第二章压力液位等检测方法及仪表精选文档.ppt

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1、第二章压力液位等检测方法及仪表本讲稿第一页，共五十五页常见压力传感器外形 工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片本讲稿第二页，共五十五页压力的基本概念压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力 压力（压力（PaPa）均匀垂直作用力（均匀垂直作用力（N N）受力面积（受力面积（m m2 2）单位单位:牛顿牛顿/米米2 2（N/mN/m2 2），简称），简称“帕

2、帕”，用符号，用符号“Pa“Pa”本讲稿第三页，共五十五页压力的几种表示形式压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）负压（或真空度）表压（正压）表压（正压）表压（正压）表压（正压）绝对压力的零线绝对压力的零线绝对压力的零线绝对压力的零线大气压力线大气压力线大气压力线大气压力线绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力真空度真空度真空度真空度本讲稿第四页，共五十五页压力检测方法压力检测方法液柱式测压法液柱式测压法弹性式变形法弹性式变形法液柱式测压法液柱式测压法电气式力法电气式力法活塞式压力法活塞式压力法本讲稿

3、第五页，共五十五页压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表液柱测压法液柱测压法 根据流体静力学原理，将被测压力转换成根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。液柱高度进行测量。hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。斜管压力表和活塞式压力表等。本讲稿第六页，共五十五页弹性变形法弹性变形法 将被测压力转换成弹性元件变形的位移将被测压力转换成弹性元件变形的位移P 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件膜片式弹性元件本讲稿第七页，共五十五页弹性元件结构和特点本讲稿

4、第八页，共五十五页弹簧管压力计本讲稿第九页，共五十五页 弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉本讲稿第十页，共五十五页3 3.膜片与膜盒膜片与膜盒(说明说明)本讲稿第十一页，共五十五页DDZ-DDZ-型型力矩平衡式差力矩平衡式差压变送器压变送器本讲稿第十二页，共五十五页DDZ-DDZ-型型力矩平衡式差力矩平衡式差压变送器压变送器本讲稿第十三页，共五十五页DDZ-DDZ-型力矩平衡式差压变送器型力矩平衡式差压变送器本讲稿第十四页，共五十五页DDZ-DDZ-型型力矩平衡式差力矩平衡式差压变送器压变送器本讲稿第十五页，共五十五页电容式测压原理电容式测压原理 采

5、采用用变变电电容容原原理理，利利用用弹弹性性元元件件受受压压变变形形来来改改变变可可变变电电容容器器的的电电容容量量，然然后后通通过过测测量量电电容容量量 C便便可可以以知知道道被被测测压压力力 的的 大大 小小，从从 而而 实实 现现 压压 力力-电电 容容 转转 换换 的的。定极板定极板动极板动极板被测压力被测压力 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常数，常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，m C电容量，电容量，F弹性元件弹性元件本讲稿第十六页，共五十五页2.3.3 2.3.3 电容式差压变

6、送器（特点、构成）电容式差压变送器（特点、构成）1.检测部件（图检测部件（图241）作用作用：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值本讲稿第十七页，共五十五页2.3.3 2.3.3 电容式差压变送器（特点、构成）电容式差压变送器（特点、构成）本讲稿第十八页，共五十五页(1)电容电容/电流转换与差压电流转换与差压/电流转换电流转换本讲稿第十九页，共五十五页2.3.4 智能式差压变送器（智能式差压变送器（11511151）1.1151的特点的特点1）精度高（精度高（5）、稳定、可靠；）、稳定、可靠；2 2）具有补偿功能具有补偿功能3）

7、具有数字、模拟输出方式；具有数字、模拟输出方式；4 4）具有多种其他功能。具有多种其他功能。2.2.硬件构成及其功能硬件构成及其功能1)1)传感器部分：传感器部分：将差压将差压02.5V;供电电压：供电电压：5V,工作电流：工作电流：0.8mA.2)A/D转换：带有前置转换：带有前置放大，放大，16位，具有自校准功位，具有自校准功能。能。3）CPU:AT89S8252CPU:AT89S8252与与MCS51MCS51兼容兼容;8KB F ROM;8KB F ROM、2KB EPROM2KB EPROM、256B RAM256B RAM、32 I/O32 I/O口线、口线、2 2个个DPTRDP

