熱工儀表基礎(chǔ)知識

1、熱工儀表基礎(chǔ)知識第一章、熱工測量和儀表第一節(jié)、測量的基本概念一、測量：1、測量是人們借助專門工具，通過試驗(yàn)和對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計算，將被測量x0以測量單位U的倍數(shù)顯示出來的過程。2、被測量的真值只能近似地等于其測量值x： 3、熱工測量是指壓力、溫度等熱力狀態(tài)參數(shù)的測量，通常還包括一些與熱力生產(chǎn)過程密切相關(guān)的參數(shù)的測量 。二、測量方法：按測量結(jié)果的獲取方式來分 （1）直接測量法： 使被測量直接與測量單位進(jìn)行比較，或者用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀器進(jìn)行測量、從而得到被測量數(shù)值的測量方法，稱直接測量法。 （2）間接測量法： 通過直接測量與被測量有某種確定函數(shù)關(guān)系的其他各變量、再按函數(shù)關(guān)系進(jìn)行計算，從而求得被測

2、量數(shù)值的方法，稱為間接測量法。 按被測量與測量單位的比較方式來分 （1）偏差測量法：測量器具受被測量的作用，其工作參數(shù)產(chǎn)生與初始狀態(tài)的偏離，由偏離量得到被測量值，稱為偏差測量法。 （2）微差測量法：用準(zhǔn)確已知的、與被測量同類的恒定量去平衡掉被測量的大部分，然后用偏差法測量余下的差值，測量結(jié)果是已知量值和偏差法測得值的代數(shù)和。 （3）零差測量法：用作比較的量是準(zhǔn)確已知并連續(xù)可調(diào)的，測量過程中使它隨時等于被測量，也就是說，使已知量和被測量的差值為零，這時偏差測量僅起檢零作用，因此，被測量就是已知的比較量。 三、測量誤差測量誤差是被測量參數(shù)的測量值x與其真值的之差。真值常用的方法有：（1）用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

3、（標(biāo)準(zhǔn)器）所提供的標(biāo)準(zhǔn)值，例如水的三相點(diǎn)。（2）用高一級的標(biāo)準(zhǔn)儀表測量得到的值來近似作為真值。（3）對被測量進(jìn)行N次等準(zhǔn)確度測量，各次測量值的算術(shù)平均值近似為真值。N越大，越接近真值。 常見的測量誤差表達(dá)方式：1.絕對誤差2.實(shí)際相對誤差3標(biāo)稱相對誤差4.折合誤差折合誤差一般用于比較測量儀表的優(yōu)劣。折合誤差也稱引用誤差。 四、測量系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)一定的測量目的，將測量設(shè)備按一定方式進(jìn)行組合的系統(tǒng)稱為測量系統(tǒng)，也稱檢測系統(tǒng)。 （一）測量系統(tǒng)的組成1傳感元件（1）輸出信號必須隨被測參數(shù)的變化而變化，即要求傳感元件的輸出信號與輸入的被測信號之間有穩(wěn)定的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系，而且可復(fù)現(xiàn)。（2）非被

4、測量對傳感元件輸出的影響應(yīng)小得可以忽略。若不能忽略，將造成測量誤差。在這種情況下，一般要附加補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償或修正。（3）傳感元件需盡量少地消耗被測對象的能量，并且不干擾被測對象的狀態(tài)或者干擾極小。2傳送變換元件（1）單純起傳輸作用。 （2）將感受件輸出的信號放大，以滿足遠(yuǎn)距離傳輸以及驅(qū)動顯示、記錄裝置的需要。（3）為了使各種感受件的輸出信號便于與顯示儀表和調(diào)節(jié)裝置配接，要通過變換件把信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一信號，各種感受件的輸出信號都被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一數(shù)值范圍的氣、電信號。這時的傳送件常稱為變送器。這樣，同一種類型的顯示儀表?？捎脕盹@示不同類型的被測量。3顯示元件顯示元件的作用是向觀測者顯示被測參數(shù)

