過程裝備控制技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用第三章

1、過程裝備控制技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用第三章3.1 測(cè)量與誤差基本知識(shí)測(cè)量與誤差基本知識(shí)測(cè)量的基本概念測(cè)量的基本概念 測(cè)量是人類對(duì)自然界的客觀事物取得數(shù)量概念的一種認(rèn)識(shí)過程，在這一過程中借助于專門的設(shè)備，通過實(shí)驗(yàn)方法，求出被測(cè)未知量的數(shù)值。測(cè)量的定義測(cè)量的定義測(cè)量方法測(cè)量方法 測(cè)量的具體方法是由被測(cè)量的種類、數(shù)值的大小、所需要的測(cè)量精度、測(cè)量速度的快慢等一系列的因素決定的。根據(jù)分類依據(jù)的不同，測(cè)量方法主要有以下幾種分類方法。（1）直接測(cè)量與間接測(cè)量）直接測(cè)量與間接測(cè)量 直接測(cè)量法直接測(cè)量法 將被測(cè)量與單位能直接比較，立即得到比值，或者儀表能直接顯示出被測(cè)參數(shù)數(shù)值的測(cè)量方法被稱為直接測(cè)量法。這種方法可以直接

2、得到測(cè)量結(jié)果，測(cè)量過程簡(jiǎn)單、迅速；缺點(diǎn)是測(cè)量精度不容易達(dá)到很高。它是工程技術(shù)中應(yīng)用最廣的一種方法。 間接測(cè)量法間接測(cè)量法 采用直接測(cè)量方法不能直接得到測(cè)量結(jié)果，而需要先測(cè)出一個(gè)或幾個(gè)與被測(cè)量有一定函數(shù)關(guān)系的其他量，然后根據(jù)此函數(shù)關(guān)系計(jì)算出被測(cè)量的數(shù)值，這種方法被稱為間接測(cè)量測(cè)量法。（2） 等精度測(cè)量和不等精度測(cè)法等精度測(cè)量和不等精度測(cè)法 （3） 接觸測(cè)量與非接觸測(cè)量接觸測(cè)量與非接觸測(cè)量（4） 靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量 按照被測(cè)量在測(cè)量過程中的狀態(tài)不同，可將測(cè)量分為靜態(tài)測(cè)量與動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)煞N。在測(cè)量過程中，如被測(cè)參數(shù)恒定不變，則這種測(cè)量方法稱為靜態(tài)測(cè)量。被測(cè)參數(shù)隨時(shí)間變化而變，此種測(cè)量方

3、法稱為動(dòng)態(tài)測(cè)量。過程檢測(cè)中的被測(cè)參數(shù)不可能始終保持不變，因此，嚴(yán)格講均屬動(dòng)態(tài)測(cè)量。但由于儀表的反應(yīng)一般很迅速，多數(shù)被測(cè)參數(shù)的變化又比較緩慢，在儀表響應(yīng)的短時(shí)間內(nèi)被測(cè)參數(shù)可近似視為恒定不變，因此，可近似當(dāng)成靜態(tài)測(cè)量對(duì)待。 測(cè)量?jī)x器儀表與設(shè)備可以由許多單獨(dú)的部件組成，也可以是一個(gè)不可分的整體。前者構(gòu)成的是檢測(cè)系統(tǒng)，屬于復(fù)雜儀表；后者是簡(jiǎn)單儀表，應(yīng)用極為廣泛。不論是復(fù)雜儀表還是簡(jiǎn)單儀表，原則上它們都是由幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。對(duì)于簡(jiǎn)單儀表來(lái)說(shuō)，只不過各個(gè)環(huán)節(jié)的界限不太明顯。這幾個(gè)環(huán)節(jié)是：傳感器、變換器、顯示器以及連接個(gè)環(huán)節(jié)的傳輸通道。測(cè)量?jī)x器與設(shè)備測(cè)量?jī)x器與設(shè)備 （1） 感受件（傳感器）感受件（傳感器）（2）

