(精品)化工仪表3.ppt

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1、第三章第三章第三章第三章 检测变送检测变送检测变送检测变送华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系本章主要内容：本章主要内容：3.1概述概述3.2温度检测温度检测3.3流量检测流量检测3.4压力检测压力检测3.5物位检测物位检测3.6变送器变送器3.1 3.1 概概 述述3.1.0检测变送的重要性检测变送的重要性3.1.1测量误差测量误差3.1.2仪表性能指标仪表性能指标 在过程自动化中要通过检测元件获取在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见的变量是生产工艺变量，最常见的变量是温度、温度、压力、流量、物位（四

2、大参数）压力、流量、物位（四大参数）。检测元件又称为敏感元件、传感器，检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括号包括位移、电压、电流、电阻、频率、位移、电压、电流、电阻、频率、气压气压等。等。3.1.0 3.1.0 检测变送的重要性检测变送的重要性 由于检测元件的输出信号种类繁多，且由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理。送器处理。由变送器将检测元件的输出信号转换成由变送器将检测元件

3、的输出信号转换成标准的电、气信号（标准的电、气信号（4 42020mAmA 直流电流信号直流电流信号 ,20,20100100KPaKPa气压信号）送往显示仪表，指示气压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。变量进行控制。一般将检测元件、变送器及显示装置统一般将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。称为检测仪表。检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成成统一统一(标准标准)的电、气信号的电、气信号。静态：静态：正确正确y(

4、t)正确反映正确反映c(t)的值的值可靠可靠长期工作长期工作动态：动态：迅速迅速y(t)要迅速反映要迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求过程控制对检测仪表要求：3.1.1 测量误差测量误差(1)绝对误差：仪表的绝对误差：仪表的指示值指示值与与被测量的真实值被测量的真实值之之间的差值。间的差值。(2)相对误差相对误差（仪表（仪表引用误差引用误差）测量误差测量误差：检测仪表获得的测量值与实际被测变量：检测仪表获得的测量值与实际被测变量真实值之间的差距。真实值之间的差距。理论上：理论上：实际上：实际上：绝对误差与仪表的量程之比。绝对误差与仪表的量程之比。(3)允许误差（相对误差的最大值

5、）允许误差（相对误差的最大值）3.1.2 仪表性能指标仪表性能指标(1)精确度（精度）精确度（精度）(2)表示仪表测量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。(3)仪表的仪表的精度等级精度等级是按国家统一规定的允许是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。误差大小来划分成若干等级的。(4)仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。确度越高。精度等级：精度等级：允许误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后，后，按国家规定的按国家规定的系列圆整后系列圆整后的数值。的数值。仪仪表表的的精精度度等等级级以以一一定定的的符符号号形形式式表表示示在在仪仪

6、表表标标尺尺板板上上，如如1.01.0外外加加一一个个圆圆圈圈或或三三角角形形。精精度度等等级级1.01.0，说说明明该该仪仪表表允允许许误误差为差为1.0%1.0%。国家规定的仪表精度系列等级有：国家规定的仪表精度系列等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.01.5,2.5,4.0级。级。1.01.0 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，其最，其最大绝对误差为大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的

7、精度等级。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了而该仪表的最大引用误差超过了0.50.5级仪表的允许级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。解解 仪表的最大允许误差为仪表的最大允许误差为国家规定的仪表精度系列等级有：国家规定的仪表精度系列等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.01.5,2.5,4.0级。级。例例2 2 某台测温仪表

8、的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，工艺要工艺要求求该仪表指示值的误差不得超过该仪表指示值的误差不得超过4，应选，应选精度等精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。级为多少的仪表才能满足工艺要求。0.8%介介于于允允许许误误差差0.5%与与1.0%之之间间，如如果果选选择择允允许许误误差差为为1.0%,则则其其精精度度等等级级应应为为1.0级级。量量程程为为6001100，精精确确度度为为1.0级级的的仪仪表表，可可能能产产生生的的最最大大绝绝对对误误差差为为5，超超过过了了工工艺艺的的要要求求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%，即即精精度度等

