化工儀表及自動(dòng)化第3章1-課件

1、化工儀表及自動(dòng)化第三章 檢測(cè)儀表與傳感器 1內(nèi)容提要概述測(cè)量過程與測(cè)量誤差儀表的性能指標(biāo)工業(yè)儀表的分類壓力檢測(cè)及儀表壓力單位及測(cè)壓儀表彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)智能型壓力變送器壓力計(jì)的選用及安裝2內(nèi)容提要流量檢測(cè)及儀表概述差壓式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)漩渦流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)流量測(cè)量?jī)x表的選型3內(nèi)容提要物位檢測(cè)及儀表概述差壓式液位變速器電容式物位傳感器核輻射物位計(jì)磁致伸縮式液位儀光纖式液位儀稱重式液罐計(jì)量?jī)x物位流量測(cè)量?jī)x表的選型4內(nèi)容提要溫度檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)方法熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)光纖溫度傳感器電動(dòng)溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器測(cè)溫元件的選用及安裝5模擬式

2、顯示儀表自動(dòng)電子電位差計(jì)自動(dòng)電子平衡電橋數(shù)字式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表的特點(diǎn)及分類數(shù)字式顯示儀表的基本組成新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀虛擬顯示儀表內(nèi)容提要6第一節(jié) 概述 用來檢測(cè)這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。 用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)的儀表通常稱為傳感器。 當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。7一、測(cè)量過程與測(cè)量誤差 測(cè)量過程在實(shí)質(zhì)上都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。 測(cè)量誤差指由儀表讀得的被測(cè)值與被測(cè)量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。 第一節(jié) 概述8絕對(duì)誤差xi：儀表指示值,

3、 xt：被測(cè)量的真值由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 相對(duì)誤差第一節(jié) 概述9二、儀表的性能指標(biāo)1. 精確度（簡(jiǎn)稱精度）說明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差來表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值max。 兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的測(cè)量范圍相對(duì)百分誤差允許誤差第一節(jié) 概述10 儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“”號(hào)及“”號(hào)，便可以用來確定儀表的精確度等級(jí)。 目前常用的精確度等級(jí)有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0

4、.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結(jié)第一節(jié) 概述1.0, 1.5, 2.5, 4.0高低級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表工業(yè)用表0.005, 0.002, 0.050.1, 0. 2, 0.4, 0.511舉例例1某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為200700，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為4，試確定該儀表的精度等級(jí)。 解 該儀表的相對(duì)百分誤差為 如果將該儀表的去掉“”號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有0.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測(cè)溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。 第一節(jié) 概述12例2某臺(tái)測(cè)溫儀表的測(cè)溫范圍為01000。根據(jù)工藝要求，溫度指示值

5、的誤差不允許超過7，試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級(jí)才能滿足以上要求？ 解 根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為 如果將儀表的允許誤差去掉“”號(hào)與“”號(hào)，其數(shù)值介于0.51.0之間，如果選擇精度等級(jí)為1.0級(jí)的儀表，其允許的誤差為1.0，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級(jí)儀表才能滿足工藝要求。第一節(jié) 概述13儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級(jí)以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其精度大多在0.5以下。 儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：第一

6、節(jié) 概述14 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級(jí)，情況是不一樣的。根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該大于（至少等于）儀表校驗(yàn)所得的相對(duì)百分誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（至多等于）工藝上所允許的最大相對(duì)百分誤差。 小結(jié)第一節(jié) 概述152.變差 變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測(cè)量在儀表全部測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測(cè)參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y(cè)量時(shí)，被測(cè)量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。 圖3-1 測(cè)量?jī)x表的變差第一節(jié) 概述163.靈敏度與靈敏限 儀表的靈敏度是指儀表指針

7、的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測(cè)參數(shù)變化量的比值。即第一節(jié) 概述 式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測(cè)參數(shù)變化量。 儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。 注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨力表示。 174.分辨力 對(duì)于數(shù)字式儀表，分辨力是指數(shù)字顯示器的最末位數(shù)字間隔所代表的被測(cè)參數(shù)變化量。 不同量程的分辨力是不同的，相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度。通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表的分辨力指標(biāo)。分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān)。第一節(jié) 概

