1、第三章 檢測(cè)變送,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖,本章主要內(nèi)容：,3.1 概述,3.2 溫度檢測(cè),3.3 流量檢測(cè),3.4 壓力檢測(cè),3.5 物位檢測(cè),3.8 變送器,3.9 現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展,3.1 概 述,3.1.0 檢測(cè)變送的重要性,3.1.1 測(cè)量誤差,3.1.2 儀表性能指標(biāo),在過(guò)程自動(dòng)化中要通過(guò)檢測(cè)元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見(jiàn)變量是溫度、壓力、流量、物位（四大參數(shù)）。 檢測(cè)元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與之成對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)包括位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等。,3.1.0 檢測(cè)變送的重要性,由于檢測(cè)元件的輸出信號(hào)

2、種類繁多，且信號(hào)較弱不易察覺(jué)，一般都需要將其經(jīng)過(guò)變送器處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣信號(hào)（如420mA 或 010mA直流電流信號(hào) ,20100KPa氣壓信號(hào)）送往顯示儀表，指示或記錄工藝變量，或同時(shí)送往控制器對(duì)被控變量進(jìn)行控制。有時(shí)將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表, 或者將檢測(cè)元件稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。,檢測(cè)實(shí)施正確控制的第一步,變送將檢測(cè)元件輸出的各種信號(hào)、微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一(標(biāo)準(zhǔn))的電氣信號(hào)。,靜態(tài)：正確y(t)正確反映c(t)的值 可靠長(zhǎng)期工作,動(dòng)態(tài)：迅速y(t)迅速反映c(t)的變化,過(guò)程控制對(duì)檢測(cè)儀表要求：,3.1.1 測(cè)量誤差,(1) 絕對(duì)誤差：儀表

3、的指示值與被測(cè)量的真值之間的差值。,(2) 相對(duì)誤差（儀表引用誤差）,測(cè)量誤差：檢測(cè)儀表獲得的被測(cè)值與實(shí)際被測(cè)變量真實(shí)值之間的差距。,理論上：,實(shí)際上：,絕對(duì)誤差與儀表的量程之比。,(3) 允許誤差,(4) 附加誤差,由于外界環(huán)境條件變化以及儀表波動(dòng)等外界因素引起的誤差。,3.1.2 儀表性能指標(biāo),精確度（精度） 表示儀表測(cè)量結(jié)果的可靠程度。 儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。 精度等級(jí)：允許誤差去掉“”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。,儀表的精度等級(jí)以一定的符號(hào)形式表示在儀表標(biāo)尺板上，如1.0外加一個(gè)圓圈或三角形。

4、精度等級(jí)1.0，說(shuō)明該儀表允許誤差為1.0%。,目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有： 0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等,例1 某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，其最大絕對(duì)誤差為4 ，試確定該儀表的精度等級(jí)。,由于國(guó)家規(guī)定的精度等級(jí)中沒(méi)有0.8級(jí)儀表，而該儀表的最大引用誤差超過(guò)了0.5級(jí)儀表的允許誤差，所以這臺(tái)儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)。,解 儀表的最大允許誤差為,例2 某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過(guò)4 ，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求。,0.8%介于允許誤差0.5%與1.0%之

5、間，如果選擇允許誤差為1.0%,則其精度等級(jí)應(yīng)為1.0級(jí)。量程為6001100，精確度為1.0級(jí)的儀表，可能產(chǎn)生的最大絕對(duì)誤差為5，超過(guò)了工藝的要求。所以只能選擇一臺(tái)允許誤差為0.5%，即精確度等級(jí)為0.5級(jí)的儀表，才能滿足工藝要求。,解 根據(jù)工藝要求，儀表的最大允許誤差為,結(jié)論：校表： 選表：,儀表量程的上限：Ymax: 4/33/2倍（被測(cè)變量） 波動(dòng)較大時(shí)：3/22倍（被測(cè)變量） 下限：一般地，被測(cè)變量的值不低于全量程的1/3。,儀表精度與量程有關(guān)，量程是根據(jù)所要測(cè)量的工藝變量來(lái)確定的。在儀表精度等級(jí)一定的前提下適當(dāng)縮小量程，可以減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。,(2) 變差 在外界條件不

6、變的情況下，使用同一臺(tái)儀表對(duì)某一變量進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)于同一測(cè)量值所得的儀表讀數(shù)之間的差異。 注意：儀表的變差不能超出儀表的允許誤差。,(3) 線性度,衡量?jī)x表實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)。 線性度差就要降低儀表精度。,圖3.1 線性度,(4) 靈敏度和分辨率 靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即 靈敏度=Y/X 對(duì)于模擬式儀表而言，Y是儀表指針的角位移或線位移。靈敏度反映了儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度。,分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。 分辨率是靈敏度的一種反映。對(duì)于數(shù)字式儀表而言，分辨率就是數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測(cè)量的變化與量程的比

7、值。,(5) 動(dòng)態(tài)誤差 由于儀表動(dòng)作的慣性延遲和測(cè)量傳遞滯后，當(dāng)被測(cè)量突然變化后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能準(zhǔn)確顯示出來(lái)，這樣造成的誤差。 注：在工業(yè)生產(chǎn)中被測(cè)量變化較快是不能忽略動(dòng)態(tài)誤差。,3.2 溫度檢測(cè),3.2.1 溫度檢測(cè)方法,3.2.2 熱電偶,3.2.3 熱電阻,3.2.4 熱電偶、熱電阻的選用,3.2.1 溫度檢測(cè)方法,按測(cè)溫元件是否與被測(cè)對(duì)象接觸分為： 接觸式： 非接觸式：,接觸式：測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)溫精度較高。 缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象必須經(jīng)過(guò)充分的熱交換且達(dá)到平衡后才能測(cè)量，這樣容易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，同時(shí)帶來(lái)測(cè)溫過(guò)程

8、的延遲現(xiàn)象，不適于測(cè)量熱容量小的對(duì)象、極高溫的對(duì)象、處于運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象。 不適于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。,非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱交換，或測(cè)溫元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度。 優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測(cè)量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)。非接觸式測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。 缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測(cè)量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。,3.2.2 熱電偶,(1) 測(cè)溫原理熱電效應(yīng),圖3.2 熱電偶的熱電效應(yīng),（參比端、冷端、固定端）,（工作端、熱端、自由端）,將兩種

9、不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B連在一起組成一個(gè)閉合回路，而且兩個(gè)接點(diǎn)的溫度o,則回路內(nèi)將有電流產(chǎn)生，電流大小正比于接點(diǎn)溫度和o的函數(shù)之差，而其極性則取決于A和B的材料。,根據(jù)熱電偶的“中間導(dǎo)體定律”可知：熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體后，只要該導(dǎo)體兩端溫度相同，熱電偶回路中所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)與沒(méi)有接入第三種導(dǎo)體時(shí)熱電偶所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)相同；同理，如果回路中接入更多種導(dǎo)體時(shí)，只要同一導(dǎo)體兩端溫度相同，也不影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值。因此熱電偶回路可以接入各種顯示儀表、變送器、連接導(dǎo)線等。,熱電偶的“中間導(dǎo)體定律”,分度表：當(dāng)0=0時(shí)， 與溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)值表。（非線性） 分度號(hào)：與分度表所對(duì)應(yīng)的熱電偶的代號(hào)

