化工原理实验讲义(doc 55页)
化工原理实验讲义
化工原理实验讲义化工原理实验讲义（新增）湖南大学化学化工学院实验中心2012.04目录实验1 雷诺实验 (1)实验2 柏努利实验 (3)实验3板式塔流体力学性能的测定 (5)实验4流体阻力测定实验 (9)实验5离心泵性能测定和流量计标定实验 (12)实验6传热实验 (18)实验7精馏实验 (22)实验8过滤实验 (26)实验9氧解吸实验 (29)实验10 液—液萃取实验 (36)实验11干燥速率曲线测定实验 (41)实验12 固体流态化实验 (45)实验13 化工管路拆装实训 (49)实验14 化工仪表综合实训 (54)实验1 雷诺实验一、目的1．观察流体在层流和湍流时两种不同的流动形态，观察层流时流体在导管中的速度分布。
2．测定各种流动状态下的Re，建立层流、湍流与Re之间的联系。
二、原理1．层流与湍流的根本区别，在于流体内部质点的运动方式不同。
层流时，流体的质点沿着与管轴平行的方向成直线运动，互不碰撞，互不混合，湍流时流体质点的运动是不规则的，质点之间发生剧烈的碰撞与混合并导致整个流体的湍动，无论层流和湍流，管壁处速度都为零，离开管壁以后速度渐快，管中心处速度最大。
层流时，速度沿管子的直径按抛物线的规律分布。
2．流体流动状态是由多方面因素决定的，把这些因素组合成，称为雷诺准数（Re），根据Re的数值，可判断流动属于层流还是湍流。
三、实验设备及流程实验装置如图所示。
试验时水由稳压水槽进入玻璃管，此玻璃管供观察流体流动形态和层流时导管中流速分布之用。
为了使玻璃管内的流动稳定，槽内设有缓冲器和溢流器，实验时应维持稳压水槽液面稳定。
雷诺实验装置四、实验步骤1．层流速度分布演示先将流量计后的出口调节阀关闭，将水加满整个试验系统，并保持溢流水槽内有一定的溢流量。
打开示踪剂管路阀，让示踪剂充满整个试验导管的截面，再调节自由夹至能观察到管内红色细流。
少许开启转子流量计调节阀，将流量调至最小，以便观察稳定的层流流型及层流时流体在管截面上的速度分布（切勿扰动）。
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1.雷诺演示实验一、实验目的1 观察流体流动时的不同流动型态2 观察层流状态下管路中流体的速度分布状态3 熟悉雷诺准数（Re）的测定与计算4 测定流动型态与雷诺数（Re）之间的关系及临界雷诺数二、实验原理流体在流动过程中由三种不同的流动型态，即层流、过渡流和湍流。
主要取决于流体流动时雷诺数Re的大小，当Re大于4000时为湍流，小于 2000 时为层流，介于两者之间为过渡流。
影响流体流动型态的因素，不仅与流体流速、密度、粘度有关，也与管道直径和管型有关，其定义式如下：1.1-1式中：d 管子的直径mu 流体的速度m/sρ 流体的密度kg/m 3μ流体的粘度 Pa· s三、实验装置雷诺演示实验装置如图1.1所示，其中管道直径为20 mm。
图1.1 雷诺演示实验装置图1—有机玻璃水槽；2 —玻璃观察管；3 —指试液；4，5 —阀门；6 —转子流量计四、实验步骤1 了解实验装置的各个部件名称及作用，并检查是否正常。
2 打开排空阀排气，待有机玻璃水槽溢流口有水溢出后开排水阀调节红色指示液，消去原有的残余色。
3 打开流量计阀门接近最大，排气后再关闭。
4 打开红色指示液的针形阀，并调节流量（由小到大），观察指示液流动形状，并记录指示液成稳定直线，开始波动，与水全部混合时流量计的读数。
5 重复上述实验3～5次，计算Re临界平均值。
6 关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。
再开阀1，让指示液流出1～2 cm 后关闭1，再慢慢打开阀9，使管内流体作层流流动，观察此时速度分布曲线呈抛物线形状。
7 关闭阀1、进水阀，打开全开阀9排尽存水，并清理实验现场。
五、数据处理及结果分析1 实验原始数据记录见下表：序号 1 2 3 4 5 6q（l/h）U(m/s)Re2 利用Re的定义式计算不同流动型态时的临界值，并与理论临界值比较，分析误差原因。
六、思考题1雷诺数的物理意义是什么？2 有人说可以只用流体的流速来判断管中流体的流动型态，当流速低于某一数值时是层流，否则是湍流，你认为这种看法对否？在什么条件下可以只用流速来判断流体的流动型态？2.流体流动阻力系数的测定一、实验目的1 学习管路阻力损失( h f ) 、管路摩擦系数（λ）、管件局部阻力系数（ζ）的测定方法，并通过实验了解它们的变化规律，巩固对流体阻力基本理论的认识。
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化工原理实验（上、下）讲义专业:应用化学应用化学教研室2012.6实验一 流体机械能转化实验一、实验目的1、了解流体在管内流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对柏努利方程的理解。
2、了解流体在管内流动时，流体阻力的表现形式。
二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。
对于实际流体， 因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。
所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：2211221222f p v p v z z H g g g gρρ++=+++上式称为柏努利方程。
三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图图2-2实验导管结构图四、操作步骤1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。
2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。
3.流体稳定后读取并记录各点数据。
4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。
5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。
