(精品)过程仪表第2章_变送器1.ppt

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1、1第第2章章 变送器变送器 变送器是自动控制系统中的一个重要组成部分，在各种工业过程自动控制系统中，变送器对温度、压力、液位、流量、成分等物理量进行测量，并转换成统一的标准信号。本章主要内容：本章主要内容：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 液位变送器液位变送器 成分分析仪表成分分析仪表 二线制变送器的电路分析及设计二线制变送器的电路分析及设计 智能压力变送器智能压力变送器2调节器调节器(控制器控制器)被控对象被控对象测量变送环节测量变送环节(传感器、变送器传感器、变送器)+x执行器执行器zeuqyf2.1 概述概述1.概述：概述

2、：3过程控制系统由检测变送器、调节器、执行器和被控过程组成。检测变送器将被控参数如温度、压力、流量、液位、PH值以及成分量、状态量等检测出来，并变换成相应的统一标准信号，供系统显示、记录或进行下一步的调整控制作用。在任何系统的自动控制中变送器都是首要环节和重要组成部分，只有获得精确和可靠的被控参数，才能进行准确的数据处理，进而才能获得高质量的控制效果。4检测变送单元实际上包括两部分内容，首先是将被控参数检测出来，然后变送器将其变换成统一标准信号。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

3、两大系列。表2-1是DDZ-型和DDZ-型仪表的性能比较。5表表2-1 DDZ-型与型与DDZ-型仪表的性能比较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 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

4、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6本章主要介绍DDZ-型变送器及各种微型化、智能化变送器的原理及主要工作特性。从使用的角度来说，变送器量程调整、零点调整和零点迁移的概念是很重要的。量程调整或称满度调整，其目的是使变送器输出信号的上限值（或满度值）与输入测量信号上限值 相对应。量程调整相当于改变变送器的灵敏度，即输入输出特性的斜率，见图2-1。图2-1 变送器的量程调整7变送器零点调整的目的是使其输出信号的下限值与输入信号的下限值相对应。在xmin=0时为零点调整；见图2-2a。将变送器的测量起始点由零点迁移到某

5、一正值或负值，称为零点迁移。在xmin 0时为零点迁移。xmin 0正迁移、xmin 0负迁移。零点迁移有正迁移和负迁移，见图2-2 b和图2-2 c。图2-2 变送器的零点调整与零点迁移a)零点调整 b)正零点迁移 c)负零点迁移8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？92.变送器的信号：变送器的信号：将各种物理量转换成统一的标准信号，标准信号是将各种物理量转换成统一的标准信号，标准信号是仪表（不同厂家的仪表）之间的协议。仪表（不同厂家的仪表）之间的协议。由由010mA(05V,010V)420mA(15V)全数字化双向通信信号。全数字化双

6、向通信信号。DDZ-DDZ-3.变送器的发展：变送器的发展：首先是传感器和变送器分离。传感器是借助敏感元首先是传感器和变送器分离。传感器是借助敏感元件按一定的规律（物理件按一定的规律（物理、化学等）将非电物理量形式的化学等）将非电物理量形式的信号转换成电信号。变送器是将传感器输出的电信号信号转换成电信号。变送器是将传感器输出的电信号（微弱的电流（微弱的电流、电压等）转换成标准信号。电压等）转换成标准信号。现在是传感器和变送器功能合一。变送器为输出标现在是传感器和变送器功能合一。变送器为输出标准信号的传感器，由于微机械加工技术和微电子技术的准信号的传感器，由于微机械加工技术和微电子技术的发展，敏

7、感元件和信号调理电路一体化，构成集成变送发展，敏感元件和信号调理电路一体化，构成集成变送器或智能变送器。器或智能变送器。104.4.变送器的构成原理变送器的构成原理 变送器主要由测量部分变送器主要由测量部分、放大器和反馈部分组成。构、放大器和反馈部分组成。构成原理图如下图所示。成原理图如下图所示。变送器的构成原理图112.2 差压及压力变送器差压及压力变送器 差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，差压（压力）变送器作为过程控制系统的检测变送部分，将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参将液体、气体或蒸汽的差压（压力）、流量、液位等工艺参数，转换成统一标准信号，作为显示记