5、的量值。（1）模擬式顯示：（2）數(shù)字式顯示：（3）屏幕畫面顯示： 五、測量誤差的分析與處理根據(jù)測量誤差性質(zhì)的不同 1、系統(tǒng)誤差（一）系統(tǒng)誤差的概念在同一條件下（同一觀測者，同一臺測量器具，相同的環(huán)境條件等），多次測量同一被測量，絕對值和符號保持不變或按某種確定規(guī)律變化的誤差。恒值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：（1）測量儀表本身的原因（2）儀表使用不當(dāng)（3）測量環(huán)境條件發(fā)生較大改變。 （二）消除系統(tǒng)誤差的一般方法（1）消除系統(tǒng)誤差的來源在測量工作投入之前，仔細(xì)檢查測量系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的安裝及連接線路，使其達(dá)到規(guī)定要求，盡量消除誤差的來源。（2）在測量結(jié)果中加修正值對不能消除的系統(tǒng)誤差，在測量之前，對

6、檢測系統(tǒng)中的各儀表進(jìn)行檢定，確定出修正值。對各種影響量如溫度、氣壓、濕度等要力求確定出修正公式、修正曲線或修正表格以便對測量結(jié)果進(jìn)行修正。（3）采用補(bǔ)償措施在檢測系統(tǒng)中加裝補(bǔ)償裝置（或自動補(bǔ)償環(huán)節(jié)），以便在測量中自動消除系統(tǒng)誤差。（4）改善測量方法采用較完善的測量方法，消除或減少系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。常用兩種方法：交換法；交換法是消除定值系統(tǒng)誤差的常用方法，也叫對置法。此種方法的實(shí)質(zhì)是交換某些測量條件，使得引起定值系統(tǒng)誤差的原因以相反方向影響測量結(jié)果，從而消除其影響。 對稱法；對稱法是消除線性系統(tǒng)誤差的有效方法。2、隨機(jī)誤差（一）隨機(jī)誤差的概念在相同條件下多次測量同一被測量時，絕對值和符號

7、不可預(yù)知地變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差。誤差的大小和正、負(fù)都是不確定的。 產(chǎn)生原因：隨機(jī)誤差大多是由測量過程中大量彼此獨(dú)立的微小因素對測量影響的綜合結(jié)果造成的。3、疏忽誤差明顯歪曲了測量結(jié)果，使該次測量失效的誤差稱為疏忽誤差。含有疏忽誤差的測量值稱為壞值。出現(xiàn)壞值的原因有：測量者的主觀過失，如讀錯、記錯測量值；操作錯誤；測量系統(tǒng)突發(fā)故障等。處理：存在這類誤差的測量值應(yīng)當(dāng)剔除。 第二節(jié)、儀表或測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)1、準(zhǔn)確度這是表征儀表指示值接近被測量值程度的質(zhì)量指標(biāo)。（1）儀表的示值誤差 絕對誤差 ：相對誤差： （2） 儀表的基本誤差：在規(guī)定的工作條件下，儀表量程范圍內(nèi)各示值誤差中的絕對值最大者：

8、儀表的折合誤差 超出正常工作條件引起的誤差稱為儀表的附加誤差。（3） 儀表的準(zhǔn)確度等級：某類儀表在正常工作條件下，為了保證質(zhì)量，對各類儀表人為規(guī)定了其基本誤差不能超過的極限值，此極限值稱為該類儀表的允許誤差。工業(yè)儀表準(zhǔn)確度等級的國家標(biāo)準(zhǔn)系列有0.005，0.01，0.02，0.04，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等等級。儀表刻度盤上應(yīng)標(biāo)明該儀表的準(zhǔn)確度等級。數(shù)字越小，準(zhǔn)確度越高。儀表最大折合誤差表示的允許誤差去掉百分號后余下的數(shù)字值為該儀表的準(zhǔn)確度等級。儀表的允許誤差=±準(zhǔn)確度等級%。2、 變差輸入量上升（正行程）和下降（反行程）時,

