第三章檢測儀表及傳感器重點內容:測量誤差及測量儀表的性能指標壓力的檢測及儀表流量的檢測及儀表物位的檢測及儀表溫度的檢測及儀表檢測儀表:用來檢測生產過程中的各個參數的技術工具。傳感器:用來將這些參數轉換為便于傳送的信號的儀表。當傳感器輸出為標準信號時,稱為變送器。第一節概述一、測量過程與測量誤差1.測量過程將被測參數與其相應的測量單位進行比較的過程。測量儀表就是實現測量過程的工具。2.測量誤差(1).定義:由儀表讀得的被測值與被測量真值之間,總是存在一定差距,稱這差距為測量誤差。(2).產生原因:測量工具本身不夠準確,觀測者的視差,環境因素的影響等等。(3).測量誤差分類：按性質分---系統誤差、隨機誤差和粗大誤差按表達方式分---絕對誤差和相對誤差按儀表的工作條件分---基本誤差和附加誤差按被測量是否隨時間變化分---靜態誤差和動態誤差(4).測量誤差的表示法:絕對誤差(△)和相對誤差(y)絕對誤差(△):儀表指示值xi和被測量的真值xt之間的差值,即(4).測量誤差的表示法:絕對誤差(△)和相對誤差(y)但真值是指被測物理量客觀存在的真實數值,它是無法得到的理論值。因此,絕對誤差是指用被校表(精度較低)和標準表(精度較高)同時對同一被測量進行測量所得到的兩個讀數之差,即x—被校表的讀數值x0—標準表的讀數值

相對誤差(y):某一點的絕對誤差Δ與標準表在這一點的指示值x0之比。可表示為：二、儀表的性能指標1.儀表的精度及精度等級使用儀表測量時,必須知道該儀表的精度等級,才能保證測量結果的準確。儀表的精度不僅與絕對值有關,還與儀表的測量范圍有關。儀表的精度用允許的相對百分誤差表示。儀表的絕對誤差在測量范圍內的各點上是不相同的,其中有一個值為最大,本書中常說的“絕對誤差”指的是最大絕對誤差。量程(N):儀表的測量范圍上限值與下限值之差。

相對百分誤差(δ):絕對誤差與儀表的量程之比的百分數表示。又稱引用誤差,即最大相對百分誤差:規定在正常使用條件下允許的最大誤差與儀表的量程之比的百分數表示。又稱允許誤差,即δ允越大,表示儀表的精度越低;δ允越小,表示儀表的精度越高。儀表精度等級(K):指儀表在規定的工作條件下允許的最大相對百分誤差。將儀表允許的最大相對百分誤差去掉“±”與“%”號后數值,便可確定儀表的精度等級。

我國生產的儀表常用的精度等級:0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0。例如1.5級,一般表示符號為：

精度等級數值越小,表示儀表的精度等級越高。0.05級以上的儀表,作為標準表,0.5級以下的儀表,作為現場測量儀表。特別注意：在校驗儀表時,校驗過程中各點的誤差(即允許誤差)不能大于儀表精度等級所允許的誤差。|δ允儀|<K%儀表在使用過程中儀表的精度等級不能大于現場的允許誤差。K%<|δ允現|根據校驗結果確定儀表精度等級例1:某臺測溫儀的測溫范圍為200~700℃,校驗時得到的最大誤差為±4℃,確定該儀表的精度等級。解：

該儀表的最大相對百分誤差去掉“±”與“%”,其數值為0.8。由于國家規定的精度等級中沒有0.8級的儀表,因|δ允儀|<K%,所以該儀表的精度等級為1.0級。根據工藝要求選擇儀表精度等級例2:某臺測溫儀的測溫范圍為0-1000℃。根據工藝要求,溫度指示值的誤差不允許超過±7℃。試問應如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？

解:根據工藝要求,允許誤差為去掉“±”與“%”,其數值為0.7。此數介于0.5~1.0之間,因K%<|δ允現|,故應選的0.5級儀表。2.變差定義:在外界條件不變的情況下,使用同一儀表對同一個量進行正、負行程(即校驗點數值逐漸由小到大和由大逐漸到小)測量時,所得的儀表示值是不相同的,其中二者之間的最大差值與儀表量程之比的百分數表示稱為變差。變差不能超過儀表的允許誤差K%

。變差計算方法:(設儀表的測溫范圍為100~200℃)被校表（℃）120.0180.0標準表（℃）（正行程）121.21179.83標準表（℃）（負行程）120.94179.96X正-X負0.27-0.13變差0.27%3.指針式儀表的靈敏度和靈敏限靈敏度(S):儀表指針的線位移或角位移,與引起這個位移的被測參數變化量之比值。用公式表示：

Δα---

指針的線位移或角位移

Δx---引起Δα所需的被測參數變化量靈敏限:是指引起儀表示值發生變化的被測參數的最小變化量,它應不大于儀表允許誤差絕對值的一半。4.數字式儀表的分辨力(靈敏度)分辨力:是指引起儀表最末一位改變一個數值的被測參數的變化量。不同量程的分辨力是不同的。靈敏度:相應于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力,也稱靈敏度。通常以最高分辨力作為儀表的分辨力指標。

如某儀表顯示值為：□□□.□℃

則

分辨力為

0.1℃5.線性度(又稱非線性誤差)是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。用實際值與理論值之間的絕對誤差的最大值與儀表量程之比的百分數表示,即：被測變量儀表示值理論直線實際線6.反應時間反應時間是指在被測量變化后,測量儀表能否盡快反應出參數變化的品質指標。可用滯后時間與時間常數來衡量。反應時間的表示方法

