儀表檢測、工作原理和液位

1、1一、檢測儀表知識及工作原理 1、溫度u溫度檢測的基本概念： 1.溫度:是反映物體冷熱程度的物理量。溫度的測量都是以熱平衡為基礎，當兩個冷熱程度不同的物體接觸后必然要進行熱交換，最終達平衡時，它們具有相同溫度。通過測量被選物體隨溫度變化的物理量來測量被測溫度數值。 2.溫度的數值表示叫溫標。溫標：衡量物體溫度的標尺，它是決定溫度的起點和測量溫度的基本單位。 溫標的三要素：溫度計、固定點、內插方程。目前國際上用的較多的溫標有華氏溫標 、 攝氏溫標、熱力學溫標。2 熱力學溫標（開爾文溫標）：定義純水三相點（氣、液、固態(tài)三相共存點）為參考點，則該點的溫度為217.16開爾文度。 攝氏溫度與熱力學溫度

2、關系：t = T 273K 3.兩個換算公式： 攝氏溫度與華氏溫度的換算公式： t=5/9（F-32) 攝氏溫度與熱力學溫度的換算公式 t=T-273.15 3u溫度測量儀表的分類1.溫度測量儀表按測溫方式分為(接觸式測溫)和(非接觸式測溫)兩大類接觸式溫度測量：通過傳導或對流達到熱平衡，直接檢測被測對象的溫度。如：熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計等 非接觸式溫度測量：通過接受被測物體的熱輻射能實現(xiàn)熱交換，來測出被測對象的溫度。如輻射溫度計、光學高溫計等 2.溫度儀表的組成：感溫元件（傳感器）和顯示儀表兩大部分組成。熱電偶 1.工作原理：兩種不同導體或半導體材料A和B組成閉合回路，當兩

3、個接合點的溫度不相同時，在回路中就會產生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。 4 E EAB（T，TO）= = f（T）- - f（TO） 熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。 其中：直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）2.熱電偶的特性：（1）熱電偶回路熱電勢的大小，只與組成熱電偶的材料有關，與熱電偶絲的直徑、長度無關。（2）熱電偶回路熱電勢的大小，只與熱電偶兩端接點的溫度有關，與沿程溫度無關；溫度高的一端為熱端或工作端，溫度低的一端為冷端或自由端。（3）熱電偶回路中插入第三種均質材料也叫補償導線（與熱電偶材料性質相同），則熱

4、電偶回路輸出熱電勢不變。5 3.熱電偶的分類： 名稱 分度號 測量范圍 適用氣氛 穩(wěn)定性鉑銠30-鉑銠6 B 0 1800 氧化、中性 1500，優(yōu)鉑銠13-鉑銠 R -40 -1600 氧化、中性 1400，優(yōu)鉑銠10-鉑銠 S -40 -1600 氧化、中性 1400，優(yōu)鎳鉻鎳硅 K -270 -1300 氧化、中性 中等熱電偶的冷端補償：根據熱電偶測溫原理E EAB（T，TO）= = f（T）- - f（TO）的關系式可知 ，只有當冷端溫度穩(wěn)定不變且已知時，熱電勢E和被測溫度（工作端）的成單值函數關系。實際使用的熱電偶分度表中熱電勢和溫度的對應值是以T0 = 0為基礎的，但在實際測溫中由

5、于環(huán)境和現(xiàn)場條件等原原因，冷端溫度往往不穩(wěn)定也不一定等于0，因此需要對熱電偶的冷端補償進行處理。63.冷端補償：根據熱電偶測溫原理：EAB（T，t）=f（T）-f（t）的關系式可知，只有當冷端溫度不變或已知時，熱電勢與被測溫度成單值函數。而實際測量中冷端溫度不可能為零，因此需要對熱電偶進行冷端補償，保證測量準確，所以在儀表的電路里，一般都要有冷端補償電路。冷端補償的四種方法：1）冰點法2）熱電勢修正法3）冷端補償法4）補償導線法u熱電阻1.熱電阻測溫工作原理： 熱電阻是利用某些導體或半導體的電阻值與溫度成一定函數關系的原理來測量，即電阻體的電阻隨溫度變化而變化。72.常用熱電阻為(PT100)

6、和(CU50) 3.在熱電阻溫度計中,R0和R100分別代表(0 )和(100 )時的電阻值 。 PT100的R0為100歐， CU50的R0為50歐。4. 熱電阻的接線方式： 按照要求不同有:二線制、三線制、四線制。 82、溫度變送器 作用：將溫度傳感器測量的溫度信號轉換成標準信號4-20mA/1-5V。儀表分類：熱電偶溫度變送器、熱電阻溫度變送器、直流毫伏溫度變送器。熱電偶溫度變送器工作原理：熱電偶輸出的熱電勢與量程單元零點回路的信號及非線性反饋回路的信號比較后，差值進入放大單元放大，最后通過輸出回路輸出電流及電壓 熱電偶溫度變送器工作原理：1）、方框圖：熱電偶-量程單元-放大單元2）、工

