1、常用儀表的結(jié)構和測量原理,中國石油,第八采油廠培訓站,中國石油,第八采油廠培訓站,中國石油,第八采油廠培訓站,中國石油,第八采油廠培訓站,一、概述 二、壓力測量儀表 三、溫度測量儀表 四、液位測量儀表 五、流量測量儀表,內(nèi) 容 提 要,中國石油,第八采油廠培訓站,概 述 一、儀表的作用 儀表是人們在長期的生產(chǎn)實踐中發(fā)展起來的一種技術工具。在工業(yè)生產(chǎn)中，作為“耳目”與“手足”，可以使人們更有效、更準確地觀察和操縱生產(chǎn)設備，了解和控制生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動化。,中國石油,第八采油廠培訓站,二、測量儀表的分類 按所測參數(shù)不同，可分為壓力測量儀表、流量測量儀表、溫度測量儀表、液位測量儀

2、表和成分分析儀等。 按儀表指示方式的不同，分為指示型儀表、記錄型儀表、遠傳型儀表等。 按儀表能源的不同分類。,中國石油,第八采油廠培訓站,一、壓力及測量單位,定義：垂直均勻作用于單位面積上的力。,單位：壓力的法定單位是帕斯卡，簡稱“帕”。,符號： “Pa”,它表示在1平方米的面積上均勻垂直作用1牛頓的力，牛頓的符號是“N”，即：,壓 力 測 量,中國石油,第八采油廠培訓站,即：,帕所表示的壓力值較小，工程上還經(jīng)常使用兆帕(MPa)、千帕（kPa)兩種壓力單位。,除此之外，以前使用的壓力單位有標準大氣壓、工程大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱等。,中國石油,第八采油廠培訓站,壓力的表示方法有絕對壓力、表

3、壓力和負壓力。 大氣壓力Pa是指空氣的重力作用在地球的表面所產(chǎn)生的壓力。 絕對壓力P是指物體所受的實際壓力。 工程上所用的壓力指示值，多為表壓或真空度(負壓)。表壓、真空度是流體的絕對壓力與當?shù)卮髿鈮合啾容^而得出的相對壓力值。,中國石油,第八采油廠培訓站,表壓力P也叫正壓力，是壓力表所指示的壓力， 等于高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差。 即： 負壓力也叫真空度，是真空表所指示壓力，它等于大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之差。 即：,因為壓力表通常是處于大氣之中，本身就承受著大氣壓力，所以壓力表所測壓力為表壓或負壓。,中國石油,第八采油廠培訓站,二、壓力測量儀表分類 測壓儀表根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不

4、同可分為 1)液柱壓力計，它是根據(jù)流體力學原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量，例如型管壓力計。 2)彈性式壓力計，它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量。例如彈簧管壓力表。 3)電氣式壓力計，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進行測量，例如電容式1151壓力變送器。 4）活塞式壓力計。,中國石油,第八采油廠培訓站,三、彈性式壓力計,彈性式壓力計是利用各種彈性原件，將所測壓力轉(zhuǎn)變成一定的彈性變形量，通過測量彈性變形量的大小來測量壓力的大小。,彈性式壓力計中最常用的是單圈彈簧管壓力表。,彈性式壓力計的彈性原件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、波紋管等。,中國石油,第

5、八采油廠培訓站,彈性式壓力測量元件 測壓原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來度量被測壓力的 。 當彈性元件受壓力作用時會產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號。 彈性元件的特點：構造簡單，價格便宜，測壓范圍寬，被測壓力低至幾帕，高達數(shù)百兆帕都可使用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中占有統(tǒng)治地位。,中國石油,第八采油廠培訓站,彈簧管式壓力表是工業(yè)上應用最廣泛的一種測壓儀表，并以單圈彈簧管為最多。彈簧管式壓力表可以直接測量蒸汽、油、水和氣體等介質(zhì)的表壓力、負壓和絕壓，其測量范圍為10-4103MPa。,缺點是不適宜動態(tài)測量。,優(yōu)點是結(jié)構簡單，使用

6、方便，操作安全可靠。,中國石油,第八采油廠培訓站,中國石油,第八采油廠培訓站,彈簧管式壓力表的工作原理,中國石油,第八采油廠培訓站,2）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而構成的。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，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當壓力發(fā)生變化時，單晶硅產(chǎn)生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。,中國石油,第八采油廠培訓站,壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應高、滯后小、尺寸小、結(jié)構簡單等特點，可以適應惡劣的環(huán)境條件，便

7、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)。,中國石油,第八采油廠培訓站,擴散硅壓力變送器檢測部件的原理結(jié)構如圖 (a)所示。它的感壓元件叫做擴散硅應變片。其電阻布置如圖(b)所示、杯內(nèi)腔承受被測壓力p，杯的外側(cè)為大氣壓力。如用來測量差壓，則分別接 p1及p2。,中國石油,第八采油廠培訓站,一、溫度及溫度測量 溫度是表示物體冷熱程度的物理量。溫度的測量是通過間接測量實現(xiàn)的。一般是利用不同物體之間的熱交換間接測量的。 溫度測量儀表有接觸式測量和非接觸式測量兩種方式。,溫 度 測 量,中國石油,第八采油廠培訓站,溫度測量儀表的分類