4、 中間件（變送器或變換器）中間件（變送器或變換器） （3） 顯示件（顯示器）顯示件（顯示器） 對(duì)測(cè)量過程中出現(xiàn)的誤差的研究，不論在理論上還是在實(shí)踐中都有現(xiàn)實(shí)的意義。能合理確定檢測(cè)結(jié)果的誤差；能正確認(rèn)識(shí)誤差的性質(zhì)，分析產(chǎn)生誤差的原因，采取措施，達(dá)到減少誤差的目的；有助于正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，合理計(jì)算測(cè)量結(jié)果，以便在一定的條件下，得到最接近于真實(shí)值的最佳結(jié)果；有助于合理選擇試驗(yàn)結(jié)果、測(cè)量條件及 測(cè)量方法，使能在較經(jīng)濟(jì)的條件下，得到預(yù)期的結(jié)果。誤差基本概念誤差基本概念 儀表的性能指標(biāo)很多，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及使用三方面的指標(biāo)。 儀表技術(shù)方面的指標(biāo)有誤差、精度等級(jí)、靈敏度、變差、量程、響應(yīng)時(shí)間、漂移等。 儀

5、表經(jīng)濟(jì)方面的指標(biāo)有使用壽命、功耗、價(jià)格等。當(dāng)然，性能好的儀表，總是希望它的使用壽命長(zhǎng)、功耗底、價(jià)格便宜。操儀表使用方面的指標(biāo)有作維修是否方便，運(yùn)行是否可靠安全，以及抗干擾與防護(hù)能力的強(qiáng)弱，重量體積的大小，自動(dòng)化程度的高低等等。 上述儀表性能的劃分顯然是相對(duì)的。例如，儀表的使用壽命，既是經(jīng)濟(jì)方面的性能指標(biāo)，又是一項(xiàng)極為重要的技術(shù)指標(biāo)（從儀表的可靠性來(lái)說(shuō)）。 儀器儀表的主要性能指標(biāo)儀器儀表的主要性能指標(biāo) （1）量程與精度）量程與精度 a. 量程量程 在諸多性能中，使用者最關(guān)注的是儀表計(jì)量方面的性能。它是指儀表能否滿足測(cè)量要求并給出準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果方面的性能。 儀表在保證規(guī)定的精確度的前提下所能測(cè)量的被

6、測(cè)量的區(qū)域，稱為儀表的測(cè)量范圍。在上述相同條件下，儀表所能測(cè)量的被測(cè)量的最高、最低值分別稱為儀表測(cè)量范圍的上限和下限（簡(jiǎn)稱上、下限，又稱儀表的零位和滿量程值。）儀表的量程是指測(cè)量范圍上限與下限的代數(shù)差。 通常儀表刻度線的下限值調(diào)整到 Xmin = 0 ，這時(shí)所得到的量程即為上限值 Xmax 。根據(jù)儀表的測(cè)量范圍，便可算出儀表的量程；反之，僅知量程則不能判定儀表的測(cè)量范圍。習(xí)慣上也就常以給出測(cè)量范圍的數(shù)據(jù)來(lái)描述量程了。 b.精度等級(jí)精度等級(jí) 精度是一個(gè)比較復(fù)雜的概念，它涉及到各種各樣的指標(biāo)。目前，尚未有一個(gè)比較統(tǒng)一的說(shuō)法。一般情況下，把精確度稱之為精度。引用誤差是一種簡(jiǎn)化的、實(shí)用方便的相對(duì)誤差，

7、常常在多檔儀表和連續(xù)分度的儀表中應(yīng)用。 例如例如，精度等級(jí)為 1.0 級(jí)的儀表其允許引用誤差為 1.0，在正常使用這一精度的儀表時(shí)，其最大引用誤差不得超過1.0 。又如，若某壓力表的基本誤差限用引用誤差表示為 1.5 則該壓力表的精確度等級(jí)即為級(jí)。根據(jù)規(guī)定，儀表的精確度等級(jí)已經(jīng)系列化，只能從下列數(shù)據(jù)中選取最接近的合適數(shù)值作為精確度等級(jí)，即 ，（2），其中，括號(hào)內(nèi)的精確度等級(jí)不推薦使用。必要時(shí)，亦可采用級(jí)的精確度等級(jí)。特別精密的儀表，可采用，的精確度等級(jí)。在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用級(jí)儀表。例如例如 彈性式壓力表選量程原則： 被測(cè)壓力波動(dòng): 最大壓力值不超過儀表滿量程的2/3。 壓力最小值應(yīng)不低于全量程