7、作原理：熱電偶輸出的熱電勢與量程單元零點調整回路的信號及非線性 反饋回路的信號比較后，進入放大單元，輸出電流或電壓。量程單元：9 由輸入回路、冷端補償回路、調零、調量程回路、非線性反饋回路、及斷偶報警回路組成。放大單元： 由前置運算放大器、功率放大器、輸出回路及DC/AC/DC變換器（輸出信號隔離）組成。一體化溫度變送器 組成：由溫度傳感器和變送器模塊 特點：體積小、重量輕、成本低102、壓力及檢測儀表u壓力的概念及壓力單位1.壓力（壓強）：是指氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積的力。2.壓力單位：Pa3.壓力的表示方法：絕對壓力、表壓力、負壓力（或真空度)。4.絕對壓力、表壓力、大氣壓力、真

8、空度之間的關系： 表壓力=絕對壓力-大氣壓力，通常工程上所指的壓力都是表壓（壓力）。 當絕對壓力小于大氣壓力時,表壓力就為負壓或真空度。5.真空壓力=大氣壓力-絕對壓力116).在壓力表型號表示中第一個字母Y表示(壓力),Z表示(真空),YZ表示(真空壓力表),其后數字表示(外殼直徑),故型號YZ-100指的是(外殼直徑為100mm的真空壓力表)壓力檢測的基本方法：1.彈性力平衡法：就是利用彈性元件受壓力作用發(fā)生彈性形變而產生的彈性力與被測壓力相平衡的原理。例如：彈簧管壓力表。2.重力平衡法：就是利用一定高度的工作液體產生的重力或砝碼的重量與被測壓力相平衡的原理。例如：活塞式壓力計。3.機械力

9、平衡法：其原理是將被測壓力經變換元件轉移成一個集中力，用外力與之平衡，通過測得平衡時的力就是被 12 測壓力。例如：壓力或差壓變送器。壓力（差壓）變送器1.儀表作用：是把壓力或差壓、流量、液位等被測參數轉換成統(tǒng)一標準信號。2.智能型差壓變送器工作原理：被測差壓作用于正負壓側隔離膜片傳遞到傳感器，使傳感器的擴散電阻阻值發(fā)生變化，通過不平衡電橋檢出這一變化，經A/D轉換送入微處理器，對信號進行運算處理，得到與被測差壓對應的標準直流信號輸出。真空計：是檢測真空度的儀表1.按測量原理分類：直接測量真空計和直接測量真空計 直接測量真空計：直接測量單位面積上的力。 13真空度較低時可采用直接測量真空計。

10、間接測量真空計：真空度較高時采用。2.熱電偶式真空計：是利用發(fā)熱絲周圍氣體的導熱率與氣體的稀薄程度（真空度）之間存在一定關系而做成的。 結構：在玻璃殼內封入兩組金屬絲，一組是加熱絲，通入恒定的加熱電流；另一組是熱電偶的熱電極，其工作端焊在加熱絲上，用以測量加熱絲的溫度變化。 3.工作原理：當熱電偶真空管放到真空系統(tǒng)后，隨著系統(tǒng)空間內氣壓的降低（真空度升高），加熱絲附近氣體逐漸稀薄，導熱率變小。由于加熱電流是恒定的，加熱絲的熱量不變，而散失的熱量即借助氣體熱傳導損失的熱量卻減少，于是熱絲的溫度必然升高，這一溫度的變化被熱電偶轉換成熱電勢輸出。14 優(yōu)點：可以測量氣體和蒸汽的壓力 缺點：檢測的真空

11、度不高（測量上限為13.33mPa），而且怕振動。電離式真空度：0.1333Pa-1.33uPa 結構：在密封的玻璃殼內裝入三個電極（陰極、加速極、收集極），一個燈絲。其中燈絲是加熱作用，陰極發(fā)射電子，柵極（加速極）加強電離的速度，收集極是接收電子。 工作原理：當帶電離子（電子）通過稀薄氣體時，將是氣體分子電離，在其他條件不變時，電子在單位距離上所形成的離子數，正比于氣體的壓力。通過測量離子的數量（離子電流）就可以推知被測的真空度。15 P=1/Si+/ /ie=K i+ 其中：P真空度 S規(guī)管常數 i+離子電流 ie發(fā)射電流 優(yōu)點：可以測量高真空，而且測量范圍寬，現(xiàn)場振動影響小，當被測壓力變

