檢測儀表與傳感器第1頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)概述一、測量過程與測量誤差測量過程在實質(zhì)上都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現(xiàn)這種比較的工具。各種測量儀表不論采用哪一種原理，它們都是要將被測參數(shù)經(jīng)過一次或多次的信號能量的轉(zhuǎn)換，最后獲得—種便于測量的信號能量形式，并由指針位移或數(shù)字形式顯示出來。在測量過程中．由于所使用的測量工具本身不夠準(zhǔn)確，觀測者的主觀性和周圍環(huán)境的影響等等、使得測量的結(jié)果不可能絕對準(zhǔn)確。由儀表讀得的被測值與被測量真值之間，總是存在—定的差距，這一差距就稱為測量誤差。第2頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月測量誤差通常有兩種表示方法，即絕對誤差和相對誤差。絕對誤差在理論上是指儀表指示值xi和被測量的真值xt之間的差值,可表示為：

Δ=xi—xt(3—1)

所謂真值是指被測物理量客觀存在的真實數(shù)值，它是無法得到的理論值。因此所謂測量儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點讀數(shù)的絕對誤差，一般是指用被校表(精確度較低)和標(biāo)準(zhǔn)表(精確度較高)同時對同一被測量進行測量所得到的兩個讀數(shù)之差，可用下式表示：

Δ=x—xo(3—2)式中Δ——絕對誤差；

x——被校表的讀數(shù)值；

xo——標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值。第3頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月測量誤差還可以用相對誤差來表示。相對誤差等于某一點的絕對誤差Δ與標(biāo)準(zhǔn)表在這一點的指示值xo之比?？杀硎緸椋海?—3）式中y——儀表在xo處的相對誤差。第4頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月二、儀表的性能指標(biāo)

1．精確度(簡稱精度)儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點上是不相同的，因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。儀表的精確度不僅與絕對誤差有關(guān)，而且還與儀表的測量范圍有關(guān)。因此，工業(yè)上經(jīng)常將絕村誤差折合成儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)表示。稱為相對百分誤差δ，即第5頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月儀表的測量范圍上限值與下限值之差，稱為該儀表的量程。根據(jù)儀表的使用要求，規(guī)定一個在正常情況下允許的最大誤差，這個允許的最大誤差就叫允許誤差。允許誤差一般用相對百分誤差來表示，即某一臺儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值，即儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。國家統(tǒng)一規(guī)定的儀表精確度(精度)等級：將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“％”號，可以用來確定儀表的精確度等級。目前，我國生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。第6頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月例1某臺測溫儀表的測溫范圍為200一700℃．校驗該表時得到的最大絕對誤差為十4oC，試確定該儀表的精度等級。解該儀表的相對百分誤差為如果將該儀表的δ去掉“十”號與“％”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。第7頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月例2某臺測溫儀表的測溫范圍為0一1000oC。根據(jù)工藝要求,溫度指示值的誤差不允許超過±7oC,試問應(yīng)如何選擇儀表的精度等級才能滿足工藝要求?解根據(jù)工藝上的要求，儀表的允許誤差為如果將儀表的允許誤差去掉“±”號與“％”號。其數(shù)值介于0.5—1.0之間、如果選擇精度等級為1.0級的儀表．其允許的誤差為±1.0％，超過了工藝上允許的數(shù)值，故應(yīng)選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求。第8頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：儀表的允許誤差與工藝允許誤差之間的差別。

0.05級以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表，工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多是0.5級以下的。第9頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．變差變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程(即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小)測量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差，如圖3—1所示。第10頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月造成變差的原因：傳動機構(gòu)間存在的間隙和摩擦力、彈性元件的彈性滯后等等。變差的大小，用在同一被測參數(shù)值下，正反行程間儀表指示值的最大絕對差值與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示，即必須指出，儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則，否則應(yīng)及時檢修。第11頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．靈敏度與靈敏限

a)儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量之比值稱為儀表的靈敏度，用公式表示如下：式中S——儀表的靈敏度；

Δα——指針的線位移或角位移；

Δx——引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。

(3—7)所以儀表的靈敏度，在數(shù)值上就等于單位被測參數(shù)變化量所引起的儀表指針移動的距離(或轉(zhuǎn)角)。第12頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

b)儀表的靈敏限，是指能引起儀表指針發(fā)生動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。值得注意的是、上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)值式儀表中，往往用分辨力來表示儀表靈敏度(或靈敏限)的大小。第13頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

4．分辨力對于數(shù)字式儀表，分辨力是指數(shù)字顯示器的最未位數(shù)字間隔所代表的被測參數(shù)變化量。如數(shù)字電壓表顯示器末位一個數(shù)字所代表的輸入電壓值。顯然，不同量程的分辨力是不同的，相應(yīng)于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度。通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表分辨力指標(biāo)。當(dāng)數(shù)字式儀表的靈敏度用它與量程的相對值表示時，便是分辨率。分辨率與儀表的有效數(shù)字位數(shù)有關(guān)。如—臺儀表的有效數(shù)字位數(shù)為三位，其分辨率便為千分之一。第14頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

5.線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻臺程度，如圖3—2所示。第15頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月線性度通常用實際測得的輸入—輸出特件曲線(稱為校準(zhǔn)曲線)與理論直線之間的最大偏差與測量儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示，即第16頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.反應(yīng)時間反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo)。儀表的反應(yīng)時間有不同的表示方法。當(dāng)輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。儀表的輸出信號(即指示值)由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63．2％所用的時間(相當(dāng)于時間常數(shù)T)，可用來表示反應(yīng)時間，也有用變化到新穩(wěn)態(tài)值的95％所用的時間來表示反應(yīng)時間的(相當(dāng)于3T）。第17頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月三、工業(yè)儀表的分類

1．按儀表使用的能源分類

(1)電動儀表電動儀表以電為能源，信號之間聯(lián)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(lián)用；近年來，電動儀表也可以做到防火、防爆，更有利于電動儀表的安全使用。但電動儀表一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響。