10、。,常用工業(yè)熱電偶比較,常用熱電偶類型： 普通型熱電偶：(熱電偶結(jié)構(gòu)類型見(jiàn)P27) 熱電極、絕緣管、接線盒等 鎧裝熱電偶 多點(diǎn)式熱點(diǎn)偶 防爆型熱點(diǎn)偶 表面型熱點(diǎn)偶,鎧裝熱電偶的特點(diǎn) 熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)態(tài)誤差； 可彎曲安裝使用； 測(cè)量范圍大； 機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；,扁接插式鎧裝熱電偶,補(bǔ)償導(dǎo)線式鎧裝熱電偶,防噴式鎧裝熱電偶,防水式鎧裝熱電偶,手柄式鎧裝熱電偶,圓接插式鎧裝熱電偶,圖3.3,多點(diǎn)熱電偶 適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在溫度梯度不顯著，須同時(shí)測(cè)量多個(gè)位置或位置的多處測(cè)量。廣泛應(yīng)用于大化肥合成塔、存儲(chǔ)罐等裝置中。,圖3.4 多點(diǎn)熱電偶,防爆型熱電偶的原理 防爆熱電偶是利用間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)具有

11、足夠強(qiáng)度的接線盒等部件，將所有會(huì)產(chǎn)生火花，電弧和危險(xiǎn)溫度的零部件都密封在接線盒腔內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生爆炸時(shí)，能通過(guò)接合面間隙熄火和冷卻，使爆炸后的火焰和溫度傳不到腔外，從而進(jìn)行隔爆。 特點(diǎn) 多種防爆形式，防爆性能好； 壓簧式感溫元件，抗振性能好； 測(cè)溫范圍大； 機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；,無(wú)固定裝置,固定法蘭式,固定螺紋式,活絡(luò)管接頭式,直型管接頭式,圖3.5 防爆型熱電偶 一覽圖,吹氣型熱電偶 通過(guò)吹進(jìn)氮?dú)饣蚱渌鼩怏w，將有害氣體送出保護(hù)管外，從而提高熱電偶?jí)勖?。?0萬(wàn)噸合成氨裝置中不可缺少的測(cè)溫裝置。,另外，壓簧固定熱電偶、直角彎頭熱電偶、耐磨阻漏熱電偶等等,圖3.6 吹氣型熱電偶,(2) 補(bǔ)償導(dǎo)

12、線 解決參比端溫度的恒定問(wèn)題。 補(bǔ)償導(dǎo)線要求：價(jià)格便宜，0100范圍內(nèi)的熱電性質(zhì)與要補(bǔ)償?shù)臒犭娕嫉臒犭娦再|(zhì)幾乎完全一樣,圖3.7 補(bǔ)償導(dǎo)線連接圖,(3) 熱電偶參比端溫度補(bǔ)償（測(cè)量的準(zhǔn)確性）,補(bǔ)償原理：工作端溫度，參比端0，熱電勢(shì)為,因此,參比端溫度補(bǔ)償方法：,計(jì)算法,冰浴法,機(jī)械調(diào)零法（動(dòng)圈表調(diào)零法），等級(jí)1.0以上,補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器,例如：用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度o =20，測(cè)得的熱電勢(shì)E（，o）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV, 則 E（，0）= E（，20）+ E（20，0） =32.479 + 0.798=33.

13、277 mV 再反查K分度表，得實(shí)際溫度是800。,計(jì)算法舉例：,3.2.3 熱電阻,金屬熱電阻測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化的特性。 熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。 常用熱電阻： 銅電阻和鉑電阻 熱電阻的結(jié)構(gòu)形式：普通型、鎧裝型、專用型,熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中的-200C500C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。,無(wú)固定裝置熱電阻,固定螺紋式熱電阻,活動(dòng)法蘭式熱電阻,固定螺紋錐式熱電阻,固定螺紋管接頭式熱電阻,活絡(luò)管接頭式熱電

14、阻,圖3.8,圖3.9 裝配式熱電阻,防噴式鎧裝熱電阻,扁接插式鎧裝熱電阻,防水式鎧裝熱電阻,圓接插式鎧裝熱電阻,補(bǔ)償導(dǎo)線式鎧裝熱電阻,圖 3.10,端面熱電阻適合于測(cè)量電廠汽輪機(jī)及電機(jī)軸瓦或其它機(jī)體表面溫度。,防腐熱電阻采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，適合于石油化工各種腐蝕性介質(zhì)中測(cè)溫。是氯堿行業(yè)的專用測(cè)溫儀表。,圖3.11 端面熱電阻,圖3.12 防腐熱電阻,微型熱電偶/熱電阻 適用于狹小場(chǎng)所的溫度測(cè)量與控制。是紡織、絳綸等行業(yè)業(yè)不可缺少的溫度測(cè)量裝置。 爐壁熱電偶/熱電阻 適合于電廠鍋爐爐壁，管壁及其它圓柱體表面測(cè)量。,微型熱電偶/熱電阻,特殊熱電偶/熱電阻,爐壁熱電偶/熱電阻

15、,圖3.13,半導(dǎo)體熱敏電阻測(cè)溫原理是基于某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化而變化的特性。 NTC型：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，多數(shù)是此類 PTC型：正溫度系數(shù)熱敏電阻，用于位式溫度檢測(cè) 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、體積小、熱慣性小。 缺點(diǎn)： 非線性嚴(yán)重、互換性差、測(cè)溫范圍窄,3.2.4 熱電偶、熱電阻的選用 (1)選用原則：較高溫度熱電偶 中低溫區(qū)熱電阻 一般以500為分界，但不絕對(duì),原因有兩點(diǎn)： (1)在中低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，對(duì)測(cè)量?jī)x表放大器和抗干擾要求很高。 (2)由于參比端溫度變化不易得到完全補(bǔ)償，在較低溫度區(qū)內(nèi)引起的相對(duì)誤差就很突出。 另外，還應(yīng)注意工作環(huán)境，如環(huán)境溫度、介質(zhì)性

16、質(zhì)（氧化性、還原性、腐蝕性）等，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)套管、連接導(dǎo)線等。,(2)安裝,(1)選擇有代表性的測(cè)溫點(diǎn)位置，測(cè)溫元件有足夠的插入深度 (2)熱電偶或熱電阻的接線盒的出線孔應(yīng)朝下，以免積水及灰塵等造成接觸不良，防止引入干擾信號(hào)。 (3)檢測(cè)元件應(yīng)避開(kāi)熱輻射強(qiáng)烈影響處。要密封安裝孔，避免被測(cè)介質(zhì)溢出或冷空氣吸入而引入誤差。,圖3.14 熱電偶安裝,(3)使用 熱電偶： 參比端溫度補(bǔ)償 補(bǔ)償導(dǎo)線的極性不能接反 分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致 在與采用補(bǔ)償電橋法進(jìn)行參比端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表（如電子電位差計(jì)、溫度變送器等）配套測(cè)溫時(shí)，熱電偶的參比端要與補(bǔ)償電阻感受相同溫度。,熱電阻： 分度號(hào)應(yīng)與

