第4章化工實驗參數測量方法

4.1測量技術基礎知識靜態特性精度線性度回差（又稱變差）靈敏度（又稱靜態靈敏度）和靈敏限重復性閡值穩定性漂移動態特性反映測量儀表對于隨時間變化的輸入量的響應特性測量儀表在被測輸入量的各個值處于穩定狀態下的輸出與輸入之間的關系。主要考慮其非線性與隨機變化等因素。1.精確度

儀表的最大允許誤差：注：是用標準表和該儀表對同一變量測量時所得到的兩個讀數之差，這個差值在測量范圍內各點是不同的，最大的差值即是。評定工業測量儀表的指標測量值接近真實值的準確程度工業自動化儀表精度等級的劃分1.0,1.5,2.5,4.0高低Ⅰ級標準表Ⅱ級標準表工業用表0.005,0.002,0.050.1,0.2,0.4,0.5

精度等級是把儀表的最大允許誤差δ去掉“±”和“％”后的數值。上表中的值越小，表示儀表的精度越高；反之，數值越大，儀表的精度越低。精度

|最大絕對誤差|=1.5%×（4-0）=60kPa例1

確定儀表精度等級

某臺測溫儀表的量程為600℃～1100℃，校驗該儀表的最大絕對誤差為±4℃，試求該儀表的允許誤差與精度等級。所以儀表的等級為1.0級儀表的允許誤差某臺測溫儀表的量稱為0℃～1000℃，工藝要求該儀表指示值的誤差不超過±7℃，應該選精度等級為多少的儀表才能滿足要求？所以應該選用0.5級的儀表例2

選擇一定精度的儀表

根據工藝要求，儀表允許的誤差為：2.線性度（非線性誤差）

表征線性刻度儀表輸出量與輸入量的實際標準曲線與理論直線的吻合程度，如圖1所示。圖1非線性誤差特性示意圖3.回差（又稱變差）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進行正反行程測量時，被測量值正、反行程所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差，如圖2所示。0被測參數測量值ΔXmax

反行程

正行程圖2儀表的回差特性示意圖靈敏度：用來表示儀表對被測參數變化的反應靈敏程度，是指儀表達到穩態后，輸出變化量與對應輸入變化量之比，即4.靈敏度與靈敏限

S:儀表靈敏度△X：輸入變化量△Y：輸出變化量靈敏限：指能引起儀表指針發生位移時所需被測參數的最小變化量，一般規定，儀表的靈敏限數值應不大于儀表允許測量誤差絕對值的1/2。

數字式儀表中，往往用分辨力來表示靈敏度的大小。數字式儀表的分辨力是指儀表在最小量程上最后一位數字所表示的物理量。

當靈敏度用它與量程的相對值表示時，便是分辨率。分辨率與儀表的有效數字有關。

分辨力和分辨率五位半表頭5.重復性6.閡值重復性是衡量測量儀表在同一條件下，輸入量按同一方向作全量程連續多次變化時，所得特性曲線間一致程度的指標。各條曲線越靠近，重復性越好。

閡值是能使測量儀表輸出端產生可測變化量的最小被測輸入量值，即零位附近的分辨力。

漂移是指在一定時間間隔內，測量儀表輸出與輸入量無關的變化，包括零點漂移和靈敏度漂移，一般時間和周圍溫度環境可以引起漂移。8.漂移7.穩定性穩定性是指儀表在相當長的時間內保持其性能的能力

時間常數τ0

測量儀表輸出值上升到穩態值yc的63.2%所需的時間動態特性y0.632y0τ

yc

τ0圖3一階系統的階躍響應曲線壓力測量儀表分類

（按轉換原理分）a.液柱式壓力計b.彈性式壓力儀表c.電氣式壓力儀表d.活塞式壓力標準儀表

b.彈性式壓力計

（1）彈性元件4.2 壓力檢測變送儀表圖4彈性測壓計元件的結構彈性式壓力儀表(實物圖及內部結構）圖5彈性式壓力表示意圖b.測量原理(以彈簧管式壓力表為例)測量壓力時，被測壓力介質通過管接頭進入彈簧管的內腔內，從而使彈簧管的自由端產生位移，自由端的位移放大后，指示出相應的壓力。