8、录仪、运算器和调节数，转换成统一标准信号，作为显示记录仪、运算器和调节器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和自动控制。器的输入信号，以实现生产过程的连续的检测和自动控制。压力单位：压力单位：国际单位：国际单位：Pa，KPa，MPa 工程单位：工程大气压（工程单位：工程大气压（kgf/cm2），标准大气压（），标准大气压（atm）,毫米汞柱毫米汞柱(mmHg),毫米水柱毫米水柱(mmH2O)，巴，巴(bar)，托，托(Torr)等。等。12 以以1151型压力变送器为例，美国型压力变送器为例，美国Rosemount公司开发公司开发的产品，综合误差为量程的的产品，综合误差为量程的0.25%。国

9、内上海自动化仪。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。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，并转变比，转换放大电路的作用就是将电容比提取出来，并转变成成DC 420mA输出。输出。1151型电容式差压

10、变送器是该类变送器的典型产品。型电容式差压变送器是该类变送器的典型产品。一一.差动电容式压力变送器差动电容式压力变送器13电容式差压变送器组成方框图141.敏感器结构敏感器结构(测量部分）测量部分）差动电容式敏感器如下图所示。其核心是由中心可差动电容式敏感器如下图所示。其核心是由中心可动极板与两侧固定极板构成的。差动球平面型电容动极板与两侧固定极板构成的。差动球平面型电容CL和和CH。15 结构特点：可承受过压能力强，适合于测量结构特点：可承受过压能力强，适合于测量绝对压力很高，而压差很小的场合。即使一侧的绝对压力很高，而压差很小的场合。即使一侧的压力消失，使膜片贴在壳体上，不再继续变形，压力

11、消失，使膜片贴在壳体上，不再继续变形，而不致破裂。而不致破裂。当两侧压力相等，当两侧压力相等，P1=P2时，中心膜片无位移时，中心膜片无位移0，CL=CH150pf。当两侧压力不相等，当两侧压力不相等，P1P2时，时，P=P2-P1，中中心膜片的位移心膜片的位移 kP,(k为与膜片尺寸材料有关的系数为与膜片尺寸材料有关的系数)162.转换放大部分原理框图转换放大部分原理框图 差动电容差压变送器的差动电容差压变送器的转换放大电路作用是将差转换放大电路作用是将差动电容相对变化量提取出来，并转换成动电容相对变化量提取出来，并转换成420mA标准标准的电流输出信号，还要实现的电流输出信号，还要实现0点

12、调整，量程调整，阻点调整，量程调整，阻尼调整等功能。尼调整等功能。其中：其中：a：动极板工作半径，：动极板工作半径，T：动极板初始力：动极板初始力 d0：定、动极板初始距离：定、动极板初始距离选取差动电容的电容之比有：选取差动电容的电容之比有：17 电容比调制是在差动电容检测头内完成的，图中未画电容比调制是在差动电容检测头内完成的，图中未画出。图中解调器、振荡器、振荡控制器相当于电容比电出。图中解调器、振荡器、振荡控制器相当于电容比电流转换电路；电流放大器、电流控制器、电流限制器相当流转换电路；电流放大器、电流控制器、电流限制器相当于放大和输出限制电路，电流检测器相当于反馈电路。于放大和输出限

13、制电路，电流检测器相当于反馈电路。18 电容比调制是在差动电容检测头内完成的，图中未画电容比调制是在差动电容检测头内完成的，图中未画出。图中包括电容比电流转换和放大电路两部分，差动出。图中包括电容比电流转换和放大电路两部分，差动电容比由振荡器供电，经解调后（直流信号）输出两个电电容比由振荡器供电，经解调后（直流信号）输出两个电流信号：流信号：差动信号，差动信号，共模信号。共模信号作为振荡控共模信号。共模信号作为振荡控制器的输入，其输出控制振荡器的输出电压的幅值，从而制器的输入，其输出控制振荡器的输出电压的幅值，从而达到稳频稳幅的要求；差动电流信号达到稳频稳幅的要求；差动电流信号Is与电容比成正