17、配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致 采用三線制接法,熱電阻溫度變送器輸入熱電阻信號(hào)給輸入回路。輸入回路是一個(gè)不平衡電橋，熱電阻即為橋路的一個(gè)橋臂。如果是金屬熱電阻，由于連接熱電阻的導(dǎo)線存在電阻，且導(dǎo)線電阻值隨環(huán)境溫度的變化而變化，從而造成測(cè)量誤差，因此實(shí)際測(cè)量時(shí)采用三線制接法。所謂三線制接法，就是從現(xiàn)場(chǎng)的金屬熱電阻兩端引出三根材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同的連接導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線被接入相鄰兩對(duì)抗橋臂中，另一根與測(cè)量橋路電源負(fù)極相連。見(jiàn)下圖。由于流過(guò)兩橋臂的電流相等，因此當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩根連接導(dǎo)線因阻值變化而引起的壓降變化相互抵消，不影響測(cè)量橋路輸出電壓的大小。,圖3.15,3.3 流量檢測(cè),3.3.0

18、 基本概念,主要研究?jī)?nèi)容：,3.3.1 流量檢測(cè)的主要方法,3.3.2 速度式流量計(jì)（差壓式流量傳感器）,3.3.3 容積式流量計(jì),3.3.4 質(zhì)量流量計(jì),3.3.5 流量?jī)x表的選用,3.3.0 基本概念,流量（瞬時(shí)流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體的數(shù)量。 累積流量（總流量）：某一時(shí)段內(nèi)流過(guò)的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。,流量的表示方法：,質(zhì)量流量(qm)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的質(zhì)量。 單位：(kg/s),體積流量(qv)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的體積。(工作狀態(tài)下) 單位: (m3/s ) qm=qv 體積流量(qvn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度下的體積流量。（標(biāo)

19、準(zhǔn)狀態(tài)下） qvn=qm/n qvn=qv/n,流體的密度受流體的工作狀態(tài)（如溫度、壓力）影響。 對(duì)于液體，壓力變化對(duì)密度的影響非常小，一般可以忽略不計(jì)。 溫度對(duì)密度的影響要大一些，一般溫度每變化10時(shí)，液體密度的變化約在1%以內(nèi)，所以當(dāng)溫度變化不是很大，測(cè)量準(zhǔn)確度要求不是很高的情況下，往往也可以忽略不計(jì)。,對(duì)于氣體，密度受溫度、壓力變化影響較大，如在常溫常壓附近，溫度每變化10，密度變化約為3%；壓力每變化10kPa，密度約變化3%。 因此在測(cè)量氣體流量時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量流體的溫度和壓力。為了便于比較，常將在工作狀態(tài)下測(cè)得的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為20，壓力為101 325 Pa）的體

20、積流量，用符號(hào)qVN表示，單位符號(hào)為Nm3/s。,生產(chǎn)過(guò)程中各種流體的性質(zhì)各不相同，流體的工作狀態(tài)及流體的粘度、腐蝕性、導(dǎo)電性也不同，很難用一種原理或方法測(cè)量不同流體的流量。尤其工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，其情況復(fù)雜，某些場(chǎng)合的流體是高溫、高壓，有時(shí)是氣液兩相或液固兩相的混合流體。所以目前流量測(cè)量的方法很多，測(cè)量原理和流量傳感器（或稱流量計(jì)）也各不相同，從測(cè)量方法上一般可分為以下幾大類。,3.3.1 流量檢測(cè)的主要方法,(1) 測(cè)體積流量,容積法：在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體的固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。容積法受流體流動(dòng)狀態(tài)影響較小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。雷諾數(shù)是

21、流體流動(dòng)中慣性力與粘性力比值的量度,依據(jù)雷諾數(shù)的大小可以判別流動(dòng)特征 如：橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)、皮膜式流量計(jì)等,圖3.16 LC橢圓齒輪流量計(jì),速度法：平均流速乘以管道截面積求得流體的體積流量。 測(cè)量平均流速的方法有：差壓式、電磁式、漩渦式、聲學(xué)式、熱學(xué)式、渦輪式 差壓式 又稱節(jié)流式，利用節(jié)流件前后的差壓和流速關(guān)系，通過(guò)差壓值獲得流體的流速； 電磁式 導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)大小與流體的平均流速成正比；,旋渦式 流體在流動(dòng)中遇到一定形狀的物體會(huì)在其周圍產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦釋放的頻率與流速成正比； 渦輪式 流體作用在置于管道內(nèi)部的渦輪上使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在一定流速范

22、圍內(nèi)與管道內(nèi)流體的流速成正比；,聲學(xué)式 根據(jù)聲波在流體中傳播速度的變化得到流體的流速； 熱學(xué)式 利用加熱體被流體的冷卻程度與流速的關(guān)系來(lái)檢測(cè)流速。,基于速度法的流量檢測(cè)儀表有: 節(jié)流式流量計(jì)、靶式流量計(jì)、彎管流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、旋渦流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。,YJLB型一體化節(jié)流式流量計(jì),YJLB型一體化節(jié)流式流量計(jì)將節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體，繼承了節(jié)流裝置的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，成套性好，故障率低，使用安裝方便，動(dòng)態(tài)特性好，提高了測(cè)量精度，可滿足各種流量測(cè)量的需要,圖3.17,圖3.18 靶式流量計(jì),圖3.19 90度彎管流量計(jì),測(cè)質(zhì)量流量,直接法：直接測(cè)量質(zhì)量流量。科里奧

23、利力式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)等。 間接法：測(cè)出體積流量和密度，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到。主要有壓力溫度補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。,質(zhì)量流量計(jì)是直接測(cè)量流體流過(guò)的質(zhì)量。具有精度不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn),圖3.20 SITRANS F C 科里奧利力質(zhì)量流量計(jì),3.3.2 速度式流量計(jì),差壓流量計(jì) 差壓流量計(jì)（DPF）是一種使用歷史較悠久，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較完整的流量測(cè)量裝置。 它是以測(cè)量流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來(lái)顯示流量大小的一種流量計(jì)。 差壓流量計(jì)最基本的配置是由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管路和差壓計(jì)三個(gè)部分組成。 工業(yè)上最常用的節(jié)流裝置是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置），例如標(biāo)準(zhǔn)

24、孔板、噴嘴、文丘里利噴嘴和文丘里管。,(1) 節(jié)流裝置 充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流件時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓差，流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，因而可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。 這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的，壓差大小不僅與流量還與其它許多因素有關(guān)，如節(jié)流裝置型式、流體的物理性質(zhì)（密度、粘度等）以及雷諾數(shù)等。,標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件 (a) 孔板； (b) 噴嘴； (c) 文丘里管,其中孔板最簡(jiǎn)單又最為典型，加工制造方便，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常被采用。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置按照規(guī)定的技術(shù)要求和試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)、加

