化工自動(dòng)化及儀表-第3章第一頁(yè)，共170頁(yè)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖第二頁(yè)，共170頁(yè)。

本章主要內(nèi)容：3.1概述3.2溫度檢測(cè)3.3流量檢測(cè)3.4壓力檢測(cè)3.5物位檢測(cè)3.8變送器3.9現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展第三頁(yè)，共170頁(yè)。3.1概述3.1.0檢測(cè)變送的重要性3.1.1測(cè)量誤差3.1.2儀表性能指標(biāo)第四頁(yè)，共170頁(yè)。

在過(guò)程自動(dòng)化中要通過(guò)檢測(cè)元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見(jiàn)變量是溫度、壓力、流量、物位（四大參數(shù)）。檢測(cè)元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與之成對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)包括位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等。3.1.0檢測(cè)變送的重要性第五頁(yè)，共170頁(yè)。

由于檢測(cè)元件的輸出信號(hào)種類繁多，且信號(hào)較弱不易察覺(jué)，一般都需要將其經(jīng)過(guò)變送器處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣信號(hào)送往顯示儀表，指示或記錄工藝變量，或同時(shí)送往控制器對(duì)被控變量進(jìn)行控制。（如4～20mA或0～10mA直流電流信號(hào),20～100KPa氣壓信號(hào)）第六頁(yè)，共170頁(yè)。一般將檢測(cè)元件稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。有時(shí)將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表。第七頁(yè)，共170頁(yè)。檢測(cè)——實(shí)施正確控制的第一步變送——將檢測(cè)元件輸出的各種信號(hào)、微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一(標(biāo)準(zhǔn))的電氣信號(hào)。第八頁(yè)，共170頁(yè)。靜態(tài)：正確——y(t)正確反映c(t)的值可靠——長(zhǎng)期工作動(dòng)態(tài)：迅速——y(t)迅速反映c(t)的變化過(guò)程控制對(duì)檢測(cè)儀表要求：第九頁(yè)，共170頁(yè)。

測(cè)量誤差(1)絕對(duì)誤差：儀表的指示值與被測(cè)量的真值之間的差值。測(cè)量誤差：檢測(cè)儀表獲得的被測(cè)值與實(shí)際被測(cè)變量真實(shí)值之間的差距。理論上：實(shí)際上：第十頁(yè)，共170頁(yè)。

測(cè)量誤差(2)

相對(duì)誤差（儀表引用誤差）絕對(duì)誤差與儀表的量程之比。第十一頁(yè)，共170頁(yè)。(3)允許誤差(4)附加誤差——由于外界環(huán)境條件變化以及儀表波動(dòng)等外界因素引起的誤差。第十二頁(yè)，共170頁(yè)。

儀表性能指標(biāo)精確度（精度）儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的?！硎緝x表測(cè)量結(jié)果的可靠程度。精度等級(jí)：允許誤差去掉“±”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。精度等級(jí)第十三頁(yè)，共170頁(yè)。目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等注：儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。

精度等級(jí)：允許誤差去掉“±”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。問(wèn)題：儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越？。第十四頁(yè)，共170頁(yè)。

儀表的精度等級(jí)以一定的符號(hào)形式表示在儀表標(biāo)尺板上，如1.0外加一個(gè)圓圈或三角形。精度等級(jí)1.0，說(shuō)明該儀表允許誤差為±1.0%。1.01.0第十五頁(yè)，共170頁(yè)。[例1]某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600--1100℃，其最大絕對(duì)誤差為±4℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。

由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，而該儀表的最大引用誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表的允許誤差，所以這臺(tái)儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)。解儀表的允許誤差為目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等第十六頁(yè)，共170頁(yè)。[例2]某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600--1100℃，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過(guò)±4℃，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求。所以只能選擇一臺(tái)允許誤差為±0.5%，即精確度等級(jí)為0.5級(jí)的儀表，才能滿足工藝要求。解根據(jù)工藝要求，儀表的最大允許誤差為第十七頁(yè)，共170頁(yè)。結(jié)論：校表：選表：儀表量程的上限：Ymax:4/3~3/2倍（被測(cè)變量）

波動(dòng)較大時(shí)：3/2~2倍（被測(cè)變量）下限：一般地，被測(cè)變量的值不低于全量程的1/3。

儀表精度與量程有關(guān)，量程是根據(jù)所要測(cè)量的工藝變量來(lái)確定的。在儀表精度等級(jí)一定的前提下適當(dāng)縮小量程，可以減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。第十八頁(yè)，共170頁(yè)。(2)變差(回差)

——在外界條件不變的情況下，使用同一臺(tái)儀表對(duì)某一變量進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)于同一測(cè)量值所得的儀表讀數(shù)之間的差異。注意：儀表的變差不能超出儀表的允許誤差。例：在1151系列電容式差壓變送器調(diào)校實(shí)驗(yàn)中，得到如下一組數(shù)據(jù)：插入點(diǎn)正行程實(shí)測(cè)（mA）反行程實(shí)測(cè)（mA）

0%

4.004.0025%8.107.9050%12.3011.9075%16.4016.21100%20.0020.00（1）最大絕對(duì)誤差是多少？（2）最大回差是多少?第十九頁(yè)，共170頁(yè)。(3)線性度