1.儀表的輸出信號由開始變化到新穩定值的63.2%所用的時間(T)。

2.儀表的輸出信號由開始變化到新穩定值的95%所用的時間(3T)。

儀表反應時間的長短,反映了儀表動態特性的好壞。三、工業儀表的分類儀表按使用的能源分按信息的獲得.傳遞.反映和處理過程分按儀表的組成形式分氣動儀表電動儀表檢測儀表顯示儀表集中控制裝置基地式儀表單元組合儀表DDZ.QDZ控制儀表執行器三、工業儀表的分類1.按使用的能源分類電動儀表:以電為能源,信號之間聯系比較方便,適宜于遠距離傳送和集中控制;便于與計算機聯機。近年,用于防火、防爆的電動儀表,提高安全性。但結構復雜,易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環境影響。氣動儀表:以氣為能源,結構簡單,價格便宜,抗干擾能力強,能防火、防爆。但信號傳遞慢、傳輸距離短、管線安裝與檢修不便。不宜實現遠距離大范圍的集中顯示和控制;難于聯機。三、工業儀表的分類2.按信息的獲得.傳遞.反映和處理過程分類檢測儀表:主要用于測量某些工藝參數,如溫度.壓力、流量.物位等,并將被測參數的大小按比例地轉換成電信號或氣信號。顯示儀表:將檢測儀表獲得的信息顯示出來。如指示儀表.記錄儀.工業電視.圖像顯示器。集中控制裝置:包括巡回檢測儀.巡回控制儀.程序控制儀.數字處理機.計算機以及儀表控制盤和操作臺等。控制儀表:根據需要對輸入信號進行各種運算。包括電動.氣動的控制器及代替模擬控制儀表的微處理器等。執行器:接受控制儀表的輸出信號或直接接受操作人員的指令,對生產過程進行操作或控制。包括電動.氣動.液動執行機構和控制閥。三、工業儀表的分類3.按儀表的組成形式分類基地式儀表:將測量.顯示.控制等各部分集中組裝在一個表殼里,形成一個整體。適于在現場做就地檢測和控制,但不能實現多種參數的集中顯示和控制。應用有局限性。單元組合儀表:將對參數的測量及其變送.顯示.控制等各部分,分別制成獨立的單元儀表。各單元之間以統一的標準信號互相聯系。可任意組合各種控制系統。靈活性和適用性都好。有兩類:電動單元組合儀表(DDZ)、氣動單元組合儀表(QDZ)。例3:有一變化范圍為320－360kPa的壓力。若用下列A.B兩臺壓力變送器進行測量,那么在正常情況下哪一臺的測量準確度高些?壓力變送器A:1級,0-600kPa。壓力變送器B:1級,250-500kPa。解:用壓力變送器A時:測量結果的最大誤差:用壓力變送器B時:測量結果的最大誤差：則:用壓力變送器B測量準確度高些。例4:有兩臺測溫儀表,其測量范圍分別是0-800℃和600-1100℃,已知其最大絕對誤差均為±6℃,試分別確定它們的精度等級。解：則:測量范圍0-800℃的儀表為1級,測量范圍1100-600℃的儀表為1.5級。例5:某一標尺為0～500oC的溫度計出廠前經過校驗合格,校驗結果如下表。1.求儀表的最大絕對誤差;2.確定儀表的允許誤差及精度等級;3.經過一段時間使用后重新校驗,儀表最大絕對誤差為±8oC,問該儀表是否符合出廠時的精度等級？被校表讀數/oC0100200300400500標準表讀數/oC

0103198303406495解:

1.-6oC;1.5級例5:某一標尺為0～500oC的溫度計出廠前經過校驗合格,校驗結果如下表。1.求儀表的最大絕對誤差;2.確定儀表的允許誤差及精度等級;3.經過一段時間使用后重新校驗,儀表最大絕對誤差為±8oC,問該儀表是否符合出廠時的精度等級？被校表讀數/oC0100200300400500標準表讀數/oC

0103198303406495解:3.因:K%<|δ允儀|,則不符合出廠時的精度等級。第二節壓力檢測及儀表

一、壓力單位及測壓儀表1.壓力:由氣體或液體均勻垂直地作用在單位面積上的力。公式為

p—為壓力,F—為垂直作用力

S—為受力面積單位:帕斯卡,簡稱帕(Pa),1帕為1牛頓每平方米(國際單位制SI)。

1Pa=1N/m21MPa=1X106Pa1物理大氣壓(1atm)=1.0133X105Pa=760mmHg1工程大氣壓(1kgf/cm2)=9.807X104Pa=104mmH2O2.幾種壓力表示法（按取壓的標準不同）在壓力測量中,常有表壓、絕對壓力、負壓或真空度。其關系見下圖。表壓:是絕對壓力和大氣壓力之差,P表壓

=P絕對壓力

-P大氣壓力

負壓或真空度:是當被測壓力低于大氣壓力時,大氣壓力和絕對壓力之差,P真空度

=P大氣壓力

-P絕對壓力絕對零壓線絕對壓力P絕大氣壓P0表壓P表真空度P真絕對壓力P絕3.壓力計的分類（按信號轉換原理不同）液柱式壓力計:根據流體靜力學原理,將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。結構簡單,使用方便,但精度低,測量范圍窄。彈性式壓力計:將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量的。彈簧管壓力計。電氣式壓力計:通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量來測量的儀表。壓力變送器。活塞式壓力計:根據水壓機傳送壓力原理,將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。二、彈性式壓力計1.定義:利用各種形式的彈性元件,在被測介質壓力的作用下,使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。2.特點:結構簡單、使用可靠、讀數清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬、有足夠的精度、應用廣泛。3.測量范圍:幾百帕到數千兆帕。4.彈性元件（根據測壓范圍的不同）

(1).彈簧管式彈性元件(單圈和多圈的)是截面呈橢圓或扁圓型的中空金屬管,當通入壓力p后,它的自由端就會產生位移。適合測高、中、低壓。(2).薄膜式彈性元件：(膜片a或膜盒b)由具有彈性的金屬或非金屬片構成,在壓力作用下能產生變形。膜盒中內充硅油。適合測中、低壓。(3).波紋管式彈性元件:有一端封閉,外部存在波紋的彈性金屬片構成金屬筒體,是氣動單元組合儀表中不可缺少的部分。彈性元件易于變形,且位移很大。適合測微壓和低壓,在氣動壓力變送器上應用較多。5.彈簧管壓力表應用廣范,品種繁多。可分單圈和多圈;按用途分普通壓力表、耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表。它們外形和結構相同,只是所用材料不同。(1).結構

1—彈簧管;2—拉桿;3—扇形齒輪;5--指針;4—中心齒輪;6—面板;7—游絲;8—調節螺釘;9—接頭。(2).工作原理工作原理:彈簧管1是壓力表的測量元件。圖為單圈彈簧管,它是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管。管子的自由端B封閉,管子的另一端固定在接頭9上。當通入壓力P后,由于橢圓形截面在壓力的P作用下將趨于圓形,使彈簧管的自由端B產生位移,且與輸入壓力的大小成正比(具有線性刻度)。所以只要測得B點的位移量,就能反映壓力P的大小。放大過程:自由端B的位移通過拉桿2使扇形齒輪3作逆時針偏轉,指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動作順時針偏轉,在面板6的刻度標尺上顯示出被測壓力p的數值。由于自由端的位移與被測壓力的大小成正比,則刻度標尺是線性的。游絲7用來克服因扇形齒輪與中心齒輪間的傳動間隙而產生的儀表變差。改變調節螺釘8的位置,可調整儀表的量程。(3).彈簧管材料的選擇當P≥19.6MPa時,選用合金鋼或不銹鋼的材料。當P<19.6MPa時,選用磷青銅或黃銅的材料,所測流體種類不同,所用彈簧管材料不同。(4).電接點信號壓力表是在普通彈簧管壓力表上帶有報警或控制觸點的壓力表。當壓力偏離給定范圍時,及時發出信號,提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現壓力控制。三、電氣式壓力計彈簧管壓力計的不足在于不能測量脈動、真空和超高壓力,而電氣壓力計可克服上述不足。1.定義:把壓力轉換為電信號進行傳輸及顯示的儀表。2.組成:壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置。3.測量范圍:7×10-5Pa---5×102MPa,測量范圍廣。4.壓力傳感器作用:把壓力信號檢測出來,并轉換成電信號進行輸出。當輸出的電信號轉換成標準信號時,壓力傳感器稱為壓力變送器。標準信號:是指物理量的形式和數值范圍都符合國際標準的信號。如直流電流4-20mA(0-10mA),空氣壓力0.02-0.1MPa都為標準信號。5.壓力傳感器分類:霍爾片式、應變片式、壓阻式壓力傳感器和力平衡式