8、： 1.測溫儀表按測量范圍分為兩種，一種是溫度計，測量溫度在550 以下；另一種是高溫計，測量溫度在550 以上 ； 2.按測量方法分為接觸式測溫儀表和非接觸式測溫儀表； 3.按工作原理分為膨脹式溫度計、壓力表式溫度計、熱電阻溫度計、熱電偶溫度計。,中國石油,第八采油廠培訓站,二、溫標 用來衡量溫度高低的尺度叫溫標。溫標是用數(shù)值表示溫度的一種方法。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)零點和測量溫度的基本單位，各種溫度計的刻度分度均由溫標確定。 1.攝氏溫標,它的單位是攝氏度，用符號“”表示。規(guī)定標準大氣壓下冰的融點為0，水的沸點為100,從0到100間劃分為100等分，每一等分為1攝氏度。,2.華氏溫標 測量單

9、位是華氏度，用符號“F”表示，物體的溫度符號一般用“t”表示。它規(guī)定水的凝固點為32華氏度，沸點為212華氏度，其間劃分為180等份，每一等份為一華氏度。歐美國家經(jīng)常使用華氏溫標。它與攝氏溫標的換算關系為：,中國石油,第八采油廠培訓站,3.國際實用溫標 是以熱力學溫標為基礎的一種溫標。物理學認為-273.15時，理想氣體的分子停止運動，即分子熱運動的動能等于零，這個溫度叫作熱力學溫度。熱力學溫標的單位是“開”(開爾文)，用符號“K”表示，使用熱力學溫標時，物體的溫度符號用“T”表示。 熱力學溫標與攝氏溫標的不同之處，在于起點溫度的規(guī)定不同，兩者的溫度間隔是相同的。,中國石油,第八采油廠培訓站,

10、兩種溫標的換算關系如下：,我國法定的溫度計量單位是熱力學溫標開爾文，即K，也可以用攝氏溫標，即。一般溫度計標的溫度單位是，使用時可用上式換算。,第八采油廠培訓站,中國石油,三、膨脹式溫度計 1.雙金屬溫度計（固體膨脹式溫度計） 采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片，迭焊在一起制成螺旋形感溫元件，并置于金屬保護套管中，一端固定在套管底部，稱為固定端，另一端連接在一根細軸上，稱為自由端，細軸上安裝有指針用以指示溫度。,中國石油,第八采油廠培訓站,是基于放在一密封容器內(nèi)的工作物質(zhì)隨溫度而發(fā)生體積或壓力變化的原理而制成的。壓力表式溫度計的工作物質(zhì)可以是液體、氣體和蒸汽，其結(jié)構由溫包、毛細管和測量儀表三部分組成

11、。,2、壓力式溫度計,使用時將溫包置于被測介質(zhì)中，當被測介質(zhì)溫度變化時，溫包內(nèi)的物質(zhì)的體積或壓力隨之變化，此變化經(jīng)毛細管傳遞到彈簧管，彈簧管自由端位移，通過傳動機構帶動指針指示相應的溫度值。,中國石油,第八采油廠培訓站,四、熱電偶溫度計 熱電偶溫度計的測溫范圍很廣，可測量生產(chǎn)過程中01600范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。這類儀表結(jié)構簡單、使用方便、測溫準確可靠、便于遠傳、自動記錄和集中控制，因而在工業(yè)生產(chǎn)中應用極為普遍。,中國石油,第八采油廠培訓站,1、測量原理 熱電偶溫度計是基于熱電效應這一原理測量溫度的。它是將兩種不同金屬導體的一端焊接在一起構成熱電極，焊接的一端作為熱端，

12、另一端作為冷端。,1-熱電偶； 2-連接導線； 3-顯示儀表。,中國石油,第八采油廠培訓站,測量時將熱電偶的熱端置于被測溫度場中，冷端處于環(huán)境溫度下，由于熱電偶冷熱兩端的溫度不同，在熱電偶上將產(chǎn)生與冷熱兩端的溫度差大小有關的熱電勢，測量時若保持冷端溫度不變，熱電偶的熱電勢就是所測溫度的單值函數(shù)。這樣，測出熱電勢E的大小，就可知道所測溫度的大小。,中國石油,第八采油廠培訓站,五、熱電阻溫度計 1、熱電阻溫度計的測溫原理 熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理制成的，當測出金屬導體或半導體的電阻值時，就可以獲得與之對應的溫度值。,由感溫元件熱電阻、顯示儀表和連接導線組成

