第2章過程參數檢測與變送本章要點1）了解參數檢測的意義、檢測儀表的基本構成及儀表的統一信號標準；2）了解檢測誤差的概念、熟悉儀表的性能以及零點遷移與量程調整的確定與計算；3）熟悉變送器的構成原理、信號傳輸與接線方式；4）掌握壓力檢測儀表的工作原理與使用方法，熟悉壓力變送器的工作原理及使用特點；5）了解溫度檢測方法、熟悉溫度變送器的工作原理、掌握其使用方法；6）掌握流量、物位等變送器的工作原理與使用方法，7）了解成分檢測方法；8）掌握二線制變送器的電路分析及設計；9）熟悉智能式變送器的特點及硬件構成。3

具體分六部分介紹：概述差壓及壓力變送器

DDZ-Ⅲ型溫度變送器流量變送器

物位變送器、成分分析儀表二線制變送器的電路分析及設計、智能壓力變送器2.1參數檢測與變送概述2.1.1檢測儀表1.傳感器國標《GB7665-87》規定：“能感受規定的被測量并按照一定的規律將其轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。2.變送器將輸出信號變成統一標準信號的傳感器。統一標準信號即各儀表之間的通信協議：0～10mA、0～2V、20～100kPa;4~20mA、1～5V→數字信號。

組成框圖

2.1.2檢測誤差

（3）相對誤差（或標稱相對誤差）1.檢測誤差的描述檢測誤差是指檢測儀表的測量值與被測物理量的真值之間的差值，它反映了儀表的檢測精度。（1）真值

xa

即被測物理量的真實（或客觀）取值。在當前現行的檢測體系中，是將“認定設備”的檢測結果作為真值。（2）絕對誤差

儀表的實測值與“真值”之差記為△＝x-xa

（絕對誤差不能說明檢測精度。）（4）引用誤差

記為

（5）基本誤差（最大引用誤差）

使用標準:220V±5％、（50±2）Hz、（20±5）℃、65％±5％通常，各國（或國際組織）將其法定計量機構的專用設備作為認定設備，它的檢測精度在這個國家（或國際組織）內被認為是最高的。顯而易見，用這種方法確定的“真值”稱為“約定真值”。（6）附加誤差（溫度附加、頻率附加、電源電壓附加）

2.檢測誤差的規律性（1）系統誤差:對同一被測參數進行多次重復測量時，按一定規律出現的誤差。克服系統誤差的辦法：負反饋結構？

（2）隨機誤差或統計誤差：統計計算、濾波消除

（3）粗大誤差（疏忽誤差）：剔除2.1.3檢測儀表的基本特性1.儀表的固有特性及性能指標（1）精確度及其等級1）能不能用絕對誤差或相對誤差表示?2）用最大引用誤差度量？（量程、最大絕對誤差）度量辦法：去掉最大引用誤差中的“±”和“％”表示：0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.5。（2）非線性誤差計算：（3）變差：正、反行程測量時的最大差值與量程之比的百分數計算：（4）靈敏度與分辨力

分辨力又稱靈敏限：儀表輸出能響應和分辨輸入的最小變化量，數字顯示儀表變化一個二進制最低有效位時輸入的最小變化量（5）漂移時漂與溫漂（6）動態誤差2.檢測儀表的工作特性適應參數測量和系統運行的需要而具有的輸入/輸出特性（1）理想工作特性：（2）零點調整與遷移零點：被測參數的下限值或對應儀表輸出下限值的被測參數最大值；使儀表測量下限值為零的過程稱為零點調整，否則為零點遷移。當將測量的下限指由零變為某一正值時，稱為正遷移；反之，將測量的下限指由零變為某一負值時，稱為負遷移。零點遷移前后的輸入/輸出特性(3)

量程調整量程是指與檢測儀表規定的輸出范圍相對應的輸入范圍。量程調整是指在零點不變的情況下將輸出上限值與被測參數的上限值相對應。量程調整前后的輸入/輸出特性a)零點調整

b)正零點遷移

c)負零點遷移實例：某測溫儀表的量程為0～500℃，輸出信號為4～20mA

，現欲測量200～1000℃應如何調整？2.1.4變送器的構成原理1.模擬式變送器的構成1）原理說明2)

