过程控制仪表变送器.pptx

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1、1 具体分六部分介绍：具体分六部分介绍：概述概述差压及压力变送器差压及压力变送器 DDZ-型温度变送器型温度变送器 流量变送器流量变送器 物位变送器、成分分析仪表物位变送器、成分分析仪表 二线制变送器的电路分析及设计、智能压力二线制变送器的电路分析及设计、智能压力变送器变送器第1页/共95页2.1 2.1 参数检测与变送参数检测与变送概述概述检测仪表1.传感器国标GB7665-87规定：“能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。2.变送器将输出信号变成统一标准信号的传感器。统一标准信号即各仪表之间的通信协议：010mA、02V、20

2、100kPa;420mA、15V数字信号。组成框图第2页/共95页 检测误差检测误差检测误差检测误差 （3 3）相对误差）相对误差（或标称相对误差（或标称相对误差）1.1.检测误差的描述检测误差的描述 检测误差是指检测仪表的测量值与被测物理量的真值之间的检测误差是指检测仪表的测量值与被测物理量的真值之间的差值，它反映了仪表的检测精度。差值，它反映了仪表的检测精度。（1 1 1 1）真值）真值 x xa a 即被测物理量的真实（或客观）取值。即被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的在当前现行的检测体系中，是将检测体系中，是将“认定设备认定设备”的检测结果作为真值。的检测结果作为真值。（2

3、2）绝对误差 仪表的实测值与“真值”之差 记为记为x-xx-xa a（绝对误差不能说明检测精度。）（绝对误差不能说明检测精度。）（4 4）引用误差）引用误差 记为记为（5 5）基本误差（最大引用误差）基本误差（最大引用误差）使用标准使用标准:220V5220V5、（、（502502）HzHz、（、（205205）、656555通常，各国（或国际组织）将其法定计量机构的专用设备作为认定设备，它的检测通常，各国（或国际组织）将其法定计量机构的专用设备作为认定设备，它的检测精度在这个国家（或国际组织）内被认为是最高的。显而易见，用这种方法确定的精度在这个国家（或国际组织）内被认为是最高的。显而易见，

4、用这种方法确定的“真值真值”称为称为“约定真值约定真值”。第3页/共95页（6 6 6 6）附加误差）附加误差）附加误差）附加误差（温度附加、频率附加、电源电压附（温度附加、频率附加、电源电压附（温度附加、频率附加、电源电压附（温度附加、频率附加、电源电压附加）加）加）加）2.2.检测误差的规律性（1 1）系统误差:对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的办法：负反馈结构？（2）随机误差或统计误差：统计计算、滤波消除（3 3）粗大误差（疏忽误差）：剔除检测仪表的基本特性1.1.仪表的固有特性及性能指标（1 1）精确度及其等级1）能不能用绝对误差或相对误差表示?2）

5、用最大引用误差度量？（量程、最大绝对误差）度量办法：去掉最大引用误差中的“”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。第4页/共95页（2）非线性误差计算：（3）变差：正、反行程测量时的最大差值与量程之比的百分数计算：（4）灵敏度与分辨力分辨力又称灵敏限：仪表输出能响应和分辨输入的最小变化量，数字显示仪表变化一个二进制最低有效位时输入的最小变化量（5）漂移 时漂与温漂（6）动态误差第5页/共95页2.2.检测仪表的工作特性适应参数测量和系统运行的需要而具有的输入/输出特性（1）理想工作特性：（2）零点调整与迁移零点：被测参数

6、的下限值或对应仪表输出下限值的被测参数最大值；使仪表测量下限值为零的过程称为零点调整，否则为零点迁移。当将测量的下限指由零变为某一正值时，称为正迁移；反之，将测量的下限指由零变为某一负值时，称为负迁移。第6页/共95页零点迁移前后的输入/输出特性(3)量程调整量程是指与检测仪表规定的输出范围相对应的输入范围。量程调整是指在零点不变的情况下将输出上限值与被测参数的上限值相对应。量程调整前后的输入/输出特性a)零点调整b)正零点迁移c)负零点迁移第7页/共95页实例 ：某测温仪表的量程为0500，输出信号为420mA，现欲测量2001000应如何调整？变送器的构成原理1.1.模拟式变送器的构成1）