25、工、安裝，無(wú)需檢測(cè)和標(biāo)定，可以直接投產(chǎn)使用，并可保證流量測(cè)量的精度。,測(cè)量原理 在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)壓能和靜壓能，在一定條件下這兩種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和不變。 用節(jié)流元件測(cè)量流量時(shí)，流體流過(guò)節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差p(p=p1-p2)，且流過(guò)的流量越大，節(jié)流裝置前后的壓差也越大，流量與壓差之間存在一定關(guān)系。 ,當(dāng)節(jié)流裝置形狀一定，測(cè)壓點(diǎn)位置也一定時(shí)，根據(jù)測(cè)得的壓差就可以求出流量: 體積流量： 質(zhì)量流量： 流量的檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)節(jié)流裝置 前后壓差p，其壓差經(jīng)導(dǎo)壓管接 到差壓變送器，同時(shí)配有顯示儀 表將流量指示出來(lái)。,流量公式中的流量系數(shù)與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流

26、裝置開(kāi)孔直徑、流體流動(dòng)狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，值可直接從有關(guān)手冊(cè)中查出。,標(biāo)準(zhǔn)孔板的三種取壓方式,差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng),節(jié)流裝置是將被測(cè)流體的流量值變換成差壓信號(hào)p，節(jié)流裝置輸出的差壓信號(hào)由壓力信號(hào)管路輸送到差壓變送器（或差壓計(jì)）。 由流量基本方程式可以看出，被測(cè)流量與差壓p成平方根關(guān)系，對(duì)于直接配用差壓計(jì)顯示流量時(shí)，流量標(biāo)尺是非線性的，為了得到線性刻度，可加開(kāi)方運(yùn)算電路或加開(kāi)方器。 如差壓流量變送器帶有開(kāi)方運(yùn)算，變送器的輸出電流就與流量成線性關(guān)系。顯示儀表則顯示流量的大小。,要使儀表的指示值與通過(guò)管道的實(shí)際流量相符，必須做到以下幾點(diǎn)： （1）差壓變送器的壓差和顯示

27、儀表的流量標(biāo)尺有若干種規(guī)格，選擇時(shí)應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。 （2）在測(cè)量蒸汽和氣體流量時(shí)，常遇到工作條件的密度與設(shè)計(jì)時(shí)的密度c不相同，這時(shí)必須對(duì)示數(shù)進(jìn)行修正。,（3）顯示儀表刻度通常是線性的，測(cè)量值（差壓信號(hào)）要經(jīng)過(guò)開(kāi)方運(yùn)算進(jìn)行線性化處理后再送顯示儀表。 （4）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。 （5）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，這就需要正確安裝差壓信號(hào)管路。,差壓流量計(jì)的選用,選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 要注意每一種節(jié)流件皆有管道直徑、直徑比、雷諾數(shù)、管道內(nèi)壁粗糙度等限制值。 孔板制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，是首選類型。 在同樣差壓下，經(jīng)典文丘里管比孔板和噴嘴的壓力損失要低46倍。經(jīng)典文丘里管要求的上游

28、側(cè)最短直管段長(zhǎng)度比孔板、噴嘴和文丘里噴嘴少得多。 對(duì)腐蝕性流體或高速流體（如高壓蒸汽），孔板入口邊緣很快變鈍，流出系數(shù)發(fā)生偏移，采用有廓形節(jié)流件，如噴嘴、文丘里管，比較便宜。,由于噴嘴、文丘里管幾何形狀復(fù)制比孔板困難，未經(jīng)校準(zhǔn)的流出系數(shù)不確定度較大，如果采取實(shí)流校準(zhǔn)則流出系數(shù)不確定度可減少。 選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置無(wú)需個(gè)別校準(zhǔn)。非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置原則上要校準(zhǔn)后才能使用。,正確選用節(jié)流裝置類型考慮因素 被測(cè)流體類型方面，是測(cè)液體、氣體還是蒸汽？是潔凈的還是臟污的？是否有腐蝕性或磨蝕性？ 被測(cè)流體壓力、溫度界限、密度、粘度等參數(shù)、是否脈動(dòng)流等情況。 檢測(cè)件安裝條件，如管道內(nèi)徑準(zhǔn)確值、直管段長(zhǎng)度、阻流件類型等

29、。 儀表性能要求，如精確度、范圍度、重復(fù)性等。 是用于計(jì)量還是自動(dòng)控制？ 儀表安裝和運(yùn)行費(fèi)用。,正確選擇檢測(cè)件類型 臟污流用圓缺孔板、楔形孔板、偏心孔板。 要求低壓損，采用文丘里管或均速管。 低雷諾數(shù)用1/4圓孔板或錐形入口孔板。 寬范圍度用線性孔板。,差壓流量計(jì)的安裝使用,差壓式流量計(jì)的安裝要求包括管道條件、管道連接情況、取壓口結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置上下游直管段長(zhǎng)度以及差壓信號(hào)管路的敷設(shè)情況等。 節(jié)流件上下游直管段，包括節(jié)流件夾持環(huán)及流動(dòng)調(diào)整器(如果使用時(shí)),節(jié)流件的安裝,節(jié)流件安裝的垂直度、同軸度及與測(cè)量管之間的連接都有嚴(yán)格的規(guī)定。 垂直度 節(jié)流件應(yīng)垂直于管道軸線。 同軸度 節(jié)流件應(yīng)與管道或夾持環(huán)

30、(采用時(shí))同軸。 節(jié)流件前后測(cè)量管的安裝 離節(jié)流件2D以外，節(jié)流件與第一個(gè)上游阻流件之間的測(cè)量管，可由一段或多段不同截面的管子組成。,差壓信號(hào)管路的安裝,取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭、環(huán)室或夾持環(huán)上 導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)選用耐壓、耐腐蝕材料制造，其內(nèi)徑及長(zhǎng)度有建議值,介質(zhì)為液體時(shí)： 差壓變送器應(yīng)裝在節(jié)流裝置下面，取壓點(diǎn)應(yīng)在工藝管道的中心線以下引出（下傾45左右），導(dǎo)壓管最好垂直安裝，否則也應(yīng)有一定斜度。當(dāng)差壓變送器放在節(jié)流裝置之上時(shí)，要裝置貯氣罐。,圖3. 25,介質(zhì)為氣體時(shí)： 差壓變送器應(yīng)裝在節(jié)流裝置的上面, 防止導(dǎo)壓管內(nèi)積聚液滴，取壓點(diǎn)應(yīng)在工藝管道的上半部引出。,圖

31、3. 26,介質(zhì)為蒸汽時(shí)： 應(yīng)使導(dǎo)壓管內(nèi)充滿冷凝液，因此在取壓點(diǎn)的出口處要裝設(shè)凝液罐，其它安裝同液體。,圖3. 27,介質(zhì)具有腐蝕性時(shí)： 可在節(jié)流裝置和差壓變送器之間裝設(shè)隔離罐，內(nèi)放不與介質(zhì)有互溶的隔離液來(lái)傳遞壓力，或采用噴吹法等。,輔助設(shè)備,差壓信號(hào)管路的輔助設(shè)備包括截?cái)嚅y、冷凝器、集氣器、沉降器、隔離器、噴吹系統(tǒng)等。 靠近節(jié)流件和冷凝器的信號(hào)管路上要安裝截?cái)嚅y。 冷凝器的容積應(yīng)大于全量程內(nèi)差壓儀表空間的最大容積變化的3倍。 在導(dǎo)壓管的最高點(diǎn)上安裝集氣器或排氣閥，以便定期收集和排出信號(hào)管路中的氣體，尤其當(dāng)差壓儀表的安裝高于主管道時(shí)。 在導(dǎo)壓管的最低點(diǎn)應(yīng)安裝沉降器或排污閥，以便定期收集和排出信