9、同一輸入量相應(yīng)的兩輸出量平均值之間的最大差值與量程之比的百分?jǐn)?shù)稱為儀表的變差。3、 線性度（或非線性誤差）實(shí)際特性曲線往往偏離線性關(guān)系，它們之間最大偏差的絕對值與量程之比的百分?jǐn)?shù)，稱之為線性度。 4、 重復(fù)性和重復(fù)性誤差同一工作條件下，多次按同方向輸入信號作全量程變化時，對應(yīng)于同一輸入信號值，儀表輸出值的一致程度稱為重復(fù)性。對于全范圍行程，在同一工作條件下從同方向?qū)ν惠斎胫颠M(jìn)行多次連續(xù)測量所獲得的輸出兩極限值之間的代數(shù)差或均方根誤差稱為重復(fù)性誤差，它通常以量程的百分?jǐn)?shù)表示。5、 分辨率引起儀表示值可察覺的最小變動所需的輸入信號的變化，稱儀表的分辨率。也稱靈敏限或鑒別閥。 6、 靈敏度儀表在到

10、達(dá)穩(wěn)態(tài)后，輸出增量與輸入增量之比，稱為儀表的靈敏度。 7、 漂移在保持工作條件和輸入信號不變的條件下，經(jīng)過規(guī)定的較長段時間后輸出的變化，稱為漂移，它以儀表量程各點(diǎn)上輸出的最大變化量與量程之比的百分?jǐn)?shù)來表示。 第三節(jié)、儀表的檢定檢定是為了評定儀表的計量性能，并與規(guī)定的指標(biāo)比較，以確定儀表是否合格。進(jìn)行檢定工作應(yīng)遵循國家法定性技術(shù)文件：國家計量檢定規(guī)程。規(guī)程詳細(xì)規(guī)定了被檢儀表的技術(shù)條件；檢定用的標(biāo)準(zhǔn)測量器具和設(shè)備；檢定項(xiàng)目、方法和步驟，檢定結(jié)果處理；檢定證書的格式和填寫要求等。檢定方法：定點(diǎn)法是：提供被檢儀表測量所需的某種標(biāo)準(zhǔn)量值，例如已知的某種純金屬相變點(diǎn)溫度，標(biāo)準(zhǔn)成分氣樣等，從而確定儀表的示值

11、誤差。示值比較法：就是使被檢儀表與標(biāo)準(zhǔn)儀表同時去測量同一被測量，比較兩者的指示值，從而確定被檢儀表的基本誤差、變差等質(zhì)量指標(biāo)。一般要求標(biāo)準(zhǔn)儀表的測量上限應(yīng)等于或稍大于被檢儀表的測量上限。標(biāo)準(zhǔn)儀表的允許誤差為被檢儀表誤差的1/31/10。在這種情況下，可以忽略標(biāo)準(zhǔn)儀表的誤差。將標(biāo)準(zhǔn)儀表的指示值作為被測量的真值。檢定點(diǎn)常常取在儀表標(biāo)尺的整數(shù)分度值（包括上、下限）上和經(jīng)常使用的標(biāo)尺刻度附近，必要時可適當(dāng)加密檢定點(diǎn)。第二章、溫度測量及儀表第一節(jié)、溫度測量概述一、溫度溫度是表征物體冷熱程度的物理量溫度是描述系統(tǒng)不同自由度能量分布狀況的物理量溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量二、溫度測量1、溫度測量的基

12、本概念 溫度的定義：表征分子熱運(yùn)動的程度的物理量 2、溫標(biāo)：衡量溫度大小的標(biāo)尺 攝氏： 熱力學(xué)：K 華氏：第二節(jié)、膨脹式溫度計 膨脹式溫度計是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計，主要有液體膨脹式溫度計、固體膨脹式溫度計和壓力式溫度計三種。一、溫度計的分類和形式膨脹式溫度計：玻璃溫度計、壓力式溫度計、雙金屬溫度計熱電偶溫度計熱電阻溫度計輻射式溫度計二、膨脹式溫度計1、玻璃液體溫度計是膨脹式溫度計之一種,利用液體受熱膨脹的性質(zhì)制成, 常用的液體有水銀和酒精。廣泛用于測量-200-500攝氏度范圍內(nèi)的溫度。（1）優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) 玻璃液體溫度計是最常用,也是最簡單,最便宜的溫度計。這種溫度計主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造