彈簧管式P彈簧管壓力表機芯放大機構電氣式壓力計組成壓力傳感器電信號電信號加工裝置輸出儀表

壓力傳感器的作用是把信號檢測出來，并轉換成電信號進行輸出，當輸出的電信號能夠進一步轉換為標準信號時，壓力傳感器又稱為壓力變送器。電信號加工裝置對傳感器輸出的電信號經適當加工處理,如衰減、放大、濾波、運算等。輸出儀表則是用表頭顯示，或用筆式記錄儀、打印機、屏幕顯示等輸出設備進行顯示。霍爾片式壓力傳感器霍爾效應

在半導體制成的霍爾片的Z軸方向加一磁場，在Y軸方向加一外電場。電子在霍爾片中運動時，由于受電磁力的作用，而使電子的運動軌道發生偏轉，造成霍爾片的一個端面上有電子積累，另一端面上正電荷過剩，從而在X軸方向上出現電位差，該電位差稱為霍爾電勢，這種現象叫“霍爾效應”。UH——霍爾電勢B——磁感應強度I——控制電流RH——霍爾常數，與霍爾片材料、幾何形狀有關霍爾電勢一般為幾十毫伏數量級（I為3-20mA，B約為幾千高斯）；導體也有霍爾效應，但遠小于半導體。1-彈簧管；2-磁鋼；3-霍爾片

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。當被測壓力引入后，在被測壓力作用下，彈簧管自由端發生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置，使所產生的霍爾電勢與被測壓力成比例。應變片式壓力傳感器a.分類：有金屬應變片式和半導體應變片式兩類

4.2.2壓力傳感器c.特點：

●被測壓力可達25MPa；●固有頻率在25000Hz以上，有較好的動態性能，適合測快速變化的壓力；●非線性及滯后誤差小于額定壓力的1%b.測壓原理：電阻應變原理1.壓力表質的選用a.儀表類型撓的選用顯示方難式的要遵求、被批測介質曲的物理提化學性上質及現場環境條欲件。b.儀表量程低的選用根據工藝鋪生產過程芽中操作壓騎力變化的缺范圍來考敘慮。c.儀表精度什等級選擇精度等級劉是根據已酸選定儀表數的量程和獵工藝生產凱上所允許的脖最大測量立誤差，求驢最大允許鐘誤差來確脂定的。4.2脆.4壓力表的型選用與安禁裝2.壓力表的統安裝a.測量點的被選擇●選在被言測介質男直線流林動的直酸管段部情分。●測壓點應埋與流動方鮮向垂直，典測壓管端仗面與生產殿設備連接未處的內壁趴保持相平致，不應有摩凸出物和砍毛刺等。●測量液體絕壓力時，寬取壓點應辨在管道下蓬部，使導敘壓管內不逐積存空氣餡；測量氣炸體壓力時射，取壓點績應在管道悅上方，使割導壓管內宅不積存液范體。圖6流體管道的取壓口（a）液體管道；（b）氣體管道流動直管測壓點導壓管

壓力表圖7壓力測量系統安裝示意圖b.導壓管的蟻選擇安裝●導壓管返的粗細印長短合晌適；●根據被測餃介質易冷面凝或是冷太凍時，必今須加保溫纏伴熱管線剩；●壓口和骨壓力表斗之間應幟加截斷漆閥門；●導壓管撥水平安愧裝時要垮有一定愿斜度。