五、数据记录和处理五、结果与分析1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？六、注意事项1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。
2．流量调节阀开大时，应检查一下高位槽内的水面是否稳定，当水面下降时应适当开大泵上水阀。
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实验一 雷诺演示实验一、 实验目的1. 了解流体圆管内的流动形态及其与雷诺数Re 的关系；2. 观察流体在圆管内作稳定层流及湍流两种情况下的速度分布及湍流时壁面处的层流内层；3. 观察并测定流动形态发生临界变化时流量、流速与雷诺数。
二、 实验原理雷诺数μρdu =Re ，一般情况下Re ＜（2000～3000）时，流动形态为层流，Re ＞4000时，流动形态为湍流。
μπρμπρπμρd q d du d du 44141Re =∙∙==测定流体1升水所需时间，计算出q ，然后可计算出对应的Re 。
三、 实验装置在1700⨯500⨯500mm 的玻璃水箱内安装有一根内径为28mm 、长为1450mm 的长玻璃管，玻璃管进口做成喇叭形以保证水能平稳的流入管内，在进口端中心处插入注射针头，通过小橡皮管注入显色剂——红墨水。
水由水箱底部进入，并从上部溢流口排出，管内水流速可由管路下游的阀门控制。
本装置玻璃水箱主体由15mm的钢化玻璃粘接而成，所连接上下水管道均有不锈钢材质，下边的轮为能承重的加强轮，在做实验时，需要将轮刹车。
本实验其他设施：水、红墨水、秒表:1块、量筒：1000ml 1个四、实验步骤与现象观察1.开启上下阀门至溢流槽出现溢流。
2.缓和开启实验玻璃管出口阀门，为保证水面稳定，应维持少量溢流。
3.徐徐打开显示剂橡皮管上夹管，调整显示剂流速与管内水流速一致，观察显示剂流线，并记录一定时间内通过的水量和水温。
4.自小到大再自大到小调节流量，计算流型转变的临界雷诺数。
5.观察层流和湍流时速度分布侧形的差别。
6.观察湍流时壁面处的层流内层。
五、注意事项1．由于红墨水的密度大于水的密度，因此为使从给针头出来的红墨水线不发生沉降，需要红墨水用水稀释50％左右。
2．在观察层流流动时，当把水量调得足够小的情况下（在层流范围），禁止碰撞设备，甚至周围环境的震动、以及水面风的吹动均会对线型造成影响。
为防止上水时造成的液面波动，上水量不能太大，维持少量溢流即可。
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实验Ⅰ：实验一 流量计校核实验一、实验目的1．了解孔板流量计、文丘里流量计的构造、原理、性能及使用方法。
2．掌握流量计的标定方法。
3．测定节流式流量计的流量系数C ，掌握流量系数C 随雷诺数Re 的变化规律。
4．学习合理选择坐标系的方法。
5．学习对实验数据进行误差估算的具体方法。
二、实验原理流体通过节流式流量计时在流量计上、下游两取压口之间产生压强差，它与流量有如下关系：采用正U 形管压差计测量压差时，流量Vs 与压差计读书R 之间关系有： (1)式中： V s 被测流体（水或空气）的体积流量，m 3/s ； C 流量系数（或称孔流系数），无因次； A 0 流量计最小开孔截面积，m 2，A 0=(π/4)d 02； 下上－P P 流量计上、下游两取压口之间的压差，P a ；ρ 被测流体（水或空气）的密度，Kg/m 3； A ρ U 形管压差计内指示液的密度，Kg/m 3；ρ１ 空气的密度，Kg/m 3；R U 形管压差计读数，m ； 式3-1也可以写成如下形式：()ρ下上－P P CA V s 20=()ρρρ120-=A s gR CA V(1a)若采用倒置U 形管测量压差：ρgR P P ＝－下上（忽略空气对测量的影响）则流量系数C 与流量的关系为：(2)用体积法测量流体的流量V s ，可由下式计算：(3) (4)式中：V s 水的体积流量，m 3/s ；△t 计量桶接受水所用的时间，s ；A 计量桶计量系数；△h 计量桶液面计终了时刻与初始时刻的高度差，mm ，△h=h 2-h 1； V 在△t 时间内计量桶接受的水量，L 。
改变一个流量在压差计上有一对应的读数，将压差计读数 R 和流量V s 绘制成一条曲线即流量标定曲线。
同时用式（1a ）或式（2）整理数据可进一步得到流量系数C —雷诺数Re 的关系曲线。
(5)式中：d —实验管直径，m ； u —水在管中的流速，m/s 。
三、实验内容1、以涡轮流量计为基准，对孔板流量计进行校核，并绘制校核曲线。
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化工原理实验讲义(doc 55页)化工原理实验讲义化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室目录第 1 章........................化工基础实验技术41.1温度的测量41.2压力的测量91.3流量的测量13第 2 章.............. 实验数据分布及基本数据处理212.1实验数据的分布212.2实验数据的基本处理222.3实验报告的基本要求23第 3 章........................化工原理基本实验273.1流体流动阻力的测定273.2离心泵特性曲线的测定343.3对流传热系数的测定403.4填料塔压降曲线和吸收系数的测定453.5精馏塔效率的测定543.6干燥速率曲线的测定613.7扩散系数的测定663.8液—液萃取塔的操作72第 4 章............................... 演示实验784.1雷诺实验784.2机械能守恒与转换824.3边界层形成与分离85第 5 章.................... 化工流动过程综合实验87第 1 章化工基础实验技术1.1 温度的测量1.常用的温度计形式（1）膨胀式温度计实用的膨胀式温度计有玻璃管液体温度计，双金属片温度计和压力表式温度计。