7、原理说明2)输入/输出关系（理想线性特性）第8页/共95页9由于利用单元组合仪表能方便灵活地组成各种难易程度的过程控制系统，因此，它在过程控制系统中应用极为广泛。单元组合仪表有气动单元组合仪表和电动单元组合仪表两大系列。表2-1是DDZ-型和DDZ-型仪表的性能比较。第9页/共95页10表2-1 DDZ-型与DDZ-型仪表的性能比较系列DDZ-DDZ-信号、传输方式、供电信号DC 010mADC 420mA、DC 15V传输方式串联制(电流传送电流接收)并联制(电流传送电压接收)现场变送器连接方式四线制三线制供电AC 220V单独供电DC 24V集中供电并有断电备用电源防爆型式和电气元件开关

8、防爆型式防爆型安全火花型安全栅无有电气元件分立元件集成组件结构、线路设计和功能差压变送器双杠杆机构矢量机构温度变送器无线性化电路有线性化电路调节器偏差指示硬手动手动自动切换需先平衡无保持电路功能一般全刻度指示和偏差指示硬手动和软手动软手动自动切换可直接切换有保持电路功能多样系统构成一般灵活多样与计算机联用兼容性差兼容性好第10页/共95页 2.2.数字式变送器的构成原理（基于CPU的硬件电路、系统程序和功能模块的软件）（1）数字式变送器的硬件构成（2）软件构成系统程序：硬件管理，其基本功能为模/数转换、数据通讯、自检；功能模块：组态功能。第11页/共95页压力的概念及其检测一.压力的概念：垂直

9、作用于单位面积上的力（1Pa=1N/m2）国际单位：Pa，KPa，MPa 工程单位：工程大气压（kgf/cm2），标准大气压（atm）,毫米汞柱(mmHg),毫米水柱(mmH2O)，巴(bar)，托(Torr)等。由于参考点不同，在工程上又将压力表示为：1.差压(P)；2.绝对压力Pabs/大气压Patm；3.表压Pg；4.负压(真空度)Pv；各种压力关系图2.2 压力的检测与变送压力的检测与变送第12页/共95页二.弹性式测压元件及原理1.弹簧管（波登管）、多圈弹管，角位移电信号；2.波纹管、波/簧组合提高线性度；3.膜片与膜盒(说明)第13页/共95页型力矩平衡式差压变送器一.原理图测量部

10、分：、结构图I0=Kipi+K0F0第14页/共95页15 以1151型压力变送器为例，美国Rosemount公司开发的产品，综合误差为量程的0.25%。国内上海自动化仪表一厂，西安仪表厂等引进生产。原理框图如图所示。它是将传感器和变送器合二为一。传感器由敏感器和测量电路组成。差动电容差压变送器包括差动电容（测量部分）和转换放大电路两部分组成，差动电容的作用是将压力转换成电容比，转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成DC 420mA输出。1151型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品。电容式差压变送器（特点、构成）第15页/共95页1.检测部件作用：将输入差压线性地转换成两电容之差

11、与两电容之和的比值。第16页/共95页算法：第17页/共95页(1)电容/电流转换与差压/电流转换(3)放大电路与量程调整I0 ID1-ID2P（2）振荡器电流稳定电路,即使ID为常量（负反馈）2.转换放大电路第18页/共95页19第19页/共95页20扩散硅压力变送器 由于单晶硅具有优良的机械物理性能。滞后蠕变极小，稳定性好。随着微机械制造技术的进步，扩散硅压阻传感器逐年得到广泛的应用。扩散硅压力变送器结构图 扩散硅压力变送器电原理图第20页/共95页21第21页/共95页22压力检测仪表的选择应根据工艺生产过程的要求、被测介质的性质、现场环境条件等方面，来选择压力检测仪表的类型、测量范围和

12、精度等级。1仪表类型的选择主要是由工艺要求、被测介质及现场环境等因素来确定。例如，是要进行现场指示，还是要远传、报警或自动记录；被测介质的物理化学性质（如温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等）以及现场环境条件（如温度、电磁场、振动等）对仪表是否有特殊要求等。对于特殊的介质，则应选用专用压力表，如氨压力表、氧压力表等。第22页/共95页23压力检测仪表的种类压力检测仪表的种类检测原理检测原理主要特点主要特点用途用途液柱式压力计U型管压力计液体静力平衡原理（被测压力与一定高度的工作液体产生的重力矩平衡）结构简单、价格低廉、精度较高、使用方便。但测量范围较窄，玻璃易碎适于低微静压测量，高

