化工儀表自動(dòng)化第三章

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第2篇過程自動(dòng)化裝置主要包括：過程測量儀表、過程控制儀表、過程執(zhí)行儀表用于對(duì)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位及成份等工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)測量、控制和執(zhí)行的裝置，也是企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的技術(shù)工具?；究刂苹芈贩娇驁D2自動(dòng)化儀表分類按功能分類：測量儀表、控制儀表、執(zhí)行儀表按信號(hào)類型分：模擬儀表、數(shù)字儀表模擬式儀表

儀表的輸入輸出信號(hào)是連續(xù)的電壓量或電流量數(shù)字式儀表儀表的輸入輸出信號(hào)是離散的數(shù)字量或開關(guān)量信號(hào).3氣動(dòng)單元組合儀表（QDZ儀表）能源：0.14MPa壓縮空氣。信號(hào)：各單元之間以統(tǒng)一的0.02MPa–0.1MPa氣壓標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)聯(lián)系。特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：QDZ儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定和本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：由于該類儀表體積龐大，信號(hào)傳輸慢(有容量滯后)。按使用能源分類：氣動(dòng)儀表和電動(dòng)儀表。4電動(dòng)單元組合儀表（DDZ儀表）

DDZ-Ⅱ型儀表

能源：DDZ-Ⅱ型表采用220VAC電源；信號(hào)：DDZ-Ⅱ型各單元間以0-10mADC為統(tǒng)一聯(lián)絡(luò)信號(hào)，

DDZ-

Ⅲ型儀表

能源：Ⅲ型表以24VDC為電源

信號(hào)：Ⅲ型表以4-20mADC為現(xiàn)場傳輸信號(hào)，以1-5VDC為控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)，特點(diǎn)：

DDZⅢ型儀表具有傳輸距離長，速度快，集成化程度高，功能多樣且可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)控制過程中被大量采用。53.1測量儀表中的基本概念1）檢測過程及系統(tǒng)構(gòu)成檢測過程a.檢測：獲得信息的過程，是認(rèn)識(shí)自然界的手段。主要包括兩方面內(nèi)容：檢驗(yàn)用專門的技術(shù)工具，依靠實(shí)驗(yàn)、計(jì)算和比較的方法對(duì)研究對(duì)象的特性進(jìn)行度量、驗(yàn)證。測量應(yīng)用測試手段對(duì)被測參數(shù)進(jìn)行定量的過程。

第3章過程測量儀表b.基本方法：能量轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)）+單位比較c.基本任務(wù)：獲取被檢測對(duì)象的信息。（在限定的時(shí)間內(nèi)，盡可能正確地收集被測對(duì)象的有關(guān)信息）目的：反映、揭示客觀世界存在的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及規(guī)律。以檢測為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象過程的管理、控制、安全防護(hù)、優(yōu)化處理等操作。7②測量設(shè)備過程中常用的測量設(shè)備有檢測元件、傳感器、變送器及顯示單元。檢測元件一種能夠靈敏地感受被測變量并作出響應(yīng)（將被測參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成另一種物理量變化）的元件。傳感器（敏感元件+信號(hào)轉(zhuǎn)換部分）感受指定被測參量的變化，并按照一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)相應(yīng)的便于應(yīng)用的信號(hào)。變送器是從傳感器發(fā)展起來的，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳感器就稱為變送器。8顯示單元接受傳感器、變送器等輸出信號(hào)，并以相應(yīng)形式顯示記錄。主要功能顯示工業(yè)生產(chǎn)的工作狀態(tài)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，趨勢(shì)曲線，報(bào)警指示等記錄生產(chǎn)過程參數(shù)，歷史數(shù)據(jù)，顯示單元主要應(yīng)用設(shè)備模擬式顯示儀表數(shù)字式顯示儀表數(shù)字-模擬式雙回路顯示儀表屏幕式顯示裝置11③

檢測系統(tǒng)構(gòu)成信息獲取轉(zhuǎn)換顯示和處理（信號(hào)檢出部分）（信號(hào)變換部分）（信號(hào)分析處理部分、通信接口及總線）12智能電子警察監(jiān)測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)舉例號(hào)132）檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)檢測系統(tǒng)的性能指標(biāo)很多，工程上常用以下幾個(gè)指標(biāo)衡量儀表或系統(tǒng)的品質(zhì)。（1）靈敏度S

靈敏度S表征了檢測儀表對(duì)被測量變化的靈敏程度。常用儀表的輸出變化量與輸入變化量之比來表示。即：靈敏度實(shí)質(zhì)上是一個(gè)放大倍數(shù)。靈敏度具有可傳遞性；對(duì)于多個(gè)儀表串聯(lián)構(gòu)成的檢測系統(tǒng)，其總的靈敏度是各個(gè)儀表靈敏度之積。

△y：達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)儀表輸出的變化量（指針的直線位移或轉(zhuǎn)角）?！鱴：被測變量的變化值。14相關(guān)概念：靈敏限（分辨率，一般反映測量中間過程指標(biāo)）描述能引起儀表輸出發(fā)生可見變化的最小輸入量。表示檢測儀表響應(yīng)與分辨輸入量微小變化的能力。分辨率是反映檢測儀表靈敏程度的另一指標(biāo)。一般情況下儀表的靈敏度高則分辨率也高。死區(qū)（起始位評(píng)價(jià)指標(biāo)）輸入信號(hào)的變化量不能引起輸出量發(fā)生可觀察變化的有限區(qū)間。死區(qū)區(qū)間內(nèi)儀表靈敏度為零。影響因素：電路偏置、機(jī)械傳動(dòng)的摩擦及間隙等。15（2）變差（回差）

外界條件不變的情況下，同一儀表對(duì)某一參數(shù)進(jìn)行正反行程測量時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一被測值所得的示值之差即為該測點(diǎn)的儀表變差。

檢測儀表在全量程范圍內(nèi)的最大測點(diǎn)變差為儀表變差。變差產(chǎn)生原因：傳動(dòng)部件間隙、摩擦、彈性滯后等。變差示意圖：變差描述：儀表的變差由儀表在測量范圍內(nèi)正反特性間指示值的最大絕對(duì)誤差與儀表標(biāo)尺范圍之比的百分?jǐn)?shù)表示16（3）線性度(非線性誤差)

線性度是衡量檢測儀表輸出與輸入之間偏離線性程度的一種指標(biāo)，用非線性誤差來表示。（3.3）

為了便于信號(hào)間的轉(zhuǎn)換與現(xiàn)實(shí)，有利于提高系統(tǒng)準(zhǔn)確度，希望系統(tǒng)具有良好的線性特性。非線性誤差示意圖描述：取量程范圍內(nèi)，實(shí)際值與理論值之間的絕對(duì)誤差的最大值與儀表測量范圍之比的百分?jǐn)?shù)，即：17（4）準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度也稱為精度。儀表的準(zhǔn)確度通常用誤差的大小來表示。誤差種類：①絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差為檢測儀表的輸出值x與被測參數(shù)的真值x0之間的代數(shù)差值，即（3.4）

由于真值不能得到，實(shí)際上是用約定真值或相對(duì)真值來代替，通常以標(biāo)準(zhǔn)儀表(準(zhǔn)確度等級(jí)更高的儀表)的測量結(jié)果作為相對(duì)真值。18②示值相對(duì)誤差(簡稱相對(duì)誤差)儀表測量值的絕對(duì)誤差與真值之比的百分?jǐn)?shù)，即