（2）玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计利用液体的体积与温度之间的关系，用毛细管内液体上升的高度来指示被测温度。
一般测量范围在−100℃~ +600℃。
这种温度计结构简单，使用方便，测量精度较高（0.1~2.5级）。
工作液体多使用汞和酒精，封装时充入惰性气体，以防止液柱断开。
（3）双金属片温度计双金属片温度计制作成表盘指针形式。
双金属片结合成一体，一端固定，另一端自由。
由于不同金属的热膨胀系数的差异而产生弯曲变形，带动指针的位移。
一般测量范围在−80℃~ +600℃。
这种温度计结构简单，使用方便，但测量精度不高（1~2.5级）。
（4）压力表式温度计压力表式温度计的工作原理与机械式压力表相同。
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实验一流体流动形态及雷诺数的测定一、实验目的1.观察层流湍流两种流动现象2.测定流型与雷诺数的关系二、基本原理流体有两种不同的流动形态即滞流（层流）和湍流（絮流）。
流体作滞流流动时，其质点作平行于管轴的直线运动，滞流时流体质点在沿管轴流动的同时，还作着杂乱无章的随机运动。
雷诺准数是判断流动形态的准数，若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：μρduRe=式中d---管子的管径（m）u---流体的流速（m/s）ρ--- 流体密度（Kg/m3）μ---流体的粘度（NS/m2）一般认为：eR小于2000时，流动形态为滞流。
e R大于4000，流动为湍流。
e R 数值在两者之间时，有时为湍流，有时为滞流，其主要和环境有关。
对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅于流速有关，本实验是改变水在管内的速度，观察在不同雷诺数下流体流型的变化。
三、实验装置与流程1、实验装置的特点本设备为卧式装置，可视性好。
设备无动力装置，操作方便、稳定。
雷诺数的测量范围为：1000-10000。
2、主要技术数据1. 外形尺寸：2300×600×800mm2. 水箱（正面装有有机玻璃，可供观察）：670×600×600mm3. 有机玻璃实验管：Φ30×2.5 mm L=1200 mm4. 流量计：LZB-25 100-1000 1/HLZB-10 10-100 1/H3、实验装置实验装置由稳压溢流水槽、实验导管和转子流量计等部分组成，具体实验装置如图所示：1 示踪剂（红墨水）2,3,4,7,8 针形阀5,6 流量计实验装置流程四．实验方法及步骤：1. 水通过进水箱，充满水箱。
开启出水阀，排除管路系统中的空气。
2. 为了保持水位恒定和避免波动，水由进口管先流入进水槽后由小孔流入水箱，其中多余的水经溢流口流入下水道中。
3. 测定水温（普通温度计）4. 将示踪剂（红墨水）加入储瓶中。
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实验一 单相流动阻力测定一、实验内容1．测定给定管路内流体流动的直管摩擦系数λ及其与雷诺数Re 之间的关系曲线； 2．测定给定管路内阀门的局部阻力系数ξ。
二、实验目的1．掌握直管摩擦阻力、直管摩擦系数的测定方法及其工程意义，学会用量纲分析法规划实验； 2．掌握不同流量下摩擦系数与雷诺数之间的关系及其变化规律，学会用双对数坐标纸绘图； 3．学习U 管压差计、压差传感器测量压差、流量计测量流量的方法； 4．学习局部阻力系数的测定方法。
三、实验原理流体管路是由直管、阀门、管件（如三通、弯头、大小头等）等部件组成。
实际流体具有粘性，流体在管路中流动时，由于流体本身的内摩擦和流动过程中产生的涡流，将导致一定的机械能损失，宏观上表现为流体流动过程中有阻力。
流体在直管中流动时所受到的阻力称为直管阻力（或沿程阻力），它所产生的机械能损失称为直管阻力损失。
流体流经各种阀门、管件等部件时，因流动方向或流动截面的突然改变导致的机械能损失称为局部阻力损失。
在化工过程设计中，流体流动阻力的测定或计算，对于确定流体输送所需推动力的大小，例如泵的功率、液位或压差，选择适当的输送条件都有不可或缺的作用。
1.直管摩擦系数λ与雷诺数关系Re 的测定流体在水平的均匀管道中作稳定流动时，被测管道两截面间的阻力损失h f 表现为压强的降低，即：ρρp p p h f ∆=-=21 （1-1）影响阻力损失的因素很多，为减少实验工作量，降低实验实施难度，可采用量纲分析法来规划实验（量纲分析法参阅有关教材）。
由量纲分析法可以导出阻力损失的统一表达式（范宁公式）：22u d l h f λ= （1-2）由式（1-1）和（1-2）：22u p l d ∆=ρλ （1-3）而， μρdu =Re （1-4）λ是Re 和相对粗粗度ε/d 的函数，可表示为： ()dελRe,Φ＝ （1-5）对于给定的管路，λ～Re 关系可以由实验测定。
2.局部阻力系数ξ的测定局部阻力通常用当量长度或局部阻力系数法来表示。
化工原理实验讲义（应化）
化⼯原理实验讲义（应化）实验⼀雷诺实验⼀、⽬的与要求1、通过实验了解圆管内流体流动情况，建⽴流型概念。
2、通过流量的测定、雷诺数的计算和圆管内流线的特征，判断流体的流动型态，并测定临界雷诺数。
3、测定流体在圆形直管中层流、湍流的速度分布图。
⼆、实验原理流体作稳态流动时，其流动型态基本分为滞流（层流）、湍流两种，这两种流型的过渡状态称为过渡流。
流体流动的型态与流体的密度、粘度及流道的直径有关。
这可⽤雷诺准数来判断，⼀般为：Re≤2000为滞流Re≥4000为湍流2000三、实验主要仪器及主要技术数据实验主要仪器：雷诺仪、秒表、量筒实验主要数据：实验管道有效长度L=600mm外径d =30mm内径d i=26mm四、实验⽅法1、准备⼯作（1）向墨⽔储瓶中加⼊适量的⽤⽔稀释过的墨⽔。
（2）调整墨⽔细管出⼝的位置，使它位于实验管道的中⼼线上。
（3）轻轻打开墨⽔流量调节夹，使墨⽔从墨⽔咀流出，排出墨⽔管内空⽓，关闭调节夹。
2、雷诺实验过程（1）关闭流量出⼝调节阀，打开储⽔槽进⽔阀，使⾃来⽔充满⽔槽，并使槽内溢流堰具有⼀定的溢流量。
（2）轻轻打开管道出⽔阀门，使流体缓慢流过实验管道，排出管内⽓体。