13、簡單,使用方便,精度高和價格低廉。缺點(diǎn)是惰性大,能見度低, 不能自動記錄及遠(yuǎn)距離傳送。（2）注意事項(xiàng)(1)、溫度計不宜平放和平裝,保存與安裝時都應(yīng)使玻璃溫度計直立, 而且測溫泡在下部。如果傾斜安裝也應(yīng)使測溫泡在下部。(2)、使用時應(yīng)檢查液柱是否脫離,測溫泡內(nèi)是否含有氣泡, 如果液柱脫離可以緩慢加熱或微振動起來消除。(3)、對于全浸式溫度計,安裝深度應(yīng)滿足要求,對于工業(yè)用玻璃管溫度計,則應(yīng)將尾部全部插入被測介質(zhì)中。(4)、被測介質(zhì)具有一定壓力時,應(yīng)在測溫處焊上(或用螺絲旋緊)測溫套管為減少熱阻,測溫套管壁不宜太厚(一般為1-2mm)。(5)、測量流體溫度時,溫度計不能順向安置,應(yīng)逆向安放,或與流

14、向垂直或有一定傾斜角,而且測溫套管的插入深度要超過中心線。使測溫泡剛好位于中心線上。 2、壓力式溫度計 壓力式溫度計的工作原理是當(dāng)溫度變化時,工質(zhì)的體積或壓力相應(yīng)發(fā)生變化,以此制成溫度計這種溫度計的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單,防震可以遠(yuǎn)距離測量 , 并可制成自動記錄式。主要缺點(diǎn)是損壞后很難修理,不能測點(diǎn)溫和表面溫度。3、雙金屬溫度計雙金屬溫度計的工作原理：雙金屬溫度計是利用兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片A和B將其焊接在一起并將一端固定。當(dāng)溫度發(fā)生變化時,膨脹悉數(shù)較大的金屬片B伸長較多,故其未固定端(自由端)必然向膨脹系數(shù)較小的金屬A一方彎曲變形。利用彎曲變形的大小不同,從而可表示出溫度的高低不同。 第三章、

15、溫度測量原理第一節(jié)、熱電偶的工作原理一、熱電偶的測溫原理1、熱電勢：兩種不同的導(dǎo)體材料（或半導(dǎo)體）A，B組成的閉合回路。相接觸時，存在電子的遷移，達(dá)到平衡時，在接觸的兩端形成電勢 可用于點(diǎn)溫度的測量 只與材料和溫度有關(guān)，與熱電偶的長度、直徑無關(guān) 接觸電勢和溫差電勢組成mV 2、熱電偶基本定律的內(nèi)容 兩種均質(zhì)金屬組成的熱電偶，其電勢大小與熱電級直徑，長度和沿?zé)犭娂夐L度上的溫度分布無關(guān)，只與熱電級材料和兩端溫度有關(guān)；熱電勢大小是兩端溫度的函數(shù)差，如果兩端溫度相等，則熱電勢為零。 3、熱電偶基本定律的推論 （1）熱電偶必須用兩種性質(zhì)不同的熱電級構(gòu)成。（2）若熱電級材料的性質(zhì)不均勻，即當(dāng)熱電級溫度分布

16、不同時， 則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢。所以根據(jù)附加熱電勢檢查熱電極材料 是否均勻，從而衡量熱電偶質(zhì)量的高低。4、中間導(dǎo)體定律在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體后，只要保證所接入導(dǎo)體兩端溫度相同，就不會影響熱電偶的熱電勢。 5、中間溫度定律與連接導(dǎo)體定律（1）已知熱電偶在某一給定冷端溫度下進(jìn)行分度，只要引入適當(dāng)修正，就可以在另外的冷端溫度下使用。這就為制訂熱電偶的熱電勢溫度關(guān)系溫度表奠定了理論基礎(chǔ)。（2）和熱電偶具有同樣熱電性質(zhì)的補(bǔ)償導(dǎo)線可以引入熱電偶的回路中，相當(dāng)于把熱電偶延長而不影響熱電偶的熱電勢。這就為工業(yè)測溫中應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。二、標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶及其分度號1.鉑銠10-鉑熱電偶(S)2