8、的1/3。10例例 若選用彈簧管壓力表來(lái)測(cè)量某設(shè)備內(nèi)的壓力，已知被測(cè)壓力為（0.71）x106Pa，要求測(cè)量的絕對(duì)誤差不得超過6Pa，試確定該壓力表的測(cè)量范圍及精度等級(jí)。 可供選用的測(cè)量范圍有:6Pa, 01x10666Pa 11 選擇量程為6Pa的儀表，當(dāng)壓力變化時(shí)，正處于量程的1/32/3。要求儀表的允許誤差為要求儀表的允許誤差為 所以應(yīng)選 1. 0級(jí)精度的壓力表121. 采用彈簧管壓力表測(cè)量某容器的壓力，工藝要求其壓力為，試選擇合適的壓力表?？晒┻x用的測(cè)量范圍有:6Pa, 01x10666Pa 選擇量程為6Pa的儀表，當(dāng)壓力變化時(shí)，正處于量程的1/32/3。解：由壓力量程選擇原則可知：解

9、：由壓力量程選擇原則可知：壓力上限壓力上限=（2）靜態(tài)性能指標(biāo)）靜態(tài)性能指標(biāo)靈敏度靈敏度 是指儀表或裝置在到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，輸入量變化引起的輸出量變化的比值。線性度線性度 一般來(lái)說(shuō)，總是希望儀表具有線性特性，亦即其特性曲線最好為直線。但是，在對(duì)儀表進(jìn)行標(biāo)定時(shí)人們常常發(fā)現(xiàn)，那些理論上應(yīng)具有線性特性的儀表，由于各種因素的影響，其實(shí)際特性曲線往往偏離了理論上的規(guī)定特性曲線（直線）。 遲滯誤差遲滯誤差 在輸入量增加和減少的過程中，對(duì)于同一輸入量會(huì)得出大小不同的輸出量，在全部測(cè)量范圍內(nèi)，這個(gè)差別的最大值與儀表的滿量程之比值稱為遲滯誤差。漂移漂移 是指輸入量不變時(shí)，經(jīng)過一定的時(shí)間后輸出量產(chǎn)生的變化。由于溫度變化

10、而產(chǎn)生的漂移稱為溫漂。重復(fù)性重復(fù)性 儀表的重復(fù)性用全測(cè)量范圍內(nèi)的各輸入值所測(cè)得的最大重復(fù)性誤差來(lái)確定。在同一工作條件下，對(duì)同一輸入值按同一方向連續(xù)多次測(cè)量時(shí)，所得輸出值之間的相互一致程度稱為重復(fù)性。3.2 傳感器概述傳感器概述傳感器的基本概念及組成傳感器的基本概念及組成（1）傳感器的基本概念）傳感器的基本概念（2）傳感器的組成）傳感器的組成傳感器特性及標(biāo)定傳感器特性及標(biāo)定按輸入物理量分類按輸入物理量分類按工作原理分類按工作原理分類按能量的關(guān)系分類按能量的關(guān)系分類: 有源有源/無(wú)源無(wú)源按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類按輸出信號(hào)的性質(zhì)分類傳感器的分類傳感器的分類傳感器特性傳感器特性傳感器標(biāo)定傳感器標(biāo)定:某種規(guī)

11、定的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行刻度某種規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)器具對(duì)傳感器進(jìn)行刻度新型傳感器新型傳感器光纖傳感器特性光纖傳感器特性激光傳感器激光傳感器霍爾傳感器霍爾傳感器氣與濕敏傳感器氣與濕敏傳感器數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器智能傳感器智能傳感器其它新型傳感器其它新型傳感器新型傳感器新型傳感器對(duì)傳感器的技術(shù)性能要求對(duì)傳感器的技術(shù)性能要求a 精度高；精度高；b 靈敏度高，線性范圍廣；靈敏度高，線性范圍廣；c 響應(yīng)快，滯后、漂移??；響應(yīng)快，滯后、漂移?。籨 輸出信號(hào)信噪比高；輸出信號(hào)信噪比高；e 穩(wěn)定性、重復(fù)性好；穩(wěn)定性、重復(fù)性好；f 動(dòng)態(tài)性能好；動(dòng)態(tài)性能好；g 負(fù)載效應(yīng)低；負(fù)載效應(yīng)低；h 超標(biāo)過大的輸入信號(hào)保護(hù)

12、。超標(biāo)過大的輸入信號(hào)保護(hù)。（2）傳感器的選用原則）傳感器的選用原則a 按測(cè)量方式選；按測(cè)量方式選；b 按測(cè)量要求選；按測(cè)量要求選；c 按使用方便選；按使用方便選；d 按性能價(jià)格比選；按性能價(jià)格比選； 概述概述 壓力是生產(chǎn)過程或過程裝備中的一個(gè)重要參數(shù)。在過程設(shè)備測(cè)試與控制中，經(jīng)常會(huì)遇到壓力測(cè)量問題，例如：對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)排氣壓力的測(cè)量，化工容器內(nèi)的壓力測(cè)量等。又如：對(duì)流量測(cè)量和液位測(cè)量，有時(shí)可以轉(zhuǎn)化成對(duì)壓力或壓差的測(cè)量。由這些例子可以看出，壓力測(cè)量在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。因此，掌握壓力測(cè)量的基本知識(shí)，對(duì)過程裝備的測(cè)試與控制以及生產(chǎn)過程自動(dòng)化將會(huì)起到重要的作用。3.3 壓壓 力力 測(cè)測(cè) 量量壓力檢測(cè)