(2)氣動儀表氣動儀表的結(jié)構(gòu)比較簡單、直觀；工作比較可靠；對溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響的抗干擾能力較強；能防火、防爆；價格比較便宜。但氣動儀表信號傳遞速度慢、傳輸距離短、管線安裝與檢修不便，不宜實現(xiàn)遠距離大范圍的集中顯示與控制；與計算機聯(lián)用比較困難。第18頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類

(1)檢測儀表檢測儀表的主要作用是獲取信息，并進行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。在生產(chǎn)過程中，檢測儀表主要用來測量某些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量、物位以及物料的成分、物性等，將被測參數(shù)的大小成比例地轉(zhuǎn)換成電的信號(電壓、電流、頻率等)或氣壓信號。

(2)顯示儀表顯示儀表的作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來，包括各種模擬量、數(shù)字量的電動、氣動指示儀、記錄儀和積算器、以及工業(yè)電視、圖象顯示器等。

(3)集中控制裝置包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀、程序控制儀、數(shù)據(jù)處理機、電子計算機以及儀表控制盤和操作臺等。

(4)控制儀表控制儀表可以根據(jù)需要對輸入信號進行各種運算，例如放大、積分、微分等。控制儀表包括各種電動、氣動的控制器以及用來代替模擬控制儀表的微處理機等。第19頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(5)執(zhí)行器執(zhí)行器可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作人員的指令，對生產(chǎn)過程進行操作或控制。執(zhí)行器包括各種氣動、電動、液動執(zhí)行機構(gòu)和控制閥。上述各類儀表在信息傳遞過程中的關(guān)系可以用圖3—3來表示。第20頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．按儀表的組成形式分類

(1)基地式儀表這類儀表的特點是將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里、形成一個整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場做就地檢測和控制，但不能實現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。

(2)單元組合儀表將對參數(shù)的測量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨立工作的單元儀表(簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等)。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好?；どa(chǎn)中的單元組合儀表有電動單元組合儀表和氣動單元組合儀表兩種。國產(chǎn)的電動單元組合儀表以“電”、“單”、“組”三字的漢語拼音字頭為代號，簡稱DDZ儀表；同樣，氣動單元組合儀表簡稱QDZ儀表。本章將介紹幾個主要工藝參數(shù)的檢測方法及儀表。顯示儀表、控制儀表及執(zhí)行器將分別在第四、五、六章中介紹。第21頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)壓力檢測及儀表在工業(yè)生產(chǎn)過程中，特別是在化工、煉油等生產(chǎn)過程中，壓力是重要的操作參數(shù)之一。經(jīng)常會遇到壓力和真空度的測量，其中包括比大氣壓力高很多的高壓、超高壓和比大氣壓力低很多的真空度的測量。如果壓力不符合要求，不僅會影響生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品質(zhì)量，有時還會造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。此外，壓力測量的意義還不局限于它自身，有些其他參數(shù)的測量，如物位、流量等往往是通過測量壓力或差壓來進行的，即測出了壓力或差壓，便可確定物位或流量。第22頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月一、壓力單位及測壓儀表由于壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力，故可用下式表示：

(3—9)式中p表示壓力，F(xiàn)表示垂直作用力，S表示受力面積。根據(jù)國際單位制(代號為SI)規(guī)定。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）,1帕為1牛頓每平方米，即

1Pa＝1N/m2(3—10)帕所表示的壓力較小。工程上經(jīng)常使用兆帕(MPa)。帕與兆帕之間的關(guān)系為；

1MPa＝l×106Pa(3—11)第23頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月過去使用的壓力單位比較多，根據(jù)1984年2月27日國務(wù)院“關(guān)于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命令”的規(guī)定，這些單位將不再使用。國際單位制中的壓力單位(Pa或MPa)與過去的單位之間的關(guān)系，參見教材中的各種壓力單位換算表3—1。在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負(fù)壓或真空度之分，其關(guān)系見圖3—4。第24頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月工程上所用的壓力指示值，大多為表壓(絕對壓力計的指示值除外)。表壓是絕對壓力和大氣壓力之差，即當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負(fù)壓或真空度來表示，它是大氣壓力與絕對壓力之差，即因為各種工藝設(shè)備和測量儀表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力。所以，工程上經(jīng)常用表壓或真空度來表示壓力的大小。以后所提到的壓力，除特別說明外，均指表壓或真空度。第25頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月測量壓力或真空度的儀表，按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，可分為四大類。

1．液柱式壓力計根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量。結(jié)構(gòu)形式：U型管壓力計、單管壓力計、斜管壓力計等。特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用方便。缺點：精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量校低壓力、真空度或壓力差。

2．彈性式壓力計它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的。例如彈簧管壓力計、波紋管壓力計及膜式壓力計等。第26頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．電氣式壓力計

它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表，例如各種壓力傳感器和壓力變送器。

4．活塞式壓力計它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進行測量的。它的測量精度很高，允許誤差可小到0.05％一0.02％。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。一般作為標(biāo)難型壓力測量儀器、來檢驗其他類型的壓力計。第27頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月二、彈性式壓力計

彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈件元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。這種儀表具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。若增加附加裝置，如記錄機構(gòu)、電氣變換裝置、控制元件等，則可以實現(xiàn)壓力的記錄、遠傳、信號報警、自動控制等。彈性式壓力計可以用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力，因此在工業(yè)上是應(yīng)用最為廣泛的一種測壓儀表。第28頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．彈性元件彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。它不僅是彈性式壓力計的測壓元件，也經(jīng)常用來作為氣動單元組合儀表的基本組成元件。常用的幾種彈性元件的結(jié)構(gòu)如圖3—5所示。第29頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件的測壓范圍較寬，可測量高達1000MPa的壓力。單圈彈簧管是彎成圓弧形的金屬管子，它的截面做成扁圓形或橢圓形，如圖3—5(a)所示。為了增加自由端的位移，可以制成多圈彈簧管，如圖3—5(b)所示。