14、比，与电容比成正比，即与即与P成正比，成正比，Is经电流放大器、零点调整、量程调整、经电流放大器、零点调整、量程调整、零点迁移、输出电流限幅和过流保护等转换成零点迁移、输出电流限幅和过流保护等转换成420mA输输出电流，即出电流，即 I0 IsP 该类差压变送器输出电流与被测差压具有良好的线性该类差压变送器输出电流与被测差压具有良好的线性关系，是二线制仪表，且具有安全火花性能，可用于易燃关系，是二线制仪表，且具有安全火花性能，可用于易燃易爆的场合。易爆的场合。1920二、扩散硅压力变送器二、扩散硅压力变送器 由于单晶硅具有优良的机械物理性能。滞后蠕变极由于单晶硅具有优良的机械物理性能。滞后蠕变

15、极小，稳定性好。随着微机械制造技术的进步，扩散硅压小，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。阻传感器逐年得到广泛的应用。压阻传感器原理压阻传感器原理 扩散硅压力变送器结构图 应力作用到半导体硅片上，其应力作用到半导体硅片上，其产生形变，电阻率发生变化。受压产生形变，电阻率发生变化。受压电阻率电阻率，受拉电阻率，受拉电阻率，称为，称为压阻压阻效应效应。整个检测元件由两片研磨后胶整个检测元件由两片研磨后胶合成的硅片组成。在硅杯上制作压合成的硅片组成。在硅杯上制作压阻元件，利用金属丝将压阻元件引阻元件，利用金属丝将压阻元件引接到印制电路板板上。硅杯两面浸接到印制电路

16、板板上。硅杯两面浸在硅油中，硅油与被测介质间有金在硅油中，硅油与被测介质间有金属隔离膜片分开。被测差压引入测属隔离膜片分开。被测差压引入测量元件后，通过金属膜片和硅油传量元件后，通过金属膜片和硅油传递到硅杯上，压阻元件的电阻值发递到硅杯上，压阻元件的电阻值发生变化。生变化。21扩散硅压力变送器电原理图TO8系列压力传感器在硅片上用离子注入和激光修正系列压力传感器在硅片上用离子注入和激光修正法形成法形成4个阻值相等的扩散电阻，连接成惠斯顿电桥形式，个阻值相等的扩散电阻，连接成惠斯顿电桥形式，如图所示。如图所示。22 其中其中RB和和RC受压，受压，RA和和RD受拉。电桥由电流源受拉。电桥由电流源

17、I供供电。通过电。通过MEMS技术在膜片上形成压力室，与取压口相技术在膜片上形成压力室，与取压口相通，另一侧与大气相连。桥路输出电压通，另一侧与大气相连。桥路输出电压V0和膜片受压力和膜片受压力差成正比。差成正比。外壳材料有：外壳材料有：尼龙、陶瓷、不锈钢等。尼龙、陶瓷、不锈钢等。封装结构有：封装结构有：双列直插式双列直插式DIP、表面贴装式、印刷、表面贴装式、印刷电路板等。电路板等。2324 2.3 DDZ2.3 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。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，最常见的检测

18、控制过程中的化学、物理变化均和温度有关，最常见的检测技术是采用温度传感器（热电偶，热电阻）进行测量，不同技术是采用温度传感器（热电偶，热电阻）进行测量，不同的温度范围选用不同的温度传感器。温度变送器的温度范围选用不同的温度传感器。温度变送器将温度、温将温度、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 或或DC 15V的统一标准信号。的统一标准信号。25 DDZ型温度变送器的型号有三种：型温度变送器的型号有三种：热电偶温度变送器，热电偶温度变送器，热电阻温度变送器，热电阻温度变送器，直流直流mV变送器。变送器。其结构框图如下图所

19、示。这三类变送器都采用四线制连接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，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其中放大单元是三者通用，而量程单元则随品种、测量范、测量范围的不同而不同。围的不同而不同。2627一、直流毫伏变送器的量程单元一、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。整桥路和反馈电路等部分组成。直流毫伏变送器量程单元 28 输入回路中输入回路中Ri1、Ri2和和

20、VS1、VS2起限流和限压作用，限起限流和限压作用，限制打火能量在安全火花范围内。制打火能量在安全火花范围内。Ri1、Ri2与与Ci还组成低通滤还组成低通滤波器，以滤掉输人信号波器，以滤掉输人信号Vi中的交流分量。中的交流分量。零点调整电路由零点调整电路由Ri3、Ri4、Ri5、Ri6、Ri7和和RPi电位器电位器等组成，其中等组成，其中Ri5=Ri7的阻值远远大于其他电阻的阻值，作用的阻值远远大于其他电阻的阻值，作用是限制支路电流。是限制支路电流。VTZ和和RZ构成恒流源。桥路电压由构成恒流源。桥路电压由VTZ和和VS3提供。提供。反馈回路由反馈回路由Rf1、Rf2、Rf3和量程调整电位器和