——衡量?jī)x表實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)。線性度差就要降低儀表精度。圖3.1線性度第二十頁(yè)，共170頁(yè)。(4)靈敏度和分辨率靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即靈敏度=△Y/△X對(duì)于模擬式儀表而言，ΔY是儀表指針的角位移或線位移。靈敏度反映了儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度。第二十一頁(yè)，共170頁(yè)。分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。分辨率是靈敏度的一種反映。。對(duì)于數(shù)字式儀表而言，分辨率就是數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測(cè)量的變化量。第二十二頁(yè)，共170頁(yè)。(5)動(dòng)態(tài)誤差由于儀表動(dòng)作的慣性延遲和測(cè)量傳遞滯后，當(dāng)被測(cè)量突然變化后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能準(zhǔn)確顯示出來(lái)，這樣造成的誤差。注：在工業(yè)生產(chǎn)中被測(cè)量變化較快時(shí)，不能忽略動(dòng)態(tài)誤差。第二十三頁(yè)，共170頁(yè)。課堂作業(yè)1：檢定一塊1.5級(jí)刻度為0～100Pa的壓力表，發(fā)現(xiàn)在50Pa處的誤差最大，為1.4Pa，其他刻度處的誤差均小于1.4Pa，問(wèn)這塊壓力表是否合格？第二十四頁(yè)，共170頁(yè)。例1：某一標(biāo)尺為0～500℃的溫度計(jì)出廠前經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，其刻度標(biāo)尺各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果值為：被校表讀數(shù)（℃）0100200300400500標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)（℃）0103198303406495（1）求出儀表最大絕對(duì)誤差值；（2）確定儀表的允許誤差及精度等級(jí)；（3）儀表經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后，重新校驗(yàn)時(shí)，儀表最大絕對(duì)誤差為±8℃，問(wèn)該儀表是否還符合出廠時(shí)的精度等級(jí)？第二十五頁(yè)，共170頁(yè)。例2：現(xiàn)欲測(cè)往復(fù)泵出口壓力（約1.2MPa），工藝要求±0.05Mpa，就地指示。可供選擇的彈簧管壓力表的精度為：1.0,1.5,2.5,4.0級(jí)，量程為0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。試選擇壓力表的精度和量程。第二十六頁(yè)，共170頁(yè)。3.2溫度檢測(cè)3.2.1溫度檢測(cè)方法3.2.2熱電偶3.2.3熱電阻3.2.4熱電偶、熱電阻的選用第二十七頁(yè)，共170頁(yè)。3.2.1溫度檢測(cè)方法按測(cè)溫元件是否與被測(cè)對(duì)象接觸分為：接觸式：非接觸式：第二十八頁(yè)，共170頁(yè)。接觸式：測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)溫精度較高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象必須經(jīng)過(guò)充分的熱交換且達(dá)到平衡后才能測(cè)量，這樣容易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，同時(shí)帶來(lái)測(cè)溫過(guò)程的延遲現(xiàn)象，不適于測(cè)量熱容量小的對(duì)象、極高溫的對(duì)象、處于運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象。不適于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。第二十九頁(yè)，共170頁(yè)。非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱交換，或測(cè)溫元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測(cè)量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)。非接觸式測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測(cè)量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。

第三十頁(yè)，共170頁(yè)。3.2.2熱電偶(1)

測(cè)溫原理——熱電效應(yīng)圖3.2熱電偶的熱電效應(yīng)（參比端、冷端、固定端）（工作端、熱端、自由端）將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B連在一起組成一個(gè)閉合回路，而且兩個(gè)接點(diǎn)的溫度θ≠θo,則回路內(nèi)將有電流產(chǎn)生，電流大小正比于接點(diǎn)溫度θ和θo的函數(shù)之差，而其極性則取決于A和B的材料。第三十一頁(yè)，共170頁(yè)。根據(jù)熱電偶的“中間導(dǎo)體定律”可知：熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體后，只要該導(dǎo)體兩端溫度相同，熱電偶回路中所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)與沒(méi)有接入第三種導(dǎo)體時(shí)熱電偶所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)相同；同理，如果回路中接入更多種導(dǎo)體時(shí)，只要同一導(dǎo)體兩端溫度相同，也不影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值。因此熱電偶回路可以接入各種顯示儀表、變送器、連接導(dǎo)線等。熱電偶的“中間導(dǎo)體定律”第三十二頁(yè)，共170頁(yè)。分度表：當(dāng)θ0=0℃時(shí)，

與溫度θ對(duì)應(yīng)的數(shù)值表。（非線性）分度號(hào)：與分度表所對(duì)應(yīng)的熱電偶的代號(hào)。第三十三頁(yè)，共170頁(yè)。常用工業(yè)熱電偶比較第三十四頁(yè)，共170頁(yè)。常用熱電偶類型：普通型熱電偶：(熱電偶結(jié)構(gòu)類型見(jiàn)P27)熱電極、絕緣管、接線盒等鎧裝熱電偶多點(diǎn)式熱點(diǎn)偶防爆型熱點(diǎn)偶表面型熱點(diǎn)偶第三十五頁(yè)，共170頁(yè)。鎧裝熱電偶的特點(diǎn)·熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)態(tài)誤差；·可彎曲安裝使用；·測(cè)量范圍大；·機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；第三十六頁(yè)，共170頁(yè)。扁接插式鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線式鎧裝熱電偶防噴式鎧裝熱電偶防水式鎧裝熱電偶手柄式鎧裝熱電偶圓接插式鎧裝熱電偶圖3.3第三十七頁(yè)，共170頁(yè)。多點(diǎn)熱電偶

適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在溫度梯度不顯著，須同時(shí)測(cè)量多個(gè)位置或位置的多處測(cè)量。廣泛應(yīng)用于大化肥合成塔、存儲(chǔ)罐等裝置中。圖3.4多點(diǎn)熱電偶

第三十八頁(yè)，共170頁(yè)。防爆型熱電偶的原理防爆熱電偶是利用間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)具有足夠強(qiáng)度的接線盒等部件，將所有會(huì)產(chǎn)生火花，電弧和危險(xiǎn)溫度的零部件都密封在接線盒腔內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，能通過(guò)接合面間隙熄火和冷卻，使爆炸后的火焰和溫度傳不到腔外，從而進(jìn)行隔爆。

第三十九頁(yè)，共170頁(yè)。防爆型熱電偶的特點(diǎn)·多種防爆形式，防爆性能好；

·壓簧式感溫元件，抗振性能好；

·測(cè)溫范圍大；

·機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；

第四十頁(yè)，共170頁(yè)。無(wú)固定裝置固定法蘭式固定螺紋式活絡(luò)管接頭式直型管接頭式圖3.5防爆型熱電偶一覽圖第四十一頁(yè)，共170頁(yè)。吹氣型熱電偶通過(guò)吹進(jìn)氮?dú)饣蚱渌鼩怏w，將有害氣體送出保護(hù)管外，從而提高熱電偶?jí)勖Ｊ?0萬(wàn)噸合成氨裝置中不可缺少的測(cè)溫裝置。另外，壓簧固定熱電偶、直角彎頭熱電偶、耐磨阻漏熱電偶等等圖3.6吹氣型熱電偶第四十二頁(yè)，共170頁(yè)。(2)補(bǔ)償導(dǎo)線圖3.7補(bǔ)償導(dǎo)線連接圖作用：解決參比端溫度的恒定問(wèn)題。要求：價(jià)格便宜，0~100℃范圍內(nèi)的熱電性質(zhì)與要補(bǔ)償?shù)臒犭娕嫉臒犭娦再|(zhì)幾乎完全一樣第四十三頁(yè)，共170頁(yè)。(3)熱電偶參比端溫度補(bǔ)償（測(cè)量的準(zhǔn)確性）補(bǔ)償原理：工作端溫度θ，參比端θ0，熱電勢(shì)為因此參比端溫度補(bǔ)償方法：