(2)薄膜式彈性元件薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同還可以分為膜片與膜盒等。它的測壓范圍較彈簧管式的為低。圖3—5(c)為膜片式彈性元件，它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片(有平膜片與波紋膜片兩種形式)，在壓力作用下能產(chǎn)生變形。有時也可以由兩張金屬膜片沿周口對焊起來，成一薄壁盒子，內(nèi)充液體(例如硅油)，稱為膜盒，如圖3—5(d)所示。

(3)波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件是一個周圍為波紋狀的薄壁金屬筒體，如圖3—5(e)所示。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓與低壓的測量(—般不超過1Mpa)。第30頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．彈簧管壓力表彈簧管壓力表的測量范圍極廣，品種規(guī)格繁多。按其所使用的測壓元件不問，可有單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。按其用途水同，除普通彈簧管壓力表外．還有耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。第31頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)原理如圖3—6所示。第32頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。第33頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電氣式壓力計電氣式壓力計是—種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。這種儀表的測量范圍較廣，分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％。由于可以遠距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機聯(lián)用。第34頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月電氣式壓力計一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。圖3—8是電氣式壓力計的組成方框圖。第35頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月壓力傳感器的作用是把壓力信號檢測出來，并轉(zhuǎn)換成電信號進行輸出，當(dāng)輸出的電信號能夠被進一步變換為標(biāo)準(zhǔn)信號時，壓力傳感器又稱為壓力變送器。標(biāo)準(zhǔn)信號是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號。例如直流電流4—20mADC、空氣壓力0.02一0.1Mpa都是當(dāng)前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號。我國還有一些變送器以直流電流0一10mADC為輸出信號。下面簡單介紹霍爾片式、應(yīng)變片式、壓阻式壓力傳感器和力平衡式．電容式壓力變送器。第36頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

1．霍爾片式壓力傳感器霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)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(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實現(xiàn)壓力的測量?；魻柶瑸橐话雽?dǎo)體(如鍺)材料制成的薄片。如圖3—9所示，在霍爾片的Z軸方向加一磁感應(yīng)強度為B的恒定磁場、在Y軸方向加一外電場(接入直流穩(wěn)壓電源)。便有恒定電流沿Y軸方向通過。電子在霍爾片中運動時，由于受電磁力的作用，而使電子的運動軌道發(fā)生偏移，造成霍爾片的一個端面上有電子積累，另一個端面上正電荷過剩，于是在霍爾片的X軸方向上出現(xiàn)電位差，這一電位差稱為霍爾電勢，這樣一種物理現(xiàn)象就稱為“霍爾效應(yīng)”。第37頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月霍爾電勢的大小與半導(dǎo)體材料、所通過的電流(一般稱為控制電流)、磁感應(yīng)強度以及霍爾片的幾何尺寸等因素有關(guān)，可用下式表示：（3—12）

式中UH——霍爾電勢；

RH——霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；

B——磁感應(yīng)強度

I——通過的電流。由式(3—12)可知，霍爾電勢與磁感應(yīng)強度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢UH。但兩者都有一定限度，一般I為3—20mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢UH約為幾十毫伏數(shù)量級。第39頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月如果選定了霍爾元件，并使電流保持恒定，則在非均勻磁場中，霍爾元件所處的位置不同，所受到的磁感應(yīng)強度也將不同，這樣就可得到與位移成比例的霍爾電勢，實現(xiàn)位移—電勢的線性轉(zhuǎn)換。第40頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)變片式壓力傳感器是利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成的。電阻應(yīng)變片有金屬應(yīng)變片(金屬絲或金屬箔)和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮應(yīng)變時，其阻值減??；當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生拉伸應(yīng)變時，其阻值增加。應(yīng)變片阻值的變化，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。第41頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)變片r1和r2與兩個固定電阻r3和r4組成橋式電路，如圖3—1l(b)所示。由于r1和r2的阻值變化而使橋路失去平衡，從而獲得不平衡電壓ΔU作為傳感器的輸出信號，在橋路供給直流穩(wěn)壓電源最大為10V時，可得最大ΔU為5mV的輸出。傳感器的被測壓力可達25Mpa。由于傳感器的固有頻率在25000Hz以上，故有較好的動態(tài)性能．適用于快速變化的壓力測量。傳感器的非線性及滯后誤差小于額定壓力的1％。第42頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成、其工作原理如圖3—12所示。第43頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單品硅的特定方向擴散—組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時、單品硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信導(dǎo)。壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單等特點，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件下工作，便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測量壓力，稍加改變，就可以用來測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。第44頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

4．力矩平衡式壓力變送器力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量精度(一般為0.5級)、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點。下面以DDZ—Ⅲ型電動力矩平衡壓力變送器為例加以介紹。第45頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

DDZ—Ⅲ型系列為直流24V供電,輸出4—20mA(DC),兩線制，本質(zhì)安全防爆。第46頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月通過推倒，可以得到輸出電流與被測壓力之間的關(guān)系：（3—20）其中，K為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)，當(dāng)變送器的結(jié)構(gòu)及電磁特性確定后，K為一常數(shù)。上式說明，當(dāng)矢量機構(gòu)的角度θ確定后，變送器的輸出電流I0與輸入壓力p成對應(yīng)關(guān)系。如圖所示，調(diào)節(jié)量程調(diào)整螺釘5，可改變矢量機構(gòu)的夾角θ，從而能連續(xù)改變兩杠桿間的傳動比，也就是能調(diào)整變送器的量程。通常、矢量角θ可以在4o一15o之間調(diào)整，tgθ變化約4倍，因而相應(yīng)的量程也可以改變4倍，調(diào)節(jié)彈黃12的張力，可起到調(diào)整零點的作用。如果將以上壓力變送器的測壓彈性元件稍加改變，就可以用來連續(xù)測量差壓或絕村壓力，其工作原理基本上是一樣的。第47頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