8、述五位半表頭185.線性度 線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通常總是希望測(cè)量?jī)x表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 圖3-2 線性度示意圖 式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。 第一節(jié) 概述196.反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量?jī)x表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，說明儀表需要較長(zhǎng)時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測(cè)量變化頻繁的參數(shù)。 儀表反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)際上反映了儀表動(dòng)態(tài)特性的好壞。 儀表的反應(yīng)時(shí)間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號(hào)突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號(hào)將由原始值逐漸變

9、化到新的穩(wěn)態(tài)值。 儀表的輸出信號(hào)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2（95）所用的時(shí)間，可用來表示反應(yīng)時(shí)間。第一節(jié) 概述20三、工業(yè)儀表的分類1. 按儀表使用的能源分類氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、液動(dòng)儀表 以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用；現(xiàn)在電動(dòng)儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動(dòng)儀表的安全使用。 一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場(chǎng)、放射性等環(huán)境影響。 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常用第一節(jié) 概述電動(dòng)儀表的特點(diǎn)212. 按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類 檢測(cè)儀表 作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。 顯示儀表 作用是將由檢測(cè)儀表獲得的信息顯示出來。 集中控制裝置 包括各

10、種巡回檢測(cè)儀、巡回控制儀等?？刂苾x表 可以根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算。 執(zhí)行器 可以接受控制儀表的輸出信號(hào)或直接來自操作員的指令，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。 第一節(jié) 概述22圖3-3 各類儀表的作用第一節(jié) 概述233. 按儀表的組成形式分類 基地式儀表特點(diǎn)是將測(cè)量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個(gè)表殼里，形成一個(gè)整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場(chǎng)做就地檢測(cè)和控制，但不能實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應(yīng)用范圍。 分為基地式儀表和單元組合儀表 第一節(jié) 概述24 單元組合儀表是將對(duì)參數(shù)的測(cè)量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡(jiǎn)稱單元，例如變送單

11、元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。 第一節(jié) 概述25第一節(jié) 概述 化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動(dòng)單元組合儀表和氣動(dòng)單元組合儀表兩種。國(guó)產(chǎn)的電動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱DDZ儀表；氣動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱QDZ儀表。注意 氣動(dòng)單元組合儀表 電動(dòng)單元組合儀表Q D Z組合單元?dú)鈩?dòng)D D Z組合單元電動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：0.02-0.1MPa (20-100 kPa)DDZ- ：0-10 mA,0-2 VDDZ-: 4-20 mA ,1-5 V26第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表一、壓力單位及測(cè)量?jī)x表壓力是指均勻垂直地作

12、用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）27 為了使大家了解國(guó)際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表28114.5010.197750.10.98691.01970.11105巴0.0689510.703151.710.068050.070316.89510-36.895103（磅/英寸2）0.098061.422173.550.096780.10009.80610-39.806103水柱1.333210-31.93410-20.013611.315810-31.359510-31.333210-41

13、.3332102汞柱1.013314.7010.3376011.03320.101331.0133105物理大氣壓0.980714.2210.00735.60.967819.80710-29.807104工程大氣壓101.4501021.01971027.5011039.86910.19711106兆帕110-51.45010-41.019710-47.50110-39.86910-61.019710-511061帕巴/bar（磅/英寸2）/ （lb/in2）水柱/ mH2O汞柱/ mmHg物理大氣壓/ atm工程大氣壓/ (kgf/cm2)兆帕/ MPa帕/Pa壓力單位表3-1 各種壓力單位

14、換算表29p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對(duì)壓力的零線在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。 當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來表示。圖3-4絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表301.液柱式壓力計(jì) 它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量。 按其結(jié)構(gòu)形式的不同 有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等 優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便 缺點(diǎn) 其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。312.彈性式壓力計(jì) 它是

15、將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。 3.電氣式壓力計(jì) 它是通過機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測(cè)量的儀表。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表324.活塞式壓力計(jì) 它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量的。 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表33二、彈性式壓力計(jì)定義 彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。 優(yōu)點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范