輸入/輸出關系（理想線性特性）11由于利用單元組合儀表能方便靈活地組成各種難易程度的過程控制系統，因此，它在過程控制系統中應用極為廣泛。單元組合儀表有氣動單元組合儀表和電動單元組合儀表兩大系列。表2-1是DDZ-Ⅱ型和DDZ-Ⅲ型儀表的性能比較。12表2-1DDZ-Ⅱ型與DDZ-Ⅲ型儀表的性能比較系列DDZ-ⅡDDZ-Ⅲ信號、傳輸方式、供電信號DC0～10mADC4～20mA、DC1～5V傳輸方式串聯制(電流傳送電流接收)并聯制(電流傳送電壓接收)現場變送器連接方式四線制三線制供電AC220V單獨供電DC24V集中供電并有斷電備用電源防爆型式和電氣元件開關

防爆型式防爆型安全火花型安全柵無有電氣元件分立元件集成組件結構、線路設計和功能差壓變送器雙杠桿機構①矢量機構溫度變送器無線性化電路有線性化電路調節器偏差指示硬手動手動－自動切換需先平衡無保持電路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手動和軟手動軟手動－自動切換可直接切換有保持電路功能多樣系統構成一般靈活多樣與計算機聯用兼容性差兼容性好

2.數字式變送器的構成原理（基于CPU的硬件電路、系統程序和功能模塊的軟件）（1）數字式變送器的硬件構成（2）軟件構成系統程序：硬件管理，其基本功能為模/數轉換、數據通訊、自檢；功能模塊：組態功能。2.2.1壓力的概念及其檢測一.壓力的概念：垂直作用于單位面積上的力（1Pa=1N/m2）國際單位：Pa，KPa，MPa

工程單位：工程大氣壓（kgf/cm2），標準大氣壓（atm）,毫米汞柱(mmHg),

毫米水柱(mmH2O)，巴(bar)，托(Torr)等。由于參考點不同，在工程上又將壓力表示為：1.差壓(△P)；2.絕對壓力Pabs/大氣壓Patm；3.表壓Pg；4.負壓(真空度)Pv；各種壓力關系圖2.2壓力的檢測與變送二.彈性式測壓元件及原理1.彈簧管（波登管）、多圈彈管，角位移→電信號；2.波紋管、波/簧組合→提高線性度；3.膜片與膜盒(說明)2.2.2DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差壓變送器一.原理圖測量部分：、結構圖I0=Ki⊿pi+K0F017

以1151型壓力變送器為例，美國Rosemount公司開發的產品，綜合誤差為量程的±0.25%。國內上海自動化儀表一廠，西安儀表廠等引進生產。原理框圖如圖所示。它是將傳感器和變送器合二為一。傳感器由敏感器和測量電路組成。差動電容差壓變送器包括差動電容（測量部分）和轉換放大電路兩部分組成，差動電容的作用是將壓力轉換成電容比，轉換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉變成DC4～20mA輸出。1151型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產品。2.3.3電容式差壓變送器（特點、構成）1.檢測部件作用：將輸入差壓線性地轉換成兩電容之差與兩電容之和的比值。算法：(1)

電容/電流轉換與差壓/電流轉換(3)放大電路與量程調整I0∝ID1-ID2∝⊿P

（2）振蕩器電流穩定電路,即使ID為常量（負反饋）2.轉換放大電路21222.3.4擴散硅壓力變送器由于單晶硅具有優良的機械物理性能。滯后蠕變極小，穩定性好。隨著微機械制造技術的進步，擴散硅壓阻傳感器逐年得到廣泛的應用。擴散硅壓力變送器結構圖