13、方法壓力檢測(cè)方法21壓壓力力檢檢測(cè)測(cè)重力平重力平衡法衡法彈性力彈性力平衡方平衡方法法利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的利用一定高度的工作液體產(chǎn)生的重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相重力或砝碼的重量與被測(cè)壓力相平衡的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)為液平衡的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)為液柱高度或平衡砝碼的重量來(lái)測(cè)量。柱高度或平衡砝碼的重量來(lái)測(cè)量。機(jī)械力機(jī)械力平衡方平衡方法法物性測(cè)物性測(cè)量方法量方法利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓性變形而產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成力相平衡的原理，將壓力轉(zhuǎn)換成位移。位移。被測(cè)壓力經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，外力被測(cè)壓力經(jīng)變換元

14、件轉(zhuǎn)換成一個(gè)集中力，外力與之平衡，通過測(cè)量平衡時(shí)外力獲得被測(cè)壓力。與之平衡，通過測(cè)量平衡時(shí)外力獲得被測(cè)壓力。利用敏感元件在壓力的作用下某利用敏感元件在壓力的作用下某特性變化與承受壓力的關(guān)系，將特性變化與承受壓力的關(guān)系，將被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來(lái)被測(cè)壓力直接轉(zhuǎn)換為各種電量來(lái)測(cè)量。可進(jìn)行電遠(yuǎn)傳。測(cè)量?？蛇M(jìn)行電遠(yuǎn)傳。應(yīng)變式應(yīng)變式壓電式壓電式電容式電容式液柱式液柱式活塞式活塞式彈簧管彈簧管波紋管波紋管lP1 = P2左、右兩管的液體的高度相等左、右兩管的液體的高度相等 lP1 P2U形管的兩管內(nèi)的液面產(chǎn)生高度差形管的兩管內(nèi)的液面產(chǎn)生高度差 lP2 = P1+gh ：工作液的密度；：工作液的密度；g

15、：重力加速度；：重力加速度；h：U形管左右兩管液面高度差。形管左右兩管液面高度差。 22l彈性式壓力檢測(cè)是用彈性元件作為壓力彈性式壓力檢測(cè)是用彈性元件作為壓力敏感元件，把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移敏感元件，把壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測(cè)方法。的一種檢測(cè)方法。l彈性壓力計(jì)的基本構(gòu)成如圖所示。彈性壓力計(jì)的基本構(gòu)成如圖所示。23其中調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。其中調(diào)整機(jī)構(gòu)用于調(diào)整零點(diǎn)和量程。彈性式壓力檢測(cè)彈性式壓力檢測(cè) 作用：作用：將檢測(cè)壓力參數(shù)送到控制室實(shí)現(xiàn)集中控制將檢測(cè)壓力參數(shù)送到控制室實(shí)現(xiàn)集中控制及顯示。及顯示。種類：種類：力平衡式、電容式、電感式、電阻式、應(yīng)力平衡式、電容式、電感式、電阻式、

16、應(yīng)變式、霍爾片式、壓電式等變式、霍爾片式、壓電式等24l標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：氣動(dòng)：氣動(dòng)：QDZQDZ：輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：20100kPa20100kPa，氣源壓力：，氣源壓力：140kPa140kPa電動(dòng)：電動(dòng)：DDZ-DDZ-：輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：010mA010mA，電源：，電源：220V AC220V ACDDZ-DDZ-輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：420mA420mA，電源：，電源：24V DC24V DC25力（矩）平衡式壓力變動(dòng)送器力（矩）平衡式壓力變動(dòng)送器26例：例： DDZ-DDZ-壓力變送器結(jié)構(gòu)壓力變送器結(jié)構(gòu)電遠(yuǎn)傳式彈簧管壓力儀表l在彈性壓力計(jì)結(jié)構(gòu)上（彈簧管自由端）增加轉(zhuǎn)換部分可以