9、等级级为为0.5级级的的仪仪表表，才能满足工艺要求。才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为结论：结论：校表：计算得到的最大允许误差值向上园整确定仪校表：计算得到的最大允许误差值向上园整确定仪表的精度等级。表的精度等级。选表：计算得到的最大允许误差值向下靠近选定仪选表：计算得到的最大允许误差值向下靠近选定仪表的精度等级。表的精度等级。仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量变量确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测

10、量准确性。程，可以减小测量误差，提高测量准确性。仪表量程的上限仪表量程的上限Ymax：一般确定为被测变量正常值的：一般确定为被测变量正常值的4/33/2倍，波动较大时可以达到倍，波动较大时可以达到3/22倍；倍；仪表量程的下限仪表量程的下限Ymin：一般确定为被测变量正常值向：一般确定为被测变量正常值向下的下的1/3处。处。(2)(2)变差变差 在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某一变量进行对某一变量进行正、反行程测量正、反行程测量时对应于同一测量时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。值所得的仪表读数之间的差异。注意：仪表的变差不能超出仪表的允

11、许误差。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。(3)(3)线性度线性度衡量仪表实际特衡量仪表实际特性偏离线性程度的指性偏离线性程度的指标。标。线性度差，则降低了线性度差，则降低了仪表精度。仪表精度。图图3.1线性度线性度(4)(4)灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率灵敏度：灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值。化量的比值。即：即：灵敏度灵敏度=Y/X它体现了单位输入所引起的输出变化量。灵敏它体现了单位输入所引起的输出变化量。灵敏度反映了仪表对被测变量变化的灵敏程度。度反映了仪表对被测变量变化的灵敏程度。分辨率分辨率：仪表输出能分辨和响应的最小输

12、入变化量。：仪表输出能分辨和响应的最小输入变化量。即：即：分辨率分辨率=X/Y它体现了引起单位输出所需要的输入变化量。它体现了引起单位输出所需要的输入变化量。分分辨率也是仪表灵敏程度的一种体现。辨率也是仪表灵敏程度的一种体现。(5)(5)动态误差动态误差 由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变化后要经过一段时间才能准确显示出被测量突然变化后要经过一段时间才能准确显示出来，这样造成的误差。来，这样造成的误差。注：注：在工业生产中被测量变化较快，所以不能忽略在工业生产中被测量变化较快，所以不能忽略动态误差。动态误差。3.2 3.2 温度检测温度

13、检测3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻3.2.4 3.2.4 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为：按测温元件是否与被测对象接触分为：接触式接触式非接触式非接触式接触式：接触式：测温元件与被测对象接触，依靠传热和测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。对流进行热交换。优点：优点：结构简单、可靠，测温精度较高。结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的由于测温元件与被测对象必须经过充

14、分的热交换且达到平衡后才能测量，这样热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被容易破坏被测对象的温度场，测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、超高温的对象、处不适于测量热容量小的对象、超高温的对象、处于运动中的对象。于运动中的对象。不适于直接对不适于直接对腐蚀性腐蚀性介质测量。介质测量。非接触式：非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。分热辐射能，由热辐射能大小推出

15、被测对象的温度。优点：优点：从原理上讲测量范围从超低温到超高温，不从原理上讲测量范围从超低温到超高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。且结构复杂，价格比较昂贵。3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶(1)(1)测温原理测温原理热电效应热电效应图图3.2热电偶的热电效应热电偶的热电效应（参比端、

16、冷端、固定端）（参比端、冷端、固定端）（工作端、热端、自由端）（工作端、热端、自由端）将两种不同材料的导体或半导体将两种不同材料的导体或半导体A和和B连在一起组成连在一起组成一个闭合回路，而且两个接点的温度一个闭合回路，而且两个接点的温度o o,则回路则回路内将有电流产生，电流大小正比于接点温度内将有电流产生，电流大小正比于接点温度和和o o的的函数之差，而其极性则取决于函数之差，而其极性则取决于A和和B的材料。的材料。根据根据热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”可知：热电偶回路中接入第可知：热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两端三种导体后，只要该导体两端温度相同，热电偶回路中所

17、产温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热种导体时热电偶所产生的总热电势相同；同理，如果回路中电势相同；同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也不影响导体两端温度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。因热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回路可以接入各种显此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。示仪表、变送器、连接导线等。热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”分度表：分度表：当当0 0=00时，时，与温度与温度对对应的数值表。（应的数值表。（非线性非线性）分度号：分