32、號(hào)管路中的積液。,用于高粘度、有腐蝕、易凍結(jié)、易析出固體物的被測(cè)流體，應(yīng)采用隔離器和隔離液，使被測(cè)流體不與差壓儀表接觸，以免破壞儀表工作性能。 隔離器中隔離液的體積變化應(yīng)大于差壓儀表在全量程范圍內(nèi)工作空間的最大體積變化。 正負(fù)壓隔離器應(yīng)裝在垂直安裝的導(dǎo)壓管上，并有相同高度。應(yīng)確定隔離器中隔離液的最高液面和最低液面位置。,其他注意事項(xiàng),差壓流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工作條件在現(xiàn)場(chǎng)要完全滿足比較困難，要估計(jì)偏離標(biāo)準(zhǔn)的程度，如果能進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償（修正）是最好的，否則要加大估計(jì)的測(cè)量誤差。 節(jié)流裝置安裝在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，無(wú)論管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等等。要定期檢查檢測(cè)件。 在節(jié)流

33、裝置設(shè)計(jì)計(jì)算任務(wù)書(shū)中的使用條件在儀表投用后發(fā)生變化，使被測(cè)介質(zhì)的物性參數(shù)發(fā)生變化，這時(shí)要及時(shí)檢查工藝參數(shù)，對(duì)儀表進(jìn)行修正或采取一些措施，如更換節(jié)流件，調(diào)整差壓變送器量程等。,靶式流量計(jì),在流體通過(guò)的管道中，垂直于流動(dòng)方向插上一塊圓盤(pán)形的靶。流體通過(guò)時(shí)對(duì)靶片產(chǎn)生推力，經(jīng)杠桿系統(tǒng)產(chǎn)生力矩。力矩與流量的平方近似成正比。靶式流量計(jì)適用于測(cè)量粘稠性及含少量懸浮固體的液體。,轉(zhuǎn)子流量計(jì),根據(jù)轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的高度來(lái)測(cè)量流量。利用流體通過(guò)轉(zhuǎn)子和管壁之間的間隙時(shí)產(chǎn)生的壓差來(lái)平衡轉(zhuǎn)子的重量，流量越大，轉(zhuǎn)子被托得越高，使其具有更大的環(huán)隙面積，也即環(huán)隙面積隨流量變化，所以一般稱為面積法。 它較多地利用于中、小流量的測(cè)

34、量，有配以電遠(yuǎn)傳或氣遠(yuǎn)傳發(fā)信器的類型。,渦輪流量計(jì),根據(jù)渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量變化來(lái)測(cè)量流量。 渦輪安裝在非導(dǎo)磁材料制成的水平管段內(nèi)，當(dāng)渦輪受到流體沖擊而旋轉(zhuǎn)時(shí)，由導(dǎo)磁性材料制成的渦輪葉片通過(guò)磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器中的永久磁鋼時(shí)，由于磁路中的磁阻發(fā)生周期性變化，從而在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)電勢(shì)，經(jīng)放大和整形后，獲得與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)作為流量測(cè)量信息，再根據(jù)脈沖累計(jì)數(shù)可得知總量。 優(yōu)點(diǎn)是精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，壓力損失較小，但是流體必須不含污物及固體雜質(zhì)，以減少磨損和防止渦輪被卡。 適宜于測(cè)量比較潔凈而粘度又低的液體流量。,電磁流量計(jì),工作原理：電磁感應(yīng)。 導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)切割磁力線時(shí)，會(huì)產(chǎn)

35、生感應(yīng)電勢(shì)E 。感應(yīng)電勢(shì)與流速成正比。感應(yīng)電勢(shì)由管道兩側(cè)的兩根電極引出。 特點(diǎn)：測(cè)量管內(nèi)無(wú)活動(dòng)及節(jié)流部件，是一段光滑直管，因此阻力損失極小。 合理選用襯里及電極材料，就可達(dá)到良好的耐腐蝕性和耐磨性，因此可測(cè)量強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液。 測(cè)量值不受液體密度、壓力、溫度及粘度的影響，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。 被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電性液體，最低導(dǎo)電率大于20s/cm，而且被測(cè)介質(zhì)中不應(yīng)有較多的鐵磁性物質(zhì)及氣泡。,旋渦流量計(jì),旋渦流量計(jì)又稱渦街流量計(jì)，其測(cè)量方法基于流體力學(xué)中的卡門(mén)渦街原理。把一個(gè)旋渦發(fā)生體（如圓柱體、三角柱體等非流線型對(duì)稱物體）垂直插在管道中，當(dāng)流體繞過(guò)旋渦發(fā)生體時(shí)會(huì)在其左右兩側(cè)后方交替產(chǎn)生旋渦，形成渦列，且左

36、右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種渦列就稱為卡門(mén)渦街。,在一定的雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)，體積流量qv與旋渦的頻率f成線性關(guān)系。只要測(cè)出旋渦的頻率f就能求得流過(guò)流量計(jì)管道流體的體積流量qv 。,旋渦流量計(jì)的輸出信號(hào)是與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，可以遠(yuǎn)距離傳輸，而且輸出信號(hào)與流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度等參數(shù)無(wú)關(guān)。該流量計(jì)量程比寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)件，具有測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。,主要優(yōu)點(diǎn)與局限性,主要優(yōu)點(diǎn)： （1）渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，安裝維護(hù)方便。 （2）適用流體種類多，如液體、氣體、蒸汽以及部分混相流體。 （3）與差壓式、浮子式流量計(jì)比較，精確度較高，一般可達(dá)1

37、%R左右。 （4）范圍度寬達(dá)10:1或20:1。 （5）壓損小，約為孔板流量計(jì)的1/2-1/4。 （6）輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，適用于總量計(jì)量，無(wú)零點(diǎn)遷移。 （7）在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出頻率信號(hào)不受流體物性（密度、粘度）和組分影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān),可以在一種典型介質(zhì)中校驗(yàn)而適用于各種介質(zhì)。,局限性： （1）渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)（ReD2104）測(cè)量，在高粘度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制。 （2）管道有振動(dòng)的場(chǎng)所應(yīng)選用耐振檢測(cè)方式的儀表。 （3）漩渦分離的穩(wěn)定性受到流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響，應(yīng)根據(jù)上游側(cè)不同形式的阻流件配置足夠長(zhǎng)的直管段，一般可參照