5．電容式壓力變送器

20世紀(jì)70午代初由美國最先投放市場的電容變送器，是一種開環(huán)檢測儀表，具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強、可靠性好、測量精度高、體積小、重量輕、使用方便等一系列優(yōu)點、目前已成為最受歡迎的壓力、差壓變達器，其輸出信號也是標(biāo)準(zhǔn)的4—20mA(DC)電流信號。電容式壓力變送器是先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進行測量的。第48頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3—14是電容式差壓變送器的原理圖，將左右對稱的不銹鋼底座的外側(cè)加工成環(huán)狀波紋溝槽，并焊上波紋隔離膜片。第49頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護測量膜片，當(dāng)差壓過大并超過允許測量范圍時，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過載后的恢復(fù)特性很好，這樣大大提高了過載承受能力。與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動機構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應(yīng)提高，可達0.2級。第50頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月四、智能型壓力變送器智能型壓力或差壓變送器就是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。例如，用帶有溫度補償?shù)碾娙輦鞲衅髋c微處理器相結(jié)合，構(gòu)成精度為0.1級的壓力或差壓變送器，其量程范圍為100：1．時間常數(shù)在0一36s間可調(diào)，通過手持通信器，可對1500m之內(nèi)的現(xiàn)場變送器進行工作參數(shù)的設(shè)定、量程調(diào)整以及向變送器加入信息數(shù)據(jù)。智能型變送器的特點是可進行遠程通信。利用手持通信器，可對現(xiàn)場變送器進行各種運行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護方便。通過編制各種程序，使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能。因而提高了變送器的精確度。簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護過程。促使變送器與計算機、控制系統(tǒng)直接對話。第51頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月五、壓力計的選用及安裝

1.壓力計的選用

(1)儀表類型的選用儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠傳、自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學(xué)性能(諸如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、易燃易爆性能等）是否對測量儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件(諸如高溫、電磁場、振動及現(xiàn)場安裝條件等)對儀表類型有否特殊要求等等。

(2)儀表測量范圍的確定儀表的測量范圍是指該儀表可按規(guī)定的精確度對被測量進行測量的范圍，它是根據(jù)操作中需要測量的參數(shù)的大小來確定的。第52頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月在測量壓力時，為了延長儀表使用壽命，避免彈性元件因受力過大而損懷，壓力計上限值應(yīng)該高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)“化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定”：在測量穩(wěn)定壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過測量上限值的2/3；在測量脈動壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過測量上限值的1/2；在測最高壓壓力時，最大工作壓力不應(yīng)越過測量上限值的3／5。為了保證測量值的準(zhǔn)確度，所側(cè)的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值不低于儀表滿量程的1/3為宜。根據(jù)被測參數(shù)的最大值和最小值計算出儀表的上、下限后，應(yīng)根據(jù)國家主管部門的規(guī)程或標(biāo)淮規(guī)定進行園整。岡此，選用儀表的標(biāo)尺極限值時，也只能采用相應(yīng)的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值(一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中找到)。

(3)儀表精度級的選取儀表精度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測量誤差來確定的。第53頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月例3某臺往復(fù)式壓縮機的出口壓力范圍為25一28MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警。試正確選用—臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。解由于往復(fù)式壓縮機的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為根據(jù)就地觀察及能進行高低限報警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點壓力表，測量范圍為0一60MPa。由于25/60＞1/3，故被測壓力的最小值不低干滿量程的1／3，這是允許的。第54頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為所以，精度等級為1.5級的儀表完全司以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX—150型電接點壓力表，測量范圍為0一60MPa。精度等級為1.5級。第55頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．壓力計的安裝壓力計的安裝正確與否，直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和壓力計的使用壽命。

(1)測壓點的選擇所選擇的測壓點應(yīng)能反映被測壓力的真實大小。為此，必須注意以下幾點。①要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測量液體壓力時，取壓點應(yīng)在管道下部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體；測量氣體壓力時，取壓點應(yīng)在管道上方，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存液體。第56頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)導(dǎo)壓管鋪設(shè)①管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑力6—10mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。②導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1：10一1：20的傾斜度．以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被洲介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。第57頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)壓力計的安裝①壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點應(yīng)力求避免振動和高溫影響。③測量蒸汽壓力時，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸[見圖3—l7(a)]；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，圖3—17(b)表示了被測介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。第58頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第59頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月④壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧希鳛槊芊鈮|片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按Δρ＝±Hρg進行修正。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。第60頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：26（p.93）

26．現(xiàn)有一臺測量范圍為0—1.6MPa，精度為1.5級的普通彈簧管壓力表，校驗后，其結(jié)果為：試問這臺表合格否?它能否用于某空氣貯罐的壓力測量(該貯罐工作壓力為0.8—1.0MPa，測量的絕對誤差不允許大于0.05MPa)?第61頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)流量檢測及儀表一、概述在化工和煉油生產(chǎn)過程中，為了有效地進行生產(chǎn)操作和控制，經(jīng)常需要測量生產(chǎn)過程個各種介質(zhì)(液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時，為了進行經(jīng)濟核算，經(jīng)常需要知道在一段時間(如一班、一天等)內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過程達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進行經(jīng)濟核算所必需的一個重要參數(shù)。瞬時流量：指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小?？偭浚涸谀骋欢螘r間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值。第62頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月流量和總量，可以用質(zhì)量表示，也可以用體積表示。單位時間內(nèi)流過的流體以質(zhì)量表示的稱為質(zhì)量流量，常用符號M表示。以體積表示的稱為體積流量，常用符號Q表示。若流體的密度是ρ，則體積流量與質(zhì)量流最之間的關(guān)系是：或（3—21）如以t表示時間，則流量和總量之間的關(guān)系是：和（3—22）測量流體流量的儀表—般叫流量計；測量流體總量的儀表常稱為計量表。然而兩者并不是截然劃分的，在流量計上配以累積機構(gòu)，也可以讀出總量。常用的流量單位有噸每小時(t/h)、千克每小時(kg/h)、千克每秒(kg/s)、立方米每小時(m3/h)、升每小時(L／h)、升每分(L／min)等。第63頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月目前有許多流量測量的分類方法，本書僅舉一種大致的分類法，簡介如下。

1．速度式流量計一種測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表，例如差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量汁、渦輪流量計、堰式流量計等。