16、圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。 可用來測(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表341.彈性元件 彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。 圖3-5 彈性元件示意圖 彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表352.彈簧管壓力表 分類使用的測(cè)壓元件 單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。 用途 普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。 1彈簧管；2 拉桿；3 扇形齒輪；4 中心齒輪；5 指針；6 面板；7 游絲；8 調(diào)整螺絲；9 接頭彈

17、簧壓力表第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表36基本測(cè)量原理 單圈彈簧管是一根彎成270圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭9上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。 注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機(jī)構(gòu)才能指示出來。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表37 在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定

18、范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。 警惕！第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表38圖3-7 電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4 靜觸點(diǎn)；2 動(dòng)觸點(diǎn)；3 綠燈；5 紅燈 壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。 第二節(jié) 壓

19、力檢測(cè)及儀表39三、電氣式壓力計(jì)定義電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。 優(yōu)點(diǎn)1. 該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)710-5Pa至5102MPa的壓力，允許誤差可至0.2； 2. 由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表40圖3-8 電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成 一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表41幾種常見的傳感器或變送器：1.霍爾片式壓力傳感器 霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元

20、件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。 圖3-9 霍爾效應(yīng) 霍爾電勢(shì)可用下式表示 式中，UH為霍爾電勢(shì)；RH為霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為控制電流的大小。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表幾種常見的傳感器或變送器：1.霍爾片式壓力傳感器 42注意 霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢(shì)UH，但兩者都有一定限度，一般I為320mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢(shì)UH約為幾十毫伏數(shù)量級(jí)。 導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過它們的霍爾電勢(shì)遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的霍爾電勢(shì)小得多。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表43 將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管

21、壓力傳感器，如圖3-10所示。 圖3-10 霍爾片式壓力傳感器1彈簧管；2 磁鋼；3 霍爾片 當(dāng)被測(cè)壓力引入后，在被測(cè)壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例。 利用這一電勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表442.應(yīng)變片壓力傳感器 應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。 圖3-11 應(yīng)變片壓力

22、傳感器示意圖1應(yīng)變筒；2外殼；3密封膜片第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表453.壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。 采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。 當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。 工作原理第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表46圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導(dǎo)環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻特點(diǎn) 精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 便于實(shí)現(xiàn)顯

23、示數(shù)字化； 可以測(cè)量壓力，稍加改變，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表474.電容式壓力變送器 電容式壓力變送器是一種開環(huán)檢測(cè)儀表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的420mA（DC）電流信號(hào)。 工作原理圖3-14 電容式差壓變送器原理圖1隔離膜片；2，7固定電極；3硅油；4測(cè)量膜片；5玻璃層；6底座；8引線先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表48 電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測(cè)量范圍時(shí)，測(cè)量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過載后的恢復(fù)特

24、性很好，這樣大大提高了過載承受能力。電容式?jīng)]有杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測(cè)量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級(jí)。 小結(jié)第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表49四、智能型壓力變送器 智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測(cè)儀表。 可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信 利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。 特點(diǎn)第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表50舉例以美國(guó)費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖3-15 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表51圖3-16 手持通信器的連接示

25、意圖 3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場(chǎng)變送器的信號(hào)端子上，就地設(shè)定或檢測(cè)，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號(hào)線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測(cè)。 實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表52 要對(duì)智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是危險(xiǎn)或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來了極大的方便。 注意第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表53五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力計(jì)的選用 壓力計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對(duì)壓力測(cè)量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，

26、加以全面的考慮和具體的分析， 一般考慮以下幾個(gè)問題。 儀表類型的選用 儀表精度級(jí)的選取 儀表測(cè)量范圍的確定第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表54舉例 例3 某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528MPa，測(cè)量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號(hào)、精度與測(cè)量范圍。 解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為060MPa。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表55 由于 ，故被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的 1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測(cè)量誤差的要求，可