8、TR、三个、三个1616位定时位定时/计数器、一个全双工串行口及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等计数器、一个全双工串行口及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等4）HART通信部分：二进制数字信号与通信部分：二进制数字信号与FSK信号之间的转换信号之间的转换本讲稿第二十页，共五十五页压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定

9、被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的3/4；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择 本讲稿第二十一页，共五十五页压力计的安装压力计的安装安装事项：取压位置：由工艺条件确定；尽量避免涡流影响；避免流速影响；避免导压管产生压差。隔离：温度隔离：采用铜管散热；腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；脏污隔离：采用空气包。本讲稿第二十二页，共五十五页有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.516 MPa，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括

10、测量范围、精度等级）。例题解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。检验量程下限检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。仪表量程选择仪表量程选择最大引用误差最大引用误差所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。本讲稿第二十三页，共五十五页 流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表本讲稿第二十四页，共五十五页 流量测量技术和仪表的应用领域流量测量技术和仪表的应用领域 工业生产过程能源计量一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气一次能源（煤炭、原油、

11、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等交通运输 环保工程 空气污染空气污染(烟废气排放烟废气排放)、水污染、水污染 管道输送管道输送 本讲稿第二十五页，共五十五页流量检测的基本概念流量检测的基本概念瞬时流量瞬时流量单位时间内流体通过一定截面积的数量。单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量体积流量用流体的体积来表示（用流体的体积来表示（q qv v），单位为），单位为m m3 3/h/h。质量流量质量流量用流量的质量来

12、表示（用流量的质量来表示（q qm m），单位为），单位为kg/hkg/h。累积流量累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量流量计量流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。累积质量流量流量测量的任务流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。本讲稿第二十六页，共五十五页流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表

13、流量检测方法及仪表v应用容积法检测流量（腰轮流量计）应用容积法检测流量（腰轮流量计）应用容积法检测流量（腰轮流量计）应用容积法检测流量（腰轮流量计）v应用动、静压能转换原理检测流量应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计（差压式流量计)v v应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计转子流量计转子流量计转子流量计)v应用电磁感应原理检测流量应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计电磁流量计)v应用超声波检测流量应用超声波检测流量(超声波流量计超声波流量计)本讲稿第二十七页，共五十五页2.4.2 2.4.2

14、 典型流量检测仪表典型流量检测仪表1.容积式流量计：标准容积式流量计：标准“计量计量空间空间”、进出口压差、进出口压差椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计(图图246）：本讲稿第二十八页，共五十五页2.4.2 2.4.2 典型流量检测仪表典型流量检测仪表2.速度式流量计速度式流量计（1）节流式（差压式）流量计：节流式（差压式）流量计：孔板、挡板、文丘里管孔板、挡板、文丘里管孔板孔板本讲稿第二十九页，共五十五页 节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理检测原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这

15、样可依据压差来衡量流量的大小。基础：基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素：压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）本讲稿第三十页，共五十五页 流量基本方程式流量基本方程式根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量 质量流量 式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比本讲稿第三十一页，共五十五页差压式流量计差压式流量计 测量对象测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态工作状态：常压、高压

16、、真空、常温、高温、低温；管径方面管径方面：从几毫米到几米；流动条件流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计 孔板引压管差压计本讲稿第三十二页，共五十五页 差压计三阀组的安装示意图如图 所示，它包括两个切断阀和一个平衡阀。安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。具体步骤是：本讲稿第三十三页，共五十五页 差压计三阀组的安装示意图如图 所示，它包括两个切断阀和一个平衡阀。安装三阀组的主 要目的是为了

17、在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。具体步骤是：先开平衡阀 3，使正负压室连通；然后再依次逐渐打开压侧的切断阀 1 和负压侧的切断阀 2，使差压计的正负压室承受同样的压力；最后再渐渐地关闭平衡阀 3，差压计即投人运行。当差压计需要停用时，应先打开平衡阀 3，然后再关闭切断阀 1 和 2。本讲稿第三十四页，共五十五页电动单元组合仪表（简称为电动单元组合仪表（简称为DDZDDZ仪表）仪表）差压（压力）变送器差压（压力）变送器 主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、液位等过程参主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、

18、液位等过程参量，并将其转换成统一的标准信号。量，并将其转换成统一的标准信号。差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为气动单元组合仪表（简称为QDZQDZ仪表）仪表）DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为4 420mADC20mADC20100KPa本讲稿第三十五页，共五十五页（2）涡街流量计（图涡街流量计（图248）灵巧型涡街流量变送器（图灵巧型涡街流量变送器（图249）本讲稿第三十六页，共五十五页3.直接式质量流量计（科氏流量计）（图直接式质量流量计（科氏流量计）（图