HPP’圖8儀表與取壓點不等高的影響c.壓力表酸的安裝●安裝在易攻于維修和猶觀察的地隨方；●應力求斗避免振私動和高頓溫等的搏不利影邊響；●安裝高衡度應與浪取壓點鵝相同或落相近，季否則會產生測無量誤差。睛表壓P`=去P+H棵ρg●測量蒸汽嶼壓時，應我加裝盤形釘管，以防秘高溫蒸汽我與被測元件直接接扯觸；●對于腐蝕片性介質，肺要加隔離杯罐；●在壓力本表和導維壓管的叢連接處陰應加裝覺密封襯貴片，防榜止泄漏自；●放空閥秧、切斷壯閥、平刊衡閥的聚使用。圖9隔離器的結構形式圖分

類質量流量檢測儀表速度式：差壓式（節流式）、轉子流量計、

渦輪流量計，渦街流量計等容積式：橢圓齒輪流量計，活塞式體積流量檢測儀表直接式：量熱式、角動量式、科氏力式等間接式4.3流量檢測煌變送儀表差壓式流怕量計a.原理利用流娃體流經鳥節流裝唯置產生完的壓力互差而實鵲現流量址測量b.組成由節流裝置和差壓計及顯示儀徐表組成。竄節流裝淘置包括繪節流元導件和取桿壓裝置峰，有孔鄉豐板、噴鄰嘴、文梅丘里管梢等。孔板式柏流量計動能與典靜壓能高的轉化壓力分撈布速度分淘布圖10孔板裝置、壓力分布及速度分布圖a.流量基祝本方程α—流量系數ε—膨脹校正免系數F0—開孔截面杰積ΔP—節流裝微置前后膨壓力差ρ—流體密美度▲α與節流看裝置形休式、節波流孔面懷積與管喇道面積裁之比、校取壓方利式、及Re等有關屠；▲ΔP與取壓摧方法有傍關，我順國規定適的標準扇節流裝掌置取壓牙方法為角接取爸壓法和討法蘭取緩壓法。b.壓差式岸流量計霧使用和贈安裝▲流體必剃須是清鏟潔單相料流體，欺或認為警是無相逃變的流垃體。▲流體在須節流裝坡置前后角必須完武全充滿弓管道整貿個截面御，并在涉節流裝蛋置前后敲有足夠秩長的直基管段。▲導壓管律的安裝理要求與牲“壓力程檢測變算送儀表廟”中導松壓管的壇一樣。▲節流元獸件的安扎裝方向移，可以距垂直也斜可以水啟平，但州對流向側有一定拆要求。圖11節流式流掘量計▲若被測流慶體的工作揪流體與實予際計算時圣有所不同羞，要對所測嘉數值進行扇校正。——標定流體密度；——實際流體密度。轉子流量贊計a.工作原岡理圖12轉子流量計示意圖是以壓棒降不變酒，利用贊節流面吃積的變肺化來測去量流量齒的大小根。b.基本方程毫及應用被測介惡質的密艦度和工訂作狀態礎與工業置基準狀漠態不同三時，需對流量湯指示值進飲行修正。★

液體流量測量時的修正★

氣體流量測量時的修正★

蒸汽流量測量時的換算將蒸汽流量換算為水流量C.特點適合測量痕管徑50m信m以下管囑道的流把量，測州量流量蘆比較小漢的場合舟。渦輪流量桂計流體推動渦輪葉片，陳使渦輪另旋轉高導磁的雅渦輪在旋座轉的同時飼，周期性霜地掃過磁態鋼，使磁談路的磁阻賣發生周期就性變化，欄線圈中感害應出交流艦電信號交變信云號頻率膝送往電輕子計數犁器或電位子頻率脂計，累手積或指沾示流量1.渦輪；2.導流器；3.磁電感應轉換器4.外殼；5.前置放大器圖13渦輪流量計示意圖a.工作原耀理4.4溫度檢根測變送擾儀表非接觸式輻射高溫計紅外線溫度計接觸式膨脹式測溫儀表壓力式溫度計熱電偶溫度計熱電阻溫度計分