①計(jì)算法②冰浴法③機(jī)械調(diào)零法（動(dòng)圈表調(diào)零法），等級(jí)1.0以上④補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器第四十四頁(yè)，共170頁(yè)。例如：用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度θo=20℃，測(cè)得的熱電勢(shì)E（θ，θo）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV,則E（θ，0）=E（θ，20）+E（20，0）

=32.479+0.798=33.277mV再反查K分度表，得實(shí)際溫度是800℃。計(jì)算法舉例：第四十五頁(yè)，共170頁(yè)。3.2.3熱電阻⑴金屬熱電阻——測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化的特性。熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中的-200°C～500°C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。

熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。

常用熱電阻：銅電阻和鉑電阻熱電阻的結(jié)構(gòu)形式：普通型、鎧裝型、專用型第四十六頁(yè)，共170頁(yè)。

無(wú)固定裝置熱電阻

固定螺紋式熱電阻

活動(dòng)法蘭式熱電阻

固定螺紋錐式熱電阻

固定螺紋管接頭式熱電阻

活絡(luò)管接頭式熱電阻圖3.8第四十七頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.9裝配式熱電阻裝配式熱電阻是由感溫元件、不銹鋼保護(hù)管、接線盒以及各種用途的固定裝置組成。第四十八頁(yè)，共170頁(yè)。防噴式鎧裝熱電阻扁接插式鎧裝熱電阻防水式鎧裝熱電阻圓接插式鎧裝熱電阻補(bǔ)償導(dǎo)線式鎧裝熱電阻圖3.10鎧裝式熱電阻比裝配式熱電阻直徑小、易彎曲、適宜安裝在裝配式無(wú)法安裝的場(chǎng)合，它的外保護(hù)管采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化物質(zhì)絕緣體，因此它具有很強(qiáng)的抗污染和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，能在環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合使用。

第四十九頁(yè)，共170頁(yè)。端面熱電阻——適合于測(cè)量電廠汽輪機(jī)及電機(jī)軸瓦或其它機(jī)體表面溫度。防腐熱電阻——采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，適合于石油化工各種腐蝕性介質(zhì)中測(cè)溫。是氯堿行業(yè)的專用測(cè)溫儀表。圖3.11

端面熱電阻圖3.12防腐熱電阻第五十頁(yè)，共170頁(yè)。微型熱電偶/熱電阻

——適用于狹小場(chǎng)所的溫度測(cè)量與控制。是紡織、絳綸等行業(yè)業(yè)不可缺少的溫度測(cè)量裝置。微型熱電偶/熱電阻

特殊熱電偶/熱電阻

爐壁熱電偶/熱電阻

爐壁熱電偶/熱電阻

適合于電廠鍋爐爐壁，管壁及其它圓柱體表面測(cè)量。第五十一頁(yè)，共170頁(yè)。⑵半導(dǎo)體熱敏電阻——測(cè)溫原理是基于某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化而變化的特性。NTC型：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，多數(shù)是此類

PTC型：正溫度系數(shù)熱敏電阻，用于位式溫度檢測(cè)

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、體積小、熱慣性小。缺點(diǎn)：非線性嚴(yán)重、互換性差、測(cè)溫范圍窄第五十二頁(yè)，共170頁(yè)。3.2.4熱電偶、熱電阻的選用(1)選用原則：較高溫度——熱電偶中低溫區(qū)——熱電阻一般以500℃為分界，但不絕對(duì)第五十三頁(yè)，共170頁(yè)。原因有兩點(diǎn)：(2)由于參比端溫度變化不易得到完全補(bǔ)償，在較低溫度區(qū)內(nèi)引起的相對(duì)誤差就很突出。另外，還應(yīng)注意工作環(huán)境，如環(huán)境溫度、介質(zhì)性質(zhì)（氧化性、還原性、腐蝕性）等，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)套管、連接導(dǎo)線等。(1)在中低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，對(duì)測(cè)量?jī)x表放大器和抗干擾要求很高。第五十四頁(yè)，共170頁(yè)。(2)安裝(1)選擇有代表性的測(cè)溫點(diǎn)位置，測(cè)溫元件有足夠的插入深度(2)熱電偶或熱電阻的接線盒的出線孔應(yīng)朝下，以免積水及灰塵等造成接觸不良，防止引入干擾信號(hào)。(3)檢測(cè)元件應(yīng)避開(kāi)熱輻射強(qiáng)烈影響處。要密封安裝孔，避免被測(cè)介質(zhì)溢出或冷空氣吸入而引入誤差。圖3.14熱電偶安裝第五十五頁(yè)，共170頁(yè)。(3)使用熱電偶：——參比端溫度補(bǔ)償——補(bǔ)償導(dǎo)線的極性不能接反——分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致——在與采用補(bǔ)償電橋法進(jìn)行參比端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表（如電子電位差計(jì)、溫度變送器等）配套測(cè)溫時(shí)，熱電偶的參比端要與補(bǔ)償電阻感受相同溫度。第五十六頁(yè)，共170頁(yè)。熱電阻：——分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致——采用三線制接法第五十七頁(yè)，共170頁(yè)。所謂三線制接法，就是從現(xiàn)場(chǎng)的金屬熱電阻兩端引出三根材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同的連接導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線被接入相鄰兩對(duì)抗橋臂中，另一根與測(cè)量橋路電源負(fù)極相連。見(jiàn)右圖。由于流過(guò)兩橋臂的電流相等，因此當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩根連接導(dǎo)線因阻值變化而引起的壓降變化相互抵消，不影響測(cè)量橋路輸出電壓的大小。圖3.15第五十八頁(yè)，共170頁(yè)。3.3流量檢測(cè)3.3.0基本概念主要研究?jī)?nèi)容：3.3.1流量檢測(cè)的主要方法3.3.2速度式流量計(jì)（差壓式流量傳感器）3.3.3容積式流量計(jì)3.3.4質(zhì)量流量計(jì)3.3.5流量?jī)x表的選用第五十九頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.0基本概念流量（瞬時(shí)流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體的數(shù)量。累積流量（總流量）：某一時(shí)段內(nèi)流過(guò)的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。第六十頁(yè)，共170頁(yè)。流量的表示方法：質(zhì)量流量(qm)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)體積流量(qv)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的體積。(工作狀態(tài)下)單位:(m3/s)

qm=qvρ體積流量(qvn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）

qvn=qm/ρn

qvn=qvρ/ρn第六十一頁(yè)，共170頁(yè)。流體的密度受流體的工作狀態(tài)（如溫度、壓力）影響:對(duì)于液體，壓力變化對(duì)密度的影響非常小，一般可以忽略不計(jì)。溫度對(duì)密度的影響要大一些，一般溫度每變化10℃時(shí)，液體密度的變化約在1%以內(nèi)，所以當(dāng)溫度變化不是很大，測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高的情況下，往往也可以忽略不計(jì)。第六十二頁(yè)，共170頁(yè)。