注意：示值相對(duì)誤差隨測點(diǎn)的不同而異，只能說明不同測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，不能用來衡量檢測儀表本身的質(zhì)量。當(dāng)測量誤差很小時(shí)，示值相對(duì)誤差近似為：19③引用誤差（相對(duì)百分誤差）儀表檢測直的絕對(duì)誤差與儀表的量程L之比的百分?jǐn)?shù)。即：（3.7）式中：注意：反映了測量誤差與測量范圍的關(guān)系，但是各點(diǎn)的測量相對(duì)百分誤差不同，不能用來衡量檢測儀表本身的精度。20④最大引用誤差（滿量程相對(duì)誤差，最大相對(duì)百分誤差）儀表量程范圍內(nèi)所有測量值的絕對(duì)誤差的最大值與儀表的量程L比的百分?jǐn)?shù)．即（3.8）

式中：

注意：是檢測系統(tǒng)的最主要質(zhì)量指標(biāo)，表征檢測系統(tǒng)的測量精度等級(jí)。21⑤儀表基本誤差標(biāo)準(zhǔn)條件下，儀表在全量程范圍內(nèi)輸出值誤差中絕對(duì)值最大者稱為儀表的基本誤差。⑥允許誤差儀表制造廠為保證儀表不超過基本誤差而設(shè)定一個(gè)限值。把這個(gè)限值與儀表的量程L比的百分?jǐn)?shù)稱為儀表的允許誤差。即儀表基本誤差是表征儀表準(zhǔn)確度的一個(gè)重要指標(biāo)，并且儀表的其他誤差定義也以此為基礎(chǔ)。最大引用誤差是儀表基本誤差的主要形式。22⑦儀表精度（準(zhǔn)確度）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)儀表的允許誤差(最大引用誤差)，去掉“±

”及“%”號(hào)后的數(shù)值判定儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。國家統(tǒng)一規(guī)定所劃分的等級(jí)

0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,1.0,1.5,2.5,4.0

,5.0準(zhǔn)確度等級(jí)的數(shù)字越小．儀表的準(zhǔn)確度就越高。工業(yè)用儀表精度等級(jí)為：

0.1,0.2,0.35,1.0,1.5,2.5,5.023例某臺(tái)測溫儀表，其測量范圍為100℃~600℃，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)儀表的基本誤差為±6℃，試確定該儀表的精度等級(jí)？如果將該儀表的最大引用誤差去掉“±”和“%”號(hào)后，其數(shù)值為1.2，由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有1.2級(jí)的儀表，該儀表的最大引用誤差大于1.0級(jí)儀表的允許誤差，所以該儀表的精確度等級(jí)為1.5級(jí)。

解：該儀表的最大引用誤差為:24例:

一臺(tái)精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程范圍為500℃~1200℃的電位差計(jì)，它的基本誤差是多少？解：則，該儀表的的基本誤差是：3.5℃根據(jù)儀表精度等級(jí)與基本誤差的關(guān)系有：25（5）測量范圍及量程儀表的測量范圍通常指檢測裝置所能夠測量的最小值與最大值之間的范圍。（區(qū)間）該范圍的最小值和最大值分別稱為測量下限和測量上限。量程：儀表測量范圍的上限及下限之差。（數(shù)值）3）工業(yè)檢測系統(tǒng)常用誤差分類及特點(diǎn)：系統(tǒng)誤差分類：系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差，粗大誤差系統(tǒng)誤差表現(xiàn)：在相同條件下，多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，其測量誤差的大小和符號(hào)保持不變

;或在條件改變時(shí)，重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，誤差按某一確定的規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因：測量工具本身性能不完善；安裝、布置、調(diào)整不當(dāng)或環(huán)境條件發(fā)生變化；測量方法不完善、或者測量所依據(jù)的理論本身不完善等；操作人員視讀方式不當(dāng)。（注意與粗大誤差的區(qū)別）系統(tǒng)誤差特點(diǎn)及處理：系統(tǒng)誤差可通過實(shí)驗(yàn)等方法被設(shè)法確定，并可以通過引入校正值（函數(shù)）、零點(diǎn)調(diào)整等方法排除（或減?。┫到y(tǒng)誤差對(duì)測量值的影響。

隨機(jī)誤差表現(xiàn)：在相同條件下多次重復(fù)測量同一被測參量時(shí)，測量誤差的大小與符號(hào)均無規(guī)律變化。隨機(jī)誤差產(chǎn)生原因：檢測儀器或測量過程中某些未知或無法控制的隨機(jī)因素綜合作用。(如儀器的某些元器件性能不穩(wěn)定，外界溫度、濕度變化，空中電磁波擾動(dòng)，電網(wǎng)的畸變與波動(dòng)等)特點(diǎn)及處理方法隨機(jī)誤差的變化通常難以預(yù)測，無法通過實(shí)驗(yàn)方法確定、修正和消除。隨機(jī)誤差服從某種統(tǒng)計(jì)規(guī)律(如正態(tài)分布、均勻分布、泊松分布等)。可以通過統(tǒng)計(jì)規(guī)律實(shí)現(xiàn)誤差估計(jì)。4）過程工業(yè)主要被測參數(shù)溫度，壓力，流量，物位，成分303.2溫度測量儀表溫度檢測方法2溫度儀表的選用33概述31313.2.1、概述溫度是表征物體或系統(tǒng)的冷熱程度的物理量。在工業(yè)生產(chǎn)中，溫度是表征工業(yè)過程狀態(tài)的重要參數(shù)。溫度檢測與控制是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)非常重要的問題。溫度溫度是熱力學(xué)參數(shù)，不能直接測量溫度或溫度變化直接影響物質(zhì)某些物理特性或參數(shù)（如長度、電阻、分子運(yùn)動(dòng)、輻射能）的變化。

溫度測量基本思路：選擇合適的物質(zhì)作為溫度敏感元件，通過測量其某一物理參數(shù)的變化間接獲得被測溫度值。32測溫儀表的分類:

從測量元件與被測介質(zhì)是否接觸的角度，溫度測量可分為：接觸式和非接觸式兩大類。接觸式測溫測溫原理：敏感元件直接置入溫度場中，兩種不同溫度的物體相互接觸，敏感元件的溫度將逐漸趨于溫度場溫度，導(dǎo)致敏感元件的物理性態(tài)或特性參數(shù)發(fā)生變化。通過測量這些變化實(shí)現(xiàn)溫度測量。特點(diǎn)：接觸式測量儀表簡單、可靠、測量精度高。但由于感溫元件在熱交換過程中，達(dá)到熱平衡的時(shí)間較長，因而有測量滯后現(xiàn)象。受到敏感元件物理化學(xué)性質(zhì)的限制，不適宜于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測溫，亦不能用于極高溫測量。33非接觸式測溫測溫原理：利用物體的熱輻射，通過對(duì)輻射能量的檢測實(shí)現(xiàn)溫度測量。特點(diǎn)：測溫范圍寬(從超低溫到極高溫)，測溫速度快，測溫設(shè)備復(fù)雜,易受粉塵、水氣等環(huán)境因素的影響測量誤差大。測溫方式測溫種類和儀表測溫范圍(℃)主要特點(diǎn)接觸式膨脹式玻璃液體-100～600結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量精度較高、價(jià)格低廉；測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能遠(yuǎn)傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊、牢固、可靠；測量精度較低、量程和使用范圍有限壓力式液體-40～600耐震、堅(jiān)固、防爆、價(jià)格低廉；工業(yè)用壓力式溫度計(jì)精度較低、測溫距離短、滯后大主要用于溫度連續(xù)測量氣體-100～500熱電阻鉑電阻-260～850測量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)；便于集中檢測和自動(dòng)控制；不能測高溫，須注意環(huán)境溫度的影響主要用于溫度的連續(xù)測量銅電阻-50～150半導(dǎo)體熱敏電阻-50～300靈敏度高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制主要用于溫度開關(guān)及溫度補(bǔ)償熱電效應(yīng)熱電偶-200～1800測溫范圍廣、測量精度高、便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中檢測和自動(dòng)控制；需自由端溫度補(bǔ)償，在低溫段測量精度較低主要用于溫度的連續(xù)測量非接觸式輻射式0～3500不破壞溫度場，測溫范圍大，可測運(yùn)動(dòng)物體的溫度；易受外界環(huán)境的影響，標(biāo)定較困難351）熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的測溫儀表。熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表，它以熱電偶作為測溫元件，再配以連接導(dǎo)線和顯示儀表或測量儀表構(gòu)成。3.2.2工業(yè)溫度檢測元件及測溫方法①熱電偶測溫原理熱電效應(yīng)：將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B連接成閉環(huán)回路，并將兩個(gè)接點(diǎn)分別置于溫度為T及T0的熱源中，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)或賽貝克效應(yīng)。②回路熱電勢(shì)構(gòu)成及描述熱電勢(shì)組成接觸電勢(shì)，溫差電勢(shì)接觸電勢(shì)：由于兩種材料的電子密度不同引起的在接觸面上發(fā)生材料間電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)：單一材料由于兩端溫度不同引起內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為溫差電勢(shì)?；芈窡犭妱?shì)回路電勢(shì)圖：回路熱電勢(shì)描述式（接觸電勢(shì)+溫差電勢(shì)）：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫差電勢(shì)比接觸電勢(shì)小很多，可忽略不計(jì)，（回路圖）熱電偶的電勢(shì)可表示為eAB(T0)=C結(jié)論：冷端溫度恒定時(shí)，輸出電勢(shì)僅是熱端溫度的函數(shù)T0為定值，小結(jié)：熱電偶回路產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件：