19、250）实验图示说明：实验图示说明：a)水静止、管摆动；水静止、管摆动；b)、c)水流动、管摆动，出水侧的摆水流动、管摆动，出水侧的摆动先于入水侧；出水侧摆动的相位超动先于入水侧；出水侧摆动的相位超前入水侧；相位差前入水侧；相位差质量流量质量流量双弯管型双弯管型（图（图251）：水按箭头流入、）：水按箭头流入、流出；流出；A、B、C三处各按一组压电换能器：三处各按一组压电换能器：A处加交变电压，处加交变电压，B、C检测振动幅度检测振动幅度相相位差位差420mA 质量流量质量流量本讲稿第三十七页，共五十五页 物位检测方法与仪表物位检测方法与仪表本讲稿第三十八页，共五十五页物位检测方法及仪表物位检

20、测方法及仪表 物位物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位液位容器中的液体介质的高低容器中的液体介质的高低料位料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安

21、全、正常进行。对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。物位的基本概念物位的基本概念本讲稿第三十九页，共五十五页2.5 2.5 物位的检测与变送（液位、料位、界位）物位的检测与变送（液位、料位、界位）2.5.1 物位检测的主要方法物位检测的主要方法 1.静压式测量法静压式测量法 压力式：敞口容器；压力式：敞口容器；2.差压式：闭口容器差压式：闭口容器2.电气式测量法电气式测量法 物位变化物位变化3.电气参数：电阻、电容、磁场等变化电气参数：电阻、电容、磁场等变化4.与电容式差压变送器配合与电容式差压变送器配合标准信号。标准信号。3.声学式测量法声学式测量法；4.射线式测量法射线式测

22、量法。本讲稿第四十页，共五十五页2.5 2.5 物位的检测与变送（液位、料位、界位）物位的检测与变送（液位、料位、界位）2.5.2 2.5.2 典型物位检测仪表典型物位检测仪表 1.差压式液位计差压式液位计：取压口与底部同：取压口与底部同一水平线（图一水平线（图252）；）；取压口低于容器底部（图取压口低于容器底部（图253）正迁移正迁移本讲稿第四十一页，共五十五页取压口装有隔离罐（图取压口装有隔离罐（图254）（负迁移）（负迁移）本讲稿第四十二页，共五十五页2.电容式液位计电容式液位计原理原理：介电常数不同：介电常数不同电容变化电容变化物位物位本讲稿第四十三页，共五十五页3.超声波液位计超声

23、波液位计换能器原理换能器原理（压电效应）：交变电场作用（压电效应）：交变电场作用下，压电晶体将电能转换成振动称逆压电下，压电晶体将电能转换成振动称逆压电效应；将振动声波转换成交变电场称正压效应；将振动声波转换成交变电场称正压电效应；电效应；发射器和接收器发射器和接收器电子装置电子装置：产生交变电：产生交变电信号、处理电信号信号、处理电信号4.辐射式物位计辐射式物位计 原理：射线强度随介质厚度的增加而衰减原理：射线强度随介质厚度的增加而衰减本讲稿第四十四页，共五十五页3.6 控制系统传感与变送控制系统传感与变送典型的检测变送器典型的检测变送器1.检测变送器的一般结构检测变送器的一般结构 一般包含

24、一个传感器及一个激励元件（转换器）。一般包含一个传感器及一个激励元件（转换器）。2.检测（传感与变送）仪表分类检测（传感与变送）仪表分类（1）按仪表使用的能源分类：电动仪表、气动仪表。按仪表使用的能源分类：电动仪表、气动仪表。（2）按信号的处理过程分类：检测表、显示表、控制表、执行器。按信号的处理过程分类：检测表、显示表、控制表、执行器。（3）按仪表的组成形式分类：基地式仪表、单元组合仪表。按仪表的组成形式分类：基地式仪表、单元组合仪表。（4）按被测量的参数分类：温度表、流量表、压力表、物位表。按被测量的参数分类：温度表、流量表、压力表、物位表。（5）按具体显示形式分类：指针式仪表、数字式仪表