21、量程调整电位器RPf等组成。等组成。其中其中Rf1为反馈电压源的内阻，其阻值远小于为反馈电压源的内阻，其阻值远小于Rf2。Vf来自放来自放大单元的隔离反馈部分。大单元的隔离反馈部分。29热电偶温度变送器量程单元原理图 它包括它包括输入电路，输入电路，调调0和调量程回路，和调量程回路，非线性反馈回非线性反馈回路等。路等。二、热电偶温度变送器二、热电偶温度变送器的量程单元的量程单元 30 由图可见，该变送器的量程单元与直流毫伏变送器的量由图可见，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：三点差

22、异：1）热电偶冷端温度的自动补偿。（在）热电偶冷端温度的自动补偿。（在Ri3桥臂上增加桥臂上增加一铜电阻一铜电阻RCu）;2)在反馈回路增加了热电偶特性的线性化电路；在反馈回路增加了热电偶特性的线性化电路；3）零点调整电位器）零点调整电位器RPi由桥路的左边移到桥路的右边。由桥路的左边移到桥路的右边。1.进行冷端温度校正：当热电偶的被测温度一定而冷端温进行冷端温度校正：当热电偶的被测温度一定而冷端温度升高时，其热电势度升高时，其热电势Vi将减少。为补偿将减少。为补偿Vi的减少需在桥路输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出增加一个适当的值，为此在桥路串接一铜电阻

23、放在冷端附近。近。冷端铜电阻阻值为：冷端铜电阻阻值为：Rcu(t0)=R0(1+t0)为铜电阻温度系数为铜电阻温度系数 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。桥臂便可达到热电偶冷端温度自动补偿的目的。312.2.反馈线性化反馈线性化: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。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，通过调节量程调整实质上是调

24、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。络来实现。32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下图是采用4段折线逼近热电偶的特性原理图段折线逼近热电偶的特性原理图331）当）当Vf电压使运放输出电压使运放输出VcVf1时，对应变送器的零点，即时，对应变送器的零点，即 I0=4mA或或V0=1V；2)当当Vf增加，增加，Vf1VcVf2时，时，VS1VS3均截止，电阻网络取均截止，电阻网络取决于决于Rf17、Rf18、Rf7和和Rf8，此时折线斜率为，此时折线斜率为1

25、；3)当当Vf继续增加，继续增加，Vf2VcVf3时，时，VS1导通，而导通，而VS2、VS3均均截止，将截止，将Rf9并联到支路并联到支路1，此时折线斜率为，此时折线斜率为2；4)以此类推，当以此类推，当Vf继续增加，达到继续增加，达到Vf3VcVf4和和Vf4VcVf5时，时，VS2和和VS3相继导通，相继支路相继导通，相继支路3和支路和支路4的电阻并联的电阻并联到电阻网络中去，此时，折线斜率为到电阻网络中去，此时，折线斜率为3和和4。从而用。从而用4段段折线逼近热电偶的非线性特性。折线逼近热电偶的非线性特性。5)由上述原理可见，折线的拐点取决于基准电压之值。折线由上述原理可见，折线的拐点

26、取决于基准电压之值。折线的斜率取决于电阻网络的电阻值。的斜率取决于电阻网络的电阻值。3435三、热电阻温度变送器的量程单元三、热电阻温度变送器的量程单元 热电阻温度变送器量程单元原理图36 图中，图中，Rt为测温电阻；热电阻与桥路之间的连接采用三为测温电阻；热电阻与桥路之间的连接采用三线制，引线电阻线制，引线电阻r1=r2=r3=1；VS1VS4为限压稳压管，起为限压稳压管，起安全火花防爆作用；安全火花防爆作用；RPi为零点调整电位器；为零点调整电位器；RPf为量程调整为量程调整电位器；电位器；VZ为供桥电压；为供桥电压；Ri2=Ri5且且Ri2、Ri5的阻值远大于其的阻值远大于其他桥臂电阻阻