、電容式壓力變送器。(1).霍爾片式壓力傳感器依據:根據霍爾效應制成的,即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉換成霍爾電勢,實現壓力的測量。霍爾效應:霍爾片由半導體材料制成的薄片,如圖在Z軸方向上加恒定磁場B,在Y軸方向上加外電場(直流穩壓電源),電子在霍爾片中運動(逆Y軸方向運動)時,由于受電磁力的作用,使電子運動軌道發生偏移,則一個端面有電子,另一個端面上正電荷過剩,在X軸方向上出現電位差,稱為霍爾電勢。這物理現象稱為霍爾效應。Y(1).霍爾片式壓力傳感器霍爾電勢:UH=RHBIRH--霍爾常數,與霍爾片材料、幾何形狀有關。導體也有霍爾效應,但霍爾電勢比半導體的霍爾電勢小得多。霍爾電勢與位移關系:根據UH=RHBI,若I為定值,在非均勻磁場中,霍爾元件所處位置不同,所受到的磁感應強度就不同,可得到與位移成正比例的霍爾電勢,實現位移－電勢的線性轉換。霍爾片式壓力傳感器結構:霍爾元件與彈簧管配合,組成霍爾片式壓力傳感器。Y(1).霍爾片式壓力傳感器工作原理：在被測壓力作用下,彈簧管自由端產生位移,則改變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。即:壓力→彈性位移→霍爾片移動→霍爾電勢。應用:用于所測壓力不高、壓力波動小、信號需要遠傳的場合。(2).應變片式壓力傳感器工作原理:利用電阻應變原理構成。有壓力作用時,應變片產生應變,表現為應變片的電阻發生變化,通過橋式電路轉換為毫伏級電勢輸出,從所測電壓的大小讀出所測的壓力。結構:1.應變筒;2.外殼;3.密封膜片;4.輸出信號;5.恒壓直流;6.電源。康銅絲應變片r1沿應變筒軸向貼放,為測量片;r2沿徑向貼放,為溫度補償片。特點:速度快.動態性能好.非線性誤差小.滯后小.適合測高(25MPa)且脈動較大的壓力。變小變大546(3).壓阻式壓力傳感器結構：

1.基座

2.單晶硅片

3.導環

4.螺母

5.密封墊圈

6.等效電阻(3).壓阻式壓力傳感器工作原理:利用單晶硅的壓阻效應而構成。采用單晶硅片為彈性元件,在單晶硅彈性膜片上用集成電路工藝,在單晶硅的特定方向上擴散一組等值電阻,并將電阻接成橋路,單晶硅片置于傳感器腔內。當壓力發生變化時,單晶硅產生應變,使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化,再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。儀表特點:精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單。適于在惡劣環境下使用,便于實現顯示數字化。稍作改變后可以用來測差壓、速度、高度、加速度等參數。(5).電容式壓力變送器結構: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。工作原理:先將壓力變化轉換為電容量的變化,然后進行測量的。壓力作用在兩側的隔離膜片上,通過硅油將差壓傳遞到測量膜片上,使其向壓力小的一側彎曲變形,使兩電極的電容變化,電容的變化量通過引線傳至測量電路,P1P2儀表特點:

結構簡單.過載能力強.精度高可達0.2級.工作可靠.體積小.重量輕.使用方便;可以用來測差壓和液位等參量。通過測量電路的檢測和放大,轉換成4~20mA的直流標準電信號進行輸出。四.智能型的壓力變送器結構:普通的壓力或差壓傳感器上增加微處理器電路即形成智能檢測儀表。特點:可進行遠程通信。利用手持通信器,可對1500m內現場變送器進行各種運行參數的選擇和標定;精度高,使用和維護方便。通過編制各種程序可實現自修正、自補償、自診斷及錯誤方式報警功能,便于實現人機對話。五、壓力計的選用及安裝1.壓力表的選用:根據工藝生產過程的要求,結合各方面的情況,加以全面考慮和具體的分析。(1).儀表類型的選用:必須滿足工藝生產的要求。考慮被測介質、現場條件和工藝要求。(2).確定儀表測量范圍及量程：測穩定壓力時,Pmax≤2/3

P上限,即P上限≥3/2

Pmax;

測脈動壓力時,Pmax≤P上限/2

,即P上限≥2Pmax;

測高壓時,Pmax≤3/5

P上限,

P上限≥5/3

Pmax;

最小值,Pmin≥N/3,N≤3Pmin

。(3).選取儀表的精度根據生產上允許的最大測量誤差來確定儀表的精度等級,在滿足工業要求的情況下盡可能選用精度較低、價廉耐用的壓力表。K%<|δ現允|例:某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25～28MPa,測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察,并能高低報警,

試正確選用一臺壓力表,指出型號、精度與測量范圍。

解:由于是往復式壓縮機,則儀表的上限值為：Pmax≤P上限/2,P上限≥2Pmax

＝2×28＝56MPa,根據就地觀察及高低報警,查表選電接點壓力表,測量范圍0～60MPa。下限值為:因Pmin≥N/3=60/3=20,則Pmin=25﹥20MPa,滿足要求。精度等級:因K%<|δ現允|,選1.5級。可知:選1.5級,0～60MPa,YX-150A型電接點壓力表。2.壓力計的安裝壓力計的安裝正確與否,直接影響到測量的準確性和壓力計的使用壽命,應注意測壓點的選擇、導壓管的鋪設及壓力表的安裝。(1).測壓點的選擇：能反映被測壓力的真實大小。(a).要選在被測介質直線流動的管道部分,不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。(b).測量流動介質的壓力時,應使取壓點與流動方向垂直,取壓管內端面與生產設備連接處的內壁應保持齊平,不應有凸出物或毛刺。(c).測量液體壓力時,取壓點應在管道下部、使導壓管內不積存氣體;測量氣體壓力時,取壓點應在管道上方,使管道內不積存液體。

