1、化工儀表及自動(dòng)化第三章 檢測儀表與傳感器 內(nèi)容提要概述測量過程與測量誤差儀表的性能指標(biāo)工業(yè)儀表的分類壓力檢測及儀表壓力單位及測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)3內(nèi)容提要物位檢測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)稱重式液罐計(jì)量儀溫度檢測及儀表溫度檢測方法熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)電動(dòng)溫度變送器4內(nèi)容提要一體化溫度變送器智能式溫度變送器測溫元件的安裝現(xiàn)代檢測技術(shù)與傳感器的發(fā)展軟測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展5第一節(jié) 概述 用來檢測壓力,流量,

2、物位及溫度等參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測儀表。 用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的（電或氣）信號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)信號時(shí)，通常稱為變送器。6第一節(jié) 概述一、測量過程與測量誤差 測量過程在實(shí)質(zhì)上都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進(jìn)行比較的過程，而測量儀表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。 測量誤差指由儀表讀得的被測值與被測量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對誤差和相對誤差。 7第一節(jié) 概述絕對誤差xi：儀表指示值, xt：被測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 相對誤差8第一節(jié) 概述二、儀表的性能指標(biāo)1. 精確度（簡稱精度）

3、說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值max。 兩大影響因素絕對誤差和儀表的測量范圍相對百分誤差9第一節(jié) 概述 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。將儀表的允許相對百分誤差去掉“”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。允許誤差 根據(jù)儀表的使用要求，規(guī)定一個(gè)在正常情況下允許的最大誤差，稱為允許誤差。10第一節(jié) 概述舉例例1某臺(tái)測溫儀表的

4、測溫范圍為200700，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對誤差為4，試確定該儀表的精度等級。 解 該儀表的相對百分誤差為 如果將該儀表的去掉“”號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測溫儀表的精度等級為1.0級。 11第一節(jié) 概述例2某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為1000。根據(jù)工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過，試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？ 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“”號與“”號，其數(shù)值介于0.51.0之間，如果選擇精度等級為1.0級的儀表，其允許的誤差為

5、1.0，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求。12例3：某被測溫度信號在7080范圍內(nèi)變化，工藝要求測量誤差不超過1，現(xiàn)有兩臺(tái)溫度測量儀表，精度等級均為0.5級，其中一臺(tái)儀表的測量范圍是0100，另一臺(tái)儀表的測量范圍是0200，試問這兩臺(tái)儀表能否滿足上述測量要求。 解：由題意可知，被測溫度的允許最大絕對誤差為：|max|7010.7 測量范圍為0100的儀表的最大允許絕對誤差為：|max|11000.50.5 測量范圍為0200的儀表的最大允許絕對誤差為：|max|22000.51.0 根據(jù)上述計(jì)算，雖然兩臺(tái)儀表的精度等級均為0.5級，但只有測量范圍是0100的溫度測量

6、儀表才滿足本題的測量要求。 13第一節(jié) 概述儀表的精度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 精度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。 儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：14第一節(jié) 概述 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級，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)所得的相對百分誤差；根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（至多等于）

7、工藝上所允許的最大相對百分誤差。 小結(jié)15第一節(jié) 概述2.變差 變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量時(shí)，被測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 測量儀表的變差必須注意：儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則，應(yīng)及時(shí)檢修。163.靈敏度與靈敏限 儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量的比值。即 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)作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限

8、的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。 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。 17第一節(jié) 概述4.分辨力 對于數(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)。如，某表最低量程是01.0000V，五位數(shù)字顯示，末位一個(gè)數(shù)字的等效電壓為10V（.00001V）當(dāng)數(shù)字儀表的靈敏度用它與量程的相對值表示時(shí)，便是分辨率。分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān)。如一臺(tái)儀表的有效數(shù)字位數(shù)為三位，其分辨率便為千分之一。（.001）18第

9、一節(jié) 概述5.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。通常總是希望測量儀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)曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。 196.反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量儀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，說明儀表需要較長時(shí)間才能給出準(zhǔn)確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。 如果儀表尚未顯示出被測值時(shí)，參數(shù)就變化了，則儀表就始終指示不出參數(shù)的瞬時(shí)值。故儀表反應(yīng)時(shí)間的長短反映了儀表動(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)

10、輸入信號突然變化一個(gè)數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號由開始變化到新穩(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。 20第一節(jié) 概述三、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、放射性等環(huán)境影響。 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常用21第一節(jié) 概述2. 按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類 檢測儀表 作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。 顯示儀表 作用是將由檢測儀表獲得

11、的信息顯示出來。 集中控制裝置 包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀等。控制儀表 可以根據(jù)需要對輸入信號進(jìn)行各種運(yùn)算。 執(zhí)行器 可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作員的指令，對生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。 22第一節(jié) 概述圖3-3 各類儀表的作用上述各種儀表在信息傳遞過程中的關(guān)系如下：23第一節(jié) 概述3. 按儀表的組成形式分類 基地式儀表特點(diǎn)是將測量、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)場做就地檢測和控制，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 24第一節(jié) 概述 化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動(dòng)