對(duì)于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大。在常溫常壓附近，溫度每變化10℃，密度變化約為3%；

因此，在測(cè)量氣體流量時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測(cè)得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為20℃，壓力為101325Pa）的體積流量，用符號(hào)qVN表示，單位符號(hào)為Nm3/s。壓力每變化10kPa，密度約變化3%。第六十三頁(yè)，共170頁(yè)。

生產(chǎn)過(guò)程中各種流體的性質(zhì)各不相同，流體的工作狀態(tài)及流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性也不同，很難用一種原理或方法測(cè)量不同流體的流量。尤其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其情況復(fù)雜，某些場(chǎng)合的流體是高溫、高壓，有時(shí)是氣液兩相或液固兩相的混合流體。所以目前流量測(cè)量的方法很多，測(cè)量原理和流量傳感器（或稱流量計(jì)）也各不相同，從測(cè)量方法上一般可分為以下幾大類。第六十四頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.1流量檢測(cè)的主要方法(1)測(cè)體積流量容積法：在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體的固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。容積法受流體流動(dòng)狀態(tài)影響較小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。雷諾數(shù)是流體流動(dòng)中慣性力與粘性力比值的量度,依據(jù)雷諾數(shù)的大小可以判別流動(dòng)特征

如：橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等圖3.16

LC橢圓齒輪流量計(jì)

第六十五頁(yè)，共170頁(yè)。速度法：平均流速乘以管道截面積求得流體的體積流量。測(cè)量平均流速的方法有：差壓式、電磁式、漩渦式、聲學(xué)式、熱學(xué)式、渦輪式差壓式

又稱節(jié)流式，利用節(jié)流件前后的差壓和流速關(guān)系，通過(guò)差壓值獲得流體的流速；電磁式導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)大小與流體的平均流速成正比；第六十六頁(yè)，共170頁(yè)。旋渦式流體在流動(dòng)中遇到一定形狀的物體會(huì)在其周圍產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦釋放的頻率與流速成正比；

聲學(xué)式根據(jù)聲波在流體中傳播速度的變化得到流體的流速；渦輪式流體作用在置于管道內(nèi)部的渦輪上使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在一定流速范圍內(nèi)與管道內(nèi)流體的流速成正比；

熱學(xué)式利用加熱體被流體的冷卻程度與流速的關(guān)系來(lái)檢測(cè)流速。第六十七頁(yè)，共170頁(yè)。基于速度法的流量檢測(cè)儀表有:節(jié)流式流量計(jì)、靶式流量計(jì)、彎管流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。第六十八頁(yè)，共170頁(yè)。YJLB型一體化節(jié)流式流量計(jì)YJLB型一體化節(jié)流式流量計(jì)將節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體，繼承了節(jié)流裝置的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，成套性好，故障率低，使用安裝方便，動(dòng)態(tài)特性好，提高了測(cè)量精度，可滿足各種流量測(cè)量的需要

圖3.17第六十九頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.18靶式流量計(jì)第七十頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.1990度彎管流量計(jì)第七十一頁(yè)，共170頁(yè)。測(cè)質(zhì)量流量間接法：測(cè)出體積流量和密度，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到。主要有壓力溫度補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。直接法：直接測(cè)量質(zhì)量流量。科里奧利力式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)等。第七十二頁(yè)，共170頁(yè)。質(zhì)量流量計(jì)是直接測(cè)量流體流過(guò)的質(zhì)量。具有精度不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)圖3.20

SITRANSFC科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)第七十三頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.2速度式流量計(jì)（差壓式流量傳感器）差壓式流量傳感器又稱節(jié)流式流量傳感器，它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第七十四頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.21差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變送器）組成，如下圖所示。第七十五頁(yè)，共170頁(yè)。節(jié)流裝置的作用是把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)，差壓計(jì)則對(duì)壓差信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值，差壓變送器是把差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、記錄或控制。

差壓式流量傳感器發(fā)展較早，技術(shù)成熟而較完善，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)流體的種類、溫度、壓力限制較少，因而應(yīng)用廣泛。第七十六頁(yè)，共170頁(yè)。(1)節(jié)流裝置節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測(cè)元件，是安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管。它們的結(jié)構(gòu)形式、相對(duì)尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，如下頁(yè)圖所示。第七十七頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-22標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件(a)孔板；(b)噴嘴；(c)文丘里管

第七十八頁(yè)，共170頁(yè)。其中孔板最簡(jiǎn)單又最為典型，加工制造方便，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常被采用。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置按照規(guī)定的技術(shù)要求和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)、加工、安裝，無(wú)需檢測(cè)和標(biāo)定，可以直接投產(chǎn)使用，并可保證流量測(cè)量的精度。第七十九頁(yè)，共170頁(yè)。

(2)測(cè)量原理測(cè)量原理

在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變。用節(jié)流元件測(cè)量流量時(shí)，流體流過(guò)節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過(guò)的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關(guān)系，這就是差壓式流量傳感器測(cè)量原理。第八十頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-23節(jié)流件前后流速和壓力分布情況第八十一頁(yè)，共170頁(yè)。

圖3-23為節(jié)流件前后流速和壓力分布情況，圖中充分地反映了能量形式的轉(zhuǎn)換。由于流動(dòng)是穩(wěn)定不變的，即流體在同一時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道截面I和節(jié)流件開(kāi)孔截面II的流體量應(yīng)相同，這樣通過(guò)截面II的流速必然比通過(guò)截面I時(shí)快。在流速變化的同時(shí)，流體的動(dòng)壓能和靜壓能也發(fā)生變化，根據(jù)能量守恒定律，因而在孔板前后出現(xiàn)了靜壓差。通過(guò)測(cè)量此靜壓差便可以求出流速和流量。

第八十二頁(yè)，共170頁(yè)。流量方程式為(差壓與流量的關(guān)系)

對(duì)于可壓縮流體，例如各種氣體及蒸氣通過(guò)節(jié)流元件時(shí)，由于壓力變化必然會(huì)引起密度ρ的改變，即ρ1≠ρ2，這時(shí)在公式中應(yīng)引入體積膨脹系數(shù)ε，可壓縮性流體體積膨脹系數(shù)ε小于1，如果是不可壓縮性流體，則ε=1。m為孔口面積與管道內(nèi)截面積之比。第八十三頁(yè)，共170頁(yè)。