(2).導壓管的鋪設(a).導壓管的粗細要合適,一般內徑為6~10mm,長度盡可能短,一般為3~50m,超過50m選用電遠傳壓力表。(b).導壓管水平安裝時,應保證有傾斜度(1:10~1:20),以利于積存于其中的液體或氣體排出。(c).當被測介質易冷凝或凍結時,必須加保溫裝置。(d).取壓口到壓力表之間應有切斷閥,以備檢修壓力計。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。(3).壓力表的安裝(a).安裝在易觀察和檢修的地方。(b).避免振動和高溫。(c).當被測壓力較小,而壓力計與取壓口又不在同一高度時,對由此高度引起的測量誤差應按△p=±Hρg進行修正。H為高度差,ρ為介質密度,g為重力加速度。(3).壓力表的安裝(d).壓力表的連接處,應選適當的材料,作為密封墊片,以防泄漏。(e).為了安全,測高壓的壓力表的外殼應有通氣孔,安裝時外殼應向墻壁或無人處。(f).針對被測介質的不同性質,要采取相應的防熱、防腐、防凍、防堵等措施。如測蒸汽壓力時,應加裝凝液管,以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸。如測有腐蝕性介質壓力時,應加裝有中性介質的隔離罐,其中ρ2為被測介質的密度,ρ1為隔離液的密度。壓力計安裝的特殊問題(4).力矩平衡式壓力變送器工作原理:是一種典型的自平衡檢測儀表,利用力矩平衡和負反饋的工作原理。結構:測量部分、杠桿系統、位移檢測放大器、波紋管反饋機構(氣動壓力變送器)或電磁反饋機構(電動壓力變送器)。特點:測量精度高、工作穩定可靠、線性好、不靈敏區小等。DDZ-Ⅲ型電動力矩平衡壓力變送器直流電源24V,輸出4-20mA(DC),兩線制,安全防暴。1.測量膜片;2.軸封膜片;3.主杠桿;4.矢量機構;5.量程調整螺釘;6.連桿;7.副杠桿;8.檢測片;9.差動變壓器;10.反饋線圈11.放大器;12.調零彈簧;13.永久磁鋼;被測壓力p作用在測量膜片1上,則Fi=fp式中f為膜片的有效面積當主杠桿3平衡時,則Fil1=F1l2F1=Fi×l1/l2式中l1.l2分別為Fi.F1離支點O1的距離。則F1=f

p×

l1/l2=K1p,K1=fl1/l2為比例系數。矢量機構將F1分解為F2與F3,則F2=F1tgθ=K1p

tgθ電磁反饋力矩Ff應與F2對副杠桿的驅動力矩相平衡,則F2l3=Ffl4,F2=Ffl4/l3,

l3.l4分別為F2.Ff離支點O2距離。Ff的大小與通過10的電流成正比,Ff=K2I0,K2為比例系數。F2=Ffl4/l3=K2I0l4/l3=K3I0

,K3=K2l4/l3I0=K1p

tgθ/K3=Kp

tgθ，K=K1/K3為轉換比例系數。當變送器的結構和電磁特性確定后,K為常數。tgθ確定后,I0與p

成對應關系。2.要測往復泵出口的壓力,其壓力變化范圍為1.0~2.0MPa,工藝要求其測量誤差不超過±0.05MPa,就地指示。請選擇壓力計的類型、測壓范圍、精度等級。解：測脈動壓力時,Pmax≤P上限/2,即P上限≥2Pmax＝2×2＝4MPa,第三節流量檢測及儀表一、概述1.流量、總流量的定義流量:是單位時間內通過管道某一截面的流體數量的大小.總量:在某一段時間內流過管道流量的總和。流量和總量可用質量表示,還可用體積表示。質量流量(M)和體積流量(Q)之間的關系是:M=Qρρ--流體的密度，M單位為kg/h；Q單位為m3/h,流量和總量之間的關系是:測量流體流量的儀表叫流量計,測量流體總量的儀表叫計量表。2.流量計的分類速度式流量儀表:以測量流體在管道內的速度作為測量依據來計算流量的儀表。如差壓式流量計、轉子流量計、電磁流量計、渦輪流量計等。容積式流量計:

以單位時間內所排出流體的固定容積的數目作為測量依據來計算流量的儀表。如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。質量式流量計:

以測量流體流過的質量M為依據的流量計。分直接式流量計和間接式流量計。它具有測量精度不受流體的溫度、壓力、粘度等變化影響的優點。有發展前途的儀表。二、差壓式流量計工作原理:是基于流體流動的節流原理,利用流體流經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。(節流面積不變,以差壓變化來反映流量的大小。)組成:由將被測流量轉換成差壓的節流裝置和將此差壓轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表。1.節流現象與流量基本方程

(1).節流現象節流現象:流體在流經節流裝置的管道時,在節流裝置前后的管壁處,流體的靜壓力產生差異的現象。節流裝置:包括節流件、取壓裝置。節流件:使管道中的流體產生局部收縮的元件。如孔板、噴嘴和文丘里管等。以孔板為例說明節流現象:如下圖所示：流動的流體具有能量,即靜壓能和動能。流體由于有壓力而具有靜壓能,又由于流體有流動速度而具有動能。兩者在一定的條件下可相互轉化,但能量是守恒的。取壓裝置孔板----以孔板為例說明節流現象:如右圖,表示在孔板前后流體的速度與壓力的分布情況。流體在管道截面Ⅰ前,流速v1,靜壓力P’1。接近節流裝置時,受到節流裝置的阻擋,靠近管壁的流體阻擋作用最大,使一部分動能轉換為靜壓能,則節流裝置入口靠近管壁處的流體靜壓力升高,比管道中心處的壓力大,這一徑向壓差使管壁處的流體向管道中心處流動,形成流束的收縮運動。由于慣性作用,流束的最小截面在Ⅱ處,這時流速最大v2,隨后流束又逐漸擴大,到截面Ⅲ后恢復正常v3=v1。以孔板為例說明節流現象:如下圖,表示在孔板前后流體的速度與壓力的分布情況。節流裝置前后壓差的大小與流量有關。流量越大,產生的壓差就越大。只要測出孔板前后兩側壓差的大小,即可表示流量的大小,這是節流裝置測量流量的基本原理。節流裝置前壓力高,稱為正壓,記為“+”;節流裝置后壓力低,稱為負壓,記為“-”。(2).流量基本方程:是闡明流量與壓差之間定量關系的基本流量公式。根據流體力學中的伯努利方程和流體連續性方程式推導而得的,即：

—流量系數,它與節流裝置的結構形式、取壓方式、孔口截面積與管道截面積之比、雷諾數、孔口邊緣銳度、管壁粗糙度等因素有關;標準節流裝置,查閱手冊。

—膨脹校正系數,與孔板前后壓力的相對變化量、介質的等熵指數、孔口截面積與管道截面積之比等因素有關,應用時可查閱手冊。但對不可壓縮的液體,取=1。F0—節流裝置的開孔截面積。ΔP—節流裝置前后實際測得的壓力差。

—節流件前的流體密度。流量方程中系數的討論：流量系數():

是一個受許多因素影響的綜合性參數。對標準節流裝置,查手冊可得;對非標準節流裝置,由實驗方法確定。則在設計節流裝置時,對特定條件,選定一個值。總之,節流裝置測量流量時,應在設計規定的條件下使用,流量方程中各系數才能保持常數,才能保證測量的準確度。如果實際使用條件偏離設計值時,