38、節(jié)流式差壓流量計(jì)的直管段長(zhǎng)度要求安裝。 （4）與渦輪流量計(jì)相比，儀表系數(shù)較低，分辨率低，且口徑越大越低。一般應(yīng)用于中小口徑（DN25300mm）。 （5）儀表在脈動(dòng)流、混相流中應(yīng)用尚缺試驗(yàn)數(shù)據(jù)。,渦街流量計(jì)的選型,渦街流量計(jì)的選型和使用是用好流量計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前國(guó)內(nèi)渦街流量計(jì)使用情況不是很理想的主要原因是選型不當(dāng)，使流量計(jì)沒(méi)有工作于儀表流量范圍的中、上區(qū)域(儀表信號(hào)質(zhì)量好，精度高，具有較好的抗振動(dòng)性能)，有些由于管道沒(méi)有充滿介質(zhì)，用戶不愿意縮管，甚至超出了所選流量計(jì)的使用范圍，無(wú)法測(cè)量。 渦街流量計(jì)的儀表口徑及規(guī)格要遵循以下原則進(jìn)行選擇： （1）明確流體的名稱、組分; （2）明確工作狀態(tài)的最

39、大、常用、最小流量； （3）明確最高、常用、最低工作壓力和工作溫度； （4）工作狀態(tài)下介質(zhì)的粘度。 （5）根據(jù)被測(cè)流體狀態(tài)的不同(液體、氣體、蒸汽)進(jìn)行儀表流量范圍、口徑大小的計(jì)算與選擇。,渦街流量計(jì)的安裝及使用,(1)流量計(jì)前后要有足夠長(zhǎng)度直管段。渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，流體是否處于穩(wěn)流狀態(tài)是渦街流量計(jì)能否精確測(cè)量的先決條件。一般來(lái)說(shuō)，渦街流量計(jì)應(yīng)安裝在管道閥門(mén)的上游，其入口及出口的直管段長(zhǎng)度應(yīng)分別保證在10D和5D以上。,(2)當(dāng)被測(cè)管道有彎頭、縮管、擴(kuò)管等現(xiàn)象時(shí)，則應(yīng)考慮保證更長(zhǎng)的直管段。 (3)如果由于空間限制或管道口徑過(guò)大等原因，無(wú)法滿足直管段長(zhǎng)度要求時(shí)，可以在渦街流量計(jì)的上游

40、管道中安裝流量均衡器，以便有效的校正流體流場(chǎng)，保證測(cè)量精度。但安裝均衡器后，會(huì)造成很小的壓力損失。 (4)在測(cè)量液體和氣體時(shí)為防止氣泡和液滴干擾，安裝位置參見(jiàn)圖。,（a）測(cè)量含液體的氣體流量?jī)x表安裝 （b）測(cè)量含氣液體流量?jī)x表安裝,（5）當(dāng)需要對(duì)管道介質(zhì)進(jìn)行溫度及壓力測(cè)量時(shí)，測(cè)溫點(diǎn)及測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)選擇在渦街流量計(jì)的下游測(cè)。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)選在渦街流量計(jì)下游4D8D左右的地方，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)選在渦街流量計(jì)下游3D5D的地方，這樣不會(huì)影響流體流場(chǎng)。 （6）應(yīng)盡量安裝在遠(yuǎn)離振動(dòng)和電磁干擾較強(qiáng)的地方。當(dāng)管道有振動(dòng)時(shí)，可采取用焊接支架支撐管道、將渦街流量計(jì)軸向旋轉(zhuǎn)適當(dāng)角度、調(diào)整渦街流量計(jì)觸發(fā)電平等方法，減少振動(dòng)對(duì)

41、渦街流量計(jì)測(cè)量的影響。當(dāng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)，可以采取給渦街流量計(jì)加裝屏蔽罩、渦街流量計(jì)的信號(hào)電纜使用屏蔽電纜、對(duì)渦街流量計(jì)采用單獨(dú)接地等方法，減少電磁干擾對(duì)渦街流量計(jì)測(cè)量的影響。,（7）超聲流量計(jì) 超聲波流量計(jì)是根據(jù)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同而工作的。當(dāng)聲速和傳播距離L已知時(shí)，測(cè)出時(shí)差就能測(cè)出流體流速，進(jìn)而求出流量。 超聲波流量計(jì)的最大特點(diǎn)是不接觸測(cè)量，由于其超聲波換能器可以安裝在管道外壁，不用破壞管道，不會(huì)對(duì)管道內(nèi)流體的流動(dòng)產(chǎn)生影響，特別適合于大口徑管道的液體流量檢測(cè)。但是流速沿管道的分布情況將影響測(cè)量結(jié)果，所測(cè)得的流速與管道實(shí)際平均流速之間有所差異，而且與雷諾數(shù)有關(guān)

42、，因此測(cè)量結(jié)果還需要修正。,3.3.3 容積式流量計(jì),該流量計(jì)系直讀累積式流體流量計(jì)，是由裝有一對(duì)橢圓齒輪轉(zhuǎn)子的計(jì)量室、密封聯(lián)軸器（小口徑流量計(jì)采用靈敏度高的磁性聯(lián)軸器）和計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)組成。 測(cè)得旋轉(zhuǎn)頻率就可求得體積流量。,3.3.4 質(zhì)量流量計(jì),(1)直接式質(zhì)量流量傳感器科里奧利質(zhì)量流量傳感器 科里奧利質(zhì)量流量傳感器是利用流體在直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)， 處于一個(gè)旋轉(zhuǎn)系中，產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力而制成的一種直接式質(zhì)量流量傳感器。 ,圖3-31 科里奧利力分析圖,當(dāng)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)在對(duì)P軸作角速度為旋轉(zhuǎn)的管道內(nèi)移動(dòng)時(shí)，如圖3-31所示，質(zhì)點(diǎn)具有兩個(gè)分量的加速度及相應(yīng)的加速度力： , 法向加速度: 即

43、向心加速度ar， 其量值為2r， 方向朝向P軸。 切向加速度: 即科里奧利加速度at, 其量值為2v，方向與ar垂直。由于復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在質(zhì)點(diǎn)的at方向上作用著科里奧利力為2vm，而管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力，其值為-2vm。,當(dāng)密度為的流體以恒定速度v在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任何一段長(zhǎng)度為x的管道都受到一個(gè)大小為Fc的切向科里奧利力， 即,Fc=2vAx,式中, A為管道的流通內(nèi)截面積。 ,因?yàn)橘|(zhì)量流量qm=vA，所以,Fc=2qmx,基于上式，如直接或間接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)流體所產(chǎn)生的科里奧利力就可以測(cè)得質(zhì)量流量，這就是科里奧利質(zhì)量流量傳感器的工作原理。,圖3-32 科里奧利質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

44、,然而，通過(guò)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，目前的傳感器均采用振動(dòng)的方式來(lái)產(chǎn)生，圖3-32是科里奧利質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。,流量傳感器的測(cè)量管道是兩根兩端固定平行的U形管，在兩個(gè)固定點(diǎn)的中間位置由驅(qū)動(dòng)器施加產(chǎn)生振動(dòng)的激勵(lì)能量，在管內(nèi)流動(dòng)的流體產(chǎn)生科里奧利力，使測(cè)量管兩側(cè)產(chǎn)生方向相反的扭曲。位于U形管的兩個(gè)直管管端的兩個(gè)檢測(cè)器用光學(xué)或電磁學(xué)方法檢測(cè)扭曲量以求得質(zhì)量流量。,當(dāng)管道充滿流體時(shí)，流體也成為轉(zhuǎn)動(dòng)系的組成部分，流體密度不同，管道的振動(dòng)頻率會(huì)因此而有所改變，而密度與頻率有一個(gè)固定的非線性關(guān)系，因此科里奧利質(zhì)量流量傳感器也可測(cè)量流體密度。,推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器 推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器