（3）调节储⽔槽下部的出⽔阀开度，调节储⽔槽液位，使其保持恒定。
（4）缓慢地适当打开墨⽔流量调节夹，墨⽔⾃墨⽔咀流出，待墨线稳定后，即可看出当前⽔流量下实验管道中墨⽔的流线。
根据流线判断流型，并⽤秒表、量筒测定流体流量。
（5）适当的增⼤管道出⽔阀开度，通过调节储⽔槽下部的出⽔阀和进⽔阀控制储⽔槽液位，并维持⼀定的⽔槽溢流板溢流量。
适当调整墨⽔流量，使墨线清晰，稳定后，测定较⼤流量下实验管内的流动状况。
如此反复，可测得⼀系列不同流量下的流型，并判断临界流型。
3、速度分布图的测定与上述雷诺数测定相似，通过流量调节及墨线线形的判断，分别判定流型为层流、湍流时对应的管道出⽔阀的开度范围。
⾸先使储⽔槽液位恒定（此时，可通过调节储⽔槽的进⼝阀和出⼝阀使液位稳定），瞬时开关墨⽔流量调节夹，在墨⽔咀出⼝处形成⼀个墨团，观察墨团端⾯特征，打开管道出⽔阀（使出⽔阀开度在所测定流型的开度范围），观察墨团端⾯随流体流动时的变化，记下管道末端墨团端⾯的形态后，通过调节储⽔槽的进⼝阀和出⼝阀调节储槽液位，使其恒定。
化工原理实验讲义(最终版)
C0 —— 流量系数
1．标定流量曲线 通过计量筒电子称和记时器可测量去流体的重量及对应的时间，从 而测取其质量流量qm，同时又通过压差计读出对应的上、下游压差值 △p；这样根据若干个实验点的qm与△p值，便可绘制流量标定曲线qm～ △p。
2．确定流量系数Co 根据以上流量计的计算式
2．测定直管摩擦系数与雷诺准数Re的关系，将所得的～Re方程与 公认经验关系式比较；
3．测定阀门的阻力系数； 4.了解阀门开度对管路压力的影响。 二、实验意义及原理
流体在管路中流动时，由于粘性剪切力和涡流的存在，不可避免地 要消耗一定机械能。这部分机械能是不能自发地转换成其它机械能形 式，或者说在机械能中“永久”消失了，故在利用柏努利方程解决工程中 流体输送及与流动有关问题时，不可避免地必须将阻力损失项计算出 来。管路通常由直管和管件（如三通、肘管及弯头等）、阀件组成。流 体在直管内流动造成的机械能损失称为直管阻力，而通过管件、阀件等 局部障碍时，因流道截面的方向与大小发生变化而造成的机械能损失称 为局部阻力。
（4-3） 由于差压流量计节流元件的截面A0是不变的，加之介质水的密度不 变。由上述流量曲线标定实验中各流量qm与压差△p之值，便可计算出 对应的流量系数C0值。 又由于雷诺数
（4-4）
其中管径d1为输送管道内径；ρ，μ为水的密度与粘度。流速u1可用下
式计算： （4-5）
故可将流量系数C0与对雷诺数Re的关系标绘在单对数坐标上，便可得 到C0与Re的关系曲线，从而可了解流量的变化规律。
（1-1） 式中：——圆管内径，m；
u —— 流速，m/s； —— 流体密度，kg/m3； ——流体粘度，Pa·s。 一般认为Re＜2000时，流动型态为层流；Re＞4000，流动型态为 湍流。Re数在两者之间时为过渡区，有时为层流，有时为湍流，流动型 态与环境有关。 对一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺数仅与流速有关。本 实验通过改变水在管内的流速，观察流体在管内流动型态的变化。 三、思考题 1．影响流动型态的因素有哪些？
化工原理实验讲义
1 流体阻力测定实验1.1实验目的1）掌握流体流经直管和阀门时阻力损失的测定方法，通过实验了解流体流动中能量损失的变化规律。
2）测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，将所得的λ~Re 方程与经验公式比较。
3）测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ。
4）学会倒U 形差压计、差压传感器、涡轮流量计的使用方法。
5）观察组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
1.2基本原理流体在管内流动时，由于粘性剪应力和涡流的存在，不可避免地要消耗一定的机械能，这种机械能的消耗包括流体流经直管的沿程阻力和因流体运动方向改变所引起的局部阻力。
1)沿程阻力流体在水平等径圆管中稳定流动时，阻力损失表现为压力降低，即 ρρpp p h f ∆=-=21 (1—1)影响阻力损失的因素很多，尤其对湍流流体，目前尚不能完全用理论方法求解，必须通过实验研究其规律。
为了减少实验工作量，使实验结果具有普遍意义，必须采用因次分析方法将各变量组合成准数关联式。
根据因次分析，影响阻力损失的因素有， (1)流体性质：密度ρ、粘度μ；(2)管路的几何尺寸：管径d 、管长l 、管壁粗糙度ε； (3)流动条件：流速μ。
可表示为：),,,,,(ερμu l d f p =∆ (1—2)组合成如下的无因次式：),,(2d d l du u p εμρρΦ=∆ (1—3)2),(2u d l d du p．．εμρϕρ=∆令 ),(ddu εμρϕλ= (1—4) 则式（1—1）变为：22u d l ph f λρ=∆= （1－5）式中，λ称为摩擦系数。
层流 (滞流)时，λ＝64／Re ；湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度的函数，须由实验确定。
2)局部阻力局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
(1)当量长度法流体流过某管件或阀门时，因局部阻力造成的损失，相当于流体流过与其具有相当管径长度的直管阻力损失，这个直管长度称为当量长度，用符号le 表示。
化工原理实验讲义
(5)
可用U型管、倒置U型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U型管液柱压差计时
(6)
式中：R－水柱高度，m。
（2）当采用U型管液柱压差计时
(7)
式中：R－液柱高度，m；
－指示液密度，kg/m3。
根据实验装置结构参数l、d，指示液密度 ，流体温度t0(查流体物性ρ、μ)，及实验时测定的流量V、液柱压差计的读数R，通过式(5)、(6)或(7)、(4)和式(2)求取Re和λ，再将Re和λ标绘在双对数坐标图上。
5．如果测压口、孔边缘有毛刺或安装不垂直，对静压的测量有何影响?