會引入附加誤差,此時應對測量結果視對測量準確度的不同要求而作適當修正。

,流量標尺刻度是非均勻的。為了保證測量的準確,被測值不應接近儀表的下限值。2.標準節流裝置(1).定義:進行設計計算時,有統一標準的規定、要求和計算所需要的通用化的實驗數據資料的節流裝置稱標準節流裝置,如孔板、噴嘴、文丘里管等。使用時可以查閱有關資料手冊。(2).標準節流裝置的取壓方式(ΔP=P1-P2)角接取壓法:孔板(噴嘴)前后兩端面與管壁的夾角處取壓。法蘭取壓法:離開孔板上下游各1英寸處取樣,又稱一英寸法蘭接法。標準孔板采用角接取壓法和法蘭取壓法。標準噴嘴采用角接取壓法。角接取壓法通過環室或單獨鉆孔結構實現的。孔板環室測量范圍:6.4MPa以下,管道直徑在50-520mm之間。孔板單獨鉆孔測量范圍:2.5MPa以下,管道直徑在50-1000mm之間。標準孔板的特點:測量精確,但對加工制造和安裝要求嚴。缺點是壓力損失大。標準節流裝置適用管道直徑大于50mm,雷諾數在104-105以上,且流體清潔,充滿全部管道,不發生相變。節流裝置將管道中流體流量的大小轉換為相應的差壓大小,差壓信號由導壓管引出,傳遞到相應的差壓計,以便顯示出流量的數量。3.差壓式流量計的測量誤差由于使用不當,可引起高達10%-20%的誤差。所以不僅要合理的選型,準確的設計計算和加工制造,更要注意正確的安裝、維護和符合使用條件等,才能保證測量精度。造成測量誤差的原因：(1).被測流體工作狀態的變動,可引起測量誤差如果使用時被測流體的工作狀態及流體的重度、粘度、雷諾數等參數與設計時有變動,會造成原來由差壓計算的流量與實際的流量之間有較大的誤差。為了消除誤差,須按新的工藝條件重新進行設計計算,或將所測的數值加以修正。(2).節流裝置安裝不正確,可引起測量誤差在安裝節流裝置時,特別要注意節流裝置的安裝方向。一般,節流裝置露出部分所標注的“+”號一側,應是流體的入口方向。當用孔板作為節流裝置時,應使流體從孔板90°銳口的一側流入。另外,在使用中,要保持節流裝置的清潔。(3).孔板入口邊緣的磨損可引起測量誤差,從而引起儀表指示值偏低。故應注意檢查、維修,必要時應換新的孔板。(4).導壓管安裝不正確,或有堵塞、滲漏現象可引起較大的測量誤差。導壓管安裝的要求：A.測量液體的流量時:應使兩根導壓管內都充滿同樣無氣泡的液體,使兩根導壓管內的液體密度相同。措施如下:a.取壓點應位于節流裝置的下半部,與水平線夾角為00-450,既可排氣泡,又可防堵塞。如右圖。b.引壓導管最好垂直向下,至少應有一定的傾斜度(1:20~1:10),使氣泡易于排出。c.在引壓導管的管道中應有排氣的裝置。如差壓計只能裝在節流裝置之上時,須加裝貯氣罐,如圖(b)。B.測量氣體的流量時:使兩根導壓管內的流體密度相同,氣體中無夾帶的液體,措施如下：a.取壓點應位于節流裝置的上半部。b.引壓導管最好垂直向上,至少應有一定的傾斜度,使引壓導管不滯留液體。c.如差壓計只能裝在節流裝置之下時,須加裝貯液罐和排放閥。如圖。C.測量蒸汽的流量時:須解決蒸汽冷凝液的等液位問題,以消除冷凝液液位的高低對測量精度的影響。方法如圖。自凝液罐至差壓計的接法與測量液體流量時相同。測量腐蝕性液體流量,須加隔離措施,ρ1為被測介質密度。(5).差壓計安裝或使用不正確會引起測量誤差。正確安裝和使用差壓計(或差壓變送器)安裝:由導壓管接至差壓計或差壓變送器前,安裝一平衡閥3和兩個切斷閥1.2,構成三閥組。使用:使用時先開平衡閥3,使正負壓室壓力相等,然后打開切斷閥1.2,再關平衡閥3,差壓計可投入工作。停用時先打開平衡閥3,再關切斷閥1、2。當切斷閥1、2關閉時,打開平衡閥3,可進行儀表的零點校驗。P1+-123P2

JYLB一體化節流式流量計

一體化節流式流量計是將節流裝置和差壓變送器做成一體,差壓變送器與流量顯示設備通過各種模式的通訊,構成流量檢測系統。該系統除能進行壓力補償外,還可手操遷移量程等三、轉子流量計適用測小流量,管徑在50mm以下管道的流量。測量的流量可小到每小時幾升。結構:由下往上逐漸擴大的錐形管和放在錐形管內可自由運動的轉子組成。特點:結構簡單,是一種恒壓降、變節流面積具有線性刻度的流量計。1.工作原理以壓降不變,利用節流面積變化來測量流量的大小。轉子可視為一個節流件,在錐形管與轉子之間有一個環形通道,轉子的升降就改變環形通道的流通面積從而測定流量,故又稱為面積式流量計。2.工作原理工作時,被測流體從錐形管下端進入,轉子受到向上的力,使轉子浮起,當這個力等于轉子的重力(重量減去轉子的浮力)時,兩力平衡,轉子就停浮在一定高度上。由于轉子的重力不變,當被測流體的流量突然增大時,轉子就上升,這時流通面積增大,流體的流速變慢,作用在轉子上的向上力就變小。當流體作用在轉子上的力再等于轉子的重力時,又穩定在一個新的高度上。轉子的平衡位置的高低與被測介質的流量大小相對應。如果在錐形管外沿其高度刻上對應的流量值,就可根據轉子的平衡位置的高低直接讀出流量的大小。這就是轉子流量計測量流量的基本原理。流量方程分別對轉子和流體進行分析,得出如下表達式：V-轉子體積;A-轉子最大橫截面積;ρt.ρf

-分別為轉子和流體的密度;P1、P2-分別為轉子前后流體的壓力;h-轉子平衡時所在的高度;Ф-儀表常數。2.電遠傳式轉子流量計將反映流量大小的轉子高度轉換為電信號,適合于遠傳,進行顯示或記錄。LZD系列電遠傳式轉子流量計由流量變送和電動顯示兩部分組成。(1).流量變送部分:用差動變壓器進行流量變送的。組成:鐵心、線圈及骨架組成。初級線圈在內層,兩個線圈同相串聯;次級線圈在外層,兩個線圈反相串聯。(1).流量變送部分原理:當鐵心在中間位置時,次級線圈中產生的感應電動勢e1、e2相等。u=e1-e2=0當鐵心向上移動時,e1>e2,u=e1-e2>0。當鐵心向下移動時,e1<e2,u=e1-e2<0。轉子流量計的轉子與差動變壓器的鐵心連接,可將流量的大小轉換成輸出感應電勢的大小。(2).電動顯示部分如下圖····3.轉子流量計的指示值修正轉子流量計為非標準化儀表,在出廠時是在工業基準狀態(20℃,0.10133MPa)下用水或空氣進行標定的。當被測介質和工作狀態發生改變,必須對儀表刻度進行修正。(1).液體流量測量時的修正Q0-用水標定的刻度流量;ρW-水的密度;Qf-密度為ρf的被測介質實際流量;KQ-體積流量密度修正系數;KM-質量流量密度修正系數;Mf-流過儀表的被測介質實際質量流量。(1).液體流量測量時的修正(2).氣體流量測量時的修正：測氣體時,制造廠是在工業基準狀態(293K,0.10133MPa)下用空氣進行標定的。對非空氣介質在不同于上述基準狀態下測量時,要進行修正,其中對壓力.密度.溫度進行修正。當已知儀表顯示刻度Q0,實際介質的流量Q1,按下式修正：(2).氣體流量測量時的修正Q1-被測介質的流量,Nm3/h;ρ1-被測量在標準狀態下的密度,kg/Nm3;ρ0-標準狀態下空氣的密度,(1.293kg/Nm3);p1-被測介質的絕對壓力;p0-工業基準狀態時的絕對壓力(0.10133MPa);T0-工業基準狀態時的絕對溫度(293K);T1-被測介質的絕對溫度;Q0-按標準狀態刻度的顯示流量值,Nm3/h;Kρ-密度修正系數;Kp-壓力修正系數;KT-溫度修正系數。例1:現用一只以水標定的轉子流量計來測量苯的流量,已知轉子材料為不銹鋼,ρt=7.9g/cm3,苯的密度為ρf=0.83g/cm3