18、度号：与分度表所对应的热电偶的代号。与分度表所对应的热电偶的代号。常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较常用热电偶类型：常用热电偶类型：普通型热电偶：普通型热电偶：热电极、绝缘管、接线盒等热电极、绝缘管、接线盒等铠装热电偶铠装热电偶多点式热电偶多点式热电偶防爆型热电偶防爆型热电偶铠装热电偶铠装热电偶的特点的特点 热响应时间少，减小动态误差；热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；可弯曲安装使用；测量范围大；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；扁接插式铠装热电偶扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶防水

19、式铠装热电偶手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶图3.3多点热电偶多点热电偶 适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。存储罐等装置中。图图3.4多点热电偶多点热电偶防爆型热电偶防爆型热电偶 防爆热电偶是利用防爆热电偶是利用间隙隔爆间隙隔爆原理，设计具有原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，电弧和危险温

20、度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而隔却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而隔爆。爆。特点特点多种防爆形式，防爆性能好；多种防爆形式，防爆性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；测温范围大；测温范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；无固定装置无固定装置固定法兰式固定法兰式固定螺纹式固定螺纹式活络管接头式活络管接头式直型管接头式直型管接头式图图3.5防爆型热防爆型热电偶电偶一览图一览图(2)补偿导线补偿导线解决参比端温度的恒定问题。解决

21、参比端温度的恒定问题。补偿导线要求：价格便宜，补偿导线要求：价格便宜，0100范围内的热电性范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样图图3.6补偿导线连接图补偿导线连接图(3)热电偶参比端温度补偿（测量的准确性）热电偶参比端温度补偿（测量的准确性）补偿原理补偿原理：工作端温度：工作端温度，参比端参比端0，热电势为热电势为因此因此参比端温度补偿方法：参比端温度补偿方法：计算法计算法冰浴法冰浴法机械调零法机械调零法（动圈表调零法），等级（动圈表调零法），等级1.0以上以上补偿电桥法：补偿电桥法：利用参比端温度补偿器利用参比端温度补偿器例如：用镍

22、铬例如：用镍铬-镍硅（镍硅（K）热电偶测温，热电偶参比热电偶测温，热电偶参比端温度端温度o=20，测得的热电势测得的热电势E（，o）=32.479mV。由由K分度表中查得分度表中查得E（20，0）=0.798mV,则则E（，0）=E（，20）+E（20，0）=32.479+0.798=33.277mV再反查再反查K分度表，得实际温度是分度表，得实际温度是800。计算法举例：计算法举例：3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻金属热电阻金属热电阻测温原理是基于导体的电阻会随温测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。度的变化而变化的特性。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着热电阻是利

23、用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。仪表便显示出阻值所对应的温度值。常用热电阻：常用热电阻：铜电阻和铂电阻铜电阻和铂电阻热电阻的结构形式：热电阻的结构形式：普通型、铠装型、专用型普通型、铠装型、专用型热电阻热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的套使用。直接测量各种生产过程中的-200-200C C500C500C范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度

24、。无固定装置热电无固定装置热电阻阻固定螺纹式热电固定螺纹式热电阻阻活动法兰式热活动法兰式热电电阻阻固定螺纹固定螺纹锥锥式热式热电电阻阻固定螺纹固定螺纹管接头管接头式热电式热电阻阻活络管接头式热活络管接头式热电阻电阻 装配式热电阻装配式热电阻防喷式铠装热电阻防喷式铠装热电阻扁接插式扁接插式铠装热电阻铠装热电阻防水式铠装热电阻防水式铠装热电阻圆接插式圆接插式铠装热电阻铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻端面热电阻端面热电阻适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。它机体表面温度。防腐防腐热电阻热电阻采用新型防腐材料采用新型防腐材料（聚四氟乙烯

25、（聚四氟乙烯F46F46），适合于石油），适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。碱行业的专用测温仪表。端面热电阻端面热电阻防腐热电阻防腐热电阻微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻适用于狭小场所适用于狭小场所的温度测量与控制。的温度测量与控制。是纺织、绦纶等行业是纺织、绦纶等行业不可缺少的温度测量不可缺少的温度测量装置。装置。炉壁热电偶炉壁热电偶/热电阻热电阻 适合于电厂锅炉炉壁，适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表管壁及其它圆柱体表面测量。面测量。微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻特殊热电偶特殊热电偶/热电阻热电阻炉壁炉壁热电偶热电偶/热电