12、單元組合儀表和氣動(dòng)單元組合儀表兩種。國產(chǎn)的電動(dòng)單元組合儀表簡稱DDZ儀表；氣動(dòng)單元組合儀表簡稱QDZ儀表。注意 單元組合儀表是將對參數(shù)的測量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、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。 25第二節(jié) 壓力檢測及儀表一、壓力單位及測量儀表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa） 為了使大家了解國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。

13、 26壓力單位帕/Pa兆帕/ MPa工程大氣壓/ (kgf/cm2)物理大氣壓/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar帕1110-61.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大氣壓9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.3332

14、10-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各種壓力單位換算表27p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對壓力的零線在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分。 當(dāng)被測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絕對壓力、表壓、負(fù)壓（真空

15、度）的關(guān)系28三種壓力表示方法絕對壓力 pa表壓力 p負(fù)壓或真空度 phpa絕對壓力零線pphpa大氣壓p01.01325105Pa絕對壓力是指物體所受的實(shí)際壓力 表壓是指一般壓力表所測得的壓力，它是高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差，即 真空度是指大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差，有時(shí)也稱為負(fù)壓，即 由于各種工藝設(shè)備和檢測儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，因此工程上通常采用表壓或者真空度來表示壓力的大小，一般的壓力檢測儀表所指示的壓力也是表壓或者真空度。除特殊說明之外，以后所提及的壓力均指表壓。 第二節(jié) 壓力檢測及儀表29目前工業(yè)上常用的壓力檢測方法和壓力檢測儀表很多，根據(jù)敏感

16、元件和轉(zhuǎn)換原理的不同，一般分為四類：(1)液柱式壓力檢測 一般采用充有水或水銀等液體的玻璃U形管或單管進(jìn)行測量。(2)彈性式壓力檢測 它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成位移進(jìn)行測量的。常用的彈性元件有彈簧管、膜片和波紋管等。(3)電氣式壓力檢測 它是利用敏感元件將被測壓力直接轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量的儀表，如電阻、電荷量等。(4)活塞式壓力檢測 它是根據(jù)液壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞面積上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量。 活塞式壓力計(jì)的測量精度較高，允許誤差可以小到0.050.02，它普遍被用作標(biāo)準(zhǔn)儀器對壓力檢測儀表進(jìn)行檢定。 第二節(jié) 壓力檢測及儀表30 液柱式壓力檢

17、測是以液體靜力學(xué)原理為基礎(chǔ)的，它們一般采用水銀或水為工作液，用U型管進(jìn)行測量，常用于較低壓力、負(fù)壓或壓力差的檢測。 p1 p2p1 p2h(a)(b) 特點(diǎn)：直觀、可靠、準(zhǔn)確度較高等，但U形管只能測量較低的壓力或差壓，為了便于讀數(shù)，U形管一般是用玻璃做成，易破損，另外它只能進(jìn)行現(xiàn)場指示。 用U形管進(jìn)行壓力檢測，其誤差來源主要有：溫度誤差由使用環(huán)境溫度的變化引起的測量誤差。 它主要包括兩個(gè)方面：一是標(biāo)尺長度隨溫度的變化（要求U形管材料的溫度系數(shù)極小）；二是工作液密度隨溫度的變化。例如水，當(dāng)溫度從10變到20時(shí)，其密度從999.8kg/m3減小到998.3kg/m3，相對變化量為0.15。安裝誤差

18、當(dāng)U形管安裝不垂直時(shí)將會(huì)產(chǎn)生安裝誤差。例如 若傾斜5，讀數(shù)誤差約0.38。 第二節(jié) 壓力檢測及儀表31二、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壓儀表。 優(yōu)點(diǎn) 具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)。 可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 32第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時(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

19、膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。33第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.彈性元件 膜 片受壓力作用產(chǎn)生位移，可直接帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)指示。但是膜片的位移較小，靈敏度低，指示精度不高，一般為2.5級。膜片更多的是和其他轉(zhuǎn)換元件合起來使用，通過膜片和轉(zhuǎn)換元件把壓力轉(zhuǎn)換成電信號；34第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.彈性元件 波紋管的位移相對較大，一般可在其頂端安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)指針直接讀數(shù)。其特點(diǎn)是靈敏高（特別是在低壓區(qū)），常用于檢測較低的壓力（1.0106Pa），但波紋管遲滯誤差較大，精度一般只能達(dá)到1.5級；35第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.彈性元件 彈簧管結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，它使用范圍廣，測量范圍寬，可以