27、值，故其起到恒定桥臂电流的作用，他桥臂电阻阻值，故其起到恒定桥臂电流的作用，Rf4支路引支路引进正反馈电流进正反馈电流I1，对热电阻的非线性进行线性化。，对热电阻的非线性进行线性化。37热电阻的特性及其线性化曲线a)热电阻的特性 b)线性化曲线38四、温度变送器的放大单元四、温度变送器的放大单元 电压放大器功率放大器包括四部分：前置放大器，功率放大器，隔离输出电路，包括四部分：前置放大器，功率放大器，隔离输出电路，DC/AC/DC变换器。变换器。1、前置（电压）放大器、前置（电压）放大器2、功率放大器、功率放大器39隔离输出与隔离反馈电路 3、隔离输出电路隔离输出电路404、DC-AC-DC电

28、源变换器电源变换器41五、微型化温度变送器五、微型化温度变送器 1.AD590构成的温度变送器构成的温度变送器 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 422.TMP17构成温度变送器构成温度变送器 TMP17构成微型温度变送器a)TMP17引脚功能 b)原理电路433.TMP35系列构成微型温度变送器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44TMP35系列构成频率输出型微型温度变送器454TMP01系列构成温度变送器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462.4 流量变送器流量变送器2.4.1 概

29、述概述 流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的也就是所谓的也就是所谓的也就是所谓的瞬时流量瞬时流量瞬时流量瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，；在某一段时间内流过流体的总和，；在某一段时间内流过流体的总和，；在某一段时间内流过流体的总和，称为称为称为称为总量总量总量总量或或或或累积流量累积流量累积流量累积流量。体积流量体积流量体积流量体积流量 以体积表示的瞬时流量用以体积表示的瞬时流量用以体积表示的瞬时流量用以体积表示

30、的瞬时流量用 q q q qv v v v 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 m m m m3 3 3 3/s/s/s/s 以体积表示的累积流量用以体积表示的累积流量用以体积表示的累积流量用以体积表示的累积流量用 Q Q Q Qv v v v 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 m m m m3 3 3 3质量流量质量流量质量流量质量流量以质量表示的瞬时流量用以质量表示的瞬时流量用以质量表示的瞬时流量用以质量表示的瞬时流量用 q q q qm m m m 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 kg/skg/skg/skg/s以质量表示的累积流量用以质量

31、表示的累积流量用以质量表示的累积流量用以质量表示的累积流量用 Q Q Q Qm m m m 表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为 kg kg kg kg 47标态下的体积流量标态下的体积流量标态下的体积流量标态下的体积流量 由由由由于于于于气气气气体体体体是是是是可可可可压压压压缩缩缩缩的的的的，流流流流体体体体的的的的体体体体积积积积会会会会受受受受工工工工况况况况的的的的影影影影响响响响，为为为为了了了了便便便便于于于于比比比比较较较较，工工工工程程程程上上上上通通通通常常常常把把把把工工工工作作作作状状状状态态态态下下下下测测测测得得得得的的的的体体体体积积积积流流流流量量量

32、量换换换换算算算算成成成成标标标标准准准准状状状状态态态态（温温温温度度度度为为为为2020，压力为一个标准大气压）下的体积流量。，压力为一个标准大气压）下的体积流量。，压力为一个标准大气压）下的体积流量。，压力为一个标准大气压）下的体积流量。标准状态下的体积流量用标准状态下的体积流量用标准状态下的体积流量用标准状态下的体积流量用q qvnvn表示，单位为表示，单位为表示，单位为表示，单位为NmNm3 3/s/s。流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次流量测量仪表也称为流量计。它通常由一次仪表和二次仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装仪表组成。一次仪表亦称为传感器，二次

33、仪表称为显示装置或变送器。置或变送器。流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类流量测量仪表的种类繁多，各适用于不同场合，其分类见表见表2-2。48表表2-2 流量仪表的分类流量仪表的分类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推导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49差压式流量计基于在流通管道上差压式流量计基于在流通管道上