2．容積式流量計一種以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。

3.質(zhì)量流量計一種以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量。間接式質(zhì)量流量計是用密度與容積流量經(jīng)過運算求得質(zhì)量流量的。質(zhì)量流量計具有測量精度不受流體的溫度、壓力、粘度等變化影響的優(yōu)點，是一種發(fā)展中的流量測量儀表。第64頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月二、差壓式流量計差壓式(也稱節(jié)流式)流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號，經(jīng)常通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(電的或氣的)，以供顯示、記錄或控制用。第65頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式

(1)節(jié)流現(xiàn)象流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置，節(jié)流件是能使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件，應(yīng)用最廣泛的是孔板、其次是噴嘴、文丘里管等。下面以孔板為例說明節(jié)流現(xiàn)象。流動流體的能量有兩種形式，即靜壓能和動能。這兩種形式的能量在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化，但是，根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動能，再加上克服流動阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。圖3—18表示在孔板前后流體的速度和壓力的分布情況。第66頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)流裝置前流體壓力較高，稱為正比，常以“十”標(biāo)志；節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓(注意不要與真空混淆)，常以“一”標(biāo)志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測出孔板前后兩側(cè)壓差的大小，即可表示流量的大小，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。值得注意的是：要準(zhǔn)確地測量出截面Ⅰ與截面Ⅱ處的壓力是有困難的，這是因為產(chǎn)生最低靜壓力的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變的,事先根本無法確定。因此實際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化的。第68頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)流量基本方程式流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即(3—23)（3—24）式中α——流量系數(shù)。它與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、孔口截面積與管道截面積之比m、雷諾數(shù)Re、孔口邊緣銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)；

ε——膨脹校正系數(shù)，它與孔板前后壓力的相對變化量、介質(zhì)的等熵指數(shù)、孔口截面積與管道截面積之比等因素有關(guān)。應(yīng)用時可查閱有關(guān)手冊而得。但對不可壓縮的液體來說，常取ε=1；第69頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

F0——節(jié)流裝置的開孔截面積；

Δp——節(jié)流裝置前后實際測得的壓力差；

ρ1——節(jié)流裝置前的流體密度。第70頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置差壓式流量計，由于使用歷史長久，已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗和完整的實驗資料。因此，國內(nèi)外已把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。例如．標(biāo)淮孔板對尺寸和公差、光潔度等都有詳細(xì)規(guī)定。如圖3—19所示，其中d／D應(yīng)在0.2~0.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h＝(0.005一0.02)D；總厚度H＜0.05D；錐面的斜角α=300一450等等，需要時可參閱設(shè)計手冊。第71頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月我國國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法為兩種，即角接取壓法和法蘭取壓法。所謂角接取壓法，就是在孔板(或噴嘴)前后兩端面與管壁的夾角處取壓。角接取壓方法可以通過環(huán)室或單獨鉆孔結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。環(huán)室取壓結(jié)構(gòu)如圖3—20(a)所示，單獨鉆孔結(jié)構(gòu)如圖3—20(b)所示。第73頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104~105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。此外，為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段。節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個差壓信號還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計，以便顯示出流量的數(shù)值。第75頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．差壓式流量計的測量誤差差壓式流量汁的應(yīng)用是非常廣泛的。但是，在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達10％一20％(造成這些誤差是由于使用不當(dāng)引起的，而不是儀表本身的測量誤差)。下面列舉一些造成測量誤差的原因，以便在應(yīng)用中注意。

(1)被測流體工作狀態(tài)的變動

(2)節(jié)流裝置安裝不正確

(3)孔板入口邊緣的磨損

(4)導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象①測量液體的流量時，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)部充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。

a．取壓點應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α應(yīng)為00—450，如圖3—21所示(如果從底部引出，液體中夾帶的固體雜質(zhì)會沉積在引壓管內(nèi)．引起堵塞，亦屬不宜)。第76頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

b．引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定的坡度(至少1：20一1：10)，使氣泡易于排出。

c．在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。如果差壓計只能裝在節(jié)流裝置之上時，則須加裝貯氣罐，如圖3—22中的貯氣罐6與放空閥3。這樣，即使有少量氣泡，對差壓Δp的測量仍無影響。第77頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月②測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。盡管在引壓導(dǎo)管的連接方式上有些不同，其目的仍是要保持兩根導(dǎo)管內(nèi)流體的密度相等。

a．取壓點應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。

b．引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以便引壓導(dǎo)管中不滯留液體。

c．如果差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則須加裝貯液罐和徘放閥，如圖3—23所示。第79頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第80頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月②測量蒸汽的流量時，要實現(xiàn)上述的基本原則，必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，最常用的接法見圖3—24所示。取壓點從節(jié)流裝置的水平位置接出，并分別安裝凝液罐2。這樣、兩根導(dǎo)壓管內(nèi)部充滿了冷凝液，而且液位一樣高，從而實現(xiàn)了差壓的準(zhǔn)確測量。自凝液罐至差壓計的接法與測量液體流量時相同。第81頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(5)差壓計安裝或使用不正確差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。由引壓導(dǎo)管接至差壓計或變送器前．必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組，如圖3—25所示。當(dāng)切斷閥1、2關(guān)閉時，打開平衡閥3，便可進行儀表的零點校驗。第82頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月測量腐蝕性(或因易凝固不適宜直接進人差壓計)的介質(zhì)流量時，必須采取隔離措施。最常用的方法是用某種與被測介質(zhì)不互溶且不起化學(xué)變化的中性液體作為隔離液，同時起傳遞壓力的作用。當(dāng)隔離液的密度ρ’1大于或小于被測介質(zhì)密度ρ1時，隔離罐分別采用圖3—26所示的兩種形式。第83頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月三、轉(zhuǎn)子流量計節(jié)流裝置對管徑小于50mm、低雷諾數(shù)的流體的測量精度是不高的。而轉(zhuǎn)子流量計則特別適宜于測量管徑50mm以下管道的流量，測量的流量可小到每小時幾升。第84頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.工作原理差壓式流量計，是在節(jié)流面積(如孔板流通面積)不變的條件下，以差壓變化來反映流量的大小。而轉(zhuǎn)子流量計，卻是以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。圖3—27是指示式轉(zhuǎn)子流量計的原理圖，它基本上由兩個部分組成，一個是由下往上逐漸擴大的錐形管(通常用玻璃制成，錐度為40’一30)；另一個是放在錐形管內(nèi)可自由運動的轉(zhuǎn)子。第85頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第86頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是由于在測量過程中，V、ρt、ρf、A、g均為常數(shù)，所以由式(3—25)可知，(p1—p2)也應(yīng)為常數(shù)。這就是說，在轉(zhuǎn)子流量計中，流體的壓降是固定不變的。所以，轉(zhuǎn)子流量計是以定壓降變節(jié)流面積法測量流量的，這正好與差壓法測量流量的情況相反。第87頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月由式(3—25)可得在Δp一定的情況下，流過轉(zhuǎn)子流量計的流量和轉(zhuǎn)子與錐形管間環(huán)隙面積F0有關(guān)。由于錐形管由下往上逐漸擴大，所以F0是與轉(zhuǎn)子浮起的高度有關(guān)的。這樣，根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小，可用下式表示或第88頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月式中φ——儀表常數(shù)