a.兩種不同的材料構(gòu)成回路，

b.兩端接點(diǎn)處溫度不同。熱電勢(shì)大小只與熱電材料及兩端溫度有關(guān)，與電偶絲長短及粗細(xì)無關(guān)。熱電極材料確定后熱電勢(shì)僅與冷、熱端溫度差有關(guān)。③熱電偶基本定律a.均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。

本定律說明，熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成。b.中間導(dǎo)體定律

斷開熱電偶回路，接入第三種導(dǎo)體C，若導(dǎo)體C兩端的溫度相等，則接入導(dǎo)體C后對(duì)熱電偶回路中的總電勢(shì)沒有影響。證明：回路總電勢(shì)等于各接點(diǎn)接觸電勢(shì)之和，即EABC(T,T0)=eAB(T)+eBC(T0)+eCA(T0)

T=T0時(shí)，回路熱電勢(shì)等于零（EABC(T0,T0)=0），即EABC(T0,T0)=eAB(T0)+eBC(T0)+eCA(T0)=0

eBC(T0)+eCA(T0)=-eAB(T0)故有：EABC(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0)=EAB(T,T0)同理，對(duì)于串入多種導(dǎo)線，只要引入兩端的溫度相同，熱電偶的熱電勢(shì)將保持不變。定理應(yīng)用：根據(jù)熱電偶的這一性質(zhì)，可以在熱電偶回路中引入各種儀表、連接導(dǎo)線等實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測量。在熱電偶的自由端接入一只測量電勢(shì)的儀表，并保證兩個(gè)接點(diǎn)的溫度一致就可以對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測量而不影響熱電偶的輸出。例:c.中間溫度定律熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T、T0時(shí)的熱電勢(shì)EAB(T，T0)等于熱電偶AB在接點(diǎn)溫度為T，TC和TC，T0的熱電勢(shì)EAB(T，TC)和EAB(TC，T0)的代數(shù)和即：EAB(T，T0)=EAB(T，TC)+EAB(TC

，T0)定理應(yīng)用：根據(jù)這一定律，只需列出熱電偶在參比端溫度為0℃的分度表，既可以求出參比端在其他溫度時(shí)的熱電偶的熱電勢(shì)。d.等值替代定律如果使熱電偶AB在某一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)等于熱電偶CD在同一溫度范圍內(nèi)所產(chǎn)生的熱電勢(shì)，即EAB(T，T0)===ECD(T，T0)則這兩支熱電偶在該溫度范圍內(nèi)可以互相代用。定理應(yīng)用：此定理提供了補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用的依據(jù)，補(bǔ)償導(dǎo)線作用：將熱電偶冷端延伸到某一恒溫點(diǎn)。④熱電偶測溫及溫度確定方法熱電偶測溫示意圖查分度表法：分度表：根據(jù)國際溫標(biāo)規(guī)定：T0=0℃時(shí)，用實(shí)驗(yàn)的方法測出各種不同熱電極組合的熱電偶在不同的熱端溫度下所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值，列成的表格。附錄2（p.252）給出了幾種常見的熱電偶分度表。參考函數(shù)法用函數(shù)式表示溫度與熱電勢(shì)的關(guān)系，稱為參考函數(shù)。44加入了第三種導(dǎo)線實(shí)際測溫時(shí)環(huán)境溫度不是0℃溫度確定方法45⑤常用熱電偶的種類根據(jù)國際電工委員會(huì)的推薦，目前我國已經(jīng)為8種熱電偶制定了標(biāo)準(zhǔn)，這8種熱電偶稱為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。

8種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶如下表3-2.4647⑥熱電偶的結(jié)構(gòu)普通工業(yè)用熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖3-8（a）所示。主要包括四個(gè)部分：熱電偶、絕緣管、保護(hù)管和接線盒。鎧裝熱電偶如圖3-8（b）所示。實(shí)物圖48⑦熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線及冷端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線及應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線在一定溫度范圍內(nèi)（0~100℃），具有與所匹配的熱電偶的熱電勢(shì)標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶絕緣包覆的導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用目的將熱電偶冷端延伸到一個(gè)溫度恒定點(diǎn)，或用其將熱電偶與測量裝置聯(lián)接，以削弱熱電偶冷端的溫度變化所產(chǎn)生的影響。補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用連接示意圖常用補(bǔ)償導(dǎo)線（P.43）49注意：為了保證熱電特性一致，補(bǔ)償導(dǎo)線要與熱電偶配套使用，極性不能接反，熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線連接處兩接點(diǎn)溫度必須保持相同，以免引起測量誤差。50熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶測溫過程存在的問題：

a.標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的分度表及與熱電偶配套使用的顯示儀表都是按熱電偶的冷端溫度為0℃刻度的。實(shí)際測溫過程冷端溫度并不為0℃。

b.測溫過程不能保證冷端溫度恒定。冷端補(bǔ)償目的：通過硬件或軟件手段消除熱電偶冷端溫度不為0℃時(shí)，或冷端溫度波動(dòng)對(duì)熱電偶測溫的影響。冷端補(bǔ)償主要方法：

a.自由端恒溫法

b.計(jì)算修正法

c.補(bǔ)償電橋法51

a．冰點(diǎn)恒溫法（自由端恒溫法）52確定熱電偶冷端溫度，測出熱電偶回路的電勢(shì)值，根據(jù)中間溫度定律，查表獲取當(dāng)前冷端溫度與間熱電偶應(yīng)發(fā)出熱電勢(shì)，通過計(jì)算獲取在冷端溫度為0℃時(shí)當(dāng)前熱端溫度下熱電偶應(yīng)產(chǎn)生的熱電勢(shì)，進(jìn)而求得被測實(shí)際溫度。基本計(jì)算公式：b．計(jì)算校正法EAB(T，0)=EAB(T，T0)+EAB(T0，0)熱電偶發(fā)出熱電勢(shì)查表值，熱端為T0，冷端為0℃時(shí)電偶發(fā)出熱電勢(shì)53例題：利用鉑銠10-鉑熱電偶測量某一爐溫，已知冷端溫度t0=20℃，測得的熱電勢(shì)E(t,t0)=9.819mV，求被測爐溫的實(shí)際值。解：查熱電偶的分度表知：