擴散硅壓力變送器電原理圖23242.3.5壓力檢測儀表的選擇

應根據工藝生產過程的要求、被測介質的性質、現場環境條件等方面，來選擇壓力檢測儀表的類型、測量范圍和精度等級。1．儀表類型的選擇

主要是由工藝要求、被測介質及現場環境等因素來確定。例如，是要進行現場指示，還是要遠傳、報警或自動記錄；被測介質的物理化學性質（如溫度高低、粘度大小、腐蝕性、臟污程度、易燃易爆等）以及現場環境條件（如溫度、電磁場、振動等）對儀表是否有特殊要求等。對于特殊的介質，則應選用專用壓力表，如氨壓力表、氧壓力表等。25壓力檢測儀表的種類檢測原理主要特點用途液柱式壓力計U型管壓力計液體靜力平衡原理（被測壓力與一定高度的工作液體產生的重力矩平衡）結構簡單、價格低廉、精度較高、使用方便。但測量范圍較窄，玻璃易碎適于低微靜壓測量，高精確度者可用作基準器，不適合于工廠使用單管壓力計斜管壓力計補償微壓計自動液柱式壓力計彈性式壓力表彈簧管壓力表彈性元件彈性變形原理結構簡單、牢固，使用方便、價格低廉用于高、中、低壓的測量，應用十分廣泛波紋管壓力表具有彈簧管壓力表的特點，有的因波紋管位移較大，可制成中等記錄型用于測量400KPa以下的壓力用于測量低壓膜片壓力表除具有彈簧管壓力表的特點外，還能測量粘度較大的液體壓力用于測量低壓或微壓膜盒壓力表用于低壓或微壓測量，其它特點同彈簧管壓力表活塞式壓力計單活塞式壓力計液體靜壓力平衡原理比較復雜和貴重用于做基準儀器、校驗壓力表或實現精密測量雙活塞式壓力計電氣式壓力表壓力傳感器應變式壓力傳感器導體或半導體的應變效應原理能將壓力轉換成電量，并進行遠距離傳送用于控制室集中顯示、控制霍爾式壓力傳感器導體或半導體的霍爾效應原理壓力（差壓）變送器（分常規式和智能式）力矩平衡式變送器力矩平衡原理能將壓力轉換成統一標準電信號，并進行遠距離傳送電容式變送器將壓力轉換成電容器電容的變化電感式變送器將壓力轉換成電感器電容的變化擴散硅式變送器將壓力轉換成硅杯的阻值的變化將壓力轉換成振弦震蕩頻率的變化振弦式變送器262．儀表測量范圍的確定

壓力檢測儀表的測量范圍要根據被測壓力的大小來確定。為了延長儀表的使用壽命，避免彈性元件產生疲勞或因受力過大而損壞，壓力表的上限值必須高于工藝生產中可能的最大壓力值。根據規定，測量穩定壓力時，所選壓力表的上限值應大于最大工作壓力的

3/2；測量脈動壓力時，壓力表的上限值應大于最大工作壓力的

2倍；測量高壓壓力時，壓力表的上限值應大于最大工作壓力的

5/3。為了保證測量值的準確度，儀表的量程又不能選得過大，一般被測壓力的最小值，應在量程的

1/3以上。3．儀表精度的選取

儀表精度是根據工藝生產中所允許的最大測量誤差來確定的。因此，所選儀表的精度只要能滿足生產的檢測要求即可，不必過高。因為精度越高，儀表的價格也就越高。

27[例]現要選擇一只安裝在往復式壓縮機出口處的壓力表，被測壓力的范圍為

22～25MPa，工藝要求測量誤差不得大于1MPa，且要求就地顯示。試正確選用壓力表的型號、精度及測量范圍。解：因為往復式壓縮機的出口壓力脈動較大，所選儀表的上限值應為p=pmax×2=25×2=50(MPa)查表，可選用

Y-100型，測壓范圍為

0～60MPa的壓力表。由于六十分之二十二大于三分之一,所以滿足“被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3”的要求。此外，為了選擇儀表的精度，首先將工藝允許誤差換算為引用誤差的形式。因為選表應該向高靠，所以，應選用精度等級為1.5級的儀表。即所選的壓力表為

Y-100型，測量范圍0～60MPa，精度等級為

1.5級的彈簧管壓力表。練習1.有一臺DDZ-Ⅲ型兩線制差壓變送器，已知其量程為20~100kpa，當輸入信號為40kpa和80kpa時，變送器的輸出分別是多少？2.若被測壓力變化范圍為0.5~1.4MPa，要求測量誤差不大于壓力示值的±5%。可供選擇壓力表規格：量程為0~1.6MPa,0~2.5MPa,0~4.0MPa，精度等級有1.0、1.5、2.5，試選擇合適量程和精度等級壓力表。3.有一臺差壓變送器，它的測量范圍為0～31.1/186.8KP，現使用(-20)～30KP范圍內，試求最大測量范圍上限值(HRV)、最大測量范圍下限值(LRV)、最大測量范圍、最大量程；最小HRV、最小LRV、最小量程、最小測量范圍；變送器的量程比、儀表的使用范圍、遷移量各是多少？29