13、。使用時將熱電阻置于被測溫的介質(zhì)中，介質(zhì)溫度的變化引起熱電阻的電阻值變化，此變化通過顯示儀表指示出被測溫度。,中國石油,第八采油廠培訓站,普通型熱電阻的結(jié)構,熱電阻由電阻體、絕緣管、保護套管、接線盒四部分組成。,1-引出線孔；2-引線孔螺母；3-鏈條；4-蓋子；5-接線柱；6-密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護套管；10-絕緣管；11-引出線；12-電阻體,中國石油,第八采油廠培訓站,液 位 測 量 一、直讀式液位計 這類儀表中主要有玻璃管液位計、玻璃板液位計等，這類液位計是利用連通器原理進行液位測量的。主要用在加熱爐、分離器等的容器上。,中國石油,第八采油廠培訓站,二、浮力式液位計 這

14、類液位計是利用浮力原理工作的。分為兩種：一是恒浮力式液位計，如浮標式、浮球式、磁浮子液位計；另一種是變浮力式液位計，如浮筒式液位計。,中國石油,第八采油廠培訓站,磁浮子液位計,中國石油,第八采油廠培訓站,流 量 測 量,一、流量測量的重要性 在石油、天然氣開采過程中，石油、天然氣、水等流體是在管道中處于不斷的流動狀態(tài)。這時需要對介質(zhì)的流量進行測量和控制，以確保安全、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)；同時，流量測量也是進行貿(mào)易、經(jīng)濟核算需要的重要參數(shù)。 石油、天然氣的計量以總量計量為主，計量方法有兩類：質(zhì)量法和體積法。質(zhì)量法的計量單位為噸，通常我國原油計量用質(zhì)量法；體積法的計量單位為立方米，國外用桶或加侖，我國天然氣

15、計量用體積法。,中國石油,第八采油廠培訓站,二、流量的概念和單位,瞬時流量 單位時間內(nèi)流過管道橫截面積的流體數(shù)量叫流量。流量可用體積流量,和質(zhì)量流量,兩種方法表示。 體積流量：單位時間內(nèi)流過管道橫截面積的流體體積數(shù)量為體積流量。天然氣流量常用體積流量來表示，其法定單位為m3/s，m3/h，m3/d等。 質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流過管道橫截面積的流體質(zhì)量數(shù)量為質(zhì)量流量。,中國石油,第八采油廠培訓站,一定質(zhì)量天然氣的體積與所處的溫度、壓力有關，當天然氣的溫度、壓力發(fā)生變化時、天然氣的體積隨之發(fā)生變化，那么體積流量也發(fā)生變化。有關法規(guī)規(guī)定：天然氣流量計量用標準狀態(tài)下的體積流量來計量。標準狀態(tài)是指壓力為1

16、01.325kPa，溫度為293.15K的氣體狀態(tài)。 2.累積流量 一段時間流經(jīng)管道截面的流體的數(shù)量的總和，也叫總量。,中國石油,第八采油廠培訓站,三、流量測量儀表的分類 測量流量的儀器或儀表叫做流量計。用于測量流量的流量計種類很多，根據(jù)測量原理的不同分為三類： 1.速度式流量計 常用的主要有標準孔板差壓式流量計、渦輪流量計、臨界速度流量計、轉(zhuǎn)子流量計等。 2.容積式流量計 以計量總量為主。 3.質(zhì)量式流量計 是一種正在發(fā)展中的流量計。,中國石油,第八采油廠培訓站,四、差壓式流量計,目前現(xiàn)場常用孔板差壓流量計進行天然氣流量的測量。,1、結(jié)構及測量原理 差壓流量計由節(jié)流裝置、差壓信號管路及差壓顯

17、示儀表（或微機處理機）三部分組成。,中國石油,第八采油廠培訓站,被測流體的流量經(jīng)節(jié)流裝置轉(zhuǎn)換為差壓信號，再通過信號管路傳至差壓顯示儀表，從而進行流量顯示。在天然氣采輸生產(chǎn)中，廣泛使用的節(jié)流元件是標準孔板的環(huán)室節(jié)流裝置。,中國石油,第八采油廠培訓站,五、旋進旋渦智能流量計,在測量天然氣流量時，由于氣體的密度受溫度壓力參數(shù)的影響較大，一般在常溫附近溫度每變化lO密度變化約為3，而在常壓附近，壓力每變化0.01MPa密度變化約為9%。因而要準確測量天然氣的體積流量，就必須同時跟蹤測量天然氣的工況壓力和溫度，從而將工況下的氣體體積流量轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴薁顟B(tài)下的體積流量。旋進旋渦智能流量計就是基于這要求，在早期的旋進旋渦流量計的基礎上開發(fā)研制的一種流量儀表。,中國石油,第八采油廠培訓站,它集溫度、壓力傳感器、流量計算、基地顯示于一體，具有測量范圍較寬，線性誤差和重復性誤差較小，可使用電池供電等優(yōu)點。,1.旋進旋渦智能流量計的結(jié)構 由四大部件組成，即由流量傳感器(亦稱主體結(jié)構)、溫度傳感器、壓力傳感器、流量計算處理顯示組成。其中流量傳感器由流量計殼體、旋渦發(fā)生體、壓電傳感器、除旋整流器組成。,中國石油,第八采油廠培訓站,中國石油,第八采油廠