b)(b)三角柱检测器三角柱检测器1 1漩涡；漩涡；2 2圆柱检测器；圆柱检测器；3 3隔墙；隔墙；1 1三角柱检测器；三角柱检测器；4 4铂电阻丝；铂电阻丝；5 5导压孔；导压孔；6 6空腔空腔 。2 2热敏电阻。热敏电阻。第74页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量频率转换法频率转换法 二、悬浮陀螺流量计二、悬浮陀螺流量计 图10-3-8感应电势频率与流量成正比第75页/共84页图 1038 悬浮陀螺式流量传感器10.310.3流量的电测法流量的电测法第76页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量温度转换法温度转换法一、托马斯流量计一

32、、托马斯流量计 图10-3-9 P加热器电功率 加热器前后端温度差 P保持恒定，通过测 测G非线性关系保持恒定，通过测P测G线性关系 图图10-3-9 10-3-9 托马斯流量计原理结构托马斯流量计原理结构1 1热电偶；热电偶；2 2加热器；加热器；3 3功率表；功率表；4 4热电偶热电偶。第77页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量温度转换法温度转换法二、热量气体微流量计二、热量气体微流量计 图103-10流量Q温度差电桥电压图图10-3-10 10-3-10 热量气体微流量计热量气体微流量计11上游电阻上游电阻 ;2;2下游电阻下游电阻;3;3、44固定电阻固定电阻.

33、第78页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法流量流量温度转换法温度转换法三、热敏电阻流量计三、热敏电阻流量计 图10-3-11电桥输出电压流量 图图10-3-11 10-3-11 热敏电阻流量计热敏电阻流量计 第79页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法非接触式流量测量法非接触式流量测量法一、电磁流量计一、电磁流量计测导电液体流量测导电液体流量 图10-3-12 多采用交变磁场，所以 图图 10-3-12 10-3-12 电磁流量计原理图电磁流量计原理图1 1磁极；磁极；2 2导管导管 ；3 3电极电极 ；4 4仪仪表。表。第80页/共84页10.310.3流量的电

34、测法流量的电测法非接触式流量测量法非接触式流量测量法二、超声波流量计二、超声波流量计 图10-3-131、时差法2、相差法3、频差法 结论：频差可消除超声波速c的影响 第81页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法非接触式流量测量法非接触式流量测量法二、超声波流量计二、超声波流量计 图10-3-13图图10-3-13 10-3-13 超声波测量流速原理图超声波测量流速原理图 第82页/共84页10.310.3流量的电测法流量的电测法非接触式流量测量法非接触式流量测量法三、示踪法三、示踪法1、示踪剂：盐水、热水、放射性物质2、核磁共振流量计第83页/共84页感谢您的观看！第84页/共84页