2.4DDZ－Ⅲ型溫度變送器

溫度也是流程工業生產過程中最基本的物理參數之一。控制過程中的化學、物理變化均和溫度有關，不同的溫度范圍選用不同的溫度傳感器。溫度變送器將溫度、溫差以及與溫度有關的工藝參數和直流毫伏信號變換成DC4～20mA或DC1～5V的統一標準信號。

2.4.1溫度檢測方法一、接觸式測溫:1、熱電阻及其測溫原理基于熱－阻效應，測溫元件測溫原理測溫范圍/℃主要特點熱電偶熱電效應0～1600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；需進行冷端溫度補償，低溫測量精度低。鉑電阻熱阻效應－200～600測溫范圍廣，測量精度高，便于遠距離、多點、集中檢測和自動控制，應用廣泛；不能測高溫。銅電阻－50～150半導體熱敏電阻－50～150靈敏度高，體積小，結構簡單，使用方便；互換性較差，測量范圍有一定限制。常用測溫元件1)

金屬熱電阻的測溫,計算：熱電阻名稱分度號0℃時阻值(Ω)測溫范圍（℃）特點銅電阻Cu5050±0.05－50～150線性好，價格低，適用于無腐蝕性介質Cu100100±0.1鉑電阻Pt5050±0.003-200～500精度高，價格貴，適用于中性和氧化性介質，但線性度差Pt100100±0.006常用熱電阻工業常用熱電阻的分度表附表A附表A-1鉑熱電阻（分度號Pt100）分度表（，）溫度/℃00102030405060708090

電阻值Ω－200－100－018．4960．25100．0－56．1996．06－52．1192．16－48．0088．22－43．3784．27－39．7180．31－35．5376．32－31．3272．33－27．0268．33－22．8064．300100200300400500600700800100．00138．50175．84212．02247．04280．90313．59345．13375．51103．90142．29179．51215．57250．48284．22316．80348．22378．48107．79146．06183．17219．12253．90287．53319．99351．30381．45111．67149．82186．32222．65257．32290．83323．18354．37384．40115．54153．58190．45226．17260．72294．11326．35357．42387．34119．40157．31194．07229．67264．11297．39329．51360．47390．26123．24161．04197．69233．17267．49300．65332．66363．50－127．07164．76201．29236．65270．86303．91335．79366．52－130.89168.46204.88240.13274.22307.15338.92369.53－134．70172．16208．45243．59277．56310．38342．03372．52－附表A-2銅熱電阻（分度號Cu50)

分度表（R0=50.00Ωα＝0.004280）溫度/℃00102030405060708090

電阻值Ω

－0

＋050.0050.0047.8552.1445.7054.2843.5556.4241.4058.5639.2460.70-62.84-64.98-67.12-69.2610071.4073.5475.6877.8379.9882.13----2）熱電阻的接線方式a)

用于測量精度不高的場合b)電橋平衡，與導線電阻無關C）用于高精度的溫度測量，如用內阻很高的電子電位差計測量2.熱電偶及其測溫原理（＞500℃）（1）熱電偶的測溫原理：熱電效應三點結論：1）電極材料相同，總電勢為零；2）冷、熱端溫度相同，總電勢為零；3）電極材料不同，溫度相同，熱電勢不同。（2）熱電勢的檢測與第三導體定律當，有第三導體定律：只要第三導體兩接點溫度相同，回路中熱電勢不變。（3）冷端延伸與等值替換原理等值替換的條件：熱電回路的總熱電勢：→因而有依據則有結論：將滿足的補償導線代替熱電偶使冷端延伸，不會改變熱電偶的熱電勢。補償導線的連接示意圖（4）標準熱電偶及其補償導線標準熱電偶：熱電勢與溫度的關系、允許誤差、型號（分度號）按國際標準（IEC)統一規定。表2－3我國部分標準化熱電偶及其補償導線熱電偶配套的補償導線（絕緣層著色）分度號熱電偶材料①測溫范圍/℃型號②正極材料負極材料長期短期S