13、精确度者可用作基准器，不适合于工厂使用单管压力计斜管压力计补偿微压计自动液柱式压力计弹性式压力表弹簧管压力表弹性元件弹性变形原理结构简单、牢固，使用方便、价格低廉用于高、中、低压的测量，应用十分广泛波纹管压力表具有弹簧管压力表的特点，有的因波纹管位移较大，可制成中等记录型用于测量400KPa以下的压力用于测量低压膜片压力表除具有弹簧管压力表的特点外，还能测量粘度较大的液体压力用于测量低压或微压膜盒压力表用于低压或微压测量，其它特点同弹簧管压力表活塞式压力计单活塞式压力计液体静压力平衡原理比较复杂和贵重用于做基准仪器、校验压力表或实现精密测量双活塞式压力计电气式压力表压力传感器应变式压力传感器导

14、体或半导体的应变效应原理能将压力转换成电量，并进行远距离传送用于控制室集中显示、控制霍尔式压力传感器导体或半导体的霍尔效应原理压力（差压）变送器（分常规式和智能式）力矩平衡式变送器力矩平衡原理能将压力转换成统一标准电信号，并进行远距离传送电容式变送器将压力转换成电容器电容的变化电感式变送器将压力转换成电感器电容的变化扩散硅式变送器将压力转换成硅杯的阻值的变化将压力转换成振弦震荡频率的变化振弦式变送器第23页/共95页242仪表测量范围的确定 压力检测仪表的测量范围要根据被测压力的大小来确定。为了延长仪表的使用寿命，避免弹性元件产生疲劳或因受力过大而损坏，压力表的上限值必须高于工艺生产中可能的最

15、大压力值。根据规定，测量稳定压力时，所选压力表的上限值应大于最大工作压力的3/2；测量脉动压力时，压力表的上限值应大于最大工作压力的2倍；测量高压压力时，压力表的上限值应大于最大工作压力的5/3。为了保证测量值的准确度，仪表的量程又不能选得过大，一般被测压力的最小值，应在量程的1/3以上。3仪表精度的选取仪表精度是根据工艺生产中所允许的最大测量误差来确定的。因此，所选仪表的精度只要能满足生产的检测要求即可，不必过高。因为精度越高，仪表的价格也就越高。第24页/共95页25例现要选择一只安装在往复式压缩机出口处的压力表，被测压力的范围为2225MPa，工艺要求测量误差不得大于1MPa，且要求就地

16、显示。试正确选用压力表的型号、精度及测量范围。解：因为往复式压缩机的出口压力脉动较大，所选仪表的上限值应为p=pmax2=252=50(MPa)查表，可选用Y-100型，测压范围为060MPa的压力表。由于六十分之二十二大于三分之一,所以满足“被测压力的最小值不低于满量程的1/3”的要求。此外，为了选择仪表的精度，首先将工艺允许误差换算为引用误差的形式。因为选表应该向高靠，所以，应选用精度等级为 1.5 级的仪表。即所选的压力表为 Y-100 型，测量范围060MPa，精度等级为 1.5 级的弹簧管压力表。第25页/共95页练习1.有一台DDZ-型两线制差压变送器，已知其量程为20100kpa

17、，当输入信号为40kpa和80kpa时，变送器的输出分别是多少？2.若被测压力变化范围为0.51.4MPa，要求测量误差不大于压力示值的5%。可供选择压力表规格：量程为01.6MPa,02.5MPa,04.0MPa，精度等级有1.0、1.5、2.5，试选择合适量程和精度等级压力表。3.有一台差压变送器，它的测量范围为031.1/186.8KP，现使用(-20)30KP范围内，试求最大测量范围上限值(HRV)、最大测量范围下限值(LRV)、最大测量范围、最大量程；最小HRV、最小LRV、最小量程、最小测量范围；变送器的量程比、仪表的使用范围、迁移量各是多少？第26页/共95页27 2.4 DDZ

18、2.4 DDZ型温度变送器型温度变送器 温度也是流程工业生产过程中最基本的物理参数之一。控制过程中的化学、物理变化均和温度有关，不同的温度范围选用不同的温度传感器。温度变送器将温度、温差以及与温度有关的工艺参数和直流毫伏信号变换成DC 420mA 或DC 15V的统一标准信号。第27页/共95页温度检测方法一、接触式测温:1、热电阻及其测温原理 基于热阻效应，测温元件测温原理测温范围/主要特点热电偶热电效应01600测温范围广，测量精度高，便于远距离、多点、集中检测和自动控制，应用广泛；需进行冷端温度补偿，低温测量精度低。铂电阻热阻效应200600测温范围广，测量精度高，便于远距离、多点、集中