E(20,0)=0.113mV總熱電勢(shì)：

E(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=9.819+0.113

=9.932mV被測溫度（查分度表）：

t=1030℃（E=9.819，T=1020℃）54練習(xí)題1用鉑銠10-鉑(分度號(hào)S)的熱電偶測溫，已知參比端溫度為20℃，測得熱電勢(shì)E(t,20)=11.30mV，試求被測溫度t？解：查熱電偶的分度表知：E(20,0)=0.113mVE(t,0)=E(t,20)+E(20,0)=11.30+0.113=11.413mV查表知：t=1155℃55練習(xí)題2用鎳鎘-鎳硅(分度號(hào)K)的熱電偶測溫，已知參比端溫度為25℃，檢測端溫度為506℃，求產(chǎn)生的熱電勢(shì)是多少？解：查熱電偶的分度表知：

E(506,0)=20.896mV

E(25,0)=1.000mVE(506,25)=E(506,0)-E(25,0)=20.896-1.000=19.896mV56

c．補(bǔ)償電橋法補(bǔ)償電橋法是利用補(bǔ)償電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來抵消熱電偶回路冷端不為零或波動(dòng)帶來的影響。572)熱電阻溫度計(jì)測溫原理：熱電阻溫度計(jì)是基于導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度而變化的特性來測量溫度的。熱電阻溫度計(jì)以熱電阻為感溫元件，并配以相應(yīng)的顯示儀表和連接導(dǎo)線所組成。主要介紹：工業(yè)常用金屬熱電阻及特點(diǎn)金屬熱電阻的引線半導(dǎo)體熱敏電阻58①常用金屬熱電阻

工業(yè)中常用的熱電阻主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱電阻。金屬熱電阻：大多數(shù)金屬具有正的電阻溫度系數(shù)，溫度越高電阻值越大。一般溫度每升高1℃，電阻約增加0.4％～0.6％。半導(dǎo)體熱敏電阻：由半導(dǎo)體制成的熱敏電阻大多具有負(fù)溫度系數(shù)，溫度每升高1℃，電阻約減少2％～6％。熱電阻測溫主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)靈敏度高，易于連續(xù)測量，無須參比溫度；金屬熱電阻穩(wěn)定性高，互換性好，精度高。缺點(diǎn)：需要電源激勵(lì)，有自熱現(xiàn)象，測量溫度不能太高。a.鉑熱電阻分度號(hào)：Pt10

：R0=10ΩPt100

：R0=100Ω溫度-阻值分度式：-200～0℃：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]0～850℃：Rt=R0(1+At+Bt2)式中Rt

和R0分別為t℃和0℃時(shí)鉑電阻的電阻值；A、B和C為常數(shù)。常數(shù)規(guī)定（ITS一90）：A=3.9083×10-3/℃B=－5.775×10-7/℃2C=－4.183×10-12/℃4測溫范圍：工業(yè)用鉑電阻溫度計(jì)的使用范圍是-200～850℃。鉑熱電阻特性：精度高，穩(wěn)定性好，性能可靠；電阻與溫度為非線性關(guān)系；溫度越高，電阻的變化率越小；鉑在還原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很容易被從氧化物中還原出來的蒸氣所沾污，使鉑絲變脆，并改變它的電阻與溫度間的關(guān)系。（550℃以上只適合在氧化環(huán)境中使用，真空和還原性介質(zhì)將導(dǎo)致電阻值迅速漂移）b.銅電阻銅電阻分度號(hào)

Cu50：R0=50ΩCu100：R0=100Ω溫度-阻值分度式：Rt=R0(1+At+Bt2+Ct3)或Rt

=R0(1+αt)式中:A=4.28899×10－3/℃B=-2.133×10－7/℃2C=1.233×10－9/℃3α=4.28×10－3/℃測溫范圍：工業(yè)用銅電阻溫度計(jì)的使用范圍是-50～150℃（線性區(qū)域）銅熱電阻溫度計(jì)特點(diǎn)：溫度系數(shù)大，而且?guī)缀醪浑S溫度而變，銅熱電阻的特性比較接近直線銅容易加工和提純，價(jià)格便宜，溫度測量范圍較窄。（高于250℃電阻本身易于氧化）63c.鎳電阻鎳電阻的電阻率及溫度系數(shù)比鉑和銅大得多，因而具有較高的靈敏度，且體積可以做的較小。一般測溫范圍：-50~180℃.②金屬熱電阻的引線形式及接線工業(yè)用熱電阻自身阻值較小，常安裝在離控制室較遠(yuǎn)的生產(chǎn)現(xiàn)場，因此環(huán)境變化引起的熱電阻引線電阻的變化對(duì)測量結(jié)果有較大的影響。熱電阻引線熱電阻的外引線有兩線制、三線制及四線制三種形式。64熱電阻接線兩線制接線65兩線制熱電阻配線簡單，安裝費(fèi)用低，但環(huán)境干擾會(huì)引進(jìn)引線電阻的附加誤差。兩線制熱電阻不適用于高精度測溫場合使用。并且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過長。采用三線制熱電阻的測溫電橋如圖所示，引線電阻的變化同時(shí)引進(jìn)電橋相鄰的兩臂，可以消除引線電阻的影響，測量精度高于兩線制。目前三線制在工業(yè)檢測中應(yīng)用最廣。一般，在測溫范圍窄或?qū)Ь€長，導(dǎo)線途中溫度易發(fā)生變化的場合必須考慮采用三線制熱電阻。66三線制熱電阻接線四線制熱電阻接線方式四線制引線方式主要用于高精度溫度檢測。如圖，其中兩根引線為熱電阻提供恒流源，在熱電阻上產(chǎn)生的壓降U=RtI,通過另兩根引線引至電位差計(jì)進(jìn)行測量。因此，其電阻測量線路上沒有電流，可完全消除引線電阻對(duì)測量的影響。67四線制熱電阻與電位差計(jì)結(jié)合的的測溫電路如圖所示。

金屬熱電阻的使用特點(diǎn)輸出信號(hào)增量較大，易于測量。金屬熱電偶穩(wěn)定性高、精度高；互換性好。工業(yè)測溫用金屬熱電阻一般采用三線制接線。熱電阻的感溫體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大，熱慣性大，不適宜應(yīng)用于體積狹小場合和溫度變化快的過程的溫度測量，抗機(jī)械沖擊與振動(dòng)性能也較差；熱電阻適于低溫段測量。68③

半導(dǎo)體熱敏電阻熱敏電阻是利用金屬氧化物或某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的升高而減小(或升高)的特性制成的。一般熱敏電阻的測溫范圍是-100～300℃。熱敏電阻種類

NTC型熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻PTC型熱敏電阻：正溫度系數(shù)熱敏電阻CTR型熱敏電阻：負(fù)溫度系數(shù)臨界溫度熱敏電阻69熱敏電阻特點(diǎn)：半導(dǎo)體熱敏電阻具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高。溫度系數(shù)大。NTC型熱敏電阻的電阻溫度系數(shù)都在-3×10-2～-6×10-2／℃之間，是金屬熱電阻的十多倍，因此可大大降低對(duì)顯示儀表的精度要求；電阻值高。半導(dǎo)體熱敏電阻在常溫下的阻值很大，通常在數(shù)千歐以上，引線電阻幾乎對(duì)測溫沒有影響，不必采用三線制或四線制，給使用帶來了方便；體積小，熱慣性也小，時(shí)間常數(shù)通常在0.5～3s；結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，使用壽命長。70半導(dǎo)體熱敏電阻的缺點(diǎn)：互換性較差，雖然近幾年有明顯的改善，但與金屬熱電阻相比仍有較大差距；非線性嚴(yán)重；溫度測量范圍有一定限制，目前只能達(dá)到-50～300℃左右。72④