類4.4居.1熱電偶美溫度計1.熱電偶及纏測溫原理熱電偶溫付度計是以熱電效鄙應為基礎光的測溫信儀表。熱電效應刻：把兩種不同導體或賞者半導險體連接司成一個極閉合回敏路，把亡兩個接釣點分別沿置于溫適度t的熱源羊和溫度t0的冷端讓，在回術路中就滴會產生電勢，這種咱效應叫瓜作熱電押效應。工作端熱端測量端

tt0自由端冷端熱電極圖14熱電偶結構示意圖熱電勢接觸電勢：兩種不同導體A、B接觸時，由于兩者電子密度不同，電子擴散速率不同，在A、B間形成的電位差，

用eAB(t)表示。溫差電勢：在同一種導體的兩端因其溫度不同而產生的電勢。用eA(t,t0)表示。溫差電勢購遠小于接杏觸電勢，卡總電勢由仰接觸電勢毅決定。A、B和t0一定時，聾EAB（t,t0）是溫度鹽t的單值喬函數，這穿就是熱電該偶測溫的鏡基本依據疑。

AB––––eAB––––––––––圖15靜電場的形成圖16溫差電勢的形成―At0+teA(t,t0)忽略2.熱電偶基飲本定律★熱電勢僅沃取決于熱敗電極的材排料和兩個接觸槍點溫度，與溫度豈沿熱電岔極的分谷布、電脾極尺寸傳及形狀鈔無關；★在熱電偶裕回路中，宵接入第三紗種材料的襖導線，只條要第三導線兩端抹的溫度相障同，其引偽入不會影舟響熱電偶恐的電勢；★兩種金際屬A和B分別與金喘屬C配偶的熱貍電勢為EAC和ECB，則A和B配偶產生委的熱電勢EAB為EAC和ECB之差，即★若接點溫饅度為t1和t2時回路率的熱電肉勢為E1；接點踩溫度為t2和t3時的熱趨電勢為E2，則接點蠶溫度為t1和t3時的回濟路熱電內勢為E=E1+E2——冷端修正因理論依據含。3.熱電勢應與溫度員關系特摔性★圖示法把熱電封勢與溫劣度關系距用曲線代在坐標定紙上表屢示出來列表法可用數學表示法表示（冷端溫度均為0℃）圖示法★列表法將溫度與畜熱電勢列胃成相應的竹表格，不柜同的熱電交偶其數值臨是不同今的，每涉種熱電呆偶都對榮應一個結分度號姑。★數學法熱電勢與棕溫度的關糧系用一個歲公式表示4.常用熱論電偶材規料a.對熱電秒偶材料贏的要求①熱電著性能好御；②物眼化性能馬穩定；餃③測量到溫度范蓮圍寬；④電阻跌溫度系胞數小；拍⑤有良摘好的機精加性能虎。工業上地常用的味標準熱膨電偶5.熱電偶的豎結構★鎧裝熱僚電偶將熱電綿偶絲與看絕緣材版料及金炎屬套管經過整政體拉伸廚工藝加弦工而成登的堅實的組合知體。外跡徑為1-8障mm，還可小慎到0.2m茄m，長度軌可為50m。反應狀速度快起，可彎曲、膊不怕震、纖耐高壓的柏優點。★普通熱車電偶由熱電極生、絕緣管礙、保護套泉和接線盒乳組成圖17普通熱電偶圖18鎧裝熱電偶6.熱電偶冷才端溫度的捧處理方法①補彎償導線福與熱電萌極具有詳相同的檔熱電性蟻能；②不同易熱電偶所狼用的補償鴨導線不同僚；③熱機電偶和村補償導甜線的兩鋒個接點餡處溫度誦相同；④使用吸時型號相糖配，極性障不能接錯柄；⑤價舍格比較弱低廉。只有熱電邀偶的冷端溫度伍保持不變，熱電略勢才是貍被測溫穴度的單育值函數扒，使用烈補償導紗線可將冷端延伸辰至溫度恒抹定處；同時弱節約貴達金屬材謠料。a.補償導線融特點測量端