17、.鉑銠30-鉑銠6(B)熱電偶3.鎳鉻-鎳硅(K)熱電偶1、熱電偶的分度號（1）熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。（2）K 分度號的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長期使用溫度1000,短期1200。在所有熱電偶中使用最廣泛； （3）在所有熱電偶中，S分度號的精確度等級最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶； 三、熱電偶的構(gòu)造1、普通型熱電偶的構(gòu)造熱電極、絕緣材料、保護(hù)套管、接線盒(1)熱電極熱電偶的熱電極直徑由材料的機(jī)械強(qiáng)度,電導(dǎo)率,價格及熱電偶的用途和測量范圍等決定。用貴金屬時直徑很細(xì),為0

18、.35-0.65mm,用廉價金屬時,其直徑為1-2mm.熱電偶的長度可根據(jù)實(shí)際需要來決定。普通插入式熱電偶的長度可在300mm-2150mm之間。(2)絕緣材料 在熱電偶的兩根電極上套有絕緣材料, 其作用是防止兩根電極之間和電極與保護(hù)套管之間發(fā)生短路。常用絕緣材料橡皮,塑料等,最常用的絕緣材料是瓷管和高溫瓷管,其結(jié)構(gòu)有單孔,雙孔,四孔,孔的大小根據(jù)熱電極的直徑而定 (3) 保護(hù)套管 熱電偶的熱電極(包括絕緣管)裝在保護(hù)套管中。使熱電極避免遭受有害氣體的腐蝕,玷污及機(jī)械損傷,防止或減小火焰與氣流的沖刷和輻射,保護(hù)熱電極.對保護(hù)套管材料的要求是耐腐蝕,不滲透氣體,不與氧化性和還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

19、,耐酸堿腐蝕,熱慣性小,能承受溫度劇變,價格低。常用的保護(hù)套管材料有:銅,20號碳鋼,鎳鉻合金。(4)接線盒 主要作用是防止灰塵和水,汽的侵入,便于熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ь€連接。接線盒用侶合金材料制成,裝在保護(hù)套管的尾部,接線盒的上部有墊片或墊圈加以密封。2、鎧裝熱電偶的構(gòu)造 鎧裝熱電偶是由熱電極,絕緣材料和金屬套管三者組合而成的堅(jiān)實(shí)結(jié)合體。鎧裝熱電偶的套管材料為銅,不銹鋼或鎳基高溫合金等。在熱電偶與套管之間填滿氧化粉末絕緣材料,套管中的熱電極有單絲的,雙絲的和四絲的,互不接觸。熱電偶的種類有鉑銠10-鉑,鉑銠30-鉑銠6,鎳鉻-鎳硅等.目前生產(chǎn)的鎧裝熱電偶,其外徑為12-25mm,長度可達(dá)10

20、0m以上。耐高溫耐腐蝕熱電偶：以特殊金屬陶瓷材料作為外保護(hù)套管，采用復(fù)合型結(jié)構(gòu)，使用溫度1600°C，具有良好的耐高溫、抗氣流沖擊、抗氧化性能。主要用于高溫加熱爐、裂解爐、尾氣焚燒爐、焦化爐等裝置的測溫。 吹氣型熱電偶：鎧裝熱電偶感溫元件和外保護(hù)管之間構(gòu)成一定的氣路，在氣路中，通入一定壓力的惰性氣體，以排除或減少熱電偶在高溫、高壓條件下還原氣體的滲入第二節(jié)、熱電偶冷端溫度補(bǔ)償1、概述熱電偶的熱電勢是兩個接點(diǎn)溫度的函數(shù)表, 只有當(dāng)冷端溫度不變時,熱電勢才是熱端溫度的單值函數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中,熱電偶冷端所處環(huán)境溫度總有波動,從而使測量得不到正確結(jié)果, 必須采取補(bǔ)償措施.冷端溫度處理辦法有以下