34、设置流动阻力件，流体通过阻力件设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量之间有确定的数值关系，通过测量差压值便可求得流体流量，并转换差压值便可求得流体流量，并转换成电信号输出，因此，差压式流量成电信号输出，因此，差压式流量计由产生差压的装置和差压计两部计由产生差压的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。见右分组成，其结构简单，可靠。见右图。图。节流式流量计的组成节流式流量计的组成2.4.2 差压式流量计差压式流量计 50 差差差差压压压压式式式式流流流流量量量量计计计计也也也也称称称称为为为为节节节节流流流流式式

35、式式流流流流量量量量计计计计，它它它它是是是是目目目目前前前前工工工工业业业业生生生生产产产产过过过过程程程程中中中中流流流流量量量量测量最成熟、最常用的方法之一。测量最成熟、最常用的方法之一。测量最成熟、最常用的方法之一。测量最成熟、最常用的方法之一。如如如如果果果果在在在在管管管管道道道道中中中中安安安安置置置置一一一一个个个个固固固固定定定定的的的的阻阻阻阻力力力力件件件件，它它它它的的的的中中中中间间间间开开开开一一一一个个个个比比比比管管管管道道道道截截截截面面面面小小小小的的的的孔孔孔孔，当当当当流流流流体体体体流流流流过过过过该该该该阻阻阻阻力力力力件件件件时时时时，由由由由于于

36、于于流流流流体体体体流流流流束束束束的的的的收收收收缩缩缩缩而而而而使使使使流流流流速速速速加加加加快快快快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差。压压压压差差差差的的的的大大大大小小小小与与与与流流流流体体体体流流流流速速速速的的的的大大大大小小小小有有有有关关关关，流流流流速速速速愈愈愈愈大大大大，差差差差压压压压也也也也愈愈愈愈大大大大，因因因因此此此此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。只要测出差压

37、就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量。只要测出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，其其其其中的阻力件称为中的阻力件称为中的阻力件称为中的阻力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

38、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。孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管51 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需需需的的的的有有有有关关关关数数数数据据据据及及及及程程程程序序序序，可可可可直直直直接接接接按按按按照照照照标标标标准准准准制制制制造造造造

39、；安安安安装装装装和和和和使使使使用用用用时时时时不不不不必必必必进行标定。进行标定。进行标定。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实验方法单独标定。只介绍标准孔板。用实验方法单独标定。只介绍标准孔板。用实验方法单独标定。只介绍标准孔板。用实验方法单独标定。只介绍标准孔板。(a)标准孔板(b)喷嘴(c)文丘里管节流原理 流流流流动动动动流流流流体体体体的的的的能能能能量量量量有有有有两两两两种种

40、种种形形形形式式式式：静静静静压压压压能能能能和和和和动动动动能能能能。流流流流体体体体由由由由于于于于有有有有压压压压力力力力而而而而具具具具有有有有静静静静压压压压能能能能，又又又又由由由由于于于于有有有有流流流流动动动动速速速速度度度度而而而而具具具具有有有有动动动动能能能能，这这这这两两两两种种种种形形形形式式式式的的的的能能能能量量量量在在在在一一一一定定定定条条条条件下是可以相互转化的。件下是可以相互转化的。件下是可以相互转化的。件下是可以相互转化的。52123流速静压53123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

41、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流量系数为流量系数 为可膨胀性系数为可膨胀性系数为可膨胀性系数为可膨胀性系数A A A A0 0 0 0为节流件的开孔面积为节流件的开孔面积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为节流装置前的流体密度为节流装置前的流体密度PPPP节流装置前

42、后实际测得的压差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节流装置前后实际测得的压差 原理总结：原理总结：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（流体在管道中正常流动（流体在管道中正常流动（v v v v、p p 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节流件前后出现节流件前后出现“压差压差压差压差”“压差压差压差压差”与流量有关与流量有关与流量有关与流量有关54 流流流流量量量量系系系系数数数数值值值值主主主主要要要要与

43、与与与节节节节流流流流装装装装置置置置的的的的型型型型式式式式、取取取取压压压压方方方方式式式式、流流流流体体体体的的的的流流流流动动动动状状状状态态态态（如如如如雷雷雷雷诺诺诺诺数数数数）和和和和管管管管道道道道条条条条件件件件等等等等因因因因素素素素有有有有关关关关。因因因因此此此此，是是是是一一一一个个个个影影影影响响响响因因因因素素素素复复复复杂杂杂杂的的的的综综综综合合合合性性性性参参参参数数数数，也也也也是是是是节节节节流流流流式式式式流流流流量量量量计计计计能能能能否否否否准准准准确确确确测测测测量量量量流流流流量量量量的的的的关关关关键键键键所所所所在在在在，雷雷雷雷诺诺诺诺数