h——轉(zhuǎn)子浮起的高度將式3—26）代入以上兩式，分別得到第89頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計可以將反映流且大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。

(1)流量變送部分LZD系列電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計是用差動變壓器進行流量變送的。差動變壓器的結(jié)構(gòu)與原理如圖3—28所示。第90頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)鐵心處在差動變壓器線圈中的位置不同，次級線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e1、e2不同。即u=e1–e2＜0,＝0,＞0.等不同情況，據(jù)此可確定鐵心在線圈中的位置。第91頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月若將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵心連結(jié)起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運動帶動鐵心—起運動，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。這就是電遠傳轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)換原理。

(2)電動顯示部分圖3—29是LZD系列電遠傳轉(zhuǎn)子流量計的原理圖。第92頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．轉(zhuǎn)子流量計的指示值修正儀表廠為了便于成批生產(chǎn)，是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)(20℃，0.10133MPa)下用水或空氣進行刻度的，即轉(zhuǎn)子流量計的流量標(biāo)尺上的刻度值，對用于測量液體來講是代表200C時水的流量值，對用于測量氣體來講則是代表20℃，0.10133MPa壓力下空氣的流量值。

(1)液體流量測量時的修正測量液體的轉(zhuǎn)子流量計，由于制造廠是在常溫(200C)下用水標(biāo)定的，根據(jù)式(3—30)可寫為第93頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月對一般液體介質(zhì)來說，當(dāng)溫度和壓力改變時，對密度影響不大。如果被測介質(zhì)的粘度與水的粘度相差不大(不超過0.03Pa.s)，可近似認(rèn)為φ是常數(shù)，則有第94頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)氣體流量測定時的修正對于氣體介質(zhì)流量值的修正，除了被測介質(zhì)的密度不同以外，被測介質(zhì)的工作壓力和溫度的影響也較顯著，因此對密度、工作壓力和溫度均需進行修正。轉(zhuǎn)子流量計用來測量氣體時，制造廠是在工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)(293K，0.10133MPa絕對壓力）下用空氣進行標(biāo)定的。對于非空氣介質(zhì)在不同于上述基準(zhǔn)狀態(tài)下測量時，要進行校正。當(dāng)已知儀表顯示刻度Q0，要計算實際的工作介質(zhì)流量時，可按下式修正。（3—39）

式中Q1——被測介質(zhì)的流量，Nm3/h；

ρ1——被測介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/Nm3；

ρ0——被測介質(zhì)空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度（1.293kg/Nm3）；第95頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月p1——被測介質(zhì)的絕對壓力，MPa；p0——工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)時的絕對壓力（0.10133MPa）；T0——工業(yè)基準(zhǔn)狀態(tài)時的絕對溫度（293K）；T1——被測介質(zhì)的絕對溫度，K；Q0——按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)刻度的顯示流量值，Nm3/h；Kρ——密度修正系數(shù)；Kp——壓力修正系數(shù)；KT——溫度修正系數(shù)。第96頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月例5某廠用轉(zhuǎn)子流量計來測量溫度為270C，表壓為0.16MPa的空氣流量，問轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)為38Nm3/h時，空氣的實際流量是多少?第97頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)蒸汽流量測量時的換算轉(zhuǎn)子流量計用來測量水蒸氣流量時，若將蒸汽流量換算為水流量，可按式〔3—35〕計算。若轉(zhuǎn)子材料為不銹鋼，ρt＝7.9g／cm3，則有由上式可以看出，若已知某飽和蒸汽(溫度不超過2000C)流量值時，可從上式換算成相應(yīng)的水流量值，然后按轉(zhuǎn)子流量計規(guī)格選擇合適口徑的儀表。第98頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

四、橢圓齒輪流量計橢圓齒輪流量計是屬于容積式流量計的—種。它對被測流體的粘度變化不敏感，特別使合干測量高粘度的流體(例如重油、聚乙烯醇、樹脂等)、甚至糊狀物的流量。

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3—30所示。第99頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月第100頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月如圖3—30(a)、(b)、(c)所示，橢圓齒輪轉(zhuǎn)動了1／4周，其所排出的被測介質(zhì)為一個半月形容積。所以、橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測介質(zhì)量為半月形容積的4倍。故通過橢圓齒輪流量計的體積流量Q)

Q＝4nV0

（3—42）式中n一橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；

V0——半月形測量室容積。橢圓齒輪流量計的流量信號(即轉(zhuǎn)速n)的顯示，有就地顯示和遠傳顯示兩種。第101頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．使用特點由于橢圓齒輪流量計是基于容積式測量原理的，與流體的粘度等性質(zhì)無關(guān)。因此，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測量。測量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。但是．在使用時要特別注意被測介質(zhì)中不能含有固體顆粒，更不能夾雜機械物，否則會引起齒輪磨損以至損壞。為此，橢圓齒輪流量計的入口端必須加裝過濾器。另外，橢圓齒輪流量計的使用溫度有一定范圍，溫度過高，就有使齒輪發(fā)生卡死的可能。橢圓齒輪流量計的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造較為困難，因而成本較高。如果因使用不當(dāng)或使用時間過久，發(fā)生泄漏現(xiàn)象，就會引起較大的測量誤差。第102頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