流量公式中的流量系數(shù)α與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開(kāi)孔直徑、流體流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，α值可直接從有關(guān)手冊(cè)中查出。第八十四頁(yè)，共170頁(yè)。(3)差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)

圖3-24差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

第八十五頁(yè)，共170頁(yè)。

要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量流量，還要注意以下幾點(diǎn)：（1）差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標(biāo)尺有若干種規(guī)格，選擇時(shí)應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。（2）在測(cè)量蒸汽和氣體流量時(shí)，常遇到工作條件的密度ρ與設(shè)計(jì)時(shí)的密度ρc不相同，這時(shí)必須對(duì)示數(shù)進(jìn)行修正。第八十六頁(yè)，共170頁(yè)。（3）顯示儀表刻度通常是線性的，測(cè)量值（差壓信號(hào)）要經(jīng)過(guò)開(kāi)方運(yùn)算進(jìn)行線性化處理后再送顯示儀表。（4）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。（5）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，這就需要正確安裝差壓信號(hào)管路。第八十七頁(yè)，共170頁(yè)。介質(zhì)為液體時(shí)：

差壓變送器應(yīng)裝在節(jié)流裝置下面，取壓點(diǎn)應(yīng)在工藝管道的中心線以下引出（下傾45°左右），導(dǎo)壓管最好垂直安裝，否則也應(yīng)有一定斜度。當(dāng)差壓變送器放在節(jié)流裝置之上時(shí)，要裝置貯氣罐。

圖3.25第八十八頁(yè)，共170頁(yè)。介質(zhì)為氣體時(shí)：差壓變送器應(yīng)裝在節(jié)流裝置的上面,防止導(dǎo)壓管內(nèi)積聚液滴，取壓點(diǎn)應(yīng)在工藝管道的上半部引出。圖3.26第八十九頁(yè)，共170頁(yè)。介質(zhì)為蒸汽時(shí)：

應(yīng)使導(dǎo)壓管內(nèi)充滿冷凝液，因此在取壓點(diǎn)的出口處要裝設(shè)凝液罐，其它安裝同液體。圖3.27第九十頁(yè)，共170頁(yè)。介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)：

可在節(jié)流裝置和差壓變送器之間裝設(shè)隔離罐，內(nèi)放不與介質(zhì)有互溶的隔離液來(lái)傳遞壓力，或采用噴吹法等。圖3.28第九十一頁(yè)，共170頁(yè)。（2）靶式流量計(jì)

在流體通過(guò)的管道中，垂直于流動(dòng)方向插上一塊圓盤(pán)形的靶。流體通過(guò)時(shí)對(duì)靶片產(chǎn)生推力，經(jīng)杠桿系統(tǒng)產(chǎn)生力矩。力矩與流量的平方近似成正比。靶式流量計(jì)適用于測(cè)量粘稠性及含少量懸浮固體的液體。

圖3.29第九十二頁(yè)，共170頁(yè)。（3）旋渦流量計(jì)

旋渦流量計(jì)又稱渦街流量計(jì)，其測(cè)量方法基于流體力學(xué)中的卡門渦街原理。把一個(gè)旋渦發(fā)生體（如圓柱體、三角柱體等非流線型對(duì)稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過(guò)旋渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋渦，形成渦列，且左右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種渦列就稱為卡門渦街。

在一定的雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)，體積流量qv與旋渦的頻率f成線性關(guān)系。只要測(cè)出旋渦的頻率f就能求得流過(guò)流量計(jì)管道流體的體積流量qv。

第九十三頁(yè)，共170頁(yè)。

旋渦流量計(jì)的輸出信號(hào)是與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，可以遠(yuǎn)距離傳輸，而且輸出信號(hào)與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數(shù)無(wú)關(guān)。該流量計(jì)量程比寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)件，具有測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。第九十四頁(yè)，共170頁(yè)。轉(zhuǎn)子流量計(jì)

根據(jù)轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的高度來(lái)測(cè)量流量。利用流體通過(guò)轉(zhuǎn)子和管壁之間的間隙時(shí)產(chǎn)生的壓差來(lái)平衡轉(zhuǎn)子的重量，流量越大，轉(zhuǎn)子被托得越高，使其具有更大的環(huán)隙面積，也即環(huán)隙面積隨流量變化，所以一般稱為面積法。它較多地用于中、小流量的測(cè)量，有配以電遠(yuǎn)傳或氣遠(yuǎn)傳發(fā)信器的類型。

第九十五頁(yè)，共170頁(yè)。渦輪流量計(jì)

根據(jù)渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量變化來(lái)測(cè)量流量。渦輪安裝在非導(dǎo)磁材料制成的水平管段內(nèi)，當(dāng)渦輪受到流體沖擊而旋轉(zhuǎn)時(shí)，由導(dǎo)磁性材料制成的渦輪葉片通過(guò)磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器中的永久磁鋼時(shí)，由于磁路中的磁阻發(fā)生周期性變化，從而在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)電勢(shì)，經(jīng)放大和整形后，獲得與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)作為流量測(cè)量信息，再根據(jù)脈沖累計(jì)數(shù)可得知總量。第九十六頁(yè)，共170頁(yè)。

優(yōu)點(diǎn)是精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，壓力損失較小，但是流體必須不含污物及固體雜質(zhì)，以減少磨損和防止渦輪被卡。適宜于測(cè)量比較潔凈而粘度又低的液體流量。第九十七頁(yè)，共170頁(yè)。另外，電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)第九十八頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.3容積式流量計(jì)該流量計(jì)系直讀累積式流體流量計(jì)，是由裝有一對(duì)橢圓齒輪轉(zhuǎn)子的計(jì)量室、密封聯(lián)軸器（小口徑流量計(jì)采用靈敏度高的磁性聯(lián)軸器）和計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成。測(cè)得旋轉(zhuǎn)頻率就可求得體積流量。圖3.30橢圓齒輪流量測(cè)量示意圖第九十九頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.4質(zhì)量流量計(jì)

(1)直接式質(zhì)量流量傳感器——科里奧利質(zhì)量流量傳感器科里奧利質(zhì)量流量傳感器是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量傳感器。第一百頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-31科里奧利力分析圖

當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)在對(duì)P軸作角速度為ω旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，如圖3-31所示，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及相應(yīng)的加速度力：第一百零一頁(yè)，共170頁(yè)。