21、幾種: 1.計算修正法 2.儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法 3.恒溫法 4.補(bǔ)償法 5.多點(diǎn)測量的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的外形圖2、恒溫法在精密測溫中,一般要求熱電偶溫度保持為0攝氏度,通常采用冰點(diǎn)槽。用清潔的水制成冰屑與清潔的水相混合盛于冰點(diǎn)槽的保溫瓶內(nèi), 并使其達(dá)到平衡而保持恒定的0攝氏度, 使用時將熱電偶冷端放在插入冰點(diǎn)槽的試管底部恒溫法是準(zhǔn)確度很高的冷端處理方法,然而使用比較麻煩,需要保持冰,水兩相。3、補(bǔ)償法補(bǔ)償法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電壓來補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化所引起的熱電勢的變化。4、熱電偶的校驗(yàn)和誤差分析熱電偶的誤差來源主要有以下一些:(1)分度誤差:由于熱電極材料成分不符要求和

22、材料均勻性等原因, 使熱電偶的熱電性質(zhì)與統(tǒng)一的分度表之間產(chǎn)生分度誤差。(2)補(bǔ)償導(dǎo)線誤差:由于補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電極材料在1000C 以下的熱電性質(zhì)不同將產(chǎn)生誤差。5、熱電偶的校驗(yàn)和誤差分析(1)參比端溫度變化引起的誤差:在利用補(bǔ)償電橋進(jìn)行參比溫度補(bǔ)償時,由于不能完全補(bǔ)償而產(chǎn)生誤差。(2)由于熱電極變質(zhì),使熱電性質(zhì)變化而產(chǎn)生誤差。第三節(jié)、熱電阻溫度計一、熱電阻測溫原理物理學(xué)指出:各種材料的電阻率都隨溫度變化。若忽略物體的長度和截面隨溫度的變化,則在參比溫度t0下的電阻值Rt0和電阻率的溫度系數(shù)(簡稱電阻溫度系數(shù) )a已知物體,可以通過測量此物體的電阻來反映其溫度。二、工業(yè)常用熱電阻在我國,標(biāo)準(zhǔn)化的熱

23、電阻現(xiàn)有鉑的和銅的兩種 1、分度號根據(jù)規(guī)定,工業(yè)鉑電阻有Pt10和Pt100兩種分度號銅熱電阻有Cu50和Cu100兩種。2、使用特點(diǎn)鉑熱電阻用于攝氏度范圍內(nèi)測溫，銅熱電阻因在高溫下易氧化而適用于攝氏度范圍內(nèi)測溫。前者穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高；后者價格便宜，電阻與溫度關(guān)系的線性度較好。三、熱電阻構(gòu)造 與熱電偶一樣，工業(yè)熱電阻有普通基型結(jié)構(gòu)和鎧裝結(jié)構(gòu)兩種。它們都由感溫元件，引出線，保護(hù)套管，接線盒，絕緣材料等組成。熱電阻的結(jié)構(gòu)：第四章、壓力儀表第一節(jié)、壓力的定義和單位一 概述1、定義和單位物體單位表面積所承受的垂直作用力，在物理上成為壓強(qiáng)。 單位:Pa(帕斯卡).1牛頓的力作用在1平方米平面上造成的壓

24、力等于是1Pa.常用的單位有MPa,KPa。2、基本概念與表示方法 壓強(qiáng)： 1Pa=1N/m2 術(shù)語 絕對壓力：偏離零參考點(diǎn)的數(shù)值。 表壓力：絕對壓力減去大氣壓力。 負(fù)壓、真空：表壓力為負(fù)值時的壓力。 差壓：在差壓計中，把壓力高的一側(cè)叫正壓，壓力低的一側(cè)叫負(fù)壓，這個負(fù)壓不一定低于當(dāng)?shù)卮髿鈮骸０鼑诘厍虮砻嬉粚雍芎竦拇髿鈱訉Φ厍虮砻婊虮砻嫖矬w所造成的壓力稱為“大氣壓”，符號為B；直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“絕對壓力”，絕對壓力值以絕對真空作為起點(diǎn)，符號為PABS（ABS為下標(biāo)） 三者之間的關(guān)系是：PABS = B + Pg（ABS為下標(biāo)）第二節(jié)、壓力計的分類一、壓力計的分類概述 1、壓