26、阻热电阻半导体热敏电阻半导体热敏电阻测温原理是基于某些半导体测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。NTCNTC型：负温度系数热敏电阻，多数是此类型：负温度系数热敏电阻，多数是此类 PTCPTC型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测 特点：特点：结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。缺点：缺点：非线性严重、互换性差、测温范围窄非线性严重、互换性差、测温范围窄3.2.4热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用(1)(1)选用原则：较高温度选用原则：较高温度热

27、电偶热电偶 中低温区中低温区热电阻热电阻一般以一般以500500为分界。为分界。原因有两点：原因有两点：(1)(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。表放大器和抗干扰要求很高。(2)(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。度区内引起的相对误差就很突出。另外，要注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧另外，要注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、

28、连接导线等。连接导线等。(2)(2)安装安装(1)(1)选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插入深度插入深度(2)(2)热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。(3)(3)检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。热电阻的三线直接法热电阻的三线直接法 热电阻温度变送器输入热电阻信号时，热电

29、阻温度变送器输入热电阻信号时，其输入回路是一个不平衡电桥，热电阻为桥其输入回路是一个不平衡电桥，热电阻为桥路的一个桥臂。由于连接热电阻的导线存在路的一个桥臂。由于连接热电阻的导线存在电阻，且导线电阻值随环境温度的变化而变电阻，且导线电阻值随环境温度的变化而变化，会造成测量误差，因此实际测量时采用化，会造成测量误差，因此实际测量时采用三线制接法。三线制接法。所谓三线制接法，就是从现场所谓三线制接法，就是从现场的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导线，其中两根导线被接入细均相同的连接导线，其中两根导线被接入相邻的两对抗桥臂中，另一根与测量桥路电

30、相邻的两对抗桥臂中，另一根与测量桥路电源负极相连源负极相连。由于流过两桥臂的电流相等，由于流过两桥臂的电流相等，因此当环境温度变化时，两根连接导线因阻因此当环境温度变化时，两根连接导线因阻值变化而引起的压降变化相互抵消，不影响值变化而引起的压降变化相互抵消，不影响测量桥路输出电压的大小。测量桥路输出电压的大小。3.3流量检测流量检测主要研究内容：主要研究内容：3.3.1基本概念基本概念3.3.2速度式流量计（差压式流量传感器速度式流量计（差压式流量传感器）3.3.3容积式流量计容积式流量计3.3.4质质量流量计量流量计3.3.5流量仪表的选用流量仪表的选用3.3.1基本概念基本概念流量（瞬时流

31、量）流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。面的流体的数量。累积流量（总流量）累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的：某一时段内流过的流体的总和。瞬时流量在某一时段的累积量。总和。瞬时流量在某一时段的累积量。流量的表示方法：流量的表示方法：质量流量质量流量(qm)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：单位：(kg/s)体积流量体积流量(qv)：单位时间内流过某截面的流体的体积。单位时间内流过某截面的流体的体积。(工作状态下工作状态下)qm=qv单位单位:(m3/s)体积流量体积流量(qvn)：折算到标准的压力

32、和温度下的体积流折算到标准的压力和温度下的体积流量。（量。（标准状态下标准状态下:温度为温度为2020，压力为，压力为101101.325 Pa.325 Pa）qvn=qm/nqvn=qv/n单位单位:Nm:Nm3 3/s/s流体的密度受流体的工作状态（如温度、压力）影响。流体的密度受流体的工作状态（如温度、压力）影响。对对于于液液体体，压压力力变变化化对对密密度度的的影影响响非非常常小小，一一般般可可以以忽忽略略不不计计。温温度度对对密密度度的的影影响响要要大大一一些些，一一般般温温度度每每变变化化1010时时，液液体体密密度度的的变变化化约约在在1%1%以以内内，所所以以当当温温度度变变化