①法向加速度:即向心加速度ar，其量值為ω2r，方向朝向P軸。②切向加速度:即科里奧利加速度at,

其量值為2ωv，方向與ar垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的at方向上作用著科里奧利力為2ωvm，而管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力，其值為-2ωvm。第一百零二頁(yè)，共170頁(yè)。

當(dāng)密度為ρ的流體以恒定速度v在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度為Δx的管道都受到一個(gè)大小為ΔFc的切向科里奧利力，即ΔFc=2ωvρAΔx

式中,A為管道的流通內(nèi)截面積。2ωvm第一百零三頁(yè)，共170頁(yè)。因?yàn)橘|(zhì)量流量qm=ρvA，所以

ΔFc=2ωqmΔx

基于上式，如直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體所產(chǎn)生的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量，這就是科里奧利質(zhì)量流量傳感器的工作原理。ΔFc=2ωvρAΔx

第一百零四頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-32科里奧利質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

然而，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，目前的傳感器均采用振動(dòng)的方式來(lái)產(chǎn)生，圖3-32是科里奧利質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。第一百零五頁(yè)，共170頁(yè)。流量傳感器的測(cè)量管道是兩根兩端固定平行的U形管，在兩個(gè)固定點(diǎn)的中間位置由驅(qū)動(dòng)器施加產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)能量，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測(cè)量管兩側(cè)產(chǎn)生方向相反的扭曲。位于U形管的兩個(gè)直管管端的兩個(gè)檢測(cè)器用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)扭曲量以求得質(zhì)量流量。

第一百零六頁(yè)，共170頁(yè)。

當(dāng)管道充滿流體時(shí)，流體也成為轉(zhuǎn)動(dòng)系的組成部分，流體密度不同，管道的振動(dòng)頻率會(huì)因此而有所改變，而密度與頻率有一個(gè)固定的非線性關(guān)系，因此科里奧利質(zhì)量流量傳感器也可測(cè)量流體密度。

第一百零七頁(yè)，共170頁(yè)。推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器

推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器實(shí)際上是由多個(gè)傳感器組合而成的質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。

組合方式主要有以下幾種。第一百零八頁(yè)，共170頁(yè)。

（1）體積傳感器與密度傳感器組合方式，即第一百零九頁(yè)，共170頁(yè)。

（2）差壓式等體積流量傳感器與線性體積流量傳感器組合方式即第一百一十頁(yè)，共170頁(yè)。（3）壓力計(jì)、溫度計(jì)和體積流量計(jì)相結(jié)合

即

第一百一十一頁(yè)，共170頁(yè)。3.3.5流量?jī)x表的選用選擇流量?jī)x表要考慮的主要因素：流體特性（物性參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)）、化學(xué)性質(zhì)、臟污結(jié)垢影響最大的是：密度和粘度使用環(huán)境：是否會(huì)腐蝕安裝條件：直管段，差壓式、旋渦式直管段要求較長(zhǎng)，容積是無(wú)此要求。質(zhì)量流量計(jì)也要求。第一百一十二頁(yè)，共170頁(yè)。3.4壓力檢測(cè)

壓力是重要的工業(yè)參數(shù)之一，正確測(cè)量和控制壓力對(duì)保證生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。壓力及差壓的測(cè)量還廣泛地應(yīng)用在流量和液位的測(cè)量中。第一百一十三頁(yè)，共170頁(yè)。3.4壓力檢測(cè)3.4.1壓力單位及壓力檢測(cè)方法主要研究?jī)?nèi)容：3.4.2常用壓力檢測(cè)儀表3.4.3壓力表的選用第一百一十四頁(yè)，共170頁(yè)。3.4.1壓力單位及壓力檢測(cè)方法(1)壓力單位工程技術(shù)上所稱的“壓力”實(shí)質(zhì)上就是物理學(xué)里的“壓強(qiáng)”，定義為均勻而垂直作用于單位面積上的力。其表達(dá)式為

式中:P——壓力；F——作用力；A——作用面積。

第一百一十五頁(yè)，共170頁(yè)。

國(guó)際單位制（SI）中定義：1牛頓力垂直均勻地作用在1平方米面積上形成的壓力為1“帕斯卡”。帕斯卡簡(jiǎn)稱“帕”，單位符號(hào)為Pa。

其他的壓力單位“工程大氣壓”（即kgf/cm2）、“毫米汞柱”（即mmHg）、“毫米水柱”（即mmH2O）、物理大氣壓（即atm）等還在應(yīng)用，換算關(guān)系見(jiàn)p40表3-6。第一百一十六頁(yè)，共170頁(yè)。(2)壓力的表示方法絕對(duì)壓力

指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，又稱總壓力或全壓力，一般用大寫(xiě)符號(hào)P表示大氣壓力

是指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力，以P0表示。圖3.33絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓之間的關(guān)系第一百一十七頁(yè)，共170頁(yè)。表壓力

這是指絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，一般用p表示。測(cè)壓儀表一般指示的壓力都是表壓力，表壓力又稱相對(duì)壓力。

當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，則表壓力為負(fù)壓，負(fù)壓又可用真空度表示，負(fù)壓的絕對(duì)值稱為真空度。如測(cè)爐膛和煙道氣的壓力均是負(fù)壓。差壓任意兩個(gè)壓力之差稱為差壓。如靜壓式液位計(jì)和差壓式流量計(jì)就是利用測(cè)量差壓的大小來(lái)測(cè)得液位和流體流量的大小的。

第一百一十八頁(yè)，共170頁(yè)。(3)壓力的檢測(cè)方法彈性力平衡方法：基于彈性元件的彈性變形特性。彈性元件受到被測(cè)壓力作用而產(chǎn)生變形，而因彈性變形產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡。測(cè)出彈性元件變形的位移就可測(cè)出彈性力。此類壓力計(jì)有彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)等。

第一百一十九頁(yè)，共170頁(yè)。重力平衡方法：主要有活塞式和液柱式?；钊綁毫τ?jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬，性能穩(wěn)定可靠，一般作為標(biāo)準(zhǔn)型壓力檢測(cè)儀表來(lái)校驗(yàn)其他類型的測(cè)壓儀表。液柱式壓力計(jì)是根據(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)量的，最典型的是U型管壓力計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且讀數(shù)直觀。第一百二十頁(yè)，共170頁(yè)。機(jī)械力平衡方法：其原理是將被測(cè)壓力變換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量平衡時(shí)的外力來(lái)得到被測(cè)壓力。機(jī)械力平衡方法較多用于壓力或差壓變送器中，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第一百二十一頁(yè)，共170頁(yè)。物性平衡方法：基于在壓力作用下測(cè)壓元件的某些物性發(fā)生變化的原理。如電氣式壓力計(jì)、振頻式壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)、集成式壓力計(jì)等。第一百二十二頁(yè)，共170頁(yè)。(1)彈性式壓力表