19、检测和自动控制，应用广泛；不能测高温。铜电阻50150半导体热敏电阻50150灵敏度高，体积小，结构简单，使用方便；互换性较差，测量范围有一定限制。常用测温元件1)金属热电阻的测温,计算：热电阻名称分度号0时阻值()测温范围（）特点铜电阻Cu50500.0550150线性好，价格低，适用于无腐蚀性介质Cu1001000.1铂电阻Pt50500.003-200500精度高，价格贵，适用于中性和氧化性介质，但线性度差Pt1001000.006常用热电阻第28页/共95页工业常用热电阻的分度表附表A 附表A-1 铂热电阻（分度号Pt100）分度表（，）温度温度/0010203040506070809

20、0电阻值电阻值 2001000184960251000561996065211921648008822433784273971803135537632313272332702683322806430010020030040050060070080010000138501758421202247042809031359345133755110390142291795121557250482842231680348223784810779146061831721912253902875331999351303814511167149821863222265257322908332318354373

21、844011554153581904522617260722941132635357423873411940157311940722967264112973932951360473902612324161041976923317267493006533266363501270716476201292366527086303913357936652130.89168.46204.88240.13274.22307.15338.92369.531347017216208452435927756310383420337252第29页/共95页附表A-2 A-2 铜热电阻（分度号Cu50)Cu50)分

22、度表（R0=50.00 R0=50.00 0.0042800.004280）温度温度/00102030405060708090 电阻值 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-第30页/共95页2 2）热电阻的接线方式a)用于测量精度不高的场合b)电桥平衡，与导线电阻无关C）用于高精度的温度测量，如用内阻很高的电子电位差计测量第31页/共95页2.热电偶及其测温原理（500）（1）热电偶的测温原

23、理：热电效应三点结论：1）电极材料相同，总电势为零；2）冷、热端温度相同，总电势为零；3）电极材料不同，温度相同，热电势不同。（2）热电势的检测与第三导体定律当，有第三导体定律：只要第三导体两接点温度相同，回路中热电势不变。第32页/共95页（3 3）冷端延伸与等值替换原理等值替换的条件：热电回路的总热电势：因而有依据则有结论：将满足 的补偿导线代替热电偶使冷端延伸，不会改变热电偶的热电势。第33页/共95页补偿导线的连接示意图第34页/共95页（4 4）标准热电偶及其补偿导线标准热电偶：热电势与温度的关系、允许误差、型号（分度号）按国际标准（IEC)统一规定。表23 我国部分标准化热电偶及其

24、补偿导线热电偶配套的补偿导线（绝缘层着色）分度号热电偶材料测温范围/型号正极材料负极材料长期短期S 铂铑10 铂013001600SC铜（红）铜镍（绿）B铂铑30铂铑6 016001800BC铜（红）铜（灰）K镍铬镍硅5010001300KX镍铬（红）镍硅（黑）T铜康铜200300350TX铜（红）康铜（白）（5）热电偶的冷端温度校正为什么要校正？1）查表法：示例：K型热偶，测t,冷端温度测得E(t,30)=21.995mV,E(30,0)=1.203mV,经计算：E(t,0)=E(t,30)+E(30,0)=23.198m，反查分度表：t=560第35页/共95页2)2)电桥补偿法：利用电桥

25、某桥臂电阻因环境温度变化产生的附加电桥补偿法：利用电桥某桥臂电阻因环境温度变化产生的附加电压补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势的变化电压补偿热电偶冷端温度变化引起的热电势的变化示例：铂铑铂铑热电偶，0100：6v/，桥臂电流为0.5mA,0.004/。全补偿的条件为：经计算：加保护套管：可延长使用寿命；但使惯性滞后(1.54min).不加为毫秒级。接触式测温优点：精度高、小范围线性度与稳定性好测温范围宽（5002000；缺点：高于2000时，不能长期使用，对运动物体的测温，不能使用。第36页/共95页二 非接触式测温（辐射式测温）1.非接触式测温及其特点热辐射原理：载热体热能辐射能受体温度。特