鉑銠10

－鉑③0～13001600SC銅（紅）銅鎳（綠）B鉑銠30－鉑銠6

0～16001800BC銅（紅）銅（灰）K鎳鉻－鎳硅－50～10001300KX鎳鉻（紅）鎳硅（黑）T銅－康銅－200～300350TX銅（紅）康銅（白）（5）熱電偶的冷端溫度校正為什么要校正？1）查表法：示例：K型熱偶，測t,冷端溫度測得E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,經計算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=560℃2)電橋補償法：利用電橋某橋臂電阻因環境溫度變化產生的附加電壓補償熱電偶冷端溫度變化引起的熱電勢的變化示例：鉑銠－鉑銠熱電偶，0～100℃：6μv/℃，橋臂電流為0.5mA,α＝0.004/℃。全補償的條件為：經計算：加保護套管：可延長使用壽命；但使慣性滯后↑(1.5～4min).不加為毫秒級。接觸式測溫優點：精度高、小范圍線性度與穩定性好測溫范圍寬（500～2000℃；缺點：高于2000℃時，不能長期使用，對運動物體的測溫，不能使用。二非接觸式測溫（輻射式測溫）

1.非接觸式測溫及其特點

熱輻射原理：載熱體→熱能→輻射能→受體溫度↑。特點：無媒介，無上限，測速快，對熱場無干擾，用于運動物體、腐蝕性介質的測溫；缺點：測量誤差大、標定難結構復雜、價格貴2.常用元件及共性高溫輻射計、低溫輻射計、光電溫度計：熱輻射→透鏡（反射鏡）→熱電堆（熱敏電阻、硅光電池）→電信號。（1）.高溫輻射計：光學玻璃透鏡（光波長0.7～1.1μm）與硅光電池(700～2000℃→0～20mV)組成；誤差：＜1500℃，±0.7%;＞1500℃，±1%；響應時間＜1毫秒

（2）.

低溫輻射計：鍺透鏡與半導體熱敏電阻組成；接收2～15μm紅外波；范圍：0～200℃；誤差：±1%；響應時間＜2毫秒，信號需放大。

（3）光電溫度計：光透鏡（光波長0.6～2.7μm

）＋硫化鉛光敏電阻；范圍：400

～800℃；誤差：±1%；響應時間＜1.5毫秒,信號需放大。三.測溫儀表的選用1.選用原則1）精度符合誤差要求；2）操作方便、運行可靠、經濟合理，統一品種與規格3）量程略大于實測范圍（90％）；4）高溫：熱電偶；低溫：熱電阻5）保護套管的耐壓等級＞管線或設備的耐壓等級

2.選用原則示意圖2.4.2典型模擬式溫度變送器一.DDZ-Ⅲ型溫度變送器1.DDZ-Ⅲ型溫度變送器的構成及特點說明:1)輸入回路可實現熱電偶冷端補償、熱電阻三線制引入、零點調整與遷移、量程調整；2）反饋回路可實現非線性校正；特點：1）集成運放：可使儀表的精確性、可靠性、穩定性及技術指標符合國標；2）通用模塊與專用模塊相結合，使用靈活。方便；3）反饋線性化保證輸入/輸出關系的線性化；4）統一集中供電，二線制接線方式；5）采用安全火花防爆措施。43DDZ－Ⅲ型溫度變送器的型號有三種：

①熱電偶溫度變送器，

②熱電阻溫度變送器，

③直流mV變送器。其結構框圖如下圖所示。這三類變送器都采用四線制連接方式，在線路結構上都分為量程單元和放大單元兩個部分，其中放大單元是三者通用，而量程單元則隨品種、測量范圍的不同而不同。4445一、直流毫伏變送器的量程單元直流毫伏變送器的量程單元由信號輸入電路，零點調整橋路和反饋電路等部分組成。直流毫伏變送器量程單元46熱電偶溫度變送器量程單元原理圖它包括①輸入電路，②調0和調量程回路，③非線性反饋回路等。二、熱電偶溫度變送器的量程單元47

由圖可見，該變送器的量程單元與直流毫伏變送器的量程單元基本相同，但是由于熱電偶檢測元件的特性，存在三點差異：1）熱電偶冷端溫度的自動補償。（在Ri3橋臂上增加一銅電阻RCu）;2)零點調整電位器RPi由橋路的左邊移到橋路的右邊。3）在反饋回路增加了熱電偶特性的線性化電路；1.進行冷端溫度校正：當熱電偶的被測溫度一定而冷端溫度升高時，其熱電勢Vi將減少。為補償Vi的減少需在橋路輸出增加一個適當的值，為此在橋路串接一銅電阻放在冷端附近。冷端銅電阻阻值為：Rcu(t0)=R0(1+αt0)