熱電阻的結(jié)構(gòu)73熱電偶熱電阻

mvR溫度變送器DDZ-Ⅲ4-20mA3）溫度變送器溫度變送器與熱電偶和熱電阻配套使用的儀表，主要作用是將溫度檢測元件的電信號(hào)（mv或R)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4-20mA電流信號(hào)，作為顯示或調(diào)節(jié)儀表的輸入信號(hào)。74智能化溫度變送器核心部件：微處理器特點(diǎn)：

1、與任一種測溫元件都可配套

2、功能廣泛：零點(diǎn)遷移、量程調(diào)整、溫度補(bǔ)償、線性化補(bǔ)償?shù)取?/p>

隨著工廠自動(dòng)化水平的提高，智能溫度變送器的應(yīng)用會(huì)越來越多。75產(chǎn)品特點(diǎn)：一體化溫度變送器將溫度傳感元件（熱電阻或熱電偶）與信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元有機(jī)集成在一起，除輸出與溫度成線性的4~20mA信號(hào)之外，同時(shí)具有現(xiàn)場顯示功能。信號(hào)準(zhǔn)確、可遠(yuǎn)傳（最大1000米），該系列產(chǎn)品分普通型和隔爆型兩種。熱電阻測量范圍：

<Pt100>-200℃~﹢450℃

<Cu50>-50℃~﹢150℃熱電偶測量范圍：<K>0℃~﹢1200℃

<E>0℃~﹢800℃

<S>0℃~﹢1600℃

<B>0℃~﹢1800℃

供電電源：24VDC±10%

測量精度：

<熱電阻>±0.25%±0.5%

<熱電偶>±0.75%

儀表型號(hào)：數(shù)顯一體化溫度變送器763.2.3溫度測量儀表的選用正確選型由現(xiàn)場工作條件確定選擇接觸式還是非接觸式溫度計(jì)。接觸式：根據(jù)溫度測量范圍和精度要求合理的選擇感溫元件。高溫:熱電偶，低溫：熱電阻。77課程小結(jié)了解溫度的主要測量方法及常用儀表的基本工作原理、特點(diǎn)、使用場合、選用原則和要求等。重點(diǎn)掌握熱電偶及熱電阻的測溫原理、熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償問題。783.3壓力測量儀表壓力檢測方法2壓力儀表的選用33概述31793.3.1概述1）壓力及壓力單位工程技術(shù)中所稱的“壓力”，實(shí)質(zhì)上就是物理學(xué)中的“壓強(qiáng)”，是指介質(zhì)垂直均勻作用于單位面積上的力。壓力常用字母p表示，其表達(dá)式為

p=F/S式中F,S―分別為作用力和作用面積。單位：壓力的國際單位為“帕斯卡”，簡稱“帕”（Pa）。工程界長期使用許多不同的壓力計(jì)量單位。如“工程大氣壓”、“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”、“毫米汞柱”等。80壓力單位轉(zhuǎn)換對(duì)照表812）工業(yè)生產(chǎn)過程中壓力描述：①絕對(duì)壓力pab

是指物體實(shí)際所承受的全部壓力。②表壓力pe

表壓力是一個(gè)相對(duì)壓力，它以環(huán)境大氣壓力為參照點(diǎn)。實(shí)質(zhì)上是絕對(duì)壓力與環(huán)境大氣壓力的差壓。它們之間的關(guān)系為

p表壓=p絕對(duì)-p大氣在工程實(shí)際中，所說的壓力通常是指表壓，即壓力表上的讀數(shù).

③負(fù)壓（或真空度）pv

在工程中，我們習(xí)慣于把絕對(duì)壓力低于環(huán)境大氣壓力的差壓稱為負(fù)壓力。是指真空表上的讀數(shù)。

p真空=p大氣-p絕對(duì)82pe表示表壓，用pv

表示負(fù)壓（或真空度），pab

表示絕對(duì)壓力、用Patm

表示環(huán)境大氣壓力，用△p表示任意兩個(gè)壓力之差。833）壓力表分類測量壓力的儀表種類很多，按轉(zhuǎn)換原理可大致分為以下四種：①液柱式壓力表原理：液柱式壓力表是根據(jù)靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度來測量壓力的。種類：

U型管、單管、斜管壓力計(jì)等。應(yīng)用：測量低壓，真空度，壓力差84②彈性式壓力表原理：根據(jù)彈性元件受力變形的原理，用彈性元件作為壓力敏感元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件位移的一種檢測方法。常見種類及應(yīng)用：彈簧管壓力表，主要用于現(xiàn)場壓力測量顯示，可測量低、中、高壓，波紋管壓力表、膜片（膜盒）式壓力表。用于低、中壓，壓差測量85③活塞式壓力計(jì)原理：活塞式壓力計(jì)是利用流體靜力學(xué)中的液壓傳遞原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加砝碼的重量進(jìn)行壓力測量的。用途：這類測壓儀表的測量精度很高，允許誤差可小到0.05％-0.02%。普遍用作標(biāo)準(zhǔn)壓力儀器對(duì)其他壓力表或壓力傳感器進(jìn)行校驗(yàn)和標(biāo)定。86④壓力傳感器和壓力變送器原理：壓力傳感器和壓力變送器是利用物體某些物理特性，通過不同的轉(zhuǎn)換元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)的變化來間接測量壓力。根據(jù)轉(zhuǎn)換元件的不同，壓力傳感器和壓力變送器可分為電阻式、電容式、應(yīng)變式、電感式、壓電式、霍爾片式等多種形式。871）彈性式壓力表測壓原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來度量被測壓力的。當(dāng)彈性元件受壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號(hào)。彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，價(jià)格便宜，測壓范圍寬，被測壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中占有統(tǒng)治地位。3.3.2壓力檢測方法88彈性檢測元件89①單圈彈簧管壓力表原理：其截面一般為扁圓形或橢圓形，管子自由端封閉，作為位移輸出端，彈簧管的另一端固定，作為被測壓力的輸入端，當(dāng)被測壓力從輸入端通入后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下將趨于圓形，因而彎成弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形。其自由端就從B移到B’。從而將壓力變化轉(zhuǎn)換成位移量，壓力越大，位移量越大。90測量參數(shù)：負(fù)壓、微壓、低壓、中壓、高壓（1000MPa）精度等級(jí)：最高0.1級(jí)91②波紋管壓力表原理：在波紋管中引入壓力時(shí)，其自由端產(chǎn)生伸縮變形，可以得到較大的線位移，但壓力—位移特性的線性不如彈簧管。波紋管壓力表結(jié)構(gòu)92特點(diǎn)：靈敏度較高，測量參數(shù)：差壓、壓力測量范圍：

0~0.4MPa精度等級(jí)：

1.5~2.5級(jí)93③膜片：

單膜片測壓元件主要用于低壓的測量，一般使用金屬膜片，也有橡膠膜片。膜片式壓力計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：可測微壓和粘滯性介質(zhì)壓力。膜片工作原理圖實(shí)物圖儀表應(yīng)用94由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路等部分構(gòu)成，能夠?qū)⒚舾性惺艿膲毫π盘?hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的設(shè)備。根據(jù)敏感元件和信號(hào)轉(zhuǎn)換方式不同定義了多種壓力變送器。①電容式壓力變送器差動(dòng)平板電容器的工作原理差動(dòng)平板電容器共有三個(gè)極板，其中中間電極板為活動(dòng)電極板，兩端為固定電極板。初始狀態(tài)下，活動(dòng)極板正好位于兩固定電極板的中間。2）