26、点：无媒介，无上限，测速快，对热场无干扰，用于运动物体、腐蚀性介质的测温；缺点：测量误差大、标定难结构复杂、价格贵2.常用元件及共性高温辐射计、低温辐射计、光电温度计：热辐射透镜（反射镜）热电堆（热敏电阻、硅光电池）电信号。（1）.高温辐射计：光学玻璃透镜（光波长0.71.1m）与硅光电池(7002000020mV)组成；误差：1500，0.7%;1500，1%；响应时间1毫秒（2）.低温辐射计：锗透镜与半导体热敏电阻组成；接收215m红外波；范围：0200；误差：1%；响应时间2毫秒，信号需放大。（3）光电温度计：光透镜（光波长0.62.7m）硫化铅光敏电阻；范围：400 800；误差：1%

27、；响应时间1.5毫秒,信号需放大。第37页/共95页三.测温仪表的选用1.选用原则1）精度符合误差要求；2）操作方便、运行可靠、经济合理，统一品种与规格3）量程略大于实测范围（90）；4）高温：热电偶；低温：热电阻5）保护套管的耐压等级管线或设备的耐压等级第38页/共95页2.选用原则示意图第39页/共95页典型模拟式温度变送器一.DDZ-型温度变送器1.DDZ-型温度变送器的构成及特点说明:1)输入回路可实现热电偶冷端补偿、热电阻三线制引入、零点调整与迁移、量程调整；2）反馈回路可实现非线性校正；特点：1）集成运放：可使仪表的精确性、可靠性、稳定性及技术指标符合国标；2）通用模块与专用模块相

28、结合，使用灵活。方便；3）反馈线性化保证输入/输出关系的线性化；4）统一集中供电，二线制接线方式；5）采用安全火花防爆措施。第40页/共95页41 DDZ型温度变送器的型号有三种：热电偶温度变送器，热电阻温度变送器，直流mV变送器。其结构框图如下图所示。这三类变送器都采用四线制连接方式，在线路结构上都分为量程单元和放大单元两个部分，其中放大单元是三者通用，而量程单元则随品种、测量范围的不同而不同。第41页/共95页42第42页/共95页43一、直流毫伏变送器的量程单元 直流毫伏变送器的量程单元由信号输入电路，零点调整桥路和反馈电路等部分组成。直流毫伏变送器量程单元第43页/共95页44热电偶温

29、度变送器量程单元原理图它包括输入电路，调0和调量程回路，非线性反馈回路等。二、热电偶温度变送器的量程单元 第44页/共95页45由图可见，该变送器的量程单元与直流毫伏变送器的量程单元基本相同，但是由于热电偶检测元件的特性，存在三点差异：1）热电偶冷端温度的自动补偿。（在Ri3桥臂上增加一铜电阻RCu）;2)零点调整电位器RPi由桥路的左边移到桥路的右边。3）在反馈回路增加了热电偶特性的线性化电路；1.进行冷端温度校正：当热电偶的被测温度一定而冷端温度升高时，其热电势Vi将减少。为补偿Vi的减少需在桥路输出增加一个适当的值，为此在桥路串接一铜电阻放在冷端附近。冷端铜电阻阻值为：Rcu(t0)=R

30、0(1+t0)为铜电阻温度系数 Rcu具有正的温度系数，其阻值随温度的增加而增加，接于Ri3桥臂便可达到热电偶冷端温度自动补偿的目的。第45页/共95页462.2.反馈线性化:IoEt-+Et热电偶被测温度T输入电路放大电路非线性反馈输出电流IoTIoVfT 在反馈电路中需要完成量程调整和非线性校正两个功能：量程调整实质上是调整放大电路的闭环放大倍数，通过调节反馈电阻的大小就可实现。而非线性校正则需要一个校正网络来实现。第46页/共95页47折线逼近法线性化原理a)折线逼近原理b)电路原理图下图是采用4段折线逼近热电偶的特性原理图第47页/共95页48第48页/共95页49三、热电阻温度变送器

31、的量程单元 热电阻温度变送器量程单元原理图与热电偶量程单元的区别：1）用三线制代替了冷端温度补偿；2）对铂电阻需进行非线性校正(Rf4)，而铜电阻则无需校正。第49页/共95页50铂电阻的特性及其线性化曲线a)铂电阻的特性b)线性化曲线第50页/共95页四、温度变送器的放大单元 构成：直交直变换电路；集成运放；功放电路；输出电路；反馈电路。第51页/共95页52五、微型化温度变送器 1.AD590构成的温度变送器微型温度变送器原理图a)温度检测元件b)变送器原理电路第52页/共95页532.TMP17构成温度变送器TMP17构成微型温度变送器a)TMP17引脚功能b)原理电路第53页/共95页