五、渦輪流量計在流體流動的管道內(nèi)，安裝一個可以自由轉(zhuǎn)動的葉輪，當(dāng)流體通過葉輪時，流體的動能使葉輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越高，動能就越大，葉輪轉(zhuǎn)速也就越高。在規(guī)定的流量范圍和一定的流體粘度下，轉(zhuǎn)速與流速成線性關(guān)系，因此，測出葉輪的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過管道的流體流量或總量。第103頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3-31是渦輪流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。第104頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月它主要由下列幾部分組成。渦輪1是用高導(dǎo)磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。葉輪芯上裝有螺旋形葉片。流體作用于葉片上使之轉(zhuǎn)動。導(dǎo)流器2是用以穩(wěn)定流體的流向和支承葉輪的。磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器3是由線圈和滋鋼組成，用以將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，以供給前置放大器5進行放大。整個渦輪流量計安裝在外殼4上，外殼4是由非導(dǎo)磁的不銹鋼制成、兩端與流體管道相連接。交變電信號的頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，也即與流量成正比。這個電信號經(jīng)前置放大器放大后，送往子計數(shù)器或電子頻率計，以累積或指示流量。第105頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：渦輪流量計安裝方便，磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器與葉片間不需密封和齒輪傳動機構(gòu)，因而測量精度高，可耐高壓，靜壓可達50MPa。由于基于磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換原理．故反應(yīng)快，可測脈動流量。輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。缺點和注意事項：渦輪流量計的渦輪容易磨損，被測介質(zhì)中不應(yīng)帶機械雜質(zhì)、否則會影響測量精度和損壞機件。因此，一般應(yīng)加過濾器。安裝時，必須保證前后有一定的直管段，以使流向比較穩(wěn)定。一般入口直管段的長度取管道內(nèi)徑的10倍以上，出口取5倍以上。第106頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

六、電磁流量計在流量測量中，當(dāng)被測介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)時，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來測量流量。電磁流量計的特點是能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(例如泥漿)或纖維液體的流量。電磁流量計通常由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。被測介質(zhì)的流量經(jīng)變送器變換成感應(yīng)電勢后，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器把電勢信號轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的0一10mA直流信號作為輸出，以便進行指示、記錄或與電動單元組合儀表配套使用。第107頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

電磁流量計變送部分的原理圖如圖3—32所示。

在一段用非導(dǎo)磁材料制成的管道外面，安裝有一對磁極N和S，用以產(chǎn)生磁場。當(dāng)導(dǎo)電液體流過管道時，因流體切割磁力線而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢(根據(jù)發(fā)電機原理)。第108頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

感應(yīng)電勢的方向由右手定則判斷，其大小由下式?jīng)Q定；

K稱為儀表常數(shù)，在磁感應(yīng)強度B、管道直徑D確定不變后，K就是一個常數(shù)，這時感應(yīng)電勢的大小與體積流量之間具有線性關(guān)系，因而儀表具有均勻刻度。第109頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：電磁流量計的測量導(dǎo)管內(nèi)無可動部件或突出于管內(nèi)的部件，因而壓力損失很小。在采取防腐襯里的條件下，可以用于測量各種腐蝕性液體的流量，也可以用來測量含有顆粒、懸浮物等液體的流量。此外，其輸出信號與流量之間的關(guān)系不受液體的物理性質(zhì)(例溫度、壓力、粘度等)變化和流動狀態(tài)的影響。對流量變化反應(yīng)速度快，故可用來測量脈動流量。

缺點和注意事項：電磁流量計只能用來測量導(dǎo)電液體的流量，其導(dǎo)電率要求不小于10-6一10-5L/(cm·Ω)，即不小于水的導(dǎo)電率。不能測量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。由于液體中所感應(yīng)出的電勢數(shù)值很小，所以要引入高放大倍數(shù)的放大器，由此而造成測量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且很容易受外界電磁場干擾的影響，在使用不恰當(dāng)時會大大地影響儀表的精度。在使用中要注意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠離一切磁源(例如大功率電機、變壓器等)。不能有振動。第110頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月流量計的種類很多，除了以上介紹的幾種流量計外，還有許多類型的流量計，例如靶式流量汁、堰式流量計、漩渦流量計、直接式質(zhì)量流量計、間接式質(zhì)量流量計等。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化水平的提高。許多新的流量測量方法也日益被人們重視和采用，例如超聲波、激光、X—射線及核磁共振等逐漸應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，成為目前較新的流量測量技術(shù)。第111頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：39題（p.93）用水刻度的流量計，測量范圍為0—10L/min，轉(zhuǎn)子用密度為7920kg／m3的不銹鋼制成，若用來測量密度為0.831kg／L苯的流量，問測量范圍為多少?若這時轉(zhuǎn)子材料改為由密度為2750kg／m3的鋁制成，問這時用來測量水的流量及苯的流量，其測量范圍各為多少’第112頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

第四節(jié)物位檢測及儀表

一、概述在容器中液體介質(zhì)的高低叫液位，容器中固體或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度叫料位。測量液位的儀表叫液位計;測量料位的儀表叫料位計;測量兩種密度不同液體介質(zhì)的分界面的儀表叫界面計。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位儀表。

一般測量物位有兩種目的，一種是對物位測量的絕對值要求非常準(zhǔn)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(shù)量；另一種是對物位測量的相對值要求非常準(zhǔn)確，要能迅速正確反映某一特定水準(zhǔn)面上的物料相對變化，用以連續(xù)控制生產(chǎn)工藝過程，即利用物位儀表進行監(jiān)視和控制。第113頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月工業(yè)生產(chǎn)中對物位儀表的要求：主要的有精度、量程、經(jīng)濟和安全可靠等方面，其中首要的是安全可靠。測量物位儀表按其工作原理主要有下列幾種類型。