20、測量負(fù)壓、微壓、低壓、中壓和高壓，因此應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)制造的要求，儀表精度最高可達(dá)0.15級。362.彈簧管壓力表 分類使用的測壓元件 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 接頭彈簧壓力表37基本測量原理 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，另一端固定在接頭上。當(dāng)通入被測的壓力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

21、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，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。 38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。其過程如下：彈簧管自由端B的位移通過拉桿2 使扇形齒輪3做逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，在面板6的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力P的數(shù)值。由于彈簧的自由端的位移與被測壓力之間具有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。游絲7是用來克服扇形齒輪和中心齒輪間的傳動(dòng)間隙而產(chǎn)生的儀表變差。改變調(diào)整螺釘8的位置，就改變了機(jī)械傳動(dòng)的放大系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了

22、壓力表量程的調(diào)整。39第二節(jié) 壓力檢測及儀表 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)信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號，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。 40第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-7 電接點(diǎn)信號壓力表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，紅色信號燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮

23、。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。 41第二節(jié) 壓力檢測及儀表三、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)換成電信號進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。 優(yōu)點(diǎn)1. 該儀表的測量范圍較廣，分別可測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，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。 42第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-8 電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成 一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。 壓力傳感器的作用是

24、把壓力信號檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行輸出，當(dāng)輸出的電信號能夠被進(jìn)一步變換為標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，壓力傳感器又稱為壓力變送器。43第二節(jié) 壓力檢測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 圖3-9 霍爾效應(yīng)霍爾片為一半導(dǎo)體材料制成的薄片。在霍爾片的Z軸方向加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的恒定磁場，在Y軸方向加一外電場（接入直流穩(wěn)壓電源），便有恒定電流沿Y軸方向通過。電子逆電流方向運(yùn)動(dòng)，由于受電磁力的作用，而使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個(gè)端面上有電子積累，另一個(gè)斷面上正電荷過剩，于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差，稱霍爾電勢。這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾效應(yīng)：44第二節(jié) 壓力檢測及儀表1.霍爾

25、片式壓力傳感器 霍爾電勢表示為 式中，UH為霍爾電勢；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。 霍爾電勢與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流I成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢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UH約為幾十毫伏數(shù)量級。 導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過它們的霍爾電勢遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的霍爾電勢小得多。 注意45第二節(jié) 壓力檢測及儀表 將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，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)被測壓力引入后，在被測壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因

26、而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例。 利用這一電勢即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。 霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量。 46第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.應(yīng)變片壓力傳感器（導(dǎo)體） 應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(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)，其阻值減小（增加），再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。 圖3-11 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1應(yīng)變筒；

27、2外殼；3密封膜片47第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.應(yīng)變片壓力傳感器 應(yīng)變桶1的上端與外殼2固定在一起，下端與不銹鋼密封膜片3緊密接觸，兩片康銅絲應(yīng)變片r1,r2粘貼在應(yīng)變桶的外壁。R1沿軸向貼，r2沿徑向貼。當(dāng)被測壓力p作用于膜片是應(yīng)變桶做軸向受壓變形時(shí)，r1產(chǎn)生壓縮應(yīng)變1，阻值變小； r2產(chǎn)生拉伸應(yīng)變2，阻值變大。橋路失去平衡，產(chǎn)生不平衡電壓U作為傳感器的輸出信號。1應(yīng)變筒；2外殼；3密封膜片r3,r4為固定電阻48第二節(jié) 壓力檢測及儀表2.應(yīng)變片壓力傳感器 在橋路供給直流穩(wěn)壓電源最大為10V時(shí)，可得到最大U為5mV的輸出。傳感器的被測壓力可達(dá)25MPa。由于傳感器的固有頻率在25000Hz以

28、上，故有較好的動(dòng)態(tài)性能，適用于快速變化的壓力測量。1應(yīng)變筒；2外殼；3密封膜片r3,r4為固定電阻49第二節(jié) 壓力檢測及儀表3.壓阻式壓力傳感器（半導(dǎo)體） 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。 工作原理50第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖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、

29、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單； 便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化； 可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 51第二節(jié) 壓力檢測及儀表4.力矩平衡式壓力變送器 力矩平衡式壓力變送器（膜盒式差壓變送器）是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度（一般為0.5級）、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點(diǎn)。 構(gòu)成 工作原理：力矩平衡 檢測元件膜盒或膜片 杠桿系統(tǒng)則有單杠桿、雙杠桿和矢量機(jī)構(gòu) P測量部分Fi杠桿系統(tǒng)M放大器反饋部分FfIo52DDZ-III型差壓變送器 檢測部分: P