离心泵特性曲线的测定
1
①掌握离心泵特性曲线的测定方法。
②了解离心泵的构造、安装、使用与操作。
1
离心泵的特性受泵的结构，叶轮形式与转速的影响，特性参数包括流量Ｑ、扬程H、功率N、效率，对确定的泵，在一定的转速下，H、N、都随流量Ｑ的改变而变化，以曲线形式表示这些参数之间的关系就是离心泵的特性曲线。离心泵的特性曲线能清楚的反映离心泵的操作性能，是选用离心泵和确定泵的适宜操作条件的主要依据。对任意一台离心泵的特性曲线不能用解析法进行计算，只能通过实验来测定。
3.排气：在计算机监控界面点击”引压室排气”按钮,则差压变送器实现排气。
4．引压：打开对应实验管路的手阀,然后在计算机监控界面点击该对应,则差压变送器检测该管路压差。
5．流量调节：手控状态,变频器输出选择100,然后开启管路出口阀，调节流量，让流量从1到4m3/h范围内变化，建议每次实验变化0.5m3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下对应的压差值；自控状态，流量控制界面设定流量值或设定变频器输出值，待流量稳定记录相关数据即可。
化工原理实验讲义-化工本
化工原理实验讲义化学化工学院实验一 雷诺实验一、实验目的1、观察流体在管内流动的两种不同流型。
2、测定临界雷诺数Re c 。
二、基本原理流体流动有两种不同型态，即层流（或称滞流，Laminar flow ）和湍流（或称紊流，Turbulent flow ），这一现象最早是由雷诺（Reynolds ）于1883年首先发现的。
流体作层流流动时，其流体质点作平行于管轴的直线运动，且在径向无脉动；流体作湍流流动时，其流体质点除沿管轴方向作向前运动外，还在径向作脉动，从而在宏观上显示出紊乱地向各个方向作不规则的运动。
流体流动型态可用雷诺准数（Re ）来判断，这是一个由各影响变量组合而成的无因次数群，故其值不会因采用不同的单位制而不同。
但应当注意，数群中各物理量必须采用同一单位制。
若流体在圆管内流动，则雷诺准数可用下式表示：μρdu =Re （1－1）式中：Re —雷诺准数，无因次；d —管子内径，m ；u —流体在管内的平均流速，m ／s ；ρ—流体密度，kg ／m 3；μ—流体粘度；Pa ·s 。
层流转变为湍流时的雷诺数称为临界雷诺数，用Re c 表示。
工程上一般认为，流体在直圆管内流动时，当Re ≤2000时为层流；当Re ≥4000时为湍流；当Re 在2000至4000范围内，流动处于一种过渡状态，可能是层流，也可能是湍流，或者是二者交替出现，这要视外界干扰而定，一般称这一Re 数范围为过渡区。
式（1－1）表明，对于一定温度的流体，在特定的圆管内流动，雷诺准数仅与流体流速有关。
本实验即是通过改变流体在管内的速度，观察在不同雷诺准数下流体的流动型态。
三、实验装置及流程实验装置如图1－1所示。
主要由玻璃试验导管、流量计、流量调节阀、低位贮水槽、循环水泵、稳压溢流水槽等部分组成，演示主管路为220⨯φmm 硬质玻璃。
637891－红墨水储槽； 2－溢流稳压槽； 3－实验管； 4－转子流量计；5－循环泵； 6－上水管； 7－溢流回水管； 8－调节阀； 9－储水槽图1－1 流体流型演示实验装置示意图实验前，先将水充满低位贮水槽，关闭流量计后的调节阀，然后启动循环水泵。
化工原理实验讲义
化工原理实验讲义一、引言化工原理是化学工程专业的核心课程，旨在通过实验教学形式，掌握化工原理的基本原理与操作技能。
本实验讲义将介绍一些常见的化工原理实验，以帮助学生更好地理解相关知识，并提高实验操作的能力。
二、实验一：物质的密度测定实验原理物质的密度是指单位体积物质的质量，可以通过以下公式计算：密度（ρ）= 质量（m）/ 体积（V）本实验将通过测量物质的质量和体积，计算物质的密度。
实验步骤1.准备一个空容器，并称重记录容器的质量（m1）；2.将容器装满待测物质，并再次称重记录质量（m2）；3.计算物质的质量（m）= m2 - m1；4.测量容器的体积（V），可以通过测量容器的长宽高，并计算体积；5.计算物质的密度（ρ）= m / V。
实验注意事项1.在称重过程中，应注意零点的调整，确保准确度；2.测量容器体积时，应尽量减少误差，可以多次测量并取平均值。
三、实验二：化学反应速率测定实验原理化学反应速率是指单位时间内反应产物浓度的变化量，可以通过以下公式计算：速率（v）= ΔC / Δt本实验将通过测量酶催化反应中产物的浓度随时间变化的曲线，计算化学反应速率。
实验步骤1.准备酶的溶液和底物的溶液，并将它们混合在一起；2.将混合溶液倒入试管中，并立即开始计时；3.每隔一段时间，取出试管，用分光光度计测量产物的浓度；4.将测得的产物浓度与时间绘制曲线图；5.根据曲线图上某一时间点的斜率，计算该时间点的反应速率。
实验注意事项1.在混合溶液时，要快速并彻底地混合，保证反应能够迅速发生；2.测量产物浓度时，要注意校正光度计，以消除干扰；3.绘制曲线图时，应注意选择合适的刻度和线条粗细。
四、实验三：蒸馏分离混合物实验原理蒸馏是利用液体的沸点差异，将混合物中的成分分离的常用方法。
蒸馏通常包括加热液体混合物，将产生的蒸汽冷凝并收集成为纯净的液体。
实验步骤1.将混合物加入蒸馏瓶中，并安装冷凝管；2.加热混合物，使其中沸点较低的成分先蒸发，然后冷凝成液体；3.收集冷凝液体，即得到分离的成分。
化工原理实验讲义全
化工原理实验讲义专业:环境工程应用化学教研室2015.3实验一 流体机械能转化实验一、实验目的1、了解流体在管流动情况下，静压能、动能、位能之间相互转化关系，加深对伯努利方程的理解。
2、了解流体在管流动时，流体阻力的表现形式。