32、543.TMP35系列构成微型温度变送器TMP35构成微型温度变送器a)TO-92封装b)原理电路第54页/共95页55TMP35系列构成频率输出型微型温度变送器第55页/共95页564TMP01系列构成温度变送器TMP01构成温度变送器a)引脚功能b)原理电路第56页/共95页练习1.设有某DDZ-型毫伏输入变送器，其零点迁移值为umin=6mV DC，量程为12mV DC。现已知变送器的输出电流为12mV DC。试问：被测信号为多少毫伏？2.某台测温仪表测量的上下限为1001000C，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过2C，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？3.一台温度变送器，输入

33、变化范围为，输出变化范围为，试求时的电流值。第57页/共95页2.5 流量的检测与变送流量的概念与检测方法1.流量的基本概念：瞬时流量（单位时间内流过工艺管道某截面的流体数量）与累积流量（某段时间内流过工艺管道某截面的流体总量）；2.体积、重量与质量流量。（1）体积流量：(2)重量流量：(3)质量流量：三种流量之关系：(4)标准状态（20、标准大气压）下的体积流量：（瞬时N/h)（累积N)（瞬时m3/s）（累积）（瞬时kg/s）（累积）第58页/共95页2.流量的检测方法 （1）体积流量检测方法：容积法（单位时间内排出流体的固定体积数）和速度法（管道内的平均流速乘以管道面积）（2）质量流量检测

34、法：间接法（体积流量乘以密度）和直接法（仪表直接测得）。类别仪表名称体积流量计容积式流量计椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等差压式流量计节流式流量计、均速管流量计、弯管流量计、靶式流量计、浮子流量计等速度式流量计涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等质量流量计间接式质量流量计体积流量经密度补偿或温度、压力补偿求得质量流量等直接式质量流量计科里奥利流量计、热式流量计、冲量式流量计等第59页/共95页容积式流量计容积式流量计：采用固定的小容积来反复计量通过的流通体积。标准“计量空间”、进出口压差。椭圆齿轮流量计：这一检测过程是线性的，但计量液体不能含固体杂质，对流体粘度无要求，

35、所以特别适用于高粘度流体的检测。第60页/共95页61节流式流量计的组成节流式流量计 节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。最成熟、最常用的方法之一。第61页/共95页62如如果果在在管管道道中中安安置置一一个个固固定定的的阻阻力力件件，它它的的中中间间开开一一个个比比管管道道截截面面小小的的孔孔，当当流流体体流流过过该该阻阻力力件件时时，由由于于流流体体流流束束的的收收缩缩而而使使流流速速加加快快、静静压压力力降降低低，其其结结果果是是在阻力件前后产生一个较大的压差。在阻力件前后产

36、生一个较大的压差。压压差差的的大大小小与与流流体体流流速速的的大大小小有有关关，流流速速愈愈大大，差差压压也也愈愈大大，因因此此只只要要测测出出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。把把把把流流流流体体体体流流流流过过过过阻阻阻阻力力力力件件件件使使使使流流流流束束束束收收收收缩缩缩缩造造造造成成成成压压压压力力力力变变变变化化化化的的的的过过过过程程程程称称称称节节节节流流流流过过过过程程程程，其其其其中中中中的的的的阻阻阻阻力力力力件称为件称为件称为件称为节流件节流件节流件节流件。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。作为流量

37、检测用的节流件有标准的和特殊的两种。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。作为流量检测用的节流件有标准的和特殊的两种。标准节流件包括标准节流件包括标准节流件包括标准节流件包括孔板孔板孔板孔板、喷嘴喷嘴喷嘴喷嘴和和和和文丘里管文丘里管文丘里管文丘里管。孔板喷嘴文丘里管第62页/共95页63 对对对对于于于于标标标标准准准准化化化化的的的的节节节节流流流流件件件件，在在在在设设设设计计计计计计计计算算算算时时时时都都都都有有有有统统统统一一一一标标标标准准准准的的的的规规规规定定定定、要要要要求求求求和和和和计计计计算算算算所所所所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行