45、實(shí)際上是由多個(gè)傳感器組合而成的質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)間接推導(dǎo)出流體的質(zhì)量流量。 組合方式主要有以下幾種。 ,（1）差壓式流量傳感器與密度傳感器組合方式 差壓式流量傳感器的輸出信號(hào)是差壓信號(hào)，它正比于q2v，若與密度傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算后再開(kāi)方即可得到質(zhì)量流量。 即,（2） 體積流量傳感器與密度流量傳感器組合方式 能直接用來(lái)測(cè)量管道中的體積流量qv的傳感器有電磁流量傳感器、渦輪流量傳感器、超聲波流量傳感器等，利用這些傳感器的輸出信號(hào)與密度傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算即可得到質(zhì)量流量。 即,K1qvK2=Kqm,（3）差壓式流量傳感器與體積式流量傳感器組合方式 差壓式流量傳

46、感器的輸出差壓信號(hào)p與q2v成正比，而體積流量傳感器輸出信號(hào)與qv成正比，將這兩個(gè)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)算也可得到質(zhì)量流量。 即,3.3.5 流量?jī)x表的選用,儀表選型步驟如下 ： 明確是否真有必要安裝流量?jī)x表。如果只是希望知道流體是否在管道中流動(dòng)和大致的數(shù)量值，則選用廉價(jià)的流量指示器即可。 確定要安裝流量測(cè)量?jī)x表進(jìn)行初選。對(duì)候選儀表，從儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素方面進(jìn)行綜合比較分析。 逐步淘汰不合適的候選儀表，直至最終留下一種合適的儀表作為選中儀表。,流量計(jì)選型考慮因素,3.4 壓力檢測(cè),壓力是重要的工業(yè)參數(shù)之一，正確測(cè)量和控制壓力對(duì)保證生產(chǎn)工藝過(guò)程的安全性和經(jīng)濟(jì)性有

47、重要意義。壓力及差壓的測(cè)量還廣泛地應(yīng)用在流量和液位的測(cè)量中。 ,3.4 壓力檢測(cè),3.4.1 壓力單位及壓力檢測(cè)方法,主要研究?jī)?nèi)容：,3.4.2 常用壓力檢測(cè)儀表,3.4.3 壓力表的選用,3.4.1 壓力單位及壓力檢測(cè)方法 (1) 壓力單位 工程技術(shù)上所稱的“壓力”實(shí)質(zhì)上就是物理學(xué)里的“壓強(qiáng)”，定義為均勻而垂直作用于單位面積上的力。其表達(dá)式為,式中: P壓力； F作用力； A作用面積。,國(guó)際單位制（SI）中定義：1牛頓力垂直均勻地作用在1平方米面積上形成的壓力為1“帕斯卡”。帕斯卡簡(jiǎn)稱“帕”，單位符號(hào)為Pa。 其他的壓力單位“工程大氣壓”（即kgf/cm2）、 “毫米汞柱”（即mmHg）、

48、“毫米水柱”（即mmH2O）、物理大氣壓（即atm）等還在應(yīng)用，換算關(guān)系見(jiàn)p40表3-6。,(2) 壓力的表示方法,絕對(duì)壓力 指作用于物體表面積上的全部壓力，其零點(diǎn)以絕對(duì)真空為基準(zhǔn)，又稱總壓力或全壓力，一般用大寫(xiě)符號(hào)P表示 大氣壓力 是指地球表面上的空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力，以P0表示。 ,表壓力 這是指絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，一般用p表示。測(cè)壓儀表一般指示的壓力都是表壓力，表壓力又稱相對(duì)壓力。 當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力時(shí)，則表壓力為負(fù)壓，負(fù)壓又可用真空度表示，負(fù)壓的絕對(duì)值稱為真空度。如測(cè)爐膛和煙道氣的壓力均是負(fù)壓。 差壓 任意兩個(gè)壓力之差稱為差壓。如靜壓式液位計(jì)和差壓式流量計(jì)就是利用測(cè)量差壓的大

49、小來(lái)知道液位和流體流量的大小的。,(3) 壓力的檢測(cè)方法,彈性力平衡方法：基于彈性元件的彈性變形特性。 彈性元件受到被測(cè)壓力作用而產(chǎn)生變形，而因彈性變形產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡。測(cè)出彈性元件變形的位移就可測(cè)出彈性力。此類壓力計(jì)有彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)等。,重力平衡方法： 主要有活塞式和液柱式。 活塞式壓力計(jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬，性能穩(wěn)定可靠，一般作為標(biāo)準(zhǔn)型壓力檢測(cè)儀表來(lái)校驗(yàn)其他類型的測(cè)壓儀表。 液柱式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量的，最典型的是U型管壓力計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且讀數(shù)直觀。,機(jī)械力平衡

50、方法：其原理是將被測(cè)壓力變換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量平衡時(shí)的外力來(lái)得到被測(cè)壓力。 機(jī)械力平衡方法較多用于壓力或差壓變送器中，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,物性平衡方法：基于在壓力作用下測(cè)壓元件的某些物性發(fā)生變化的原理。 如電氣式壓力計(jì)、振頻式壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)、集成式壓力計(jì)等。,(1)彈性式壓力表 彈性式壓力表是以彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形作為測(cè)量基礎(chǔ)的。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，現(xiàn)場(chǎng)使用和維修都很方便，又有較寬的壓力測(cè)量范圍，因此在工程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。 ,3.4.2 常用壓力檢測(cè)儀表,彈性元件 采用不同材料、不同形狀的彈性元件作為感壓元件，可以適用于不同場(chǎng)合、不同范圍的壓力測(cè)

51、量。目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。,圖3-34 彈性元件示意圖,圖3-34給出了一些常用彈性元件的示意圖。其中波紋膜片和波紋管多用于微壓和低壓測(cè)量；單圈和多圈彈簧管可用于高、中、低壓和真空度的測(cè)量。,彈簧管壓力表 彈簧管壓力表在彈性式壓力表中更是歷史悠久，應(yīng)用廣泛。 彈簧管壓力表中壓力敏感元件是彈簧管。彈簧管的橫截面呈非圓形（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，如圖15-35所示。 管子的一端為封閉，作為位移輸出端，另一端為開(kāi)口，為被測(cè)壓力輸入端。當(dāng)開(kāi)口端通入被測(cè)壓力后，非圓橫截面在壓力p作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢(shì)而產(chǎn)生力矩，其結(jié)果使彈簧管的自由端由B移至B而

52、產(chǎn)生位移，,圖3-35 單圈彈簧管結(jié)構(gòu),圖3-36 彈簧管壓力表,(2)壓力傳感器,是能夠檢測(cè)壓力并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置。能夠滿足自動(dòng)化系統(tǒng)集中檢測(cè)顯示和控制的要求。當(dāng)壓力傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)一步變換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)時(shí)，又將它稱為壓力變送器。 應(yīng)變片式： 壓電式： 壓阻式： 電容式： 集成式：,應(yīng)變片式壓力傳感器,應(yīng)變效應(yīng),當(dāng)某些材料受到某一方向的壓力作用而發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上就產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)壓力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。壓電材料種類較多，有石英晶體、人工制造的壓電陶瓷，還有高分子壓電薄膜等。,壓電式