44、数数数大大大大于于于于某某某某一一一一数数数数值值值值（界界界界限限限限雷雷雷雷诺诺诺诺数数数数）时时时时，值值值值可可可可认认认认为为为为是是是是一一一一常常常常数数数数。对对对对于于于于标标标标准准准准节节节节流流流流装装装装置置置置，可可可可以以以以从从从从有有有有关关关关手手手手册册册册中中中中查查查查出出出出；对对对对于于于于非非非非标标标标准准准准节节节节流流流流装装装装置置置置，其其其其值值值值要要要要由由由由实实实实验验验验方方方方法法法法确定。确定。确定。确定。可可可可膨膨膨膨胀胀胀胀性性性性系系系系数数数数用用用用来来来来校校校校正正正正流流流流体体体体的的的的可可可可压压

45、压压缩缩缩缩性性性性，它它它它与与与与节节节节流流流流件件件件前前前前后后后后压压压压力力力力的的的的相相相相对对对对变变变变化化化化量量量量、流流流流体体体体的的的的等等等等熵熵熵熵指指指指数数数数等等等等因因因因素素素素有有有有关关关关，其其其其取取取取值值值值范范范范围围围围小小小小于于于于等等等等于于于于1 1 1 1。对对对对于于于于不不不不可可可可压压压压缩缩缩缩性性性性流流流流体体体体，1 1 1 1；对对对对于于于于可可可可压压压压缩缩缩缩性性性性流流流流体体体体，则则则则1 1 1 1。应应应应用用用用时时时时可可可可以以以以查查查查阅有关手册而得。阅有关手册而得。阅有关手册

46、而得。阅有关手册而得。55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，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适用于大流量的测量适用于大流量的测量。孔孔孔孔板板板板测测测测量量量量的的的的压压压压损损损损大大大大，当当当当不不不不允允允允许许许许有有有有较较较较大大大大的的的的管管管管道道道道压压压压损损损损时时时时，便便便便不不不不宜宜宜宜采采采采用用用用。在在在在一一一一般般般般场场场场合合合合下下下下，仍采用孔

47、板为多。仍采用孔板为多。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管道直径大于管道直径大于50mm50mm50mm50mm，雷诺数在，雷诺数在，雷诺数在，雷诺数在101010104 4 4 4101010105

48、 5 5 5以上的流体以上的流体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；为为为为保保保保证证证证流流流流体体体体在在在在节节节节流流流流装装装装置置置置前前前前后后后后为为为为稳稳稳稳定定定定的的的的流流流流动动动动状状状状态态态态，在在在在节节节节流流流流装装装装置置置置的的的的上上上上、下下下下游游游游必必必必须须须须配配配配置置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

49、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）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）节节节节流流流流装装装装置置置置经经经经过过过过长长长长时时时时间间间间的的的的使使使使用用用用，会会会会因因因因物物物物理理理理磨磨磨磨损损损损或或或或者者者者化化化化学学学学腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀，造造造造成成成成几几几几何何何何形形形形状状状状和和和和尺尺尺尺寸寸寸寸的的的的变变变变化化化化，从从从从而而而而引引引引起起起起测测测测量量量量误误误误差差差差，因因因因此此此此需需需需要要要要及及及及时时时时检检检检查查查查和和和和维维维维修修

50、修修，必必必必要要要要时时时时更更更更换换换换新新新新的的的的节节节节流流流流装装装装置。置。置。置。56节流式流量计误差产生的原因实实实实际际际际工工工工况况况况与与与与设设设设计计计计要要要要求求求求不不不不符符符符，如如如如：温温温温度度度度、压压压压力力力力、湿湿湿湿度度度度以以以以及及及及相相相相应应应应的的的的流流流流体体体体重重重重度度度度、粘粘粘粘度度度度、雷雷雷雷诺诺诺诺数数数数等等等等参参参参数数数数数数数数值值值值发发发发生生生生变变变变化化化化，则则则则会会会会造造造造成成成成较较较较大大大大的的的的误误误误差差差差。为为为为了了了了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计