17、實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。l這類儀表主要有電位計(jì)式、霍爾元件式、電感式和差動(dòng)變壓器式幾種。l應(yīng)用特點(diǎn)：與彈簧管壓力計(jì)具有相似的特點(diǎn)不直接指示被測(cè)壓力，而輸出電信號(hào)實(shí)現(xiàn)信號(hào)遠(yuǎn)傳需要配備專門二次顯示儀表27電位器式壓力傳感器28輸出電勢(shì)輸出電勢(shì)VurR 參數(shù)參數(shù)-信號(hào)關(guān)系信號(hào)關(guān)系線性，取決于壓力與彈簧線性，取決于壓力與彈簧管自由端位移關(guān)系管自由端位移關(guān)系 概論 溫度是表征物體冷熱程度的物理量，是測(cè)量中最常見、最基本的參數(shù)之一。溫度測(cè)量的方法很多，一般可分為接觸式測(cè)溫法和非接觸式測(cè)溫法。接觸式測(cè)溫法是測(cè)量體與被測(cè)物體直接接觸，兩者進(jìn)行熱交換并最終達(dá)到熱平衡，這時(shí)測(cè)量體的溫度就反映了被測(cè)物體的溫度。非接觸

18、式測(cè)溫法由于測(cè)量元件與被測(cè)物質(zhì)不接觸，因而測(cè)量范圍原則上不受限制，測(cè)溫速度較快，還可以在運(yùn)動(dòng)中測(cè)量。3.4 溫 度 測(cè) 量溫度檢測(cè)分類溫度檢測(cè)分類30溫度溫度檢測(cè)檢測(cè)接觸接觸式溫式溫度檢度檢測(cè)測(cè)非接非接觸式觸式檢測(cè)檢測(cè)方法方法膨脹式膨脹式熱電效應(yīng)熱電效應(yīng) 亮度法亮度法全輻射法全輻射法 基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的基于物體受熱體積膨脹性質(zhì)的膨脹式溫度檢測(cè)儀表膨脹式溫度檢測(cè)儀表利用物體的熱輻射特性與溫度利用物體的熱輻射特性與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)物體的溫度進(jìn)行檢測(cè)度進(jìn)行檢測(cè)熱電阻熱電阻基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨溫度變化的熱電阻溫度檢測(cè)儀表度變化的熱電

19、阻溫度檢測(cè)儀表基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢基于熱電效應(yīng)的熱電偶溫度檢測(cè)儀表測(cè)儀表比色法比色法l玻璃液體溫度計(jì)基于物體受熱膨脹的原理，是一種直讀式儀表。31l壓力溫度計(jì)是根據(jù)一定質(zhì)量的液體、氣體、蒸氣在體積不變的條件下，其壓力與溫度呈確定函數(shù)關(guān)系的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)溫功能的。32雙金屬溫度計(jì)33線膨脹（雙金屬片向上翹）差別與溫度的存在函數(shù)關(guān)系： 固體長(zhǎng)度隨溫度變化的描述式： 001()tLLk ttl固體長(zhǎng)度隨溫度變化，屬于固體熱膨脹式溫度固體長(zhǎng)度隨溫度變化，屬于固體熱膨脹式溫度計(jì)。計(jì)。34l原理-熱電效應(yīng)：l將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B連接成閉環(huán)回路，并將他們的兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T及T0的熱源中

20、，則在該回路內(nèi)將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。 3500( ,)( )()ABABABET TeTeT l熱電阻是利用電阻的熱效應(yīng)（金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化）實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)的元件。36l能對(duì)被測(cè)物體熱輻射能量進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定被測(cè)物體溫度的儀表，通稱為輻射式溫度計(jì)。l不需和被測(cè)物體或被測(cè)介質(zhì)直接接觸，從而不會(huì)受被測(cè)物體的高溫及介質(zhì)腐蝕等的影響，但精度有限。37l光電高溫計(jì)采用亮度平衡法測(cè)溫。383.5 流量測(cè)量概述 流量是測(cè)量中的重要參數(shù)之一，是產(chǎn)品成本核算和能源科學(xué)管理所必需的指標(biāo)。因此，對(duì)流量測(cè)量方法及測(cè)量?jī)x器的學(xué)習(xí)顯的非常重要。用于流量測(cè)量的儀表叫流量計(jì)。常見的流量計(jì)有： 壓差式