53、壓力傳感器,1-絕緣體 2-壓電元件 3-殼體 4-膜片,壓阻元件是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻。它是基于壓阻效應(yīng)工作的，即當(dāng)它受壓時(shí)，其電阻值隨電阻率的改變而變化。常用的壓阻元件有單晶硅膜片以及在N型單晶硅膜片上擴(kuò)散P型雜質(zhì)的擴(kuò)散硅等，也是依附于彈性元件而工作。,壓阻式壓力傳感器,其測(cè)量原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板，它與固定極板組成可變電容器。當(dāng)被測(cè)壓力變化時(shí)，由于測(cè)壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。,電容式壓力傳感器,它是將微機(jī)械加工技術(shù)和微電子集成工藝相結(jié)合的一類新型傳感器，有壓阻式、微

54、電容式、微諧振式等形式。 將差壓、靜壓和溫度同時(shí)測(cè)出，再送入微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后就可以得到修正后的被測(cè)差壓值、靜壓值和溫度值。,集成式壓力傳感器,壓力表的選用主要包括儀表型式、量程范圍、精度和靈敏度、外形尺寸以及是否還需要遠(yuǎn)傳和其他功能，如指示、記錄、報(bào)警、控制等。 選用的依據(jù)如下： (1) 必須滿足工藝生產(chǎn)過(guò)程的要求，包括量程和精度； (2) 考慮被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，如溫度、壓力、粘度、腐蝕性、易燃易爆程度等； (3) 注意儀表安裝使用時(shí)所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，如環(huán)境溫度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等。,3.4.3 壓力表的選用,3.5 物位檢測(cè),3.5.0 基本概念,研究?jī)?nèi)容：,3.5.1 物位檢測(cè)的主要方法

55、和分類,3.5.2 常用物位檢測(cè)儀表差壓式液位計(jì),3.5.3 物位檢測(cè)儀表的選用,3.5.0 基本概念,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(cè)量液位的儀表叫液位計(jì)，測(cè)量料位的儀表叫料位計(jì)，測(cè)量?jī)煞N密度不同的液體介質(zhì)分界面的高低（界位）的儀表叫界面計(jì)。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位計(jì)。 物位開(kāi)關(guān)：在物位檢測(cè)中，有時(shí)不需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，只需要測(cè)量物位是否達(dá)到上線、下限或某個(gè)特定的位置，這種定點(diǎn)測(cè)量用的儀表被稱為物位開(kāi)關(guān)。一般用來(lái)監(jiān)視、報(bào)警、輸出控制信號(hào)。,3.5.1 物位檢測(cè)的主要方法和分類,按工作原理主要有以下幾種類型： 直讀式：根據(jù)流體的連通性原理來(lái)測(cè)量液位。

56、靜壓式：壓力式和差壓式。根據(jù)液柱或物料堆積高度變化對(duì)某點(diǎn)上產(chǎn)生的靜（差）壓力的變化的原理測(cè)量物位。 浮力式：它根據(jù)浮子高度隨液位高低而改變或液體對(duì)浸沉在液體中的浮筒（或稱沉筒）的浮力隨液位高度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量液位。前者稱為恒浮力式，后者稱為變浮力式。 電氣式：根據(jù)把物位變化轉(zhuǎn)換成各種電量變化的原理來(lái)測(cè)量物位。 輻射式：根據(jù)同位素射線的核輻射透過(guò)物料時(shí)，其強(qiáng)度隨物質(zhì)層的厚度變化而變化的原理來(lái)測(cè)量液位。 另外還有：聲學(xué)式、光學(xué)式、射線式微波式、 激光式、 射流式、 光纖維式等等,3.5.2 常用物位檢測(cè)儀表差壓式液位計(jì),圖3-41 差壓傳感器測(cè)量液位原理圖,設(shè)被測(cè)介質(zhì)的密度為，容器頂部為氣相

57、介質(zhì)，氣相壓力為pA，pB是液位零面的壓力， p1是取壓口的壓力，根據(jù)靜力學(xué)原理可得,因此，差壓變送器正負(fù)壓室的壓力差為,液位測(cè)量問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為差壓測(cè)量問(wèn)題了。 但是，當(dāng)液位零面與檢測(cè)儀表的取壓口不在同一水平高度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生附加的靜壓誤差。就需要進(jìn)行量程遷移和零點(diǎn)遷移。,(1)取壓點(diǎn)與液位零面在同一水平面,圖3.42 液位測(cè)量的正遷移,如圖所示，當(dāng)差壓變送器的取壓口低于容器底部的時(shí)候，差壓變送器上測(cè)得的差壓為,為了使液位的滿量程和起始值仍能與差壓變送器的輸出上限和下限相對(duì)應(yīng)，就必須克服固定差壓gh0的影響，采用零點(diǎn)遷移就可實(shí)現(xiàn)。,(2)取壓口低于容器底部,因?yàn)椋?所以：,在無(wú)遷移情況下，實(shí)際測(cè)量范

58、圍是0（h0g +hmaxg），原因是這種安裝方法時(shí)P多出一項(xiàng) h0g。當(dāng)h=0時(shí)，P= h0g，因此P020KPa 。為了遷移掉h0g，即在h=0時(shí)仍然使P0=20KPa ，可以調(diào)整儀表的遷移彈簧張力。由于h0g作用在正壓室上，稱之為正遷移量。遷移彈簧張力抵消了h0g在正壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，達(dá)到正遷移的目的。 由于gh00，所以稱為正遷移。 量程遷移后，測(cè)量范圍為0hmaxg，再通過(guò)零點(diǎn)遷移，使差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為h0g（h0g +hmaxg）。,圖3.43 液位測(cè)量的負(fù)遷移,當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，差壓變送器的正、負(fù)壓室之間就需要裝隔離罐，如果隔離液的密度為1 (1 )，則,(3)介質(zhì)有

59、腐蝕性時(shí),因?yàn)椋?所以：,對(duì)比無(wú)遷移情況，P多了一項(xiàng)壓力-（h1- h0）1g，它作用在負(fù)壓室上，稱之為負(fù)遷移量。當(dāng)h=0時(shí)，P= -(h1- h0)1g ，因此P020KPa 。為了遷移掉-(h1- h0)1g的影響，可以調(diào)整負(fù)遷移彈簧的張力來(lái)進(jìn)行負(fù)遷移以抵消掉-(h1- h0)1g在負(fù)壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，以達(dá)到負(fù)遷移的目的。 遷移調(diào)整后，差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為 -(h1- h0)1ghmaxg-(h1- h0)1g,將上式變?yōu)椋?由于,所以稱為負(fù)遷移。,利用差壓式液位計(jì)還可以測(cè)量液體的分界面，如下圖所示。 液位計(jì)正、負(fù)壓室受力情況如下： P1 = h02g +（h1+h2）1g P2=（h2+h1+h0）1g P= P1 P2 = h0 g（2 -1） 由于（2 -1）