33、化不不是是很很大大，测测量量准准确确度度要要求求不不是是很很高高的情况下，往往也可以忽略不计。的情况下，往往也可以忽略不计。对对于于气气体体，密密度度受受温温度度、压压力力变变化化影影响响较较大大，如如在在常常温温常常压压附附近近，温温度度每每变变化化1010，密密度度变变化化约约为为3%3%；压压力力每每变变化化1010kPakPa，密密度度约约变变化化3%3%。因因此此在在测测量量气气体体流流量量时时，必必须须同同时测量流体的温度和压力。时测量流体的温度和压力。3.3.2速度式流量计（差压式流量传感器）速度式流量计（差压式流量传感器）差差压压式式流流量量传传感感器器又又称称节节流流式式流流

34、量量传传感感器器，它它是是利利用用管管路路内内的的节节流流装装置置，将将管管道道中中流流体体的的瞬瞬时时流流量量转转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。图图3-22 3-22 标准节流元件标准节流元件(a)a)孔板；孔板；(b)b)喷嘴；喷嘴；(c)c)文丘里管文丘里管(1)(1)节流装置节流装置 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。(2)(2)测量

35、原理测量原理测测量量原原理理 在在管管道道中中流流动动的的流流体体具具有有动动压压能能和和静静压压能能，在在一一定定条条件件下下这这两两种种形形式式的的能能量量可可以以相相互互转转换换，但但参参加加转转换换的的能能量量总总和和不不变变。用用节节流流元元件件测测量量流流量量时时，流流体体流流过过节节流流装装置置前前后后产产生生压压力力差差p p(p p=p p1 1-p p2 2)，且且流流过过的的流流量量越越大大，节节流流装装置置前前后后的的压压差差也也越越大大，流流量量与与压压差差之之间间存存在在一一定定关关系系，这这就就是是差差压压式式流流量量传传感感器器测量原理。测量原理。图图3 3-2

36、 23 3 节节流流件件前前后后流流速速和和压压力力分分布布情情况况流量方程式为流量方程式为对对于于可可压压缩缩流流体体，例例如如各各种种气气体体及及蒸蒸气气通通过过节节流流元元件件时时，由由于于压压力力变变化化必必然然会会引引起起密密度度的的改改变变，即即1 12 2，这这时时在在公公式式中中应应引引入入体体积积膨膨胀胀系系数数，可可压压缩缩性性流流体体体体积积膨膨胀胀系系数数小小于于1 1，如如果果是是不不可可压压缩性流体，则缩性流体，则=1=1。(3)(3)差压式流量检测系统差压式流量检测系统图图3-24 3-24 差压式流量检测系统结构示意图差压式流量检测系统结构示意图节节流流装装置置

37、是是将将被被测测流流体体的的流流量量值值变变换换成成差差压压信信号号p p，节节流流装装置置输输出出的的差差压压信信号号由由压压力力信信号号管管路路输输送送到到差差压压变变送送器器（或或差差压压计计）。由由流流量量基基本本方方程程式式可可以以看看出出，被被测测流流量量与与差差压压p p成成平平方方根根关关系系，对对于于直直接接配配用用差差压压计计显显示示流流量量时时，流流量量标标尺尺是是非非线线性性的的，为为了了得得到到线线性性刻刻度度，可可加加开开方方运运算算电电路路或或加加开开方方器器。如如差差压压流流量量变变送送器器带带有有开开方方运运算算，变变送送器器的的输输出出电电流流就就与与流流量

38、量成成线线性性关关系系。显显示示仪仪表表则则显显示示流量的大小。流量的大小。要要使使仪仪表表的的指指示示值值与与通通过过管管道道的的实实际际流流量量相相符符，必须做到以下几点：必须做到以下几点：（1 1）因因为为差差压压变变送送器器的的压压差差和和显显示示仪仪表表的的流流量量标标尺尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。（2 2）在在测测量量蒸蒸汽汽和和气气体体流流量量时时，常常遇遇到到工工作作条条件件的的密密度度与与设设计计时时的的密密度度c c不不相相同同，这这时时必必须须对对示示数数进行修正。进行修正。（3 3）显示仪表刻度通常是线性的，测量

39、值）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。理后再送显示仪表。（4 4）节流装置应正确安装）节流装置应正确安装(正、反面正、反面)。（5 5）接至差压变送器的压差应该与节流装）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路。信号管路。介质为液体时：介质为液体时：差差压压变变送送器器应应装装在在节节流流装装置置下下面面，取取压压点点应应在在工工艺艺管管道道的的中中心心线线以以下下引引出出（下下倾倾4545左左右右），导导压压管管最最好好垂垂直