壓力變送器每個(gè)電容的容量為:95當(dāng)受到外界作用，中間的活動(dòng)電極板將產(chǎn)生一個(gè)微小的位移：其兩個(gè)電容的差值為規(guī)律：電容變化量和活動(dòng)極板的位移成正比。96電容式差壓變送器傳感器結(jié)構(gòu)2、3-不銹鋼基座1、4-紋波隔離膜片5、-玻璃層6、-金屬薄膜（固定極板）7、-測量膜片（活動(dòng)極板）引線，將電容變化信號(hào)送到轉(zhuǎn)換電路部分97②擴(kuò)散硅壓力變送器擴(kuò)散硅壓力變送器依據(jù)應(yīng)變?cè)砉ぷ鲬?yīng)變?cè)恚寒?dāng)電阻體（導(dǎo)體、半導(dǎo)體）在外力作用下，產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值也將隨之發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱之為電阻應(yīng)變效應(yīng)。通過檢測電阻變化量即可得知其受力情況。

金屬材料的影響主項(xiàng)半導(dǎo)體材料的影響主項(xiàng)外力作用下電阻變化：由材料力學(xué)有電阻相對(duì)變化：應(yīng)變定義：98圖3-20擴(kuò)散硅壓力變送器測壓原理圖擴(kuò)散硅壓力變送器檢測部件的原理結(jié)構(gòu)圖硅杯膜片上按特定方向排列4個(gè)等值電阻。電阻布置如圖（b）所示。99硅杯設(shè)計(jì)時(shí)，取

R1=R2=R3=R4=R，

當(dāng)壓力為零時(shí)，橋路輸出為：有外力作用，根據(jù)應(yīng)變?cè)?，電阻值改變，設(shè)定電阻變化量相等，即△R1=△R2=△R3=△R4=△R，則橋路失去平衡，輸出電壓為：無外力作用，橋路平衡，U=0。上式表明橋路的輸出電壓與應(yīng)變電阻的變化量成正比。注意：應(yīng)變式壓力傳感器有較明顯的溫漂和時(shí)漂。因此，這種壓力傳感器較多地用于動(dòng)態(tài)壓力檢測。100③智能壓力變送器以微處理器為基礎(chǔ)，具有自檢、溫度補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換、計(jì)算等功能的壓力測量儀表。

ST3000系列智能壓力變送器構(gòu)成圖：101智能壓力變送器特點(diǎn)：精度高，穩(wěn)定性好使用方便高量程比：400:11023.3.3、壓力測量儀表的選擇和使用1）壓力表的選擇原則符合工藝過程的技術(shù)要求，同時(shí)做到“厲行節(jié)約，降低投資”的原則。主要考慮：（1）介質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)，如溫度高低、粘度大小、臟污程度、腐蝕性，是否易燃易爆、易結(jié)晶等。（2）對(duì)壓力測量的要求，如被測壓力范圍、精度以及是否需要遠(yuǎn)傳、記錄或上下限報(bào)警等。（3）現(xiàn)場環(huán)境條件，如高溫、腐蝕、潮溫、振動(dòng)、電磁場等。（4）量程選擇原則最大壓力值不超過儀表滿量程的2/3。壓力最小值應(yīng)不低于全量程的1/3。103例題例1若選用彈簧管壓力表來測量某設(shè)備內(nèi)的壓力，已知被測壓力為（0.7~1）x106Pa，要求測量的絕對(duì)誤差不得超過0.02X106Pa，試確定該壓力表的測量范圍及精度等級(jí)?？晒┻x用的測量范圍有:

0~0.6x106Pa,0~1x106Pa,0~1.6x106Pa,0~2.5x106Pa104選擇量程為0~1.6x106Pa的儀表。精度選擇：要求儀表的允許誤差為解：量程選擇：

由題意知壓力波動(dòng)較大，根據(jù)量程選擇原則，設(shè)：儀表量程為A，有選擇精度為1.0級(jí)的壓力表105練習(xí)題1.采用彈簧管壓力表測量某容器的壓力，工藝要求其壓力為1.2±0.05Mpa，試選擇合適的壓力表。可供選用的測量范圍有:

0

~

0.6×106Pa，0

~

1×106Pa，0

~

1.6×106Pa，0

~

2.5×106Pa選擇量程為0~2.5x106Pa的儀表。精度選擇：解：由壓力量程選擇原則可知：壓力上限=（1.25*3/2)Mpa=1.875Mpa選擇精度為1.5級(jí)的儀表。106課程小結(jié)壓力測量：了解各類壓力測量的基本工作原理，變送器的構(gòu)成和傳送方式；重點(diǎn)掌握壓力表的量程和精度的選擇使用。了解測量過程，掌握儀表的性能指標(biāo)。1073.4流量測量儀表流量檢測方法2概述31差壓式流量計(jì)容積式流量計(jì)浮子式流量計(jì)電磁流量計(jì)渦街流量計(jì)1083.4.1概述體積流量qv

：指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面流體的體積數(shù)。其常用單位為m3/h。質(zhì)量流量qm：指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面流體的質(zhì)量數(shù)。其常用單位為kg/h。體積流量與質(zhì)量流量之間的關(guān)系為：在工程應(yīng)用中，流量通常指單位時(shí)間內(nèi)通過管道某一截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)流量。用體積流量和質(zhì)量流量來表示。ρ：流體密度109流體總量在某段時(shí)間內(nèi)流體通過的體積或質(zhì)量總量稱為累積流量或流過總量。描述式：

流量測量基本方法分類流量檢測體積流量質(zhì)量流量直接法

(容積)間接法直接法(推導(dǎo)法)間接法

(速度)測定單位時(shí)間內(nèi)排出的標(biāo)準(zhǔn)固定體積的數(shù)量。測定管道內(nèi)流體平均流速，并乘以管道截面積。檢測元件輸出信號(hào)直接反映質(zhì)量流量。同時(shí)測量兩個(gè)相關(guān)參數(shù)，通過運(yùn)算求取質(zhì)量流量速度式差壓式根據(jù)流體力學(xué)理論，通過截流元件前后壓差反映流量。111流量檢測方法3.4.2差壓式流量計(jì)在流量測量中，差壓式流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的一種流量儀表。1）差壓式流量計(jì)構(gòu)成及流量測量差壓式流量測量示意圖測量依據(jù)：利用流體在管道中通過節(jié)流元件（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)系測量流體流量。節(jié)流元件（阻力件）導(dǎo)壓及保護(hù)裝置差壓測量裝置管道2）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件國際上規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件演示文丘里管流量計(jì)工作原理孔板流量計(jì)工作原理3）節(jié)流式流量測量檢測原理（以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例）①原理示意圖截面1：流體未受節(jié)流件影響，流束充滿管道，參數(shù)：A1，p1，v1，ρ1截面2：經(jīng)節(jié)流件后流束收縮的最小截面，參數(shù)：A2，p2，v2，ρ2截面3：永久的壓力損失δp。②流量方程設(shè)流體為不可壓縮的理想流體；流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)流體不對(duì)外作功；與外界沒有熱能交換；流體本身沒有溫度變化。根據(jù)伯努利方程，水平管道能量方程式及連續(xù)性方程：