25、力計按感壓元件分類 (1)液柱式壓力計U形管壓力計 單管壓力計 斜管壓力計 鐘罩壓力計 C字形壓力計 盤旋形壓力計 (2)彈性壓力計 波紋管壓力計螺旋形壓力計 膜片式壓力計 波紋管壓力計 膜盒式壓力計2、按被測壓力的種類分類 (1)表壓力計 真空計 壓力真空計 壓力計 (2)絕對壓力計 (3)差壓計 3、按壓力計的用途分類 普通型,耐熱型,耐振型,耐熱耐振型,密封型,安全型,蒸氣型,禁油型,法蘭連結(jié)型,帶隔膜封入液型。二、壓力計的組成1、壓力計一般由三個部分組成: (1)感壓部分: 接受要測的壓力并把被測壓力變換成位移或;感壓部分元件有:U形管,單管,斜管,波紋管,膜片,膜盒等 (2)傳送部分

26、:把來自感壓部分的位移或者力的信號通過放大或者變換成統(tǒng)一的電信號或空氣壓信號傳送到指示部分;傳送部分有:直接傳動式傳送部分,電動變送式傳送部分等 (3)指示部分:接收來自傳送部分的信號并指示,記錄被測壓力。指示部分有: 現(xiàn)場顯示型壓力計,遠(yuǎn)距離顯示型壓力顯示部分。2、使用注意事項(xiàng) 測壓液體和管子應(yīng)是干凈的,臟東西的存在同時使密度和表面張力發(fā)生變化這兩種效應(yīng)難以定量說明,它們表現(xiàn)為彎月面形狀不規(guī)則,其截面各異。上升帶有跳動,管子應(yīng)常用硫代鉻酸的混合物清結(jié)用酒精洗滌并在存靜空氣中干燥, 測壓液體應(yīng)該定期更換或再生處理。 管子應(yīng)該是圓形的。截面的變化造成容積式壓力計的截面修正誤差和毛細(xì)效應(yīng)誤差。 確

27、安裝測量裝置,保持系統(tǒng)的密封性。連接管內(nèi)不應(yīng)該含有寄生流體玻璃管內(nèi)在更換或清洗時經(jīng)常由于碰,摔而碎或出現(xiàn)裂紋,所以操作要十分注意。彈簧管壓力計第三節(jié)、彈性式壓力計 彈性式壓力計便于安裝,帶有標(biāo)準(zhǔn)化螺紋接點(diǎn)(NFE-15-012).讀數(shù)方便和價格低廉使之成為非常有用的工業(yè)儀表這些壓力計對于那些影響材料彈性的量是敏感的。如溫,脈動,振動,腐蝕性流體等原因。 一、彈性元件 1）彈簧管 2）膜片、膜盒 3）波紋管1、固有頻率固有頻率也叫自振頻率或無阻尼自由振動頻率。它與材料及元件的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，對彈性元件的動態(tài)影響很大，一般希望固有頻率較高。2、剛度和靈敏度使彈性元件產(chǎn)生單位變形所需要的負(fù)荷(壓力、力

28、)，稱為彈性元件的剛度；反之，在單位負(fù)荷作用下產(chǎn)生的變形(力、位移)，稱為彈性元件的靈敏度。剛度大的彈性元件，其靈敏度較小，適用于大量程測壓儀表；剛度小的彈性元件，易于制成檢測微小波動壓力的儀表。對于線性輸出特性的彈性元件，其剛度和靈敏度均為常數(shù)，這有利于制作高準(zhǔn)確度的儀表。3、彈性遲滯和彈性后效(不完全彈性) 彈性遲滯：彈性元件在彈性范圍內(nèi)加負(fù)荷與減負(fù)荷時，其彈性形變輸出特性曲線不重合的特性。 彈性后效：當(dāng)加在彈性元件上的負(fù)荷停止變化或被取消時，彈性元件的形變并不是立即就完成，而是要經(jīng)過一定的時間才完成相應(yīng)的形變的特性。 4、蠕變和疲勞形變 彈性元件經(jīng)過長時間的負(fù)荷作用，當(dāng)負(fù)荷取消后，不能恢