40、直安安装装。当当差差压压变变送送器器放放在在节节流流装装置置之之上上时时，要装置贮气罐。要装置贮气罐。图3.25介质为气体时：介质为气体时：差差压压变变送送器器应应装装在在节节流流装装置置的的上上面面,防防止止导导压压管管内内积积聚液滴，取压点应在工艺管道的上半部引出。聚液滴，取压点应在工艺管道的上半部引出。图3.26介质为蒸汽时：介质为蒸汽时：应应使使导导压压管管内内充充满满冷冷凝凝液液，因因此此在在取取压压点点的的出出口口处要装设凝液罐处要装设凝液罐。图3.27介质具有腐蚀性时：介质具有腐蚀性时：可可在在节节流流装装置置和和差差压压变变送送器器之之间间装装设设隔隔离离罐罐，内内放放不不与与

41、介介质质有有互互溶溶的的隔隔离离液液来来传传递递压压力力，或或采采用用喷喷吹吹法。法。图3.28（2 2）靶式流量计）靶式流量计 在在流流体体通通过过的的管管道道中中，垂垂直直于于流流动动方方向向插插上上一一块块圆圆盘盘形形的的靶靶。流流体体通通过过时时对对靶靶片片产产生生推推力力，经经杠杠杆杆系系统统产产生生力力矩矩。力力矩矩与与流流量量的的平平方方近近似似成成正正比比。靶靶式式流流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。图3.29（3 3）旋涡流量计）旋涡流量计 旋旋涡涡流流量量计计又又称称涡涡街街流流量量计计，其其测测量量方方法法基基于于流

42、流体体力力学学中中的的卡卡门门涡涡街街原原理理。把把一一个个旋旋涡涡发发生生体体（如如圆圆柱柱体体、三三角角柱柱体体等等非非流流线线型型对对称称物物体体）垂垂直直插插在在管管道道中中，当当流流体体绕绕过过旋旋涡涡发发生生体体时时会会在在其其左左右右两两侧侧后后方方交交替替产产生生旋旋涡涡，形形成成涡涡列列，且且左左右右两两侧侧旋旋涡涡的的旋旋转转方方向向相反。这种涡列就称为卡门涡街。相反。这种涡列就称为卡门涡街。在在一一定定的的雷雷诺诺数数Re范范围围内内，体体积积流流量量qv与与旋旋涡涡的的频频率率f成成线线性性关关系系。只只要要测测出出旋旋涡涡的的频频率率f就就能能求求得得流流过过流流量量

43、计计管管道流体的体积流量道流体的体积流量qv 。另外，还有转子流量计、涡轮流量另外，还有转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计计、电磁流量计、超声波流量计3.3.3 3.3.3 容积式流量计容积式流量计该流量计系直读累积式流体流量计，是由装该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）和计数机构组成。和计数机构组成。测得旋转频率就可求得体积流量。测得旋转频率就可求得体积流量。图图3.30椭圆齿轮流量测量示意图椭圆齿轮流量测量示意图3.3.

44、4 3.3.4 质量流量计质量流量计直直接接式式质质量量流流量量传传感感器器科科里里奥奥利利质质量量流流量量传传感器感器 科科里里奥奥利利质质量量流流量量传传感感器器是是利利用用流流体体在在直直线线运运动动的的同同时时，处处于于一一个个旋旋转转系系中中，产产生生与与质质量量流流量量成成正正比比的的科科里里奥奥利利力力而而制制成成的的一一种种直直接接式式质质量量流量传感器。流量传感器。3.3.5流量仪表的选用流量仪表的选用选择流量仪表要考虑的主要因素：选择流量仪表要考虑的主要因素：流体特性（物性参数和流动参数）、化学性质、流体特性（物性参数和流动参数）、化学性质、脏污结垢脏污结垢影响最大的是：密