25、、记录打印型仪表。按具体显示形式分类：指针式仪表、数字式仪表、记录打印型仪表。本讲稿第四十五页，共五十五页检测变送器检测变送器3.检测变送器的作用检测变送器的作用 把把工工艺艺生生产产过过程程的的变变量量（流流量量、压压力力、温温度度、液液位位和和成成分分等等）及及检检测测、转转换换单单元元转转换换成成标标准准的的电或气信号。电或气信号。变变送送器器输输出出是是被被控控变变量量的的测测量量值值，它它被被送送到到显示和控制装置，用于显示和控制。显示和控制装置，用于显示和控制。4.检测变送器的基本要求检测变送器的基本要求正确性：正确反映被控变量，误差小。正确性：正确反映被控变量，误差小。快速性：及

26、时反映被控变量的变化。快速性：及时反映被控变量的变化。可靠性：长期稳定运行。可靠性：长期稳定运行。本讲稿第四十六页，共五十五页5.检测变送器的选用原则检测变送器的选用原则l 在环境工况条件下应能长期稳定运行。在环境工况条件下应能长期稳定运行。l 仪表精度和量程的选择：仪表精度和量程的选择：选用仪表的精度要合适：应符合工艺检测要求。选用仪表的精度要合适：应符合工艺检测要求。仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差和动态误差。仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差和动态误差。量程选择：量程的改变会引起最大读书误差变化和增益的变化。量程选择：量程的改变会引起最大读书误差变化和增益的变化

27、。l 被测对象或介质的特性。如，气、液、固，腐蚀性等。被测对象或介质的特性。如，气、液、固，腐蚀性等。l 检测采用的形式要求。如，侵入或非侵入检测采用的形式要求。如，侵入或非侵入l 被测信号的性质及频率范围。被测信号的性质及频率范围。l 仪表的构造材料，安装结构；仪表的构造材料，安装结构；l 对环境、安全的保证；对环境、安全的保证；l 成本等。成本等。检测变送器检测变送器本讲稿第四十七页，共五十五页检测变送器检测变送器6.检测变送器的基本问题检测变送器的基本问题l 检测零点与量程检测零点与量程l 工程单位转换工程单位转换本讲稿第四十八页，共五十五页检测变送器检测变送器l 非线性非线性（用分段直

28、线近似）（用分段直线近似）l 标度误差，死区，灵敏度阈值标度误差，死区，灵敏度阈值（斜率不能改变）（斜率不能改变）l 重复性与滞环误差重复性与滞环误差本讲稿第四十九页，共五十五页l 测量测量/传送滞后传送滞后 如如：温温度度传传感感器器：具具有有大大纯纯滞滞后后特特性性，应应使使 尽尽可可能能得得小小（热热电电偶偶的的位位置置和和材料）。材料）。气气动动传传输输线线：通通常常在在实实验验测测量量时时有有纯纯时时间间滞滞后后，（电电信信号号没没有有时时间间滞滞后后）；在在目目前前没没有电传输应用广泛。有电传输应用广泛。检测变送器检测变送器本讲稿第五十页，共五十五页检测变送器检测变送器l 对检测滞

29、后时间对检测滞后时间Tm的考虑：的考虑：作作为为广广义义对对象象的的组组成成部部分分，应应与与被被控控过过程程时时间间Tp和和执执行行机机构构滞滞后后时时间间Tv一一起起考考虑虑时间常数的匹配。时间常数的匹配。一般情况下与一般情况下与Tp比较，比较，Tm不大，因此，它的影响也不大。不大，因此，它的影响也不大。减小减小Tm的途径：的途径：选用快速响应的检测元件；选用快速响应的检测元件；缩短气动管线的长度和减小直径；缩短气动管线的长度和减小直径；正确使用微分环节；正确使用微分环节；选用继电器或放大器。选用继电器或放大器。l 对对 m的考虑：的考虑：m=l/w 与与Tm一起考虑，应使一起考虑，应使 m/Tm小；小；通常在温度、成分分析的被控过程中要考虑通常在温度、成分分析的被控过程中要考虑 减小减小 m的途径：的途径：减小检测点到变送器间距离减小检测点到变送器间距离l；加大信号传送速度加大信号传送速度w。本讲稿第五十一页，共五十五页检测变送器检测变送器7.测量信号的处理本讲稿第五十二页，共五十五页:数字滤波算法检测变送器检测变送器本讲稿第五十三页，共五十五页检测变送器检测变送器本讲稿第五十四页，共五十五页:数字滤波算法检测变送器检测变送器本讲稿第五十五页，共五十五页