。試問流量計讀數為3.6L/cm3時,苯的實際流量是多少？解:苯的實際流量是4.4L/s。例2:某廠用轉子流量計來測量溫度為27℃,表壓為0.16MPa的空氣流量,問轉子流量計讀數為38Nm3/h時,空氣的實際流量是多少？解:Q0=38Nm3/h,p1=0.16+0.10133=0.26133MPa,p0=0.10133MPa,T0=293K,T1=273+27=300K,空氣的實際流量是60.3Nm3/h。TGL型鋼瓶流量計該流量計由減壓器和玻璃轉子流量計二部分組成,當流量計配置在鋼瓶上時,鋼瓶中的高壓氣體可借助于減壓器和玻璃轉子的調節功能,選擇輸出恒定的穩定流量,并可指示壓力和流量。

LZ系列金屬管浮子流量計

具有結構簡單、工作可靠、精度較高、價格合理等特點,能耐較高的壓力與溫度,并可實現電遠傳擴大了使用范圍。

LZB-()W/WB小流量玻璃轉子流量計

該流量計可以檢測氣體或液體介質的小流量,具有小巧的外形,廣泛用于各種分析儀器,環境保護設備,醫療設備及其它科學實驗儀器配套,W型為不帶調節閥結構,WB型帶有調節閥結構

LZB-()U型聚砜管流量計

由聚砜塑料精制而成,轉子材料為哈氏C或鈦,接觸被測流體的部件均有效的抗氫氧化納溶液、鹽液等腐蝕性液體,是制堿等化工行業理想的流量計

(3).蒸汽流量測量時換算：將蒸汽流量換算為水流量,如轉子材料為不銹鋼,ρt=7.9g/cm3,則：Q0-水流量,L/h;ρf-蒸汽密度,kg/m3;Mf-蒸汽流量,kg/m3。四、橢圓齒輪流量計1.工作原理橢圓齒輪流量計的測量部分是由兩個相互嚙合的橢圓形齒輪A和B、軸及殼體組成。橢圓齒輪與殼體之間形成測量室,如圖。當流體流過橢圓齒輪流量計時,由于要克服阻力將會引起阻力損失,從而使進料口側壓力p1大于出料口壓力p2,在此壓力差的作用下,產生作用力矩使橢圓齒輪連續轉動。在圖(a)所示位置時,由于p1>p2,在二者產生的合力矩下,A輪順時針轉動,這時A輪為主動輪,B輪為從動輪。在圖(b)所示位置時,根據力的分析可知,這時A、B都為主動輪。1.工作原理當繼續轉至(c)所示位置時,p1和p2在A輪上的合力矩為零,作用在B輪上的合力矩使它作逆時針轉動,把已吸入的半月形容積內的介質排出出口,這時B輪為主動輪,A輪為從動輪,與圖

(a)所示情況剛好相反。這樣,A輪和B輪交替地一個帶動另一個轉動,把被測介質以半月形容積為單位一次一次地由進口排至出口。從(a)→(b)→(c)只表示橢圓齒輪轉了1/4周的情況,而排出被測介質為一個半月形容積,則每轉一周所排出的被測介質量為半月形容積的4倍。即通過橢圓齒輪流量計的體積流量Q為:n-橢圓齒輪的旋轉速度；V0-半月形測量室容積。2.使用特點橢圓齒輪流量計是基于容積測量原理的,與流體的粘度等性質無關。特別適用于粘度介質的流量測量。高測量精度高,壓力損失小,安裝方便。但被測介質不能含有固體顆粒,更不能夾雜機械物,否則會引起齒輪磨損,以至損壞。在橢圓齒輪流量計的入口端須加裝過濾器。但橢圓齒輪流量計結構復雜,加工制造較難,因而成本高。如使用不當或使用時間過久,發生泄漏現象,會引起較大測量誤差。LC系列橢圓齒輪流量計(油表)

是容積式流量計中的主要類型,用于計量在一定壓力下封閉管道中滿管流的流體流量。它具有精確度高、可靠性好、壽命長、量程范圍大、壓力損失小、粘度適應性強

第四節物位檢測及儀表一、概述1.定義:液位、料位、液體的分界面稱為物位。2.物位測量的目的(1).對物位測量的絕對值要求非常準確,借以確定容器或儲存庫中的原料、輔料、半成品或成品的數量。(2).對物位測量的相對值要求非常準確,要能迅速正確反映某一特定水準面上的物料相對變化,用以連續控制生產工藝過程,即利用物位儀表進行監視和控制。3.物位檢測儀表的分類(按工作原理)(1).直讀式物位儀表:主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等。(2).差壓式物位儀表:利用液柱或物料堆積對某定點產生壓力的原理而工作。分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表。3.物位檢測儀表的分類(按工作原理)(3).浮力式物位儀表:利用浮子高度(或液體對浸沉于液體中的浮子的浮力)隨液位變化而變化的原理而工作。(4).電磁式物位儀表:使物位的變化轉換為一些電量的變化,通過測電量的變化來測知物位。分為電阻式(電極式)、電容式和電感式。(5).核輻射式物位儀表:利用核輻射透過物料時,其強度隨物質層的厚度而變化的原理而工作。(6).聲波式物位儀表:由于物位的變化引起聲阻抗的變化、聲波的遮斷和聲波反射距離的不同的原理而工作。

(7).光學式物位儀表:利用物位對光波的遮斷和反射原理而工作。

二、差壓式液位變送器1.工作原理:利用容器內液體產生的靜壓力與液位高度成正比的原理。

差壓變送器的一端接液相,另一端接氣相。設容器上部空間為干燥氣體,壓力為P,則:P1=P+ρgH,P2=PΔP=P1-P2=ρgH2.零點遷移問題測量液位時,當H=0時,ΔP=Z0≠0,稱為零點遷移。當Z0>0