38、标定。需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定。特特特特殊殊殊殊节节节节流流流流件件件件主主主主要要要要用用用用于于于于特特特特殊殊殊殊介介介介质质质质或或或或特特特特殊殊殊殊工工工工况况况况条条条条件件件件的的的的流流流流量量量量检检检检测测测测，它它它它必必必必须须须须用用用用实实实实验验验验方法单独标定。只介绍标准孔板。方法单独标定。只介绍标准孔板。方法单独标定。只介绍标准孔板。方法单独标定。只介绍标准孔板。(a)标准孔板(b)喷嘴(

39、c)文丘里管节流原理 流流动动流流体体的的能能量量有有两两种种形形式式：静静压压能能和和动动能能。流流体体由由于于有有压压力力而而具具有有静静压压能能，又又由由于于有有流流动动速速度度而而具具有有动动能能，这这两两种种形形式式的的能能量量在在一一定定条条件件下下是是可可以以相相互互转转化的。化的。第63页/共95页64123流速静压第64页/共95页65123流速静压流量方程 根根根根据据据据流流流流体体体体力力力力学学学学中中中中的的的的伯伯伯伯努努努努利利利利方方方方程程程程，可可可可以以以以推推推推导导导导得得得得出出出出节节节节流流流流式式式式流流流流量量量量计计计计的的的的流流流流量

40、量量量方方方方程程程程，也也也也就就就就是是是是差差差差压压压压和和和和流量之间的定量关系式：流量之间的定量关系式：流量之间的定量关系式：流量之间的定量关系式：为流量系数为流量系数 为可膨胀性系数为可膨胀性系数A A0 0为节流件的开孔面积为节流件的开孔面积 为节流装置前的流体密度为节流装置前的流体密度PP节流装置前后实际测得的压差节流装置前后实际测得的压差 原理总结：原理总结：流体在管道中正常流动（流体在管道中正常流动（v v、p p）节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件使流体收束，流速增大，压力降低节流件前后出现节流件前后出现“压差压差”“压差压差”与流量有关与流量有关第65页/共9

41、5页66 流流量量系系数数 值值主主要要与与节节流流装装置置的的型型式式、取取压压方方式式、流流体体的的流流动动状状态态（如如雷雷诺诺数数）和和管管道道条条件件等等因因素素有有关关。因因此此，是是一一个个影影响响因因素素复复杂杂的的综综合合性性参参数数，也也是是节节流流式式流流量量计计能能否否准准确确测测量量流流量量的的关关键键所所在在，雷雷诺诺数数大大于于某某一一数数值值（界界限限雷雷诺诺数数）时时，值值可可认认为为是是一一常常数数。对对于于标标准准节节流流装装置置，可可以以从从有有关关手手册册中中查查出出；对对于于非非标标准准节流装置，其值要由实验方法确定。节流装置，其值要由实验方法确定。

42、可可膨膨胀胀性性系系数数 用用来来校校正正流流体体的的可可压压缩缩性性，它它与与节节流流件件前前后后压压力力的的相相对对变变化化量量、流流体体的的等等熵熵指指数数等等因因素素有有关关，其其取取值值范范围围小小于于等等于于1 1 1 1。对对于于不不可可压压缩缩性性流流体体，1 1 1 1；对于可压缩性流体，则；对于可压缩性流体，则 1 1 1 1。应用时可以查阅有关手册而得。应用时可以查阅有关手册而得。第66页/共95页67节流式流量计的使用特点和要求标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量适用于大流量的测量。孔孔板

43、板测测量量的的压压损损大大，当当不不允允许许有有较较大大的的管管道道压压损损时时，便便不不宜宜采采用用。在在一一般般场场合合下下，仍采用孔板为多。仍采用孔板为多。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。标准节流装置仅适用于测量标准节流装置仅适用于测量管道直径大于管道直径大于50mm50mm，雷诺数在，雷诺数在10104 410105 5以上的流体以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变；为为保保证证流流体体在在节节流流装装置置前前后后为为稳稳定定的

44、的流流动动状状态态，在在节节流流装装置置的的上上、下下游游必必须须配配置置一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）一定长度的直管段（与管径、节流件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）节节流流装装置置经经过过长长时时间间的的使使用用，会会因因物物理理磨磨损损或或者者化化学学腐腐蚀蚀，造造成成几几何何形形状状和和尺尺寸寸的的变变化化，从从而而引引起起测测量量误误差差，因因此此需需要要及及时时检检查查和和维维修修，必必要要时时更更换换新新的的节节流流装装置。置。第67页/共95页68节流式流量计误差产生的原因实实际际工工况况与与设设计计要要求求不不符符，如如：温温度度