tt0冷端熱電極補償導線常用熱電妨偶的補償劈燕導線鎳鉻—鎳硅鎳鉻—銅鎳TX銅—銅鎳EX鎳鉻-鎳硅KCKX鉑銠-鉑SC銅—銅鎳分度號配用熱電偶型號補償導線名稱SK銅—銅鎳鎳鉻—銅鎳銅—銅鎳ETb.冷端溫度幅的補償方輩法采用補償緣瑞導線后，種冷端從溫蝴度較高和泊不穩定的早地方，延牧伸到溫度似較低和比麗較穩定的菌操作室內攪，但冷端籠溫度還不燙是0℃。①冰點法②計算臥修正法③儀表零是點校正法④補償電之橋法⑤補償熱請電偶法圖19具有補償高電橋的熱架電偶測溫關線路圖④補償電惜橋法圖20補償熱電火偶連接線雖路圖⑤補償熱電爹偶法4.4.嚇2熱電阻溫丟度計★熱電偶一鐵般適用于紙測量500℃以上的沫較高溫逃度；★由冷端班溫度及新環境溫譽度的變般化所引爐起的相頃對誤差顯得突出釘，不易得狗到完全的爪補償。所以，滑在中、孟低溫區杯，一般壘使用熱電阻溫寫度計測量，愈適用于-20勁0～+500宜℃，輸出值思大，測量帖準確。由于熱電爐偶溫度計斬具有：a.熱電阻鋤的組成糕及連接興方式圖21熱電阻的欠接線方法——三線制熱電阻留溫度計熱電阻（絲式感溫元件若）不平衡橡電橋顯示儀表平衡電拖橋連接導孔線b.熱電阻測污溫原理利用金屬執導體的電屋阻值隨溫刮度而變化溉的特性來進辜行溫度測隊量的。熱電阻與貍熱電偶的辰測溫原理罰是不同的熱電阻：溫度變化電阻值變化熱電偶：溫度變化熱電勢變化c.工業常用售熱電阻★熱電阻睡的材料住一般要腹求●熱容量小劣；●電阻溫庸度系數電、電阻黨率大；●應具有何穩定的索物理、斤化學性攝質和良渡好的復樹制性；●電阻值隨心溫度的變隔化關系，烈最好呈線各性。工業常用居熱電阻d.熱電阻的黎結構★普掏通型熱沸電阻主要由斗電阻體諸、保護辱套管和樂接線盒珠等組成版。★鎧裝熱貸電阻將電阻疤體預先朱拉制成桐型并與彈絕緣材柜料和保緞護套管掘連成一狹體。體旅積小、絞抗震性欲強、可向彎曲、射熱慣性松小、使挎用壽命岸長。★薄膜托熱電阻將熱電阻青材料通過棄真空鍍膜煤法，直接伙蒸鍍到絕床緣基底上臨。體積小最、熱慣性傘小、靈敏歸度高。4.4.遞6測溫元件涉的安裝★保證測溫債元件與流端體充分接弊觸，測溫啞元件應迎蘆著被測介質流向拖，至少亮成90°；★測溫元件個的感溫點涌應處于管道僵中流速岡最大處宅；★測溫元賢件應有模足夠的液插入深度，以星減小誤差謀；★若工藝拐管道過店小，安柄裝測溫哥元件處孝應接裝閣擴大管淘；★熱電偶、耗熱電阻的蝴接線盒面靜蓋應向上露，避免雨但水等物質告進入；★防止熱量銜散失，測離溫元件應鴿插在有保辜溫層的管閉道或設備矛處；擴大管測溫元件測溫元件★測溫元能件安裝踢在負壓汪管道中困時，必倉須保證嗽密封性稼，防止蠟外界冷空氣進氧入，使讀腸數降低。流體流婦動綜合習實驗傳熱綜合老實驗傳熱綜合幫實驗使用空烈氣—水蒸氣粗對流套濤管換熱棋器實驗漫裝置，足分別測啄定兩個挪套管換鐮熱器的刮空氣對檔流傳熱蠢系數墨。應用線性移回歸分析鐵方法，確壓定實驗裝械置中兩個標套管換熱哈器的關聯愈式Nu=A幼RemPr0.4中常數A、m的值。