27、算得允許誤差為 所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為060MPa，精度等級(jí)為1.5級(jí)。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表561.壓力計(jì)的安裝 （1）測(cè)壓點(diǎn)的選擇應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。 要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。 測(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表57（2）導(dǎo)壓管鋪設(shè) 導(dǎo)壓管粗細(xì)

28、要合適，一般內(nèi)徑為610mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應(yīng)選用能遠(yuǎn)距離傳送的壓力計(jì)。 導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1:101:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表58（3）壓力計(jì)的安裝壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響。第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表59測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸圖3-17（a）；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力

29、測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測(cè)介質(zhì)密度2大于和小于隔離液密度1的兩種情況。圖3-17 壓力計(jì)安裝示意圖壓力計(jì)；切斷閥門；凝液管；取壓容器第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表60壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按pHg進(jìn)行修正。式中H為高度差，為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。為安全起見，測(cè)量高壓的壓力計(jì)除選用有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。 第二節(jié) 壓力檢測(cè)及儀表61一、概述 介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)

30、以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。 流量大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。 總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。定義第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表62第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表質(zhì)量流量M體積流量Q如以 t 表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是 流量計(jì)：測(cè)量流體流量的儀表。計(jì)量表：測(cè)量流體總量的儀表。 631.速度式流量計(jì) 以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 2.容積式流量計(jì) 以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 3.質(zhì)量流量計(jì) 以測(cè)量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直

31、接式和間接式兩種。 分類第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表64二、差壓式流量計(jì) 差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。 第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表651.節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式（1）節(jié)流現(xiàn)象 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置節(jié)流件有孔板、噴嘴、文丘里管等 。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表66圖3-18 孔板裝置及壓力、流速分布圖 要準(zhǔn)確測(cè)量出截面、

32、處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會(huì)改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來測(cè)量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測(cè)得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測(cè)壓點(diǎn)及測(cè)壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表67（2）節(jié)流基本方程式 流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。 可以看出要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于的取值。 與節(jié)流裝置形式、節(jié)流孔面積與管道面積之比、取壓方式、Re等有關(guān)； 流量與壓力差P的平方根成正比。 P是計(jì)算流量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，與取壓方法有關(guān)，我國(guó)規(guī)定的

33、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法為角接取壓法和法蘭取壓法。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表68 流量系數(shù)與Re的關(guān)系692.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 國(guó)內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。 標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。 第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表70圖3-19 孔板斷面示意圖如左圖，標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)尺寸和公差、粗糙度等都有詳細(xì)規(guī)定。 舉例 其中dD應(yīng)在0.20.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h（0.0050.02）D；總厚度H0.05D；錐面的斜角3045等等，需要時(shí)可參閱設(shè)計(jì)手冊(cè)。 第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表71舉例標(biāo)準(zhǔn)孔板采用角

34、接取壓法和法蘭取壓法，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴為角接取壓法。 我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法角接取壓法法蘭取壓法分為圖3-20 環(huán)式取壓結(jié)構(gòu)1管道法蘭；2環(huán)室；3孔板；4夾緊環(huán)第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法法蘭取壓法標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法72 環(huán)室取壓法能得到較好的測(cè)量精度，但是加工制造和安裝要求嚴(yán)格，如果由于加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，達(dá)不到預(yù)定的要求時(shí)，其測(cè)量精度仍難保證。 所以，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，為了加工和安裝方便，有時(shí)不用環(huán)室而用單獨(dú)鉆孔取壓，特別是對(duì)大口徑管道。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表73結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工壓力損失較孔板小標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管流體經(jīng)過孔板后壓力損失大，當(dāng)工藝管道上不允許有較大的

35、壓力損失時(shí)，便不宜采用。應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適用于大流量的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)孔板缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表74 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測(cè)量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。并在節(jié)流裝置前后有足夠長(zhǎng)的直管段。 節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個(gè)差壓信號(hào)還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計(jì)，以便顯示出流量的數(shù)值。導(dǎo)壓管的安裝要求與“壓力檢測(cè)變送儀表”中導(dǎo)壓管的要求一樣。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表節(jié)流元件的安裝方向，可以垂直也可以水平，但對(duì)流向有一定要求。753.差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差 在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具