45、度和粘度影响最大的是：密度和粘度使用环境：是否会腐蚀使用环境：是否会腐蚀3.4 3.4 压力检测压力检测3.4.1压力单位及压力检测方法压力单位及压力检测方法主要研究内容：主要研究内容：3.4.2常用压力常用压力检测仪表检测仪表3.4.3压力表压力表的选用的选用3.4.1 3.4.1 压力单位及压力检测方法压力单位及压力检测方法(1)(1)压力单位压力单位工工程程技技术术上上所所称称的的“压压力力”实实质质上上就就是是物物理理学学里里的的“压压强强”，定定义义为为均均匀匀而而垂垂直直作作用用于于单单位位面面积积上上的的力力。其表达式为其表达式为式中式中:P P压力；压力；F F作用力；作用力；

46、A A作用面积。作用面积。国国际际单单位位制制（SISI）中中定定义义：1 1牛牛顿顿力力垂垂直直均均匀匀地地作作用用在在1 1平平方方米米面面积积上上形形成成的的压压力力为为1 1“帕帕斯斯卡卡”。帕斯卡简称帕斯卡简称“帕帕”，单位符号为，单位符号为PaPa。其其他他的的压压力力单单位位“工工程程大大气气压压”（即即kgf/cmkgf/cm2 2）、“毫毫米米汞汞柱柱”（即即mmHgmmHg）、“毫毫米米水水柱柱”（即即mmHmmH2 2O O）等还在应用。等还在应用。(2)(2)压力的表示方法压力的表示方法绝绝对对压压力力 指指作作用用于于物物体体表表面面积积上上的的全全部部压压力力，其其

47、零零点点以以绝绝对对真真空空为为基基准准，又又称称总总压压力力或或全全压压力力，一般用大写符号一般用大写符号P P表示。表示。大大气气压压力力 是是指指地地球球表表面面上上的的空空气气柱柱重重量量所所产产生生的压力，以的压力，以P P0 0表示。表示。(1)(1)弹性式压力表弹性式压力表 弹弹性性式式压压力力表表是是以以弹弹性性元元件件受受压压后后所所产产生生的的弹弹性性变变形形作作为为测测量量基基础础的的。它它结结构构简简单单，价价格格低低廉廉，现现场场使使用用和和维维修修都都很很方方便便，又又有有较较宽宽的的压压力力测测量量范范围，因此在工程中获得了非常广泛的应用。围，因此在工程中获得了非

48、常广泛的应用。3.4.2 3.4.2 常用压力检测仪表常用压力检测仪表弹性元件弹性元件 采用不同材料、不同形状的弹性元件作为感采用不同材料、不同形状的弹性元件作为感压元件，可以适用于不同场合、不同范围的压力压元件，可以适用于不同场合、不同范围的压力测量。目前广泛使用的弹性元件有测量。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹弹簧管、波纹管和膜片等。管和膜片等。图图3-34 3-34 弹性元件示意图弹性元件示意图图图3-343-34给出了一些常用弹性元件的示意图。其中波纹给出了一些常用弹性元件的示意图。其中波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹

49、簧管可用于簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。高、中、低压和真空度的测量。图图3-35 3-35 单圈弹簧管结构单圈弹簧管结构图图3-36 3-36 弹簧管压力表弹簧管压力表应变片式压力传感器应变片式压力传感器应变效应应变效应(2)(2)压力传感器压力传感器当当某某些些材材料料受受到到某某一一方方向向的的压压力力作作用用而而发发生生变变形形时时，内内部部就就产产生生极极化化现现象象，同同时时在在它它的的两两个个表表面面上上就就产产生生符符号号相相反反的的电电荷荷；当当压压力力去去掉掉后后，又又重重新新恢恢复复不不带带电电状状态态。这这种种现现象象称称为为压压电电效效应应。具具有有压压电电效效

50、应应的的材材料料称称为为压压电电材材料料。压压电电材材料料种种类类较较多多，有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。压电式压力传感器压电式压力传感器1-绝缘体绝缘体2-压电元件压电元件3-壳体壳体4-膜片膜片 压压阻阻元元件件是是指指在在半半导导体体材材料料的的基基片片上上用用集集成成电电路路工工艺艺制制成成的的扩扩散散电电阻阻。它它是是基基于于压压阻阻效效应应工工作作的的，即即当当它它受受压压时时，其其电电阻阻值值随随电电阻阻率率的的改改变变而而变变化化。常常用用的的压压阻阻元元件件有有单单晶晶硅硅膜膜片片以以及在及在N N