彈性式壓力表是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量基礎(chǔ)的。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，現(xiàn)場(chǎng)使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測(cè)量范圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。3.4.2常用壓力檢測(cè)儀表第一百二十三頁(yè)，共170頁(yè)。彈性元件采用不同材料、不同形狀的彈性元件作為感壓元件，可以適用于不同場(chǎng)合、不同范圍的壓力測(cè)量。目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。第一百二十四頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-34彈性元件示意圖

圖3-34給出了一些常用彈性元件的示意圖。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測(cè)量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓和真空度的測(cè)量。

第一百二十五頁(yè)，共170頁(yè)。彈簧管壓力表

彈簧管壓力表在彈性式壓力表中歷史悠久，應(yīng)用廣泛。彈簧管壓力表中壓力敏感元件是彈簧管。彈簧管的橫截面呈非圓形（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，如圖15-35所示。管子的一端為封閉，作為位移輸出端，另一端為開(kāi)口，為被測(cè)壓力輸入端。當(dāng)開(kāi)口端通入被測(cè)壓力后，非圓橫截面在壓力p作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢(shì)而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端由B移至B′而產(chǎn)生位移，第一百二十六頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-35單圈彈簧管結(jié)構(gòu)第一百二十七頁(yè)，共170頁(yè)。圖3-36彈簧管壓力表

第一百二十八頁(yè)，共170頁(yè)。(2)壓力傳感器——是能夠檢測(cè)壓力并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置。能夠滿足自動(dòng)化系統(tǒng)集中檢測(cè)顯示和控制的要求。當(dāng)壓力傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)一步變換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)時(shí)，又將它稱為壓力變送器。應(yīng)變片式：壓電式：壓阻式：電容式：集成式：第一百二十九頁(yè)，共170頁(yè)。應(yīng)變片式壓力傳感器

基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料的應(yīng)變效應(yīng)而工作。將應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，在彈性元件受壓變形的同時(shí)應(yīng)變片也發(fā)生應(yīng)變，即電阻值發(fā)生變化第一百三十頁(yè)，共170頁(yè)。當(dāng)某些材料受到某一方向的壓力作用而發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上就產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)壓力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。壓電材料種類較多，有石英晶體、人工制造的壓電陶瓷，還有高分子壓電薄膜等。

壓電式壓力傳感器

1-絕緣體2-壓電元件3-殼體4-膜片第一百三十一頁(yè)，共170頁(yè)。

壓阻元件是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻。它是基于壓阻效應(yīng)工作的，即當(dāng)它受壓時(shí)，其電阻值隨電阻率的改變而變化。常用的壓阻元件有單晶硅膜片以及在N型單晶硅膜片上擴(kuò)散P型雜質(zhì)的擴(kuò)散硅等，也是依附于彈性元件而工作。壓阻式壓力傳感器第一百三十二頁(yè)，共170頁(yè)。其測(cè)量原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板，它與固定極板組成可變電容器。當(dāng)被測(cè)壓力變化時(shí)，由于測(cè)壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。

電容式壓力傳感器第一百三十三頁(yè)，共170頁(yè)。單電容式壓力傳感器它由圓形薄膜與固定電極構(gòu)成。薄膜在壓力的作用下變形，從而改變電容器的容量，其靈敏度大致與薄膜的面積和壓力成正比而與薄膜的張力和薄膜到固定電極的距離成反比。另一種型式的固定電極取凹形球面狀，膜片為周邊固定的張緊平面，膜片可用塑料鍍金屬層的方法制成（圖1）。

第一百三十四頁(yè)，共170頁(yè)。差動(dòng)電容式壓力傳感器它的受壓膜片電極位于兩個(gè)固定電極之間,構(gòu)成兩個(gè)電容器（圖2）。在壓力的作用下一個(gè)電容器的容量增大而另一個(gè)則相應(yīng)減小，測(cè)量結(jié)果由差動(dòng)式電路輸出。它的固定電極是在凹曲的玻璃表面上鍍金屬層而制成。過(guò)載時(shí)膜片受到凹面的保護(hù)而不致破裂。差動(dòng)電容式壓力傳感器比單電容式的靈敏度高、線性度好，但加工較困難（特別是難以保證對(duì)稱性），而且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)氣體或液體的隔離，因此不宜于工作在有腐蝕性或雜質(zhì)的流體中。第一百三十五頁(yè)，共170頁(yè)。它是將微機(jī)械加工技術(shù)和微電子集成工藝相結(jié)合的一類新型傳感器，有壓阻式、微電容式、微諧振式等形式。

將差壓、靜壓和溫度同時(shí)測(cè)出，再送入微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后就可以得到修正后的被測(cè)差壓值、靜壓值和溫度值。集成式壓力傳感器第一百三十六頁(yè)，共170頁(yè)。壓力表的選用主要包括儀表型式、量程范圍、精度和靈敏度、外形尺寸以及是否還需要遠(yuǎn)傳和其他功能，如指示、記錄、報(bào)警、控制等。選用的依據(jù)如下：(1)必須滿足工藝生產(chǎn)過(guò)程的要求，包括量程和精度；(2)考慮被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，如溫度、壓力、粘度、腐蝕性、易燃易爆程度等；(3)注意儀表安裝使用時(shí)所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等。

3.4.3壓力表的選用第一百三十七頁(yè)，共170頁(yè)。例：某裝置出口壓力（約1.6MPa），工藝要求±0.05Mpa，就地指示?？晒┻x擇的彈簧管壓力表的精度為：1.0,1.5,2.5,4.0級(jí)，量程為0～1.6,0～2.5,0～4.0Mpa。試選擇壓力表的精度等級(jí)和量程。第一百三十八頁(yè)，共170頁(yè)。3.5物位檢測(cè)3.5.0基本概念研究?jī)?nèi)容：3.5.1物位檢測(cè)的主要方法和分類3.5.2常用物位檢測(cè)儀表——差壓式液位計(jì)3.5.3物位檢測(cè)儀表的選用第一百三十九頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.0基本概念物位：在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位，容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位。測(cè)量液位的儀表叫液位計(jì)；測(cè)量料位的儀表叫料位計(jì)；測(cè)量?jī)煞N密度不同的液體介質(zhì)分界面的高低（界位）的儀表叫界面計(jì)。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位計(jì)。第一百四十頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.0基本概念物位開(kāi)關(guān)：在物位檢測(cè)中，有時(shí)不需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，只需要測(cè)量物位是否達(dá)到上線、下限或某個(gè)特定的位置，這種定點(diǎn)測(cè)量用的儀表被稱為物位開(kāi)關(guān)。一般用來(lái)監(jiān)視、報(bào)警、輸出控制信號(hào)。第一百四十一頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.1物位檢測(cè)的主要方法和分類按工作原理主要有以下幾種類型：