30、輸入力Fi 杠桿系統(tǒng): 力的傳遞和力矩比較，生成位移信號 位移檢測放大器: 位移 輸出Io電磁反饋裝置: 輸出反饋力FfP膜盒Fi杠桿系統(tǒng)M位移檢測放大器電磁反饋機(jī)構(gòu)FfIoRETURN53(1) 測量部分 作用：把被測差壓P 轉(zhuǎn)換成 作用于主杠桿下端的輸入力Fi A1= A2= A Fi= A(P1 -P2) = AP Fi= A1P1 -A2P2因: 故:p1p2負(fù)壓室正壓室軸封膜片主杠桿54(2) 杠桿系統(tǒng) 進(jìn)行力的傳遞和力矩比較 主杠桿將Fi轉(zhuǎn)換為F1 矢量機(jī)構(gòu)將F1轉(zhuǎn)換為F2 副杠桿將F2產(chǎn)生的力矩與Ff產(chǎn)生的力矩進(jìn)行比較，生成位移變化 55 主杠桿將Fi轉(zhuǎn)換為F1F1作用于矢量機(jī)構(gòu)

31、上 HF1Fil2l1式中， 、 分別為Fi、F1離支點(diǎn)的距離。為一比例系數(shù)56 矢量機(jī)構(gòu)將輸入力F1轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上的力F2 (a)(b)57 副杠桿進(jìn)行力矩的比較 F2產(chǎn)生的力矩Ff產(chǎn)生的力矩合力矩調(diào)零力F0產(chǎn)生的力矩最終的合力矩式中， 、 分別為F2及電磁反饋力 離支點(diǎn)O2的距離。第二節(jié) 壓力檢測及儀表58(3) 電磁反饋裝置 作用：把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電磁反饋力Ff 當(dāng)分力F2使副杠桿做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與副杠桿相連的銜鐵靠近差動(dòng)變壓器，從而改變差動(dòng)變壓器原、副邊繞組的磁組合，使差動(dòng)變壓器副邊繞組輸出電壓改變，經(jīng)檢測放大器放大后轉(zhuǎn)變成直流電流Io，此時(shí)電流流過反饋

32、線圈產(chǎn)生電磁反饋力Ff施加于副杠桿的下端，使副杠桿繞支點(diǎn)做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。Ff = KfI0 59平衡時(shí)有 第二節(jié) 壓力檢測及儀表60(4) 整機(jī)特性 回放61Io mAPminPmax420P625.電容式壓力變送器 電容式壓力變送器是一種開環(huán)檢測儀表，具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號是標(biāo)準(zhǔn)的420mA（DC）電流信號。 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)行測量。 63電容式差壓變送器的原理圖可見傳感器有左右固定極板，在兩個(gè)固定極板之間是彈性材料

33、制成的測量膜片，作為電容的中央動(dòng)極板，在測量膜片兩側(cè)的空腔中充滿硅油。電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測量范圍時(shí)，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，與力矩平衡式相比，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，測量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級。 1隔離膜片；2，7固定電極；3硅油；4測量膜片；5玻璃層；6底座；8引線圖3-14 電容式差壓變送器原理圖64電容式差壓變送器測量原理 265相對變化值 與被測差壓P成線性關(guān)系，且與灌充液的介電常數(shù)無關(guān) 66第二節(jié) 壓力檢測及儀表 電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測量膜片，當(dāng)差壓過大并超過

34、允許測量范圍時(shí)，測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)特性很好，這樣大大提高了過載承受能力。與力矩平衡式相比，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，測量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級。 小結(jié)67第二節(jié) 壓力檢測及儀表四、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儀表。 可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信 利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進(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)68第二節(jié) 壓力檢測及儀表舉例以美國費(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 30

35、51C型智能差壓變送器（420mA）方框圖69第二節(jié) 壓力檢測及儀表圖3-16 手持通信器的連接示意圖 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。可以接在現(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測。 實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷70第二節(jié) 壓力檢測及儀表 要對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，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71補(bǔ)充：變送器的一些共性問題 （1）

36、量程調(diào)整（2）零點(diǎn)調(diào)整和零點(diǎn)遷移（3）線性化 （4）變送器信號傳輸方式72量程調(diào)整 量程調(diào)整相當(dāng)于改變變送器的輸入輸出特性的斜率，也就是改變變送器輸出信號y與輸入信號x之間的比例系數(shù)xyxminxmaxyminymax使變送器的輸出信號上限值ymax與測量范圍的上限值xmax相對應(yīng) 73零點(diǎn)調(diào)整使變送器的輸出信號下限值ymin與測量范圍的下限值 xmin=0 相對應(yīng) xy0 xmaxyminymax74零點(diǎn)遷移 使變送器的輸出信號下限值ymia與測量范圍的下限值xmin相對應(yīng)，在xmin=0時(shí)，稱為零點(diǎn)調(diào)整，在xmin0時(shí)，稱為零點(diǎn)遷移 當(dāng)測量的起始點(diǎn)由零變?yōu)槟骋徽担Q為正遷移；當(dāng)測量的起始