ρ：流體密度；

ρ1=ρ2=ρA1：管道截面積，A2：最小收縮截面面積注意:面積A2無法準(zhǔn)確獲得，近似地用節(jié)流元件開孔面積A0替代A2，管道流體平均流速流量方程（流量與差壓之間的關(guān)系式）引入壓縮因子ε，（不可壓縮流體ε=1）體積流量：質(zhì)量流量：1164）差壓式流量計(jì)的安裝及投運(yùn)①安裝主要包括節(jié)流元件、導(dǎo)壓管、保護(hù)裝置的安裝節(jié)流元件安裝要求節(jié)流裝置僅適用于測量圓形管道流量，且節(jié)流件開孔軸線必須與管道同軸。節(jié)流件方向不能裝反；管道內(nèi)部不得有突入物；節(jié)流件裝置附近不得安裝測溫元件或開設(shè)其他測壓口。為了減少流體波動(dòng)對(duì)測量的影響，要求在節(jié)流元件前后應(yīng)保留一定長度的直管段（大于前10D，后5D）。b.引壓管路的安裝引壓導(dǎo)管應(yīng)按被測流體的性質(zhì)和參數(shù)要求使用耐壓、耐腐蝕的管材，引壓管內(nèi)徑不得小于6mm，長度最好在16m以內(nèi)。引壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，其傾斜度不得小于1：12，傾斜方向視流體而定。c.差壓計(jì)保護(hù)裝置安裝及投運(yùn)差壓計(jì)與節(jié)流元件之間應(yīng)加裝三閥組。117投運(yùn)步驟開表：開平衡閥→同時(shí)開兩側(cè)切斷閥→關(guān)平衡閥停表：開平衡閥→同時(shí)關(guān)兩側(cè)切斷閥

②差壓計(jì)安裝示意圖a.被測流體是液體管道下半部取壓，保證導(dǎo)壓管內(nèi)充滿液體b.被測流體為氣體管道頂部取壓，保證導(dǎo)壓管中僅有氣體

c.蒸汽流量測量保證導(dǎo)壓管內(nèi)冷凝水位相同。

1213.4.3容積式流量計(jì)

容積式流量計(jì)，又稱定排量流量計(jì)。利用機(jī)械測量元件，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)目來實(shí)現(xiàn)流量的計(jì)量。典型容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、刮板式流量計(jì)

1）橢圓齒輪式流量計(jì)構(gòu)成及工作原理構(gòu)成：測量本體由一對(duì)相互嚙合的橢圓齒輪和殼體組成，122工作原理2）流量測量橢圓齒輪每旋轉(zhuǎn)一周，流量計(jì)將排出4個(gè)初月形(測量室)體積的流體。流量方程式：n：單位時(shí)間內(nèi)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)V0：初月形測量室容積；1233）橢圓齒輪流量計(jì)特點(diǎn)適于測量液體介質(zhì)，尤其適于測量高粘度清潔液體。容積式流量計(jì)測量精度較高。流量計(jì)基本誤差：±0.2％~±0.5％，量程比：l0:1。工作溫度：＜120℃避免被測介質(zhì)含有臟污物或顆粒狀，以防止早期磨損或損壞儀表，或加裝過濾器，以保證測量的準(zhǔn)確性。具有一定的泄漏量。1241）工作原理浮子流量計(jì)是由一根自下向上擴(kuò)大的垂直錐管和一個(gè)可以上下自由浮動(dòng)的浮子所組成。工作原理:

基本檢測依據(jù)：節(jié)流原理轉(zhuǎn)子的重量不變，平衡時(shí)節(jié)流元件（轉(zhuǎn)子）上下的差壓值基本保持不變。錐形管通道，不同流量對(duì)應(yīng)不同平衡位置，對(duì)應(yīng)不同的節(jié)流面積。屬恒壓降、變截面流量計(jì)。3.4.4浮子(轉(zhuǎn)子)流量計(jì)2）流量方程：①流體流動(dòng)速度（環(huán)形區(qū)域）根據(jù)浮子受力分析

f1：浮子重力，f2：浮子所受浮力f3：流體作用于浮子垂直向上的阻力②

流體流通面積（環(huán)形區(qū)域）③

流體流量方程式環(huán)形流通面流體流速126玻璃管、金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)的應(yīng)用特點(diǎn)適用于中小管徑和低雷諾數(shù)的中小流量測量；對(duì)直管段的要求不高，刻度近似線性；壓力損失小且恒定，靈敏度高，量程比寬(10:1)；儀表基本誤差為量程的1%~2%，精度一般在1.5級(jí)左右。儀表受被測介質(zhì)密度、粘度、溫度、壓力、安裝質(zhì)量等因素的影響較大轉(zhuǎn)子流量計(jì)要求垂直安裝。注意：浮子流量計(jì)出廠時(shí)其刻度是按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水或空氣標(biāo)定的，實(shí)際使用前，需按照實(shí)際測量介質(zhì)的密度及環(huán)境因素，對(duì)儀表刻度指示值重新標(biāo)定。1273.4.5電磁流量計(jì)1）測量原理及流量方程a.測量原理電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)，其測量原理如圖所示。感應(yīng)電勢(shì)：K：常數(shù)；B：磁感應(yīng)強(qiáng)度；D：管道內(nèi)徑；

u：流體平均流速。b.流量方程

k：儀表常數(shù)；注意：上式必須符合以下假定條件時(shí)才成立，即：磁場是均勻分布的恒定磁場；被測流體是非磁性的；流速軸為對(duì)稱分布；流體電導(dǎo)率均勻且各向同性。3）電磁流量計(jì)的特點(diǎn)壓力損失極小，測量導(dǎo)管內(nèi)無可動(dòng)部件或突出于管道內(nèi)部的部件；適用于含有顆粒、懸浮物（紙漿、礦漿、煤粉）等流量測量，可以測量酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)；流量計(jì)的輸出電流與體積流量成線性關(guān)系，并且不受液體的溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)的影響；電磁流量計(jì)的量程比一般為10：1，精度較高的量程比可達(dá)100:1；測量口徑范圍大，可以從lmm到2m以上，特別適用于lm以上口徑的水流量測量；測量精度一般優(yōu)于0.5％；電磁流量計(jì)反應(yīng)迅速，可以測量脈動(dòng)流量；被測流體必須是導(dǎo)電的，不能測量氣體、蒸汽和石油制品等的流量；一般使用溫度為0～200℃；最高工作壓力有一定限制。結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜3.4.6渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)是利用流體振蕩的原理進(jìn)行流量測量，是一種正在得到廣泛應(yīng)用的流量儀表。1）組成渦街流量計(jì)的主體是漩渦發(fā)生體。

流體流過漩渦發(fā)生體時(shí)，在其兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，并隨著流體流動(dòng)，在下游形成兩列不對(duì)稱的漩渦列，稱之為“卡門渦列”或“渦街”。旋渦發(fā)生體管道在均勻流動(dòng)的流體中，垂直地插人一個(gè)具有非流線型截面的柱體，稱為漩渦發(fā)生體。渦街示意圖：渦街特點(diǎn)：根據(jù)馮·卡門的理論證明，當(dāng)兩列漩渦之間的距離h和同列中相鄰漩渦的間距L滿足關(guān)系h／L=0.281時(shí)，渦街是穩(wěn)定的。2）檢測原理實(shí)驗(yàn)證明，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，穩(wěn)定的漩渦產(chǎn)生頻率（f）與漩渦發(fā)生體形狀和流體流速u的關(guān)系如下：d：漩渦發(fā)生體的特征尺寸；

St：稱為斯特羅哈爾數(shù)。

St與漩渦發(fā)生體形狀及流體雷諾數(shù)有關(guān)，并且在一定的雷諾數(shù)的范圍（500-150000）內(nèi)，St值基本不變。結(jié)論：漩渦產(chǎn)生的頻率僅決定于流體的流速u和漩渦發(fā)生體的特征尺寸，而與流體的物理參數(shù)如溫度、壓力、密度、粘度及組成成分無關(guān)。3）流量方程式設(shè)漩渦發(fā)生體為圓柱體，直徑為d，管道內(nèi)徑為D，流體的平均流速為u，則在漩渦發(fā)生體處的流通截面積流量方程式：當(dāng)d／D<0.3時(shí)，可近似為根據(jù)4）渦街流量計(jì)的特點(diǎn)渦街流量計(jì)適用于氣體、液體和蒸汽介質(zhì)的流量測量，其測量幾乎不受流體參數(shù)(溫度、壓力、密度、粘度)變化的影響。渦街流量計(jì)在儀表內(nèi)部無可動(dòng)部件，使用壽命長；壓力損失小；輸出為頻率信號(hào)；有較寬的范圍度（30:1）；測量精度比較高，為±0.5％～±1％。流體流速分布情況和脈動(dòng)情況將影響測量準(zhǔn)確度，旋渦發(fā)生體被玷污也會(huì)引起誤差。在儀表安裝要求上、下游有一定的直管段，下游長度為5D，上游長度根據(jù)阻力件形式而定，約15D～40D，上游不應(yīng)設(shè)流量調(diào)節(jié)閥。136課程小結(jié)流量測量：了解各類流量計(jì)的工作原理和特點(diǎn)；重點(diǎn)掌握差壓式流量計(jì)的測量原理、流量方程式和投運(yùn)。