時,為正遷移,當Z0<0

時,為負遷移。Z0稱為零點遷移量。(1).負遷移如圖,隔離液密度ρ2>ρ1(被測介質的密度)P+=ρ2gh1+ρ1

gH+P0P-=ρ2gh2+P0ΔP=P+-P-=ρ1gH-(h2-h1)ρ2gΔP-變送器正、負壓室的壓差；h1–正壓室隔離罐液位到變送器的高度；

h2–負壓室隔離罐液位到變送器的高度;

H–

被測液位高度。(1).負遷移對于DDZ-Ⅲ型差壓變送器,輸出電流信號范圍為4~20mA。在無遷移時:所檢測的液位為零,即H=0,差壓變送器所檢測到的差壓為零,即ΔP=0,對應的差壓變送器的輸出為I0=4mA,即測差壓(液位)的起始點為零;當H=Hmax,ΔP=ΔPmax,對應的差壓變送器的輸出為20mA。+QoQi

·PAP0P0HP+P--(1).負遷移當H=0時,ΔP=Z0=-(h2-h1)ρ2g<0,為負零點遷移量,變送器的輸出I0<4mA。H=Hmax時,ΔP=ρgHmax+Z0,變送器輸出I0<20mA。超出了正常輸出信號范圍(4mA-20mA)。為了使差壓變送器當H=0時,變送器的輸出為4mA,H=Hmax時,輸出為20mA。必須抵消Z0的作用,采用零點遷移的辦法。即調節儀表上的遷移彈簧,以抵消Z0的影響。(2).正遷移P+=P0+ρgh+ρgH,P-=P0ΔP=P+-P-=ρ

gh+ρgHΔP-變送器正.負壓室的壓差；當H=0時,ΔP=Z0=ρgh>0,變送器的輸出I0>4mA；當H=Hmax時,ΔP=ρgh+ρgHmax,變送器輸出I0>20mA。超出了正常輸出信號范圍(4mA-20mA),是因取壓點與差壓變送器安裝不在同一高度,引起的附加壓差Z0,使液位起始值不為零。為了抵消Z0的影響,需要在差壓變送器上增加零點遷移彈簧。零點遷移的實質遷移彈簧的作用:實質是改變變送器的零點。

零點遷移的實質:是改變差壓變送器的測量差壓(即液位)范圍而其輸出信號的范圍不變,量程不變。它是通過零點遷移彈簧來實現的。如圖曲線a為無遷移。曲線b為負遷移。曲線c為正遷移。3.法蘭式差壓變送器組成:由法蘭式測量頭(金屬膜盒).毛細管和變送器組成。分類:單法蘭式和雙法蘭式作用:測量具有腐蝕性、含固體顆粒、粘度大及易凝固等液體的液位。方法:在膜盒、毛細管和測量室所組成的封閉系統內充有硅油,作為傳壓介質,使被測介質不進入毛細管和變送器內,以免堵塞。三、電容式物位傳感器1.測量原理:在電容器的極板之間,充以不同介質時,電容量的大小就不同。可通過測電容量的變化來測物位。兩個同軸的圓筒形電極,中間充以電介質組成圓筒形電容器,相互遮蓋部分的長度為L,圓筒形內電極的外徑為d,外電極的內徑為D,若電介質的介電常數為ε時,則其電容量為：當D.d一定時,則。2.液位的檢測當液位為零時,儀表調整零點(或在某一起始液位調零也可),其零點的電容為：

-空氣介電系數,D,d-分別為外電極內徑及內電極外徑。當液位上升為H時,電容為：電容的變化為:Ki為比例系數3.料位的檢測由于固體間磨損大,易滯留,用電極棒及容器壁組成電容器的兩極測量非導電固體料位。如圖。電容量變化與料位升降的關系為:D,d--分別為容器的內經和電極的外徑；ε,ε0-分別為物料和空氣的介電系數。電容物位計的傳感器特點:結構簡單、使用方便。因電容變化量不大,要精確測量,常通過電子線路將電信號放大后再進行測量。還應注意介質濃度、溫度變化時,其介電系數也要發生變化,以便及時調整儀表,達到測量目的。四、核輻射式物位計測量原理:放射性同位素的輻射線射入一定厚度的介質時,部分粒子因克服阻力與碰撞動能消耗被吸收,另一部分粒子則透過介質。射線的透射強度隨介質厚度增加而減弱。關系式：μ-介質對放射線的吸收系數；H-介質層的厚度;I-穿過介質后的射線強度。不同介質吸收射線的能力是不同。固體吸收能力最強,液體次之,氣體最弱。特點:核輻射線特性不受溫度、濕度、壓力、電磁場等影響,適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、易結晶或沸騰狀態的介質的物位測量,還可測量高溫融熔金屬的液位。所以可在高溫、煙霧、塵埃、強光及強電磁場等環境下工作。但放射線對人體有害,使用范圍受到限制。第五節溫度檢測及儀表溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度的測量與控制在工業生產中有著重要的作用。一、溫度檢測方法(一).溫度不能直接測量,只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換,以及物體的某些物理性質隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。(二).溫度計的分類按測溫范圍分:高溫計(600℃以上)和普通溫度計;按測量方法分:接觸式和非接觸式溫度計;按用途分:實用溫度計和標準溫度計;按工作原理分:膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計、輻射高溫計。1.膨脹式溫度計基于物體受熱體積膨脹的性質制成。玻璃管溫度計是屬于液體膨脹式溫度計;雙金屬溫度計是屬于固體膨脹式溫度計。雙金屬溫度計的感溫元件是兩片線膨脹系數不同的金屬片疊焊在一起的。金屬片受熱→兩個金屬片膨脹長度不同→彎曲→溫度越高彎曲的角度越大→這就是雙金屬溫度計的測溫原理。1.膨脹式溫度計雙金屬溫度計→雙金屬片制成螺旋形→溫度變化時,螺旋的自由端繞中心軸旋轉→帶動指針偏轉→在刻度盤上指示相應的溫度。2.壓力式溫度計原理:在封閉系統中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理制作的。是用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表。如圖為壓力式溫度計。組成:溫包、毛細管、彈簧管。溫包:直接與被測物接觸的感溫元件,它須有強度高,膨脹系數小,熱導率高,抗腐蝕等性能。可用銅合金、鋼或不銹鋼制造。2.壓力式溫度計毛細管:用來傳遞壓力的變化。用銅或鋼等冷拉成的無縫圓管制成。易破損,應加保護套管。在長度相同時,越細儀表越靈敏。彈簧管:與彈簧管式壓力表相同。3.熱電偶溫度計:利用不同材料的金屬焊接在一起,當溫度發生變化時,會產生熱電勢,依靠熱電勢的測量來測溫度。4.熱電阻溫度計:利用導體或半導體材料的電阻值隨溫度的變化而變化的原理測溫。5.熱輻射溫度計:利用物體熱輻射作用來測溫度。二、熱電偶溫度計原理:是以熱電效應為基礎的測溫儀表。特點:測量范圍廣(-50~1600℃),結構簡單,使用方便,測量準確可靠,便于信號的遠傳、自動記錄和集中控制。組成:熱電偶(1)(感溫元件)、測量儀表(3)(動圈儀表或電位差計)、連接熱電偶和測量儀表的導線(2)(補償導線及銅導線)。1.熱電偶是感溫元件,由兩種不同材料的導體A和B焊接而成,焊接的一端插入被測介質中,感受被測溫度,稱為工作端或熱端,另一端與導線相連,稱為冷端或自由端,導體A和B稱為熱電極。(1).熱電現象及測溫原理熱電現象:取兩根不同材料金屬導線A和B,將其兩端焊在一起,組成一個閉合回路,如將其中的一端(1)加熱,即t>t0,在此閉合回路中就有熱電勢產生,這種現象稱為熱電現象。如將金屬B斷開接入毫伏計,如圖(b);如在t0接頭處斷開接入毫伏計,如圖(c)。毫伏計有指示。