37、點(diǎn)由零變?yōu)槟骋回?fù)值，稱為負(fù)遷移 零點(diǎn)調(diào)整使變送器的測量起始點(diǎn)為零零點(diǎn)遷移是把測量的起始點(diǎn)由零遷移到某一數(shù)值xminxyxmaxyminymax0 xmaxxminxmax75線性化原因：傳感器組件的輸出信號與被測參數(shù)之間往往存在著非線性關(guān)系模擬式變送器非線性補(bǔ)償方法: 1.使反饋部分與傳感器組件具有相同的非線性特性 2.使測量部分與傳感器組件具有相反的非線性特性數(shù)字式變送器非線性補(bǔ)償方法: 軟件實(shí)現(xiàn) 76變送器信號傳輸 氣動(dòng)變送器：電動(dòng)模擬式變送器：HART通訊協(xié)議方式 數(shù)字式變送器：兩根氣動(dòng)管線（氣源和信號） 二線制四線制 雙向全數(shù)字量傳輸信號(現(xiàn)場總線通信方式 )77二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器

38、所需的電源和輸出電流信號 二線制 四線制供電電源和輸出信號分別用二根導(dǎo)線傳輸 RL四線制變送器Io電源二線制變送器RLErrIo電動(dòng)模擬式變送器信號傳輸方式 二線制優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省連接電纜、有利于安全防爆和抗干擾目前大多數(shù)變送器均為二線制變送器 78三個(gè)方面選用時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力檢測的要求、被測介質(zhì)的特性、現(xiàn)場使用的環(huán)境等條件本著節(jié)約的原則合理地考慮儀表的量程、精度、類型（材質(zhì)）等。 量程 儀表的量程是指該儀表可按規(guī)定的精確度對被測量進(jìn)行測量的范圍關(guān)鍵：根據(jù)被測參數(shù)的大小來確定，同時(shí)必須考慮到被測對象可能發(fā)生的異常超壓情況，對儀表的量程選擇必須留有足夠的余地。 測量穩(wěn)定壓力：最大工作壓力Pima

39、x不超過上限值Pmax的2/3 測量脈動(dòng)壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的1/2 測量高壓壓力：最大工作壓力Pimax不超過上限值Pmax的3/5 最小工作壓力Pimin不低于滿量程的1/3 儀表的量程等級：1、1.6、2.5、4.0、6.0kPa以及它們10n倍。 在選用儀表量程時(shí)，應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值。 這只是一個(gè)一般經(jīng)驗(yàn)要求，不是絕對的！被測參數(shù)的正常值一般要求工作在儀表量程1/32/3為宜。（經(jīng)驗(yàn)要求而已）1.壓力計(jì)的選用 五、壓力計(jì)的選用及安裝第二節(jié) 壓力檢測及儀表79儀表精度 根據(jù)生產(chǎn)允許的最大誤差來確定，即要求實(shí)際被測壓力允許的最大絕對誤差應(yīng)小于儀表的基

40、本誤差。在選擇時(shí)應(yīng)堅(jiān)持節(jié)約的原則，只要測量精度能滿足生產(chǎn)的要求，就不必追求用過高精度的儀表。 例：有一壓力容器在正常工作時(shí)壓力范圍為0.40.6MPa，要求使用彈簧管壓力表進(jìn)行檢測，并使測量誤差不大于被測壓力的4，試確定該表的量程和精度等級。 解： 由題意可知，被測對象的壓力比較穩(wěn)定，設(shè)儀表量程為 0AMPa ，則 根據(jù)儀表的量程系列，可選用量程范圍為01.0MPa的彈簧管壓力表。 由題意，被測壓力的允許最大絕對誤差為：max=0.4*4%=0.016 MPa這就要求所選儀表的相對百分誤差為： 0.016/（1-0）*100%=1.6%按照儀表的精度等級，可選擇1.5級的壓力表。（1.5和2.

41、5之間） 根據(jù)工作壓力的要求： 80儀表類型正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的前提。主要應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:儀表的材料 壓力檢測(檢測儀表)的特點(diǎn)是壓力敏感元件往往要與被測介質(zhì)直接接觸，因此在選擇儀表材料的時(shí)候要綜合考慮儀表的工作條件。輸出信號類型只需觀察壓力變化的，可選如彈簧管壓力表、液柱式壓力計(jì)那樣的直接指示型的儀表；如需將壓力信號遠(yuǎn)傳到控制室或其他電動(dòng)儀表，則可選用電氣式壓力檢測儀表或其他具有電信號輸出的儀表；如果要檢測快速變化的壓力信號，則可選用電氣式壓力檢測儀表，如壓阻式壓力傳感器；如果控制系統(tǒng)要求能進(jìn)行數(shù)字量通信，則可選用智能式壓力檢測儀表。 例如：對腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)應(yīng)