21、流量計(jì); 轉(zhuǎn)子流量計(jì); 電磁式流量計(jì)等。流量檢測(cè)流量檢測(cè)40流量流量檢測(cè)檢測(cè)體積體積流量流量質(zhì)量質(zhì)量流量流量直接法直接法 (容積容積)間接法間接法 直接法直接法(推導(dǎo)法推導(dǎo)法) 間接法間接法 (速度速度)測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)排出的標(biāo)測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)排出的標(biāo)準(zhǔn)固定體積的數(shù)量。準(zhǔn)固定體積的數(shù)量。測(cè)定管道內(nèi)流體平均流速，測(cè)定管道內(nèi)流體平均流速，并乘以管道截面積。并乘以管道截面積。檢測(cè)元件輸出信號(hào)直接反映質(zhì)檢測(cè)元件輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。量流量。 同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相關(guān)參數(shù)，通過運(yùn)同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相關(guān)參數(shù)，通過運(yùn)算求取質(zhì)量流量算求取質(zhì)量流量 速度式速度式差壓式差壓式根據(jù)流體力學(xué)理論，通過截根據(jù)流體力學(xué)理論，通過截流元

22、件前后壓差反映流量。流元件前后壓差反映流量。a. 體積流量測(cè)量方法分類表體積流量測(cè)量方法分類表41b. 質(zhì)量流量測(cè)量方法分類表質(zhì)量流量測(cè)量方法分類表節(jié)流式流量檢測(cè)儀表節(jié)流式流量檢測(cè)儀表利用流體在管道中通過阻力件時(shí)在阻力件利用流體在管道中通過阻力件時(shí)在阻力件兩端產(chǎn)生的壓力差與流體流速關(guān)系測(cè)量?jī)啥水a(chǎn)生的壓力差與流體流速關(guān)系測(cè)量流體流量流體流量42孔板孔板噴嘴噴嘴文丘里管文丘里管轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子( (浮子浮子) )流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管流量計(jì)是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降中隨著流量變化而升降( (改變流通面積改變流通面積) )方方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量的體積流量?jī)x表。式來(lái)進(jìn)行測(cè)量的體積

23、流量?jī)x表。 轉(zhuǎn)子流量計(jì)外形圖如下圖所示。轉(zhuǎn)子流量計(jì)外形圖如下圖所示。43渦街流量計(jì)一種應(yīng)用流體振動(dòng)原理測(cè)量流量的儀表。一種應(yīng)用流體振動(dòng)原理測(cè)量流量的儀表。它利用流體自然振動(dòng)的卡門漩渦列原理進(jìn)它利用流體自然振動(dòng)的卡門漩渦列原理進(jìn)行流量測(cè)量（通過測(cè)量振動(dòng)頻率獲得流量行流量測(cè)量（通過測(cè)量振動(dòng)頻率獲得流量信號(hào)）。信號(hào)）。渦街流量計(jì)外形圖如下圖所示。渦街流量計(jì)外形圖如下圖所示。44電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)，其測(cè)量原理如圖所示。成的一種流量計(jì)，其測(cè)量原理如圖所示。電磁流量計(jì)原理和外形如圖所示。電磁流量計(jì)原理和外形如圖所示。45容積式流

24、量計(jì)利用機(jī)械測(cè)量元件，把流體連續(xù)不斷地分利用機(jī)械測(cè)量元件，把流體連續(xù)不斷地分隔為單個(gè)的固定容積部分排出，而后通過隔為單個(gè)的固定容積部分排出，而后通過計(jì)數(shù)單位時(shí)間或某一時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)儀表排計(jì)數(shù)單位時(shí)間或某一時(shí)間間隔內(nèi)經(jīng)儀表排出的流體固定容積的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的計(jì)出的流體固定容積的數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的計(jì)量。有橢圓齒輪、腰輪等類型。量。有橢圓齒輪、腰輪等類型。橢圓齒輪流量計(jì)原理及實(shí)物如圖所示。橢圓齒輪流量計(jì)原理及實(shí)物如圖所示。46超聲波式流量計(jì)超聲波在流體中傳播時(shí)，受到流體速度的超聲波在流體中傳播時(shí)，受到流體速度的影響而載有流速信息，通過檢測(cè)接收到的影響而載有流速信息，通過檢測(cè)接收到的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流體