36、有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)1020。 不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)際測(cè)量精度。 注意第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表76誤差產(chǎn)生的原因被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng)。節(jié)流裝置安裝不正確。孔板入口邊緣的磨損。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計(jì)安裝或使用不正確第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表77 導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。對(duì)于不同的被測(cè)介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。 圖3-21 測(cè)量液體流量時(shí)的取壓點(diǎn)位置 圖3-22 測(cè)量液體流量時(shí)的連接圖1節(jié)流裝置；2引壓導(dǎo)管；3放空

37、閥；4平衡閥；5差壓變送器；6貯氣罐；7切斷閥第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表78a) 取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角為045。 b) 引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少120110），使氣泡易于排出。 c) 在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。 測(cè)量液體的流量時(shí)，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表79 測(cè)量氣體流量時(shí)，上述的這些基本原則仍然適用。 a) 取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。 b) 引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。 c) 如果差壓計(jì)必須裝在節(jié)流裝

38、置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-23所示。 測(cè)量蒸汽的流量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對(duì)測(cè)量精度的影響。常見的接法見圖3-24所示。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表80圖3-23 測(cè)量氣體流量時(shí)的連接圖1節(jié)流裝置；2引壓導(dǎo)管；3差壓變送器；4貯液罐；5排放閥圖3-24 測(cè)量蒸汽流量的連接圖1節(jié)流裝置；2凝液罐；3引壓導(dǎo)管；4排放閥；5差壓變送器；6平衡閥第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表81差壓計(jì)或差壓變送器安裝或使用不正確也會(huì)引起測(cè)量誤差。 由引壓導(dǎo)管接至差壓計(jì)或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組，如圖3-25所示。 測(cè)量腐蝕性（或因易

39、凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計(jì)）的介質(zhì)流量時(shí)，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-26所示。 第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表82圖3-25 差壓計(jì)閥組安裝示意圖1，2切斷閥；3平衡閥圖3-26 隔離罐的兩種形式第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表83三、轉(zhuǎn)子流量計(jì)1.工作原理 以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。圖3-27 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表84轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-25）由式（3-25）可得根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測(cè)介質(zhì)的流量大小或?qū)⑹剑?-26）代入上兩式，得或（3-26）第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表85

40、2.電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì) 它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。 LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。 （1）流量變送部分 圖3-28 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表86轉(zhuǎn)換原理 若將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鐵芯一起運(yùn)動(dòng)，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢(shì)的大小。第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表87（2）電動(dòng)顯示部分圖3-29 LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表883.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的指示值修正 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)尺上的刻度值，對(duì)用于測(cè)量液體來講是代表20時(shí)水的流量值，對(duì)用

41、于測(cè)量氣體來講則是代表20，0.10133MPa壓力下空氣的流量值。所以，在實(shí)際使用時(shí)，要根據(jù)具體情況進(jìn)行修正。 （1）液體流量測(cè)量時(shí)的修正（3-31）第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表89如果被測(cè)介質(zhì)的黏度與水的黏度相差不大，可近似認(rèn)為是常數(shù)，則有 （3-32）整理后得（3-34）（3-33）第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表90同理可導(dǎo)得質(zhì)量流量的修正公式為當(dāng)采用耐酸不銹鋼作為轉(zhuǎn)子材料時(shí)，t7.9g/cm3，水的密度w1g/cm3，代入（3-34）與式（3-36）得 （3-35）（3-36）（3-37）（3-38）第三節(jié) 流量檢測(cè)及儀表91當(dāng)介質(zhì)密度f(wàn)變化時(shí)，密度修正系數(shù)KQ、KM的數(shù)值見下表。 0.7641.529 2.000.8591.245 1.451.0460.9440.900.7711.504 1.950.8721.220 1.401.0730.9120.850.7781.477 1.900.8841.193 1.351.1020.8820.800.7851.453 1.850.8971.165 1.301.1340.8510.750.7921.427 1.800.9111.139 1.251.1700.8190.700.8001.401 1