42、使用像不銹鋼之類的彈性元件或敏感元件；氨用壓力表則要求儀表的材料不允許采用銅或銅合金，因?yàn)榘睔鈱︺~的腐蝕性極強(qiáng)；又如氧用壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上可以與普通壓力表完全相同，但要禁油，因?yàn)橛瓦M(jìn)入氧氣系統(tǒng)極易引起爆炸。 81儀表類型使用環(huán)境對爆炸性較強(qiáng)的環(huán)境，在使用電氣壓力儀表時(shí)，應(yīng)選擇防爆型壓力儀表；對于溫度特別高或特別低、環(huán)境溫度變化大的場合，應(yīng)選擇使用溫度適當(dāng)、溫度系數(shù)小小的敏感元件以及其他變換元件。 上述選型原則也適用于差壓、流量、液位等其它檢測儀表的選型82第二節(jié) 壓力檢測及儀表舉例 例3 某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力范圍為2528MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限

43、報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力表，指出型號、精度與測量范圍。 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系列電接點(diǎn)壓力表，測量范圍為060MPa。 83第二節(jié) 壓力檢測及儀表 由于 ，故被測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)測量誤差的要求，可算得允許誤差為 所以，精度等級為1.5級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，測量范圍為060MPa，精度等級為1.5級。 練習(xí)：課后24題、25題842. 壓力檢測儀表的安裝 分三種情況介紹：一般

44、壓力檢測儀表的安裝特殊壓力檢測儀表的安裝（高溫、高壓、腐蝕等）壓力變送器的安裝 85一般壓力測量儀表的安裝無論選用何種壓力儀表和采用何種安裝方式，在安裝過程中都應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：壓力儀表必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能安裝壓力儀表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和被測介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧献鳛槊芊鈮|圈，以防泄漏壓力儀表盡可能安裝在室溫，相對濕度小于80，振動(dòng)小，灰塵少，沒有腐蝕性物質(zhì)的地方，對于電氣式壓力儀表應(yīng)盡可能避免受到電磁干擾壓力儀表應(yīng)垂直安裝。一般情況下，安裝高度應(yīng)與人的視線齊平，對于高壓壓力儀表，其安裝高度應(yīng)高于一般人的頭部測量液體或蒸汽介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)避免液柱產(chǎn)生的誤差，壓力儀表應(yīng)安裝在與取壓口同

45、一水平的位置上，否則必須對壓力儀表的示值進(jìn)行修正導(dǎo)壓管的粗細(xì)合適，一般為610mm，長度盡可能短，否則會(huì)引起測量遲緩取壓點(diǎn)要選在被測介質(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。86測量特殊介質(zhì)時(shí)的壓力測量儀表安裝測量高溫（60以上）流體介質(zhì)的壓力時(shí)，為防止熱介質(zhì)與彈性元件直接接觸，壓力儀表之前應(yīng)加裝U形管或盤旋管等形式的冷凝器，避免因溫度變化對測量精度和彈性元件產(chǎn)生的影響。如圖(a)、(b) (a)(b)測量高壓流體介質(zhì)的壓力時(shí)，安裝時(shí)壓力儀表表殼應(yīng)朝向墻壁或者無人通過之處，以防發(fā)生以外。 測量腐蝕性介質(zhì)的壓力時(shí)，除選擇具有防腐能力的壓力儀表之外，還應(yīng)加裝隔離裝

46、置，利用隔離罐中的隔離液將被測介質(zhì)和彈性元件隔離開來，如圖(c)、(d) (c)(d)11223387測量特殊介質(zhì)時(shí)的壓力測量儀表安裝測量波動(dòng)劇烈（如泵、壓縮機(jī)的出口壓力）的壓力時(shí)，應(yīng)在壓力儀表之前加裝針形閥和緩沖器，必要時(shí)還應(yīng)加裝阻尼器，如圖(e) (e)4測量粘性大或易結(jié)晶的介質(zhì)壓力時(shí)，應(yīng)在取壓裝置上安裝隔離罐，使罐內(nèi)和導(dǎo)壓管內(nèi)充滿隔離液，必要時(shí)可采取保溫措施，如圖(f) (f)蒸汽測量含塵介質(zhì)壓力時(shí)，最好在取壓裝置后安裝一個(gè)除塵器，如圖(g)。 (g)5總之，針對被測介質(zhì)的不同性質(zhì)，要采取相應(yīng)的放熱、防腐、防凍、防堵和防塵等措施88差壓變送器的安裝三個(gè)方面的內(nèi)容： 取壓口的選擇 引壓管的