25、流速，從而求得超聲波信號(hào)可以測(cè)知流體流速，從而求得流體流量。流體流量。超聲波流量計(jì)實(shí)物如圖所示。超聲波流量計(jì)實(shí)物如圖所示。47熱式質(zhì)量流量計(jì)利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，利用外部熱源對(duì)管道內(nèi)的被測(cè)流體加熱，熱能隨流體一起流動(dòng)，通過測(cè)量因流體流熱能隨流體一起流動(dòng)，通過測(cè)量因流體流動(dòng)而造成的熱量動(dòng)而造成的熱量( (溫度溫度) )變化來(lái)反映出流體變化來(lái)反映出流體的質(zhì)量流量。分內(nèi)熱式和外熱式。的質(zhì)量流量。分內(nèi)熱式和外熱式。內(nèi)熱式流量計(jì)原理如圖所示。內(nèi)熱式流量計(jì)原理如圖所示。48差壓式質(zhì)量流量計(jì) 差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量差壓式質(zhì)量流量計(jì)是以馬格努斯效應(yīng)為基礎(chǔ)的流量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中

26、利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量計(jì)，實(shí)際應(yīng)用中利用孔板和定量泵組合實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量測(cè)量；常見的有雙孔板和四孔板與定量泵組流量測(cè)量；常見的有雙孔板和四孔板與定量泵組合兩種結(jié)構(gòu)合兩種結(jié)構(gòu) 。a.a.雙孔板結(jié)構(gòu)雙孔板結(jié)構(gòu) 49設(shè)主管道體積流量為設(shè)主管道體積流量為q qv v，且，且滿足滿足q qq qv v，則有：則有：流經(jīng)孔板流經(jīng)孔板A A的體積流量：的體積流量： q qv v-q-q流經(jīng)孔板流經(jīng)孔板B B的流量：的流量： q qv v+q+qb. b. 四孔板結(jié)構(gòu)四孔板結(jié)構(gòu)50設(shè)設(shè)流過孔板流過孔板A A的體積流量為的體積流量為q qA;A;則：則：流過孔板流過孔板B B、C C、D D的體積流量如的體積

27、流量如圖中所示。圖中所示。用與上述計(jì)算相同的方法，可用與上述計(jì)算相同的方法，可求出如下關(guān)系求出如下關(guān)系: :，qqv:qqV:234VppKq q 144Vppq q 四孔板與定量泵組合結(jié)四孔板與定量泵組合結(jié)構(gòu)不論構(gòu)不論qqV，或，或qqV均可測(cè)量。均可測(cè)量。 適于測(cè)量液體的質(zhì)量流量，測(cè)量范圍為適于測(cè)量液體的質(zhì)量流量，測(cè)量范圍為250 kgh，量程比為量程比為20 : 1，測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)。，測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)。 科里奧利質(zhì)量流量計(jì) 是一種利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量是一種利用流體在振動(dòng)管中流動(dòng)而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來(lái)直接測(cè)量質(zhì)量流量的成正比的科里奧利力的原理來(lái)直接測(cè)量質(zhì)

28、量流量的儀表。儀表。其原理和實(shí)物圖如圖所示：其原理和實(shí)物圖如圖所示： 513 .6.1 概述概述 物位是液位，料位以及界位的統(tǒng)稱。其中液位指容器內(nèi)液體介質(zhì)液面的高低。物位測(cè)量的主要目的在于測(cè)量容器中物料的存儲(chǔ)量，以便對(duì)物料進(jìn)行監(jiān)控。 生產(chǎn)過程中的液面情況十分復(fù)雜，除常壓，常溫，一般性介質(zhì)水平液面情況外，還會(huì)遇到高溫，高壓，易燃易爆，粘性及多泡沫沸騰狀的液面情況。在實(shí)際操作過程中，對(duì)液位測(cè)量的要求是多方面的，液位測(cè)量的范圍變化也很大。針對(duì)這些不同情況，應(yīng)選用不同的液位計(jì)。 液位測(cè)量已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史。在測(cè)量方法按工作原理可分為直讀式，浮力式，靜壓式，電容式，光纖式，激光式，核輻射式。面 3.6 液

29、 位 測(cè) 量物位檢測(cè)物位檢測(cè)53物位物位儀表儀表按測(cè)量按測(cè)量方式分方式分類類能持續(xù)測(cè)量物位的變化，實(shí)時(shí)能持續(xù)測(cè)量物位的變化，實(shí)時(shí)反映物位狀態(tài)。反映物位狀態(tài)。按工作按工作原理分原理分類類連續(xù)測(cè)量連續(xù)測(cè)量定點(diǎn)測(cè)量定點(diǎn)測(cè)量只監(jiān)測(cè)物位是否達(dá)到上限、下只監(jiān)測(cè)物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測(cè)量限或某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測(cè)量?jī)x表一般稱為物位開關(guān)。儀表一般稱為物位開關(guān)。采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。示容器中物位的高度。直讀式直讀式靜壓式靜壓式浮力式浮力式機(jī)械式機(jī)械式電氣式電氣式基于流體靜力學(xué)原理，通過檢測(cè)容器內(nèi)基于流體靜力學(xué)原理，通過檢測(cè)容器內(nèi)