α為銅電阻溫度系數Rcu具有正的溫度系數，其阻值隨溫度的增加而增加，接于Ri3橋臂便可達到熱電偶冷端溫度自動補償的目的。482.反饋線性化:IoEt-+Et熱電偶被測溫度T輸入電路放大電路非線性反饋輸出電流IoTIoVfT在反饋電路中需要完成量程調整和非線性校正兩個功能：量程調整實質上是調整放大電路的閉環放大倍數，通過調節反饋電阻的大小就可實現。而非線性校正則需要一個校正網絡來實現。49折線逼近法線性化原理a)折線逼近原理b)電路原理圖下圖是采用4段折線逼近熱電偶的特性原理圖5051三、熱電阻溫度變送器的量程單元熱電阻溫度變送器量程單元原理圖與熱電偶量程單元的區別：1）用三線制代替了冷端溫度補償；2）對鉑電阻需進行非線性校正(Rf4)，而銅電阻則無需校正。52鉑電阻的特性及其線性化曲線a)鉑電阻的特性b)線性化曲線四、溫度變送器的放大單元構成：直－交－直變換電路；集成運放；功放電路；輸出電路；反饋電路。54五、微型化溫度變送器1.AD590構成的溫度變送器

微型溫度變送器原理圖a)溫度檢測元件b)變送器原理電路552.TMP17構成溫度變送器

TMP17構成微型溫度變送器a)TMP17引腳功能b)原理電路563.TMP35系列構成微型溫度變送器

TMP35構成微型溫度變送器a)TO-92封裝b)原理電路57TMP35系列構成頻率輸出型微型溫度變送器584．TMP01系列構成溫度變送器TMP01構成溫度變送器a)引腳功能b)原理電路練習1.設有某DDZ-Ⅲ型毫伏輸入變送器，其零點遷移值為umin=6mVDC，量程為12mVDC。現已知變送器的輸出電流為12mVDC。試問：被測信號為多少毫伏？2.某臺測溫儀表測量的上下限為100~1000°C，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過±2°C，應選精度等級為多少的儀表才能滿足工藝要求？3.一臺溫度變送器，輸入變化范圍為２０～１２０℃，輸出變化范圍為４～２０ＭＡ，試求６６℃時的電流值。2.5流量的檢測與變送2.5.1流量的概念與檢測方法流量的基本概念：瞬時流量（單位時間內流過工藝管道某截面的流體數量）與累積流量（某段時間內流過工藝管道某截面的流體總量）；體積、重量與質量流量。（1）體積流量：(2)

重量流量：(3)

質量流量：三種流量之關系：(4)

標準狀態（20℃、標準大氣壓）下的體積流量：（瞬時N/h)（累積N)（瞬時m3/s）（累積）（瞬時kg/s）（累積）2.流量的檢測方法（1）體積流量檢測方法：容積法（單位時間內排出流體的固定體積數）和速度法（管道內的平均流速乘以管道面積）（2）質量流量檢測法：間接法（體積流量乘以密度）和直接法（儀表直接測得）。類別儀表名稱體積流量計容積式流量計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計等差壓式流量計節流式流量計、均速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計等速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質量流量計間接式質量流量計體積流量經密度補償或溫度、壓力補償求得質量流量等直接式質量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計等2.5.2容積式流量計容積式流量計：采用固定的小容積來反復計量通過的流通體積。標準“計量空間”、進出口壓差。橢圓齒輪流量計：這一檢測過程是線性的，但計量液體不能含固體雜質，對流體粘度無要求，所以特別適用于高粘度流體的檢測。63節流式流量計的組成2.5.3節流式流量計節流式流量計也稱為差壓式流量計，它是目前工業生產過程中流量測量最成熟、最常用的方法之一。64如果在管道中安置一個固定的阻力件，它的中間開一個比管道截面小的孔，當流體流過該阻力件時，由于流體流束的收縮而使流速加快、靜壓力降低，其結果是在阻力件前后產生一個較大的壓差。壓差的大小與流體流速的大小有關，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，進而可以計算出流體的流量。把流體流過阻力件使流束收縮造成壓力變化的過程稱節流過程，其中的阻力件稱為節流件。作為流量檢測用的節流件有標準的和特殊的兩種。