47、安裝 變送器本身的安裝89差壓變送器取壓口的選擇液體、氣體、蒸汽？ 被測介質(zhì)為液體時(shí)，取壓口應(yīng)位于管道下半部與管道水平線成045角內(nèi)，目的是保證引壓管內(nèi)沒有氣泡，兩根引壓管內(nèi)液柱產(chǎn)生的附加壓力可以相互抵消；4545(a)液體 被測介質(zhì)為氣體時(shí)，取壓口應(yīng)位于管道上半部與管道垂直中心線成045角內(nèi)，其目的時(shí)為了保證引壓管中不積聚和滯留液體。 4545(b)氣體 被測介質(zhì)為蒸汽時(shí)，取壓口應(yīng)位于管道上半部與管道水平線成045角內(nèi)。最常見的接法是從管道水平位置接出，并分別安裝凝液罐，這樣兩根引壓管內(nèi)部都充滿冷凝液，而且液位高度相同。 4545(c)蒸汽90在測量液體介質(zhì)時(shí)，變送器只能安裝在取樣口之上時(shí)，

48、在引壓管的管路中應(yīng)有排氣裝置，如圖(a)所示，這樣，即使有少量氣泡，也不會(huì)對測量精度造成影響。在測量氣體介質(zhì)時(shí)，如果差壓變送器只能安裝在取樣口之下時(shí)，必須加裝如圖(b)所致的貯液罐和排放閥，克服因滯留液對測量精度產(chǎn)生影響。測量蒸汽時(shí)的引壓管管路則如圖(c)所示。 +11223311445516655777(a) (b) (c)1取壓口 2放空閥 3貯氣罐 4貯液罐5排放閥 6凝液罐 7差壓變送器差壓變送器引壓管的安裝91引壓管的粗細(xì)合適，一般為610mm，長度盡可能短，否則會(huì)引起測量遲緩。引壓管應(yīng)按最短距離敷設(shè)，引壓管的彎曲處應(yīng)該是均勻的圓角，曲率半徑一般不小于引壓管外徑的10倍。引壓管的管路

49、應(yīng)保持垂直，或者與水平線之間不小于1:10的傾斜度，必要時(shí)要加裝氣體、凝液、微粒收集器等設(shè)備，并定期排除收集物。當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。 引壓管內(nèi)徑與引壓管長度引壓管內(nèi)徑 引壓管 mm 長度 m被測介質(zhì)1.61.64.54.59水、水蒸氣、干氣體791013濕氣體131313低中粘度油品131925臟液體25253392差壓變送器本身的安裝差壓變送器通常必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組+2131、2切斷閥 3平衡閥差壓變送器是用來測量差壓的，但如果正、負(fù)引壓管上的兩個(gè)切斷閥不能同時(shí)打開或者關(guān)閉時(shí)，就會(huì)造成差壓變送器單向受很大的靜壓力，有時(shí)會(huì)使儀表產(chǎn)生附加誤差，

50、嚴(yán)重時(shí)會(huì)使儀表損壞。為了防止差壓計(jì)單向受很大的靜壓力，必須正確使用平衡閥。在啟用差壓變送器時(shí)，應(yīng)先開平衡閥3，使正、負(fù)壓室連通，受壓相同，然后再打開切斷閥1、2，最后再關(guān)閉平衡閥3，變送器即可投入運(yùn)行。差壓變送器需要停用檢修時(shí)，應(yīng)先打開平衡閥3，然后再關(guān)閉切斷閥1、2。當(dāng)切斷閥1、2關(guān)閉，平衡閥3打開時(shí)，即可以對儀表進(jìn)行零點(diǎn)校驗(yàn)。 93一、概述 二、差壓式流量計(jì) 三、轉(zhuǎn)子流量計(jì) 四、 橢圓齒輪流量計(jì) 五、渦輪流量計(jì) 六、電磁流量計(jì) 七、漩渦流量計(jì) 八、質(zhì)量流量計(jì) 第三節(jié) 流量檢測及儀表94第三節(jié) 流量檢測及儀表一、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)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重

51、要參數(shù)。 流量大小：單位時(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95第三節(jié) 流量檢測及儀表質(zhì)量流量M（kg/s）體積流量Q（ m3/s ）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)：測量流體流量的儀表。計(jì)量表：測量流體總量的儀表。 96第三節(jié) 流量檢測及儀表1.速度式流量計(jì) 以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。（差壓式、轉(zhuǎn)子式、電磁式、渦輪式等） 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)目作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。（橢圓齒輪式、活塞式） 3.質(zhì)量流量

52、計(jì) 以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。 分類97第三節(jié) 流量檢測及儀表二、差壓式流量計(jì)（速度式） 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)流量測量的。它是目前工業(yè)生產(chǎn)過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。 通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。 98第三節(jié) 流量檢測及儀表1.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