30、流體的靜壓力確定容器內(nèi)液位。流體的靜壓力確定容器內(nèi)液位。利用漂浮于液面上的浮子，或者部分浸利用漂浮于液面上的浮子，或者部分浸沒于液體中的物質(zhì)受到的浮力隨液位而沒于液體中的物質(zhì)受到的浮力隨液位而變化來(lái)檢測(cè)液位。變化來(lái)檢測(cè)液位。通過測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)通過測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。械力實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。通過檢測(cè)置于被測(cè)介質(zhì)中的物位敏感元通過檢測(cè)置于被測(cè)介質(zhì)中的物位敏感元件隨物位變化時(shí)電量變化檢測(cè)物位。件隨物位變化時(shí)電量變化檢測(cè)物位。直讀式物位檢測(cè)儀表采用側(cè)壁開窗口或旁通管方式，直接顯示容器中物位的高度。代表儀表：玻璃管（板）式液位計(jì) 主要用于液位檢測(cè)和壓力較低的場(chǎng)合

31、液位就地指示。5455靜壓式物位檢測(cè)儀表基于流體靜力學(xué)原理，通過檢測(cè)容器內(nèi)流體的靜壓力確定容器內(nèi)液位。代表儀表：壓力式、吹氣式、差壓式液位計(jì) 56浮力式物位檢測(cè) 利用漂浮于液面上的浮子，或者部分浸沒于液體中的物質(zhì)受到的浮力隨液位而變化來(lái)檢測(cè)液位。前者稱為恒浮力法，后者稱變浮力法。代表儀表：浮子式液位計(jì)、浮筒式液位計(jì) 應(yīng)用于液位檢測(cè)。57機(jī)械接觸式物位檢測(cè) 通過測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。代表儀表：重錘式、旋翼式、音叉式主要應(yīng)用于固體料位檢測(cè)58電氣式物位檢測(cè)通過檢測(cè)置于被測(cè)介質(zhì)中的物位敏感元件隨物位變化時(shí)電量變化檢測(cè)物位。代表儀表：電容式物位計(jì)可用于液位檢測(cè)，界面測(cè)量或料

32、位檢測(cè)。 59聲學(xué)式物位檢測(cè) 利用聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來(lái)檢測(cè)物位。代表儀表：超聲波物位計(jì)可用于液位檢測(cè)，界面測(cè)量或料位檢測(cè) 射線式物位檢測(cè) 通過檢測(cè)放射性同位素所放出的射線穿過被測(cè)介質(zhì)時(shí)被吸收的程度檢測(cè)物位。代表儀表：射線式物位計(jì)可應(yīng)用于物位（液位、料位）的非接觸式檢測(cè)。 60其他物位檢測(cè)方法：其他物位檢測(cè)方法： 光學(xué)法、微波法、磁致伸縮式物位檢測(cè)光學(xué)法、微波法、磁致伸縮式物位檢測(cè) 現(xiàn)代化工生產(chǎn)過程中，為了保證原材料，中間產(chǎn)品，成品的質(zhì)量和產(chǎn)量，可以利用溫度，壓力，流量等過程參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和控制，這是間接的方法。而成分分析儀表則可以隨時(shí)監(jiān)視原料，半成品，成品的成分及其含量，達(dá)到直接檢測(cè)和控制的目的。3.7 物質(zhì)成分分析成分檢測(cè)成分檢測(cè)62成分成分檢測(cè)檢測(cè)按方按方法法按原按原理理實(shí)驗(yàn)室分析實(shí)驗(yàn)室分析現(xiàn)場(chǎng)時(shí)時(shí)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)時(shí)檢測(cè)電化學(xué)式電化學(xué)式光學(xué)式光學(xué)式磁學(xué)式磁學(xué)式色譜式色譜式物性測(cè)量?jī)x表物性測(cè)量?jī)x表射線式射線式電子光學(xué)式和離子光學(xué)式電子光學(xué)式和離子光學(xué)式熱學(xué)式熱學(xué)式63熱導(dǎo)式檢測(cè)技術(shù) 主要用于對(duì)混合氣體中某種成分含量的分主要用于對(duì)混合氣體中某種成分含量的分析。析。 常用于分析混合氣體中常用于分析混合