二、实验原理流动的流体具有位能、动能、静压能、它们可以相互转换。
对于实际流体， 因为存在摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞，而被损失掉。
所以对于实际流体任意两截面，根据能量守恒有：2211221222f p v p v z z H g g g gρρ++=+++上式称为伯努利方程。
三、实验装置（d A =14mm ，d B =28mm ，d C =d D =14mm ，Z A -Z D =110mm ）实验装置与流程示意图如图1-1所示，实验测试导管的结构见图1-2所示：图1-1 能量转换流程示意图图1-2实验导管结构图四、操作步骤1.在低位槽中加入约3/4体积的蒸馏水，关闭离心泵出口上水阀及实验测试导管出口流量调节阀和排气阀、排水阀，打开回水阀后启动离心泵。
2.将实验管路的流量调节阀全开，逐步开大离心泵出口上水阀至高位槽溢流管有液体溢流。
3.流体稳定后读取并记录各点数据。
4.关小流量调节阀重复上述步骤5次。
5.关闭离心泵出口流量调节阀后，关闭离心泵，实验结束。
五、数据记录和处理表一、转能实验数据表流量（l/h）压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O压强mmH2O测试点标号12345678五、结果与分析1、观察实验中如何测得某截面上的静压头和总压头，又如何得到某截面上的动压头？2、观察实验，对于不可压缩流体在水平不等径管路中流动，流速与管径的关系如何？3、实验观测到A、B截面的静压头如何变化？为什么？4、实验观测到C、D截面的静压头如何变化？为什么？5、当出口阀全开时，计算从C到D的压头损失？六、注意事项1．不要将离心泵出口上水阀开得过大以免使水流冲击到高位槽外面，同时导致高位槽液面不稳定。
化工原理实验讲义(最终版)
目录绪论 (1)实验一雷诺实验 (3)实验二伯努利方程实验 (4)实验三流体流动阻力的测定 (6)实验四流量计校核实验 (10)实验六恒压过滤常数的测定 (15)实验七传热实验 (17)实验八精馏实验 (23)实验十干燥实验 (29)绪论一、化工原理实验的特点《化工原理》是化工、食品、生物工程、环境工程等专业的重要技术基础课，它属于工程技术学科，故化工原理实验也是解决工程问题必不可少的重要部分。
面对实际的工程问题，其涉及的物料千变万化，操作条件也随各工艺过程而改变，使用的各种设备结构、大小相差悬殊，很难从理论上找出反映各过程本质的共同规律，一般采用两种研究方法解决实际工程问题，即实验研究法和数学模型法。
对于实验研究法，在析因实验基础上应用因次分析法规划实验，再通过实验得到应用于各种情况下的半理论半经验关联式或图表。
例如找出流体流动中摩擦系数与雷诺准数和相对粗糙度关系的实验。
对于数学模型法，在简化物理模型的基础上，建立起数学模型，再通过实验找出联系数学模型与实际过程的模型参数，使数学模型能得到实际的应用。
例如精馏中通过实验测出塔板效率将理论塔板数和实际塔板数联系起来。
可以说，化工原理实验基本包含了这两种研究方法的实验，这是化工原理实验的重要特征。
虽然化工原理实验测定内容及方法是复杂的，但是所采用的实验装备却是生产中最常用的设备和仪表，这是化工原理实验的第二特点。
例如流体阻力实验中，虽然要测定摩擦系数与雷诺数及相对粗糙度的复杂关系，但使用的却是极其简单的泵、管道、压力计、流量计等设备仪表。
化工原理实验的这些特点，同学们应该在实验中认真体会，通过化工原理实验对这些处理工程问题的方法加深认识并初步得以应用。
1二、化工原理实验的要求1.巩固和深化理论知识。
化工原理课堂上讲授的主要是化工过程即单元操作的原理，包括物理模型和数学模型。
这些内容是很抽象的，还应通过化工原理实验及实习这些实践性环节，深入理解和掌握课堂讲授的内容。
化工原理实验讲义
化工原理实验讲义1.实验目的本实验旨在通过对化工原理的实际操作，探索化工原理的基本原理和实验方法，并培养学生的实验动手能力和观察数据分析能力。
2.实验材料和仪器材料：硫酸铜(CuSO4)、氢氧化钠(NaOH)、玻璃棒、试管、试管架、移液管等。
仪器：电子天平、热力学计算仪等。
3.实验步骤步骤一：制备硫酸铜溶液a.在一个容量为100mL的烧杯中，取适量的硫酸铜晶体。
b.用天平称取出硫酸铜晶体的质量，记录下来。
c.将烧杯放到电子天平上，用水慢慢加热烧杯底部，使其溶解。
d.待硫酸铜完全溶解后，用蒸馏水定容至100mL。
e.用玻璃棒搅拌均匀。
步骤二：制备氢氧化钠溶液a.在一个容量为100mL的烧杯中，取适量的氢氧化钠固体。
b.用天平称取出氢氧化钠固体的质量，记录下来。
c.用蒸馏水慢慢加热烧杯，使氢氧化钠溶解。
d.待氢氧化钠完全溶解后，用蒸馏水定容至100mL。
e.用玻璃棒搅拌均匀。
步骤三：制备氢氧化铜沉淀a.取两个试管，分别标记为“试管1”和“试管2”。
b.在试管1中取适量的硫酸铜溶液。
c.在试管2中取适量的氢氧化钠溶液。
d.将试管1和试管2并置，用试管架固定。
e.缓慢地将试管2中的氢氧化钠溶液滴入试管1中的硫酸铜溶液中。
f.观察试管1中的溶液的变化。
步骤四：观察、记录与分析a.观察试管1中的溶液是否发生颜色变化。
b.记录试管2中氢氧化钠溶液滴加进试管1中的滴数。
c.观察试管1中是否出现沉淀。
d.记录试管1中颜色变化的次数。
e.分析试管1中的反应是否达到平衡状态。
若没有达到平衡，需要继续添加氢氧化钠溶液。
4.结果与分析根据观察和实验记录，试验结果如下：a.试管1中的溶液从蓝色逐渐变为绿色，最后出现蓝色沉淀。
b.在添加氢氧化钠溶液的过程中，试管1中的溶液发生了颜色变化。