標準節流件包括孔板、噴嘴和文丘里管。孔板噴嘴文丘里管65

對于標準化的節流件，在設計計算時都有統一標準的規定、要求和計算所需的有關數據及程序，可直接按照標準制造；安裝和使用時不必進行標定。特殊節流件主要用于特殊介質或特殊工況條件的流量檢測，它必須用實驗方法單獨標定。只介紹標準孔板。(a)標準孔板(b)噴嘴(c)文丘里管——節流原理

流動流體的能量有兩種形式：靜壓能和動能。流體由于有壓力而具有靜壓能，又由于有流動速度而具有動能，這兩種形式的能量在一定條件下是可以相互轉化的。

66123流速靜壓67123流速靜壓——流量方程

根據流體力學中的伯努利方程，可以推導得出節流式流量計的流量方程，也就是差壓和流量之間的定量關系式：α為流量系數ε為可膨脹性系數A0為節流件的開孔面積ρ為節流裝置前的流體密度ΔP節流裝置前后實際測得的壓差

原理總結：流體在管道中正常流動（v、p）節流件使流體收束，流速增大，壓力降低節流件前后出現“壓差”“壓差”與流量有關68

★流量系數α值主要與節流裝置的型式、取壓方式、流體的流動狀態（如雷諾數）和管道條件等因素有關。因此，是一個影響因素復雜的綜合性參數，也是節流式流量計能否準確測量流量的關鍵所在，雷諾數大于某一數值（界限雷諾數）時，α值可認為是一常數。對于標準節流裝置，可以從有關手冊中查出；對于非標準節流裝置，其值要由實驗方法確定。★可膨脹性系數ε用來校正流體的可壓縮性，它與節流件前后壓力的相對變化量、流體的等熵指數等因素有關，其取值范圍小于等于1。對于不可壓縮性流體，ε＝1；對于可壓縮性流體，則ε＜1。應用時可以查閱有關手冊而得。69——節流式流量計的使用特點和要求標準孔板應用廣泛，它具有結構簡單、安裝方便的特點，適用于大流量的測量。孔板測量的壓損大，當不允許有較大的管道壓損時，便不宜采用。在一般場合下，仍采用孔板為多。標準噴嘴和標準文丘里管的壓力損失較孔板為小，但結構比較復雜，不易加工。標準節流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數在104～105以上的流體；流體應當清潔，充滿全部管道，不發生相變；為保證流體在節流裝置前后為穩定的流動狀態，在節流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段（與管徑、節流件的開孔面積以及管路上的彎頭數都有關系）節流裝置經過長時間的使用，會因物理磨損或者化學腐蝕，造成幾何形狀和尺寸的變化，從而引起測量誤差，因此需要及時檢查和維修，必要時更換新的節流裝置。70——節流式流量計誤差產生的原因實際工況與設計要求不符，如：溫度、壓力、濕度以及相應的流體重度、粘度、雷諾數等參數數值發生變化，則會造成較大的誤差。為了消除這種誤差，必須按新工藝重新設計計算，或加以必要的修正。節流裝置安裝不正確，在安裝時，特別要注意節流裝置的安裝方向。在使用中，要保持節流裝置的清潔。如在節流裝置處防止有沉淀、結焦、堵塞等現象。節流裝置的磨損，應注意日常檢查、維修，必要時應換用新的孔板。導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現象。712.5.4靶式流量計

在管道中垂直于流動方向安裝一圓盤形阻擋件，稱之為“靶”。流體流經靶時，由于受阻將對靶產生作用力F，F與流體流動速度的關系為式中，K為阻力系數；為垂直于流速的靶面積；r為流體重度；v為通過環形面積的流速；g為重力加速度。

靶式流量計結構原理72可求出體積流量與靶上受力關系為：其中：Ka:流量系數D：管道直徑d：靶的直徑F：靶上受力r：流體重度和差壓式流量計相似，流量和力是開方關系。可用于較小的雷諾數狀態，特別是于高粘度的流體，如重油、瀝青等的流量測量。精度為2～3%。732.5.5轉子流量計