12、化時,儀表反映快。 缺點：氣體的電離程度與氣體的種類有關，當系統(tǒng)漏氣時，燈絲會立即燒壞。163、流量流量檢測的基本概念 1.流量：是指單位時間內流過管道或特定通道橫截面的流體數量。稱為瞬時（平均）流量 它是流體平均流速V與流經管道橫截面積A乘積,既Q=AV2.流量單位：m3/h L/h L/min3.流量儀表分類： 速度式流量計： 以測量流體在管道內的流速為計算流量根據測量原理與方法不同分為：節(jié)流式流量計、轉子流量計、電磁流量計、超聲波流量計、節(jié)流式流量計等。17 容積式流量計：以單位時間內根據所推出流體固定容積數作為測量依據來計算流量。 有：刮板式流量計、靶式流量計等。 節(jié)流式（孔板）流量計

13、的原理：流體流經節(jié)流元件時，流束收縮引起壓頭轉換而在節(jié)流件前后產生靜壓力差，該壓差與流過的流量之間存在一定的關系，通過測量壓差而求出流量的一種流量計稱為節(jié)流裝置。u差壓式流量計1.差壓式流量計是用(節(jié)流裝置)和(差壓變送器)配套來測量流體的流量.1) 標準節(jié)流裝置：有孔板、噴嘴、文丘里管。 節(jié)流裝置由節(jié)流件、取壓裝置和符合要求的直管道所組成。2）流量方程： 18 Q=0.01251CEd2t= K m3/ / h M=0.01251CEd2t=K kg / h/ h從流量方程式可以得出,流量與壓差的平方根成反，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。3) 節(jié)流裝置安裝的要求： 節(jié)流件開孔直徑12.5

14、mm 節(jié)流件應裝在上游10D及下游5D長的測量管道上。 節(jié)流件安裝注意方向，不能裝反。2. 電磁流量計：根據電磁感應原理制成的電磁流量計，能 夠測量有一定導電率的各種流體的流量 工作原理：當被測流體垂直于磁力線方向流動而切割磁力線時,根據右手定則,在與流體流向和磁力線垂直方向上產生感應電勢。19 Ex=BDV10-8 式中：B磁感應強度 D導體在磁場內的長度，既兩電極間的距離 V液體的平均流速 對于具體流量計，管徑D是固定的，磁場強度B在參數確定后也是不變的，則感應電勢Ex的大小只與液體的平均流速有關 V=Q （4/D2） Ex=（4B/D）Q10-8=KQ 利用傳感器測量管上對稱配置的電極引

15、出感應電勢，經放大和轉換處理后，儀表指示出流量值。3.電磁流量轉換器：將傳感器輸出的電勢信號Ex經轉換器信號處電磁流量計的特點：1）測量導管內無可動部件，幾乎沒有壓力損失，也不會發(fā)生堵塞現(xiàn)象。PP202）由于測量管及電極都襯防腐材料，適用于酸、堿、鹽溶 液。3）無機械慣性，反應靈敏。4）測量范圍很寬，管徑從幾mm到到2000mm。速度范圍為：流體2-4m/s，最高10m/s；測量精度+（0.5%-1%）。4.電磁流量計安裝及維護：1）電磁流量計安裝時要求傳感器的測量管內必須充滿液體（滿管），并切不允許有氣泡產生。2）電磁流量計安裝在足夠長的直管段上，一般要求5D3）電磁流量傳感器的輸出信號比較

16、微弱，故易受外界磁場的干擾。因此傳感器的外殼、屏蔽線、及測量導管均應妥善地單獨接地。4)電磁流量計傳感器及轉換器應使用同一相的電源。 215)電磁流量計傳感器使用一段時間后，管道內壁可能積垢，垢層電阻低，嚴重時可能使電極短路，表現(xiàn)為流量信號愈來愈小或突然下降。因此傳感器必須定期維護清洗，保持測量管內部清潔，電極光亮平整。差壓變送器平衡閥操作方程:22超聲波液位計1.工作原理：就是用回波測距原理，即利用超聲波探頭發(fā)射超聲波到被測介質表面，經過介質表面反射回來到超聲波探頭接收。通過電路計算出超聲波發(fā)射到接收的時間，從而計算出超聲波經過的距離，算出被測介質的液面的高度。2.儀表維護及故障處理1)保持探頭表面清潔，定期對探頭進行清洗。2)安裝探頭要保持法蘭水平，探頭與液面垂直。3)注意探頭測量存在盲區(qū)，即探頭不能檢測到的距離。探頭 23 表面0.3米以內的距離為測量盲區(qū)，在盲區(qū)以內的液位顯示將出現(xiàn)無規(guī)律液位亂跳變。安裝時的液位溢流口