53、裝置。99節(jié)流件：在管道中安置一個(gè)固定的阻力件，它的中間開一個(gè)比管道截面小的孔，當(dāng)流體流過該阻力件時(shí)，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結(jié)果是在阻力件前后產(chǎn)生一個(gè)較大的壓差。 壓差的大小與流體流速的大小有關(guān)，流速愈大，差壓也愈大，因此只要測出差壓就可以推算出流速，進(jìn)而可以計(jì)算出流體的流量。把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節(jié)流過程，其中的阻力件稱為節(jié)流件。作為流量檢測用的節(jié)流件有標(biāo)準(zhǔn)的和特殊的兩種。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管。(a) 標(biāo)準(zhǔn)孔板(b) 噴嘴(c) 文丘里管相比而言，標(biāo)準(zhǔn)孔板制作最簡單，使用也最廣泛，以下只介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板100123流動(dòng)流體

54、的能量有兩種形式：靜壓能和動(dòng)能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動(dòng)速度而具有動(dòng)能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。 流速靜壓101第三節(jié) 流量檢測及儀表圖3-18 孔板裝置及壓力、流速分布圖 要準(zhǔn)確測量出截面、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)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意102123流速靜壓根據(jù)流體

55、力學(xué)中的伯努利方程，可以推導(dǎo)得出節(jié)流式流量計(jì)的流量方程，也就是差壓和流量之間的定量關(guān)系式： 為流量系數(shù) 為可膨脹性系數(shù)F0為節(jié)流件的開孔面積，為節(jié)流裝置前的流體密度，P節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的壓差 主要與節(jié)流裝置的型式、取壓方式、流體的流動(dòng)狀態(tài)（如雷諾數(shù)）和管道條件等因素有關(guān)。因此，是一個(gè)影響因素復(fù)雜的綜合性參數(shù)，也是節(jié)流式流量計(jì)能否準(zhǔn)確測量流量的關(guān)鍵所在，雷諾數(shù)大于某一數(shù)值（界限雷諾數(shù)）時(shí)，值可認(rèn)為是一常數(shù)。對于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，可以從有關(guān)手冊中查出；對于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，其值要由實(shí)驗(yàn)方法確定。可膨脹性系數(shù)用來校正流體的可壓縮性，它與節(jié)流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數(shù)等因素有關(guān)，其取值范圍小

56、于等于1。對于不可壓縮性流體，1；對于可壓縮性流體，則1。應(yīng)用時(shí)可以查閱有關(guān)手冊而得（2）節(jié)流基本方程式103第三節(jié) 流量檢測及儀表（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。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。 流量與壓力差P的平方根成正比。 （開方器）104第三節(jié) 流量檢測及儀表2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 國內(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。 對于標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流件，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、要求和計(jì)算所需的有關(guān)數(shù)據(jù)及程序，可直

57、接按照標(biāo)準(zhǔn)制造；安裝和使用時(shí)不必進(jìn)行標(biāo)定。特殊節(jié)流件主要用于特殊介質(zhì)或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實(shí)驗(yàn)方法單獨(dú)標(biāo)定。 105第三節(jié) 流量檢測及儀表圖3-19 孔板斷面示意圖如左圖，標(biāo)準(zhǔn)孔板對尺寸和公差、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。 有手冊可查，不要求記106舉例第三節(jié) 流量檢測及儀表標(biāo)準(zhǔn)孔板采用角接取壓法和法蘭取壓法，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴為角接取壓法。角接取壓法就是在孔板或噴嘴前后兩端面與管壁的夾角處取壓，它可以通過環(huán)室或單獨(dú)鉆孔結(jié)構(gòu)

58、來實(shí)現(xiàn)。 我國規(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)107第三節(jié) 流量檢測及儀表環(huán)室取壓由于環(huán)室的均壓作用，便于測出孔板兩端的平穩(wěn)差壓，能得到較好的測量精度，但是夾持環(huán)的加工制造和安裝要求嚴(yán)格。如果由于加工和現(xiàn)場安裝條件的限制，達(dá)不到預(yù)定的要求時(shí)，其測量精度仍難保證。當(dāng)管徑D500mm時(shí)，一般采用單獨(dú)鉆孔取壓。 108第三節(jié) 流量檢測及儀表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用于大流量的測量流體經(jīng)過孔板后壓力損失大，當(dāng)工藝管道上不允許有較大的壓力損失時(shí)，便不宜采用。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管壓力損失較孔板小結(jié)構(gòu)比較復(fù)

59、雜，不易加工109第三節(jié) 流量檢測及儀表 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于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。此外，為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配備一定長度的直管段。 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。 110第三節(jié) 流量檢測及儀表3.差壓式流量計(jì)的測量誤差 在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測量誤差，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

60、能保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)際測量精度。 注意111第三節(jié) 流量檢測及儀表誤差產(chǎn)生的原因被測流體工作狀態(tài)的變動(dòng)。（修正）節(jié)流裝置安裝不正確。（安裝方向：+入，-出）孔板入口邊緣的磨損。（p減小，指示值偏低）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112第三節(jié) 流量檢測及儀表 導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會(huì)引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。 測量液體的流量時(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。圖3-21 測量液體流量時(shí)的取壓點(diǎn)位置 a) 取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線