在工業生產中經常遇到小流量的測量，因其流體的流速低，這就要求測量儀表有較高的靈敏度，才能保證一定的精度。轉子流量計特別適宜于測量管徑50mm以下管道的流量，測量的流量可小到每小時幾升。節流面積不變流量變化壓差發生變化壓差不變流量變化節流面積發生變化孔板流量計：轉子流量計：轉子流量計主要由兩個部分組成：74——流量方程轉子的平衡關系：V為轉子的體積；ρt和ρf分別為轉子和流體的密度；g為重力加速度；ΔP為轉子前后的壓差；A為轉子的最大截面積轉子和錐形管間的環隙面積相當于節流式流量計的節流孔面積，但它是變化的，并與轉子高度h成近似的線性關系，因此，轉子流量計的流量公式可以表示為：

流量與轉子高度h成線性關系式中的其它參數為常數式中：φ為儀表常數；h為轉子浮起的高度。751、錐形管是玻璃的，直接目視轉子的位置。2、在轉子內安裝磁鐵，錐形管外安裝磁環隨轉子上下移動，觸發顯示。763、在轉子內安裝磁鐵，錐形管外安裝雙霍爾磁場傳感器，測出磁場的水平分量和垂直分量，可確定轉子位置。4、在轉子上方安裝一導磁棒，使差動變壓器輸出隨轉子位置變化。77液體流量測量時的修正某轉子流量計的轉子高度為h，如果介質為20℃的水，則流量qv0與h的關系滿足：式中：qv0為用水標定時的流量刻度

ρw為水的密度如果介質不是20℃的水，則流量qvf與h的關系滿足：qvf和ρf分別為被測介質的實際流量和密度刻度流量實際流量修正系數如果被測介質的粘度和水的粘度相差不大，可以近似認為φ是常數，則有由于轉子流量計在生產的時候，是在工業基準狀態（20℃，0.10133Mpa）下用水或空氣進行刻度的。如果工作狀態不同，必須對流量指示值按照實際被測介質的密度、溫度、壓力等參數的具體情況進行修正。78例現有一只以水標定的轉子流量計用來測量苯的流量，已知轉子的材料為不銹鋼（密度7.9g/cm3），苯的密度為0.83g/cm3

，請問流量計讀數為3.6L/s時，苯的實際流量是多少？解：修正公式因此質量流量的修正公式79氣體流量測量時的修正假設實際被測氣體的密度為ρf，因此被測流體流量Qf與指示值Q0的關系是：通常，氣體流量需要把它轉化成工業基準狀態（T0＝20℃＝293K，P0＝1.0133×105Pa）記被測時的壓力和溫度分別為：Pf、Tf，所以被測流體對應標準狀態的體積流量為：此時的密度ρf還是實際密度，由于測量的困難，也需要把它轉化成標態下的密度更為方便：80于是有修正公式溫度單位是絕對溫標，壓力為絕對壓力。（P0=1.0133*105Pa，T0=273K）ρ0——空氣標準狀態密度（1.293kg/m3）ρf0——被測介質標準狀態密度

Q0

——顯示流量

Qf0——實際流量（標準狀態）81——轉子流量計的特點①轉子流量計主要適合于檢測中小管徑、較低雷諾數的中小流量；②流量計結構簡單，使用方便，工作可靠，儀表前直管段長度要求不高；③流量計的基本誤差約為儀表量程的±2％，量程比可達10：1④流量計的測量精度易受被測介質密度、粘度、溫度、壓力、純凈度、安裝質量等的影響。822.5.6渦輪流量計基本工作原理

流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，渦輪的旋轉速度隨流量的變化而變化，通過渦輪外的磁電轉換裝置可將渦輪的旋轉轉換成電脈沖。流量方程其中：Q：體積流量f：脈沖信號頻率

ξ：儀表常數83特點和要求流量與渦輪轉速之間成線性關系，量程比一般為1O：1；渦輪流量計的測量精度較高，可達到0.5級以上；反應迅速，可測脈動流量；主要用于中小口徑的流量檢測；僅適用潔凈的被測介質，通常在渦輪前要安裝過濾裝置；流量計水平安裝，前后需一定長度的直管段，一般上游側和下游側的直管段長度要求在10D和5D以上；常溫下用水標定，當介質的密度和粘度發生變化時需重新標定或進行補償。842.5.7渦街流量計基本工作原理：實驗表明，當管道中的流體遇到橫置的、滿足一定條件的柱狀障礙物時，會產生有規律的周期性漩渦序列，且在一定條件下被測流體的流量與漩渦出現的頻率存在定量關系。

St稱為