c.经过多次添加氢氧化钠溶液后，试管1中出现了蓝色沉淀。
根据观察结果，可以得出以下结论：反应过程为：硫酸铜(aq) + 氢氧化钠(aq) → 氢氧化铜(s) + 硫酸钠(aq)由此可见，试管1中的反应为硫酸铜与氢氧化钠的中和反应，生成了氢氧化铜沉淀和硫酸钠溶液。
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化工原理实验讲义化工与环境学院化学工程与控制系化工原理实验室编写说明近几年来，本实验室的实验装置中的大部分都进行了更新或改造。
过去编写的实验讲义已经不能适应目前的状况，兄弟院校的相关实验教程也由于装置、内容、重点等方面的差异而有一定的局限。
所以有必要重新编写一本适用的实验讲义。
这有助于提高实验教学质量，改善教学效果。
本实验讲义的大部分内容，曾经以补充讲义电子版的形式提供给2003和2004级两个年级的本科生700多名同学试用，取得了比较满意的效果。
此次正式交付印刷，又增补了一些必要的基础知识，各个实验项目的思考题，以及选修实验项目的内容。
第一、第二章由毋俊生执笔，其余章节由邓文生，康惠宝执笔，全书由刘文芳排版编辑。
本次又根据2011年更换的设备，对流体阻力测定、干燥实验、雷诺实验部分进行了修订，并对其它部分的一些笔误进行了更正。
虽然编者都具有较长期指导本实验课程的经历，但受知识结构、理解深度、认识水平等方面的局限，不当之处在所难免。
期望使用本讲义的老师和同学提出您的意见、建议和指正。
2007年7月编2012年4月修订目录第 1 章化工基础实验技术 (2)1.1 温度的测量 (2)1.2 压力的测量 (3)1.3 流量的测量 (5)第 2 章实验数据分布及基本数据处理 (9)2.1 实验数据的分布 (9)2.2 实验数据的基本处理 (9)2.3 实验报告的基本要求 (10)第 3 章化工原理基本实验 (12)3.1 流体流动阻力的测定 (12)3.2 离心泵特性曲线的测定 (16)3.3 对流传热系数的测定 (20)3.4 填料塔压降曲线和吸收系数的测定 (23)3.5 精馏塔效率的测定 (28)3.6 干燥速率曲线的测定 (32)3.7 扩散系数的测定 (35)3.8 液—液萃取塔的操作 (39)第 4 章演示实验 (42)4.1 雷诺实验 (42)4.2 机械能守恒与转换 (45)4.3 边界层形成与分离 (47)第 5 章化工流动过程综合实验 (48)第 1 章化工基础实验技术1.1 温度的测量1.常用的温度计形式（1）膨胀式温度计实用的膨胀式温度计有玻璃管液体温度计，双金属片温度计和压力表式温度计。
（2）玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计利用液体的体积与温度之间的关系，用毛细管内液体上升的高度来指示被测温度。
一般测量范围在−100℃~ +600℃。
这种温度计结构简单，使用方便，测量精度较高（0.1~2.5级）。
工作液体多使用汞和酒精，封装时充入惰性气体，以防止液柱断开。
（3）双金属片温度计双金属片温度计制作成表盘指针形式。
双金属片结合成一体，一端固定，另一端自由。
由于不同金属的热膨胀系数的差异而产生弯曲变形，带动指针的位移。
一般测量范围在−80℃ ~ +600℃。
这种温度计结构简单，使用方便，但测量精度不高（1~2.5级）。
（4）压力表式温度计压力表式温度计的工作原理与机械式压力表相同。
被封装在测温元件内的液体或气体，在定容条件下当温度变化时压力随着变化，带动与弹性元件相联接的指针的位移。
一般测量范围在0℃~ +300℃。
这种温度计结构也比较简单，但测量精度不高（1~2.5级）。
（5）热电偶温度计电偶是由两种不同的导体在两端相联接组成的回路。
两种导体之间的接触电势随温度的变化而变化，同一种导体的两端温度不同时也会产生温差电势。
当组成电偶的两种导体一定时，回路中的电势由电偶两联接点的温度差决定，在电势与温度差之间建立起确定的关系。
用来测定温度差的电偶称作热电偶。
在热电偶回路中接入测量电势的仪表就组成热电偶温度计。
多数热电偶的电势与温度差之间成近似线性关系。
这种温度计一般测量范围在-200℃ ~ +1800℃，精度较高（0.5~1.0级）。
低温时也可使用，但精度较差。
使用时稍微麻烦一点，需要提供一个冷端参考温度（恒温低温热源）以及测量电势的外加电路。
这类温度计有的直接输出电压值，有的经过仪表换算（模数转换）输出摄氏温度值。
也可以把电压信号输出到其它模数转换接口（如微机接口）进行处理或显示。
（6）热电阻温度计利用导体或半导体的电阻值与温度之间的确定关系制作的温度计。
它也需要外加电路来测量电阻。
比如用标准电压源测电流或用标准电流源测电压。
但是不需要提供参考温度。
这种温度计一般测量范围在−200℃~ +650℃，精度较高（0.5~3.0级）。
低温测量精度高于热电偶温度计。
与热电偶相比，测温元件体积较大，响应较慢，抗冲击性较差。
这类温度计一般经过仪表换算（模数转换）输出摄氏温度值。
也可以把电压信号输出到其它模数转换接口（如微机接口）进行处理或显示。
（7）非接触式温度计非接触式温度计采用检测热辐射强度的方法，用来测量高温对象。
又可区分为检测单色辐射或全辐射。
由于在被测对象和检测元件之间的介质对辐射的吸收和反射的影响，会产生相应的测量误差。
测量精度的分级（1.0~1.5级）并不是很确切。
通常用来测量600℃以上的高温。
2.温度计读数的校正由温度计本身的特点所决定，需要对读数进行校正的主要是玻璃管液体温度计和热电偶温度计。