熱電勢:包括接觸電勢和溫差電勢。接觸電勢eAB(t)的產生:設A電子密度大于B電子密度,當A.B兩種金屬接觸時,電子從密度大的擴散到密度小的中,即從A擴散B,A中剩下正電荷,B中得到電子而帶電,形成靜電場,阻礙電子擴散運動,當達到平衡時形成電勢差eAB(t),稱為接觸電勢。方向為A→B。接觸電勢與兩金屬的材料和接觸點的溫度有關。當材料確定后只與接觸點的溫度有關。

eAB(t)=-eBA(t)。t>t0AB+--+eA(t,t0)eB(t,t0)溫差電勢eA

(t,t0)的產生:對于同一金屬A(或B),由于其兩端溫度不同,自由電子具有不同的動能,就產生一個電動勢,稱為溫差電勢eAB(t0)。它遠小于接觸熱電勢,則忽略不計,即eA(t,t0)≈0,eB(t,t0)≈0。把金屬的兩端閉合時,形成閉合回路。在兩個接點處形成接觸熱電勢eAB(t)和eAB(t0)。溫差電勢忽略不計,金屬A.B的等效電阻為R1.R2,則圖(a)可等效為圖(b)。此閉合回路中總的熱電勢E(t,t0)應為：E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA(t0)此閉合回路中總的熱電勢E(t,t0)應為：

E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)或E(t,t0)=eAB(t)+eBA

(t0)測溫原理:熱電勢與兩接點溫度.熱電極材料有關。當熱電極材料確定后,熱電勢是兩接點溫度的函數之差,當冷端溫度t0保持不變,即eBA(t0)為常數,熱電勢與熱端溫度成單值的函數關系。所以通過測量熱電勢的大小可以測溫度的高低。注:如果兩個熱電極材料相同,兩點溫度不同,則總熱電勢E(t,t0)=0;如果兩個熱電極材料不同,兩點溫度相同,則總熱電勢E(t,t0)=0。不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產生的熱電勢是不同的。(2).插入第三種導線的問題用熱電偶測溫時,需接儀表來測熱電勢,而儀表要遠離測溫點,這就需接第三種導線C。熱電偶回路中接入連接導線C,就構成新的接點,但不影響熱電偶的總熱電勢。(2).插入第三種導線的問題:如右(a)圖:新的接點為3點和4點,兩點的溫度相同為t1,則總熱電勢E(t,t0)為：E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t1)+eCB(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBC(t1)-eBC

(t1)+eBA(t0)=eAB(t)+eBA(t0)=eAB(t)-eAB(t0)可見,與沒有接入第三種導線時總熱電勢相等。(2).插入第三種導線的問題:如圖:新接點為2和3點,兩點的溫度相同為t0,則總熱電勢E(t,t0)為:E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0)若A.B.C組成閉合回路,各點溫度相同(t0)時,根據能量守恒原理,閉合回路內的總電勢等于零。則eAB(t0)+eBC(t0)+eCA(t0)=0，eBC(t0)+eCA(t0)=-eAB(t0)E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0)=eAB(t)+eBA(t0)則,與沒有接入第三種導線時,總熱電勢相等。但必須保證引線兩端的溫度相同。同理,如果回路中串接多種導線,只要引線兩端的溫度相同,就不影響熱電偶所產生的熱電勢值。(3).常用熱電偶的種類工業上對熱電極材料的要求:熱電極對溫度反應靈敏(溫度每增加1℃時產生的熱電勢要大),熱電勢與溫度盡量成線性關系,物理穩定性高,化學穩定性高,材料組織均勻,有韌性,易加工成絲;復現性好,且有良好的互換性,便于成批生產。鉑銠30-鉑銠6熱電偶(雙鉑銠)(分度號為B):測量范圍為300-1600℃,短期可測1800℃。鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S):測量范圍-20-1300℃,短期可測1600℃。作標準偶。鎳鉻-鎳硅熱電偶(分度號為K):測量范圍-50-1000℃,短期可測1200℃。鎳鉻-考銅熱電偶(分度號為XK):測量范圍-50-600℃,短期可測800℃。(4).熱電偶的結構按結構分為普通型、鎧裝型、表面型和快速型。①普通型熱電偶:包括熱電極,絕緣管,保護套管及接線盒。

熱電極:是熱電偶的兩根熱偶絲。貴金屬的偶絲直徑為0.3-0.65mm,普通金屬的偶絲直徑為0.5-3.2mm,長度由安裝條件及插入深度而定,一般為350-2000mm。絕緣管(絕緣子):防止兩根熱電極短路。有單孔管、雙孔管及四孔管。保護套管:保護熱電極不受化學腐蝕和機械損傷。①普通型熱電偶接線盒:是供熱電極和補償導線連接用的,常用鋁合金制成。連接熱電極和補償導線的螺絲必須擰緊,以免產生較大的接觸電阻而影響測量的準確度。②鎧裝熱電偶:由金屬套管、絕緣材料、熱電偶絲一起經過復合拉伸成型。③表面型熱電偶:利用真空鍍膜法將兩電極材料蒸鍍在絕緣基底上的薄膜熱電偶。④快速熱電偶:是測量高溫熔融物體一種專用熱電偶。在熱電偶選型時,注意三個方面:熱電極材料;保護套管的結構.材料及耐壓強度;保護套管的插入深度。2.補償導線的選用當熱電偶的冷端溫度保持不變時,熱電勢才是被測溫度的單值函數。但實際應用時,冷端離工作端近且暴露在空間,易受周圍環境溫度影響,冷端溫度難保持恒定。為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定,就將熱電偶做很長,使冷端遠離工作端,這就需要許多貴金屬,不經濟的。用補償導線將冷端遠離工作端。不同的熱電偶所用的補償導線也不同。補償導線的要求:由兩種不同性質的金屬材料制成,在一定溫度范圍內(0-100℃)與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性,并是廉價金屬。使用補償導線的注意事項:與熱電偶的型號相配,極性不能接錯,熱電偶與補償導線連接處的溫度不應超過100℃。與熱電偶所配套的補償導線如表3-7。補償導線示例:E(t,t0)3.熱電偶冷端溫度補償熱電偶的溫度-熱電勢關系曲線是要求冷端溫度保持在0oC時得到的,儀表的刻度線是根據溫度-熱電勢關系曲線進行刻度的。熱電偶使用時冷端在操作室,但操作室的溫度一般高于0oC,且不穩定。這