直讀式：根據(jù)流體的連通性原理來(lái)測(cè)量液位。

靜壓式：壓力式和差壓式。根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上產(chǎn)生的靜（差）壓力的變化的原理測(cè)量物位。

浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對(duì)浸沉在液體中的浮筒（或稱沉筒）的浮力隨液位高度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。第一百四十二頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.1物位檢測(cè)的主要方法和分類電氣式：根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來(lái)測(cè)量物位。輻射式：根據(jù)同位素射線的核輻射透過(guò)物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量液位。另外還有：聲學(xué)式、光學(xué)式、射線式、微波式、激光式、射流式、光纖維式等等第一百四十三頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.2常用物位檢測(cè)儀表——差壓式液位計(jì)圖3-41差壓傳感器測(cè)量液位原理圖

設(shè)被測(cè)介質(zhì)的密度為ρ，容器頂部為氣相介質(zhì)，氣相壓力為pA，pB是液位零面的壓力，p1是取壓口的壓力，根據(jù)靜力學(xué)原理可得因此，差壓變送器正負(fù)壓室的壓力差為液位測(cè)量問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為差壓測(cè)量問(wèn)題了。(1)取壓點(diǎn)與液位零面在同一水平面第一百四十四頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.2常用物位檢測(cè)儀表——差壓式液位計(jì)但是，當(dāng)液位零面與檢測(cè)儀表的取壓口不在同一水平高度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生附加的靜壓誤差。就需要進(jìn)行量程遷移和零點(diǎn)遷移。第一百四十五頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.42液位測(cè)量的正遷移如圖所示，當(dāng)差壓變送器的取壓口低于容器底部的時(shí)候，差壓變送器上測(cè)得的差壓為為了使液位的滿量程和起始值仍能與差壓變送器的輸出上限和下限相對(duì)應(yīng)，就必須克服固定差壓ρgh0的影響，采用零點(diǎn)遷移就可實(shí)現(xiàn)。(2)取壓口低于容器底部因?yàn)椋核裕旱谝话偎氖?yè)，共170頁(yè)。

在無(wú)遷移情況下，實(shí)際測(cè)量范圍是0～（h0ρg+hmaxρg），原因是這種安裝方法使ΔP多出一項(xiàng)h0ρg。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=h0ρg，因此P0＞20KPa。為了遷移掉h0ρg，即在h=0時(shí)仍然使P0=20KPa，可以調(diào)整儀表的遷移彈簧張力。由于h0ρg作用在正壓室上，稱之為正遷移量。遷移彈簧張力抵消了h0ρg在正壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，達(dá)到正遷移的目的。

由于ρgh0〉0，所以稱為正遷移。

量程遷移后，測(cè)量范圍為0～hmaxρg，再通過(guò)零點(diǎn)遷移，使差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為h0ρg～（h0ρg+hmaxρg）。

第一百四十七頁(yè)，共170頁(yè)。圖3.43液位測(cè)量的負(fù)遷移當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，差壓變送器的正、負(fù)壓室之間就需要裝隔離罐，如果隔離液的密度為ρ1(ρ1

>ρ)，則(3)介質(zhì)有腐蝕性時(shí)因?yàn)椋核裕旱谝话偎氖隧?yè)，共170頁(yè)。對(duì)比無(wú)遷移情況，ΔP多了一項(xiàng)壓力-（h1-h0）ρ1g，它作用在負(fù)壓室上，稱之為負(fù)遷移量。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=-(h1-h0)ρ1g，因此P0<20KPa。為了遷移掉-(h1-h0)ρ1g的影響，可以調(diào)整負(fù)遷移彈簧的張力來(lái)進(jìn)行負(fù)遷移以抵消掉-(h1-h0)ρ1g在負(fù)壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，以達(dá)到負(fù)遷移的目的。

遷移調(diào)整后，差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為

-(h1-h0)ρ1g～[hmaxρg-(h1-h0)ρ1g]

將上式變?yōu)椋河捎谒苑Q為負(fù)遷移。第一百四十九頁(yè)，共170頁(yè)。利用差壓式液位計(jì)還可以測(cè)量液體的分界面，如下圖所示。液位計(jì)正、負(fù)壓室受力情況如下：

P1=h0ρ2g+（h1+h2）ρ1gP2=（h2+h1+h0）ρ1gΔP=P1

–P2=h0g（ρ2-ρ1）由于（ρ2-ρ1）是已知的，所以壓差ΔP與分界面高度h0成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。(4)測(cè)量分界面界面測(cè)量第一百五十頁(yè)，共170頁(yè)。電容式物位計(jì)超聲波物位計(jì)核輻射式物位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)式物位計(jì)(5)其它物位計(jì)第一百五十一頁(yè)，共170頁(yè)。3.5.3物位檢測(cè)儀表的選用必須考慮測(cè)量范圍、測(cè)量精度、被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、環(huán)境操作條件、容器結(jié)構(gòu)形狀等因素。在液位檢測(cè)中最為常用的就是靜壓式和浮力式測(cè)量方法，但必須在容器上開(kāi)孔安裝引壓管或在介質(zhì)中插入浮筒，因此在介質(zhì)為高粘度或者易燃易爆場(chǎng)合不能使用這些方法。在料位檢測(cè)中可以采用電容式、超聲波式、射線式等測(cè)量方法。第一百五十二頁(yè)，共170頁(yè)。3.8變送器3.8.0概述3.8.1變送器的量程、零點(diǎn)遷移3.8.2溫度變送器3.8.3差壓變送器3.8.4智能變送器第一百五十三頁(yè)，共170頁(yè)。3.8變送器作用：將檢測(cè)元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)送往顯示儀表或控制儀表進(jìn)行顯示、記錄或控制。

溫度變送器、差壓變送器、流量變送器、液位變送器等分類：根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源形式電動(dòng)變送器(電力)氣動(dòng)變送器(壓縮空氣)根據(jù)檢測(cè)與變送分離與否檢測(cè)與變送分離：溫度變送器檢測(cè)與變送一起：壓力變送器3.8.0概述第一百五十四頁(yè)，共170頁(yè)。工作原理：負(fù)反饋原理包括測(cè)量、放大