(1)直讀式物位儀表這類儀表中主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等。

(2)差壓式物位儀表它又可分為壓力式物位儀表和差壓式物位儀表，利用液柱或物料堆積對某定點產(chǎn)生壓力的原理而工作。

(3)浮力式物位儀表利用浮子高度隨液位變化而改變或液體對浸沉于液體中的浮子(或稱沉筒)的浮力隨液位高度而變化的原理工作。它又可分為浮子帶鋼絲繩或鋼帶的、浮球帶杠桿的和沉筒式的幾種。

(4)電磁式物位儀表使物位的變化轉(zhuǎn)換為一些電量的變化，通過測出這些電量的變化來測知物位。它可以分為電阻式(即電極式)、電容式和電感式物位儀表等。還有利用壓磁效應(yīng)工作的物位儀表。第114頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月（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(zhì)層的厚度而變化的原理而工作的。目前應(yīng)用較多的是γ射線。

(6)聲波式物性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，測出這些變化就可測知物位。所以聲波式物位儀表可以根據(jù)它的工作原理分為聲波遮斷式、反射式和阻尼式。

(7)光學(xué)式物仿儀表利用物位對光波的遮斷和反射原理工作，它利用的光源可以有普通白熾燈光或激光等。此外，還有一些其他型式的物位儀表，下面重點介紹差壓式液位計，并簡單介紹幾種其它類型的物位測量儀表。第115頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月二、差壓式液位變送器

1．工作原理差壓式液位變送器，是利用容器內(nèi)的液位改變時，由液位產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如圖3—4l所示。第116頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為p，則當(dāng)被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時，不需要遠傳信號，也可以在容器底部安裝壓力表，如圖3-42所示，根據(jù)壓力p與液位H成正比的關(guān)系，可直接在壓力表上按液位進行刻度。第117頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2零點遷移問題

1）無遷移一般來說，差壓Δp與液位高度H之間有如下關(guān)系這就屬于一般的“無遷移”情況。當(dāng)H=0時，作用在正、負(fù)壓室的壓力是相等的。第118頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

2）負(fù)遷移在實際應(yīng)用中，往往H與Δp之間的對應(yīng)關(guān)系不那么簡單。例如圖3—43所示，為防止容器內(nèi)液體和氣體進入變送器而造成管線堵塞或腐蝕，并保持負(fù)壓室的液柱高度恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以隔離液。第119頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月若被測介質(zhì)密度為ρ1，隔離液密度為ρ2(通常ρ2＞ρ1)，這時正、負(fù)壓室的壓力分別為正、負(fù)壓室間的壓差為第120頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月將式(3—56)與式(3—53)相比較，就知道這時壓差減少了(h2一h1)ρ2g一項，也就是說,當(dāng)H＝0時，Δp＝一((h2一h1)ρ2g，對比無遷移情況，相當(dāng)于在負(fù)壓室多了一項壓力，其固定數(shù)值為(h2一h1)ρ2g。假定采用的是DDZ—Ⅲ型差壓變送器，其輸出范圍為4—20mA的電流信號。在無遷移時，H＝0，Δp＝0，這時變送器的輸出I0＝4mA；H＝Hmax,Δp=Δpmax

，這時變送器的輸出I0＝20mA。但是有遷移時，根據(jù)式(3—56)可知，由于有固定差壓的存在,當(dāng)H＝0時,變迭器的輸入小于0，其輸出必定小于4mA，當(dāng)H＝Hmax時，變送器的輸入小于Δpmax

，其輸出必定小于20mA。第121頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月為了使儀表的輸出能正確反映出液位的數(shù)值，也就是使液位的零值與滿量程能與變送器輸出的上、下限值相對應(yīng)，必須設(shè)法抵消固定壓差(h2一h1)ρ2g的作用，使得當(dāng)H＝0時，變送器的輸出仍然回到4mA，而當(dāng)H＝Hmax時，、變送器的輸出能為20mA。采用零點遷移的辦法就能夠達到此目的，即調(diào)節(jié)儀表上的遷移彈簧，以抵消固定壓差(h2一h1)ρ2g的作用。這里遷移彈簧的作用，其實質(zhì)是改變變送器的零點。遷移和調(diào)零都是使變送器輸出的起始位與被測量起始點相對應(yīng)，只不過零點調(diào)整量通常較小，而零點遷移量則比較大。第122頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3）正遷移由于工作條件的不同，有時會出現(xiàn)正遷移的情況，如圖3—45所示。當(dāng)H＝0時，正壓室多了一項附加壓力hρg，或者說H＝0時，Δp＝hρg，這時變送器輸出大于4mA。第123頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月遷移同時改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。例如，某差壓變送器的測量范圍為0一5000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時，變送器的輸出將由4mA變化到20mA、這是無遷移的情況，如圖3—44中曲線a所示。第124頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)有遷移時假定固定壓差為（h2一h1）ρ2g=2000Pa，那么H=0時，根據(jù)式(3—56)有Δp＝—（h2一h1）ρ2g=—2000Pa，這時變送器的輸出應(yīng)為4mA；H為最大時，Δp＝Hρ1g一（h2一h1）ρ2g＝5000一2000＝3000Pa，這時變送器輸出應(yīng)為20mA．如圖3—44中曲線b所示。也就是說，Δp從一2000Pa到3000Pa變化時，變送器的輸出應(yīng)從4mA變化到20mA。它維持原來的量程(5000Pa)大小不變，只是向負(fù)方向遷移了一個固定壓差值[（h2一h1）ρ2g=2000Pa]。這種情況稱之為負(fù)遷移。在正遷移時正壓室多了一項附加壓力hρg，或者說H＝0時，Δp＝hρg，這時變送器輸出大于4mA，畫出此時變送器輸出和輸入壓差之間的關(guān)系，就如同圖3—44中曲線c所示。第125頁，課件共198頁，創(chuàng)作于2023年2月

3．用法蘭式差壓變送器