分別測幼定不同剪流量下咽兩個套乓管換熱奸器的管云內壓降，研究板套管換句熱器的計換熱段誕管內隨管內州流速u的變化版情況。綜合分直析上述脖實驗結批果，判腦定兩個沙套管換皂熱器類絨型（普射通光滑飽內管或細強化內再管）。收集實驗可當天其他睛傳熱實驗桌裝置的最兼終試驗結腎果，通過基圖表對比沉，對不同仗強化方式距進行綜合煌評價，得依出試驗結婚論。tw是否是直姓接測量值恢？在什么陷位置測司取？ti1和ti2是否是學直接測輕量值？在什么多位置測具取？di和Li是否是莫直接測獲量值？哥怎樣獲罩得？測定兩化個套管室換熱器竟的空氣希對流傳風熱系數Vi是否是直必接測量量絡？應該怎衫么測量圖2-1螺旋線圈強化管內部結構螺旋內忠絲螺旋扁管波節管實驗1流動過鈴程綜合羅實驗1.離心泵啟啄動時的準艱備工作有鑄哪些？2.本實驗槽離心泵茂啟動時現為什么認不用灌田泵？4.阻力實斃驗需要揭測哪些覽數據？5.流速u是直接擁測量值岸嗎？應癢如何得扁到？有根幾種流蛙量計測間量？6.為什么廢要用兩膜個流量獵計來測穩流量？酷兩個流垃量計是音串聯還斷是并聯未？3.本實驗離炊心泵有沒尚有底閥或歸需不需要約裝底閥？7.阻力實撕驗流量予取值間胸隔應該繭是相等速的，還晶是逐漸調變大的葵？為什蘆么？8.阻力降△Pf是直接畝測量值窮嗎？應宴如何得扯到？本扒實驗有貞幾種方蘇法測量頁？9.如何判斷業導壓管內序是否有氣日泡存在？10.如何排除進導壓管內沒氣泡？11.離心泵特棵性曲線實刑驗中需要達測哪些數棚據？12.離心泵特碗性曲線實群驗中流量制取值范圍忘？流量為欣零的數據癢點是否要首取?13.離心泵實勁驗流量取哭值間隔應劫該是相等貴的，還是勻逐漸變大礎的？14.離心泵暮特性曲初線或管術路特性潑曲線測婦定是通按過什么作操作調慣節變量槍取值而晚獲得曲差線的？15.流量計標紐奉定實驗需夕要測哪些濁數據？采等用的標定畝方法是什啊么？16.每一個比實驗任騎務是否瀉都要測謝水溫？帽測幾次燈水溫？實驗2傳熱綜合材實驗1.是逆流還抽是并流？2.空氣走管服內還是管露外？3.水蒸汽絕走管內窄還是管諸外？4.空氣的流伍量是怎樣越測量的？5.孔板流阿量計儀先表顯示金的讀數鍛是流量展嗎？6.實驗中那婚個是實驗證操作控制陣量，也就緩是哪個量品是可以實含驗者自己品設定并調爭節的的？7.蒸汽怎樣伍產生？8.空氣的進拼出口溫度順用什么測布量？9.傳熱綜合幣實驗裝置農，管內阻捕力測定使興用的測壓菊方式是什見么？10.隨著流量卡的增大，幟管內阻力奸增大還是同減小？11.本實驗匆裝置，僅內管壁蘿面溫度鍛使用什響么測量?12.各個支干路的控午制閥使核用的是遭什么類壁型閥門?13.換熱的介垮質是什么蕩？什么與售什么換熱嫁？14.隨著流量碑的增加，壯進出口溫全度差將怎竹樣變化？鮮增大還是誘減小？15.本實驗退中，強蠻化傳熱萄強化的蛇是管程鑒還是殼桃程？實驗3正交試描驗法在今過濾研鑒究實驗齒中的應叫用1.正交過濾園實驗中要陵考察的因富素和水平