1373.5物位測量儀表物位檢測方法2概述31靜壓式液位計(jì)磁浮子式液位計(jì)電容式物位計(jì)其他物位測量儀表331381）

物位的定義：物位是液位、料位、界位的總稱。液位：指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。料位：指設(shè)備和容器中所儲(chǔ)存的塊狀、顆粒或粉末狀固體物料的堆積高度。界位：描述界面位置。一般指容器中液一液、液一固相界面的位置。物位檢測儀表：對(duì)物位進(jìn)行測量、指示的儀表。3.5.1概述1392）物位檢測儀表的分類：由于被測對(duì)象種類繁多，檢測的條件和環(huán)境也有很大差別，所以物位檢測的方法有多種多樣。①按測量方式分類：連續(xù)測量和定點(diǎn)測量連續(xù)測量方式能持續(xù)測量物位的變化，實(shí)時(shí)反映物位狀態(tài)。檢測工藝設(shè)備中介質(zhì)物位，為工業(yè)控制提供必要的依據(jù)數(shù)據(jù)；檢測料罐儲(chǔ)量，為經(jīng)濟(jì)核算提供必要的數(shù)據(jù)；定點(diǎn)測量方式僅檢測物位是否達(dá)到某個(gè)特定位置，定點(diǎn)測量儀表一般稱為物位開關(guān)。主要應(yīng)用于檢測儲(chǔ)罐及工藝設(shè)備內(nèi)物位，實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制和報(bào)警140②按工作原理分類，物位檢測儀表有直讀式、浮力式、靜壓式、電磁式、聲波式、輻射式等。直讀式物位檢測儀表基于連通器原理，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。主要用于液位的就地指示。方法可靠、準(zhǔn)確。靜壓式物位檢測儀表基于流體靜力學(xué)原理。通過物位高度與對(duì)設(shè)定面（測壓參考點(diǎn)）形成的靜壓力關(guān)系測量物位。主要用于流體的液位和界位檢測。典型儀表：壓力式、吹氣式和差壓式等型式。141浮力式物位檢測儀表基于阿基米德定律。浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液面變動(dòng)時(shí)其浮子位置或浮筒所受浮力會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。據(jù)此檢測液位。主要用于液位測量。典型儀表：浮子式液位計(jì)、浮(沉)筒式液位計(jì)等。電氣式物位儀表通過檢測置于被測介質(zhì)中的物位敏感元件隨物位變化時(shí)電量變化檢測物位?？蓱?yīng)用于液位、界位、料位的測量。典型儀表：電容式式物位計(jì)142聲波式物位儀表:基于聲學(xué)回聲原理，利用聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在界面的反射特性來檢測物位。可應(yīng)用于液位、界位、料位的測量典型儀表：超聲波物位計(jì)輻射式物位儀表:利用射線透過物質(zhì)時(shí)其能量被部分吸收的性質(zhì)，通過檢測放射性同位素所放出的射線穿過被測介質(zhì)時(shí)能量衰減程度檢測物位?？捎糜谝何?、料位的非接觸測量。典型儀表：射線式物位計(jì)1433.5.2

物位檢測方法1）靜壓式液位計(jì)①工作原理靜壓式液位計(jì)是根據(jù)液體在容器內(nèi)的液位與液柱高度產(chǎn)生的靜壓力成正比的原理進(jìn)行工作的。

A：實(shí)際液面，B：零液位，H：液柱高度，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，A、B兩點(diǎn)的壓力差為

pA、pB：A點(diǎn)、B點(diǎn)靜壓力ρ：液體密度原理圖：主要應(yīng)用儀表：壓力變送器、差壓變送器②液位測量A、敞口容器的液位測量：原理圖：144液位描述式：注意事項(xiàng)：液體密度應(yīng)為定值，否則會(huì)引起誤差。壓力儀表應(yīng)與零液位點(diǎn)在同一水平面。P：壓力表示值（取壓平面上的靜壓力）B.密閉容器液位測量：特點(diǎn)：容器測壓點(diǎn)的靜壓力與液位高度及液面以上介質(zhì)(氣體)壓力有關(guān)?？紤]A、B兩點(diǎn)間壓力差結(jié)論：密閉容器場合，可以用測量差壓的方法來測量液位。PA差壓變送器差壓變送器高壓側(cè)信號(hào)差壓變送器低壓側(cè)信號(hào)③變送器量程遷移問題的提出：舉例：表現(xiàn)：由于安裝和介質(zhì)特性引入了附加靜壓，零液位時(shí)變送器感受非零輸入，儀表輸出非零。

量程遷移作用：使變送器在只受附加靜壓(靜壓差)作用時(shí)輸出為“零”ρ2ρ1ρ1ρ1量程遷移的種類無遷移：無附加靜壓差正遷移：附加靜壓力作用于變送器的正壓室（零液位時(shí)正壓室受壓大于負(fù)壓室）。負(fù)遷移：附加靜壓力作用于變送器的負(fù)壓室（零液位時(shí)負(fù)壓室受壓大于正壓室）。無遷移分析：輸出表現(xiàn)：液位零點(diǎn)變送器無附加靜壓差信號(hào)，輸出零液位信號(hào)示意圖：信號(hào)分析：正壓室信號(hào)：

p+=p0+Hρg負(fù)壓室信號(hào)：

p-=p0差壓信號(hào)：

輸出特點(diǎn)：

H=0；△p=0輸出零液位信號(hào)

H=Hmax：△p=Hmaxρg輸出上限液位信號(hào)無需量程遷移。氣體△p=p+-p-=Hρg負(fù)遷移示意圖：壓力分析正壓室信號(hào)：附加靜壓力特性：零液位時(shí)變送器正、負(fù)壓室不平衡。負(fù)壓室信號(hào)：差壓信號(hào)：遷移方向：負(fù)遷移遷移量：

B

量程負(fù)遷移曲線示意圖：注意：遷移前后儀表量程不變，僅測量范圍發(fā)生變化。（曲線平移）附加靜壓差：

正遷移示意圖信號(hào)分析正壓室信號(hào)：負(fù)壓室信號(hào)：

附加靜壓力特性：零液位時(shí)變送器正、負(fù)壓室不平衡。差壓信號(hào)：量程正遷移曲線示意圖：

遷移方向：正遷移遷移量：A附加靜壓差：量程遷移小結(jié)：通過遷移裝置改變量程的零點(diǎn)，其作用是同時(shí)改變測量范圍的上下限，但是不改變量程。遷移量等于零液位時(shí)差壓計(jì)正、負(fù)壓室承受的壓力差的絕對(duì)值。遷移方向取決于零液位時(shí)差壓（△p=p+-p-)的符號(hào)?！鱬＞0：正遷移；△p=0：無需遷移；△p＜0：負(fù)遷移；量程遷移示意圖：154針對(duì)上述三種情況，如果選用的差壓變送器測量范圍為0～5kPa，且零點(diǎn)通過遷移功能抵消的固定靜壓分