45、、压压力力、湿湿度度以以及及相相应应的的流流体体重重度度、粘粘度度、雷雷诺诺数数等等参参数数数数值值发发生生变变化化，则则会会造造成成较较大大的的误误差差。为为了了消消除除这这种种误误差差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正。节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向。在在使使用用中中，要要保保持持节节流流装装置置的的清清洁洁。如如在在节节流流装装置置处处防防止止有有沉沉淀淀、结结焦焦、堵堵塞等现象。塞等现象。节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板

46、。节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象。第68页/共95页69靶式流量计在管道中垂直于流动方向安装一圆盘形阻挡件，称之为“靶”。流体流经靶时，由于受阻将对靶产生作用力F，F与流体流动速度的关系为式中，K为阻力系数；为垂直于流速的靶面积；r为流体重度；v为通过环形面积的流速；g为重力加速度。靶式流量计结构原理第69页/共95页70可求出体积流量与靶上受力关系为：其中：Ka:流量系数 D：管道直径 d：靶的直径 F：靶上受力 r：流体重度v和差压式流量计相似，流量和力是开方关系。v可用于较小的雷诺数状

47、态，特别是于高粘度的流体，如重油、沥青等的流量测量。v精度为23%。第70页/共95页71转子流量计 在在工工业业生生产产中中经经常常遇遇到到小小流流量量的的测测量量，因因其其流流体体的的流流速速低低，这这就就要要求求测测量量仪仪表表有有较较高高的的灵灵敏敏度度，才才能能保保证证一一定定的的精精度度。转转子子流流量量计计特特别别适适宜宜于于测测量量管管径径50mm50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。节流面积不变节流面积不变流量变化流量变化压差发生变化压差发生变化压差不变压差不变流量变化流量变化节流面积发生变化节流面积发生变化孔板流量计

48、：孔板流量计：转子流量计：转子流量计：转子流量计主要由两个部分组成转子流量计主要由两个部分组成：第71页/共95页72流量方程转子的平衡关系：转子的平衡关系：V V V V为为为为转转转转子子子子的的的的体体体体积积积积；t t t t和和和和f f f f分分分分别别别别为为为为转转转转子子子子和和和和流流流流体体体体的的的的密密密密度度度度；g g g g为为为为重重重重力力力力加加加加速速速速度度度度；PPPP为为为为转转转转子子子子前前前前后后后后的压差；的压差；的压差；的压差；A A A A为转子的最大截面积为转子的最大截面积为转子的最大截面积为转子的最大截面积 转转子子和和锥锥形形

49、管管间间的的环环隙隙面面积积相相当当于于节节流流式式流流量量计计的的节节流流孔孔面面积积，但但它它是是变变化化的的，并与转子高度并与转子高度h h成近似的线性关系，因此，转子流量计的流量公式可以表示为：成近似的线性关系，因此，转子流量计的流量公式可以表示为：流量与转子高度流量与转子高度h h成线性关系成线性关系式中的其它参数为常数式中的其它参数为常数式中：式中：式中：式中：为仪表常数；为仪表常数；为仪表常数；为仪表常数；h h h h为转子浮起的高度。为转子浮起的高度。为转子浮起的高度。为转子浮起的高度。第72页/共95页731、锥形管是玻璃的，直接目视转子的位置。2、在转子内安装磁铁，锥形管

50、外安装磁环随转子上下移动，触发显示。第73页/共95页743、在转子内安装磁铁，锥形管外安装双霍尔磁场传感器，测出磁场的水平分量和垂直分量，可确定转子位置。4、在转子上方安装一导磁棒，使差动变压器输出随转子位置变化。第74页/共95页75液体流量测量时的修正液体流量测量时的修正 某转子流量计的转子高度为某转子流量计的转子高度为h h，如果介质为，如果介质为2020的水，则流量的水，则流量q qv0v0与与h h的关系满足：的关系满足：式中：式中：q qv0v0为用水标定时的流量刻度为用水标定时的流量刻度 ww为水的密度为水的密度 如果介质不是如果介质不是2020的水，则流量的水，则流量q qv