（1）玻璃管液体温度计玻璃管液体温度计的刻度虽然有半浸入、全浸入和整体浸入三种标定方式，但最常见的是全浸入标定，即温度计浸入被测介质的深度正好与毛细管内的液位对齐。
这样的条件在测量过程中往往难以满足，所以在对温度测量精度要求较高时，需要对温度计读数进行修正。
按照温度计测量原理：V = V0K(t - t0) （1-1）式中：V —液体在温度为t时的体积，V0—温度为t0时的体积，K —工作液体相对于玻璃的体积热膨胀系数（液体与玻璃的体积热膨胀系数之差）若环境温度为t1，则温度计示值以下，被测介质界面以上暴露在环境中的那一段H1（图中标注为N)是处于环境温度t1。
因为毛细管的直径是一定的，所以对于露出的这一部分，体积比也等于高度比，这时在温度计上读出的高度就包含了一个差值∆H，计算公式如下：∆H = H1K(t1 - t) - H1 （1-2）用∆H对温度计读数进行修正，即从温度计读数减去这个值。
H1由温度计的刻度读取，校正后的温度：t* = t + ∆H（1-3）为了提高精度，以上步骤可重复几次。
（2）热电偶温度计热电偶温度计需要提供低温端标准参考温度，一般都是取水的冰点（水和冰的混合物）0℃。
这个条件满足时，不需要进行校正。
对于不便于提供标准参考温度的场合，低温端温度即环境温度（或其他方便的设定温度）。
出厂时以标准温度标定的分度就需要进行校正。
从道理上讲，如果所用热电偶的电势与温度差之间是严格的线性关系，则只需要把指示温度（或由所测电势计算得到的温度）加上冷端温度与（低温端标准参考温度）0℃之差，就能得到正确的测量温度。
但是一般热电偶的电势与温差之间都不是严格的线性关系，因此就需要先查得所使用的热电偶冷端温度与0℃之差所对应的电势，把它加在测得的电势之上，然后再用这个电势的和查得所对应的温度。
这样的校正工作当然是必须知道所用热电偶的电势温差特性曲线。
用公式来表示：E(t,0) = E(t0,0) + E(t,t0) （1-4）即摄氏温度t-0所对应的电势等于t0-0所对应的电势与t-t0 所对应的电势之和。
3.温度测量需要注意的若干问题笼统地说，首先要选择符合测量范围和测量精度的温度计。
其次应保证温度计的热敏元件与被测介质有良好的接触。
若使用接触式温度计测量固体壁面的温度则需要设置适当的结构，选择导热系数大、热稳定性好的液体作为媒介，在被测固体与测温包之间建立起热平衡。
玻璃温度计如果加了护套，则在被测介质与温度计之间达到热平衡就需要较长的时间。
要持续观察一段时间，确信指示值已不再变化。
使用配备标准冷端的热电偶温度计时，确保电极浸泡在冰水混合物中。
在使用玻璃水银温度计时应多加小心，万一破碎了要立即进行处理，用硫粉覆盖洒出的水银，并轻轻翻动以促进其反应。
将反应后的硫化汞及剩余的硫粉回收，交废药废液回收站处理，以免污染环境，损害健康。
1.2 压力的测量我们通常所说的压力是指压强，与英文中的pressure相对应。
在化工领域一般都是指流体的压力。
1.常见的压力测量方法客观条件决定了我们在测量流体的压力时，一般都是测出实际的绝对压力与大气压力的差值，称之为表压。
大气的压力并不是一个定值，随着海拔高度、所处的纬度以及温度的改变而改变。
标准大气压是纬度45度海平面上摄氏0度时大气的压力。
对于测量表压来说标准大气压并没有什么帮助。
不过，在需要时，我们可以用水银气压计方便地测出所在地大气的压力，然后得到准确的绝对压力。
（1）液柱测压方法像托里斥利实验那样的装置基本上可以认为是垂直单管测压装置，现在使用的气压计仍然是这种结构。
单管测压装置也可以把直管倾斜放置，以提高测量精度。
最常用的还是U形管压差计，包括正U形管和倒U形管。
U形管也可以通过串联以扩大量程。
根据流体静力学原理，由管内液柱的高度差计算得到管两端的压力差，是最原始也是最可靠的方法。
只是由于在要求大的测量范围时，工作介质要用水银，对环境和健康有害。
所以除非必要，一般应避免使用水银。
（2）弹性元件测压方法实际应用中最常见的压力表就属于弹性元件测压方法。
弹性元件中最常用的是单圈和多圈弹簧管，可以用于测量低压、中压、高压和真空度。
单圈弹簧管测量范围可以从0 ~ 0.1kPa直到0 ~ 105 kPa。
但是由于压力表在测量下限和上限附近的测量精度都不高，所以推荐的使用范围是在测量上限的1/3到2/3之间。
即使用范围只是压力表量程的1/3。
压力表的精度等级范围很大，从0.01直到2.5。
对于特定的介质必须要使用规定的专用压力表，如氧气压力表、氨气压力表、耐腐蚀压力表等。
压力表的指示值是表压（与环境大气压的差值）。
（3）电信号测量方法电信号测压仪表由压力传感器和显示器组成。
在化工上常用的是差压变送器，它的测量对象是压力差。
它是一种电感式差压传感器，变送器有两个测压接口，一个接高压，一个接低压。
两个测压室之间是一个挠性膜片，随着压差的变化而移动。
膜片上方的金属片起衔铁的作用，它与马蹄形铁芯之间的空隙随压差的变化而变化。
空隙大时磁阻增大，空隙小时磁阻减小。
铁芯上线圈的电感随磁阻的增大而减小。
若把线圈的电阻看作定值，则线圈的阻抗随电感的增大而增大。
对于简单的电感式压差传感器，对线圈电路施加一个标准电流源，则电压随阻抗线性变化。
经过标定之后，可以用电压表显示压差，也可以输出到其它接口。
对于较为复杂的差动式压差传感器，工作原理是相同的，只是由两个开口相对的对称铁芯组成，衔铁位于两个铁芯之间，发生偏移时，距一个铁芯的空隙增大，而距另一个铁芯的空隙减小。
两个电感电路与两个电阻电路组成电桥。
为电感电路施加一个电压源，桥路上的输出电压随衔铁与两个铁芯之间的空隙的变化而变化，在输出电压与被测压差之间建立对应关系，测量精度高于单电感传感器。