29、復(fù)原來的形態(tài)，這種特性稱為彈性元件的蠕變。 5、溫度特性 由于溫度變化，彈性元件材料的彈性模量將發(fā)生變化，所以彈性元件的剛度發(fā)生變化，這將影響彈性元件的輸出特性。二、彈性壓力表的工作原理 輸入壓力力彈性變形機(jī)械式輸出信號電氣式彈性力輸入壓力的作用在彈性元件表面，形成作用力，使彈性元件發(fā)生彈性變形；由于彈性變形，產(chǎn)生了彈性力，彈性力與外界作用力方向相反，當(dāng)作用力與彈性力達(dá)到平衡時，彈性元件的形變一定，通過機(jī)械式、電氣式裝置顯示或傳送出信號三、彈簧管壓力表1、測量范圍： 從真空到109Pa的高壓，準(zhǔn)確度等級一般為1.04.0級，精密的可達(dá)0.10.5級。 2、組成： 由彈簧管、傳動放大機(jī)構(gòu)、指示機(jī)

30、構(gòu)及外殼組成 。 游絲：用來消除齒輪嚙合處的間隙。四、膜盒微壓計膜盒微壓計的測量范圍為l504000Pa，準(zhǔn)確度等級一般為2.5級，較高的可達(dá)1.5級。在火電廠中常用膜盒微壓計測送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛和尾部煙道的壓力。五、雙波紋管差壓計雙波紋管差壓計是一種低壓及差壓測量儀表，其中差壓測量儀表主要在測量流量和水位等參數(shù)時用于中間變換或顯示。一般被測差壓不大，但靜壓力很高。波紋管壓力外圓沿軸向有深槽形波紋狀縐摺, 并沿軸向能夠伸縮.因?yàn)槟蛪簭?qiáng)度有限.所以多用作低壓壓力的感壓原件。波紋管的壽命是使波紋管在一定的循環(huán)壓力作用下,循環(huán)伸縮,用直到破壞的循環(huán)次數(shù)表示波紋管的壽命。六、膜片壓力計 膜片壓力

31、計有兩類: 一類是利用膜片彈性制成的彈性膜片壓力計 另一類是用膜片把被測流體和壓力計的其它部分分隔,即所謂非彈性膜片壓力計。 彈性壓力計構(gòu)造不太復(fù)雜,無須特殊管理.但應(yīng)經(jīng)常接受檢定計量法對其修理有嚴(yán)格的限制,不受限制的修理項(xiàng)目,只有更換表蒙玻璃一項(xiàng),其它修理工作,必須由專門的修理工或是計量管理部門指定的工廠承擔(dān)。第五章、壓力測量原理第一節(jié)、 變送器的概念一.變送器的概念 變送器(傳感器)這一詞是指將被測的某一物理量按照一定轉(zhuǎn)換規(guī)律轉(zhuǎn)換成另一種已知的物理量的一種轉(zhuǎn)換裝置。它是一個用于檢測控制變量(信息)的器件, 它具有檢測,轉(zhuǎn)換,傳輸信息的功能。 近來把傳感器直接定義為:能感知,并檢測出被測對象

32、之信息的機(jī)器。也就是說,傳感器能夠代替人的五官(視、聽、嗅、味、觸) 來完成某些功能的機(jī)器。同時,即使人的五官不能感知的現(xiàn)象(例如紅外線、電磁波、超聲波等)也能感知。固態(tài)壓力變送器工作原理：用先進(jìn)工藝制成的壓阻式敏器件，在激勵電壓的作下，將作用在膜片上的被測力所形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)換電壓信號。第二節(jié)、電感、電容式壓力傳感器一、電感式壓力變送器利用磁性材料和空氣的導(dǎo)磁率不同。氣隙式壓力變送器 變壓器式差壓變送器電渦流式壓力變送器 二、電容式壓力傳感器 利用兩平行板電容可以測量壓力的傳感器，稱為電容式壓力傳感器 電容式壓力傳感器可分為三種類型:改變面積式,變介電質(zhì)的變間隙式(可以用空氣,固體介質(zhì)如云母等)

33、和變極間距離等三類. 1. 差動電容式 2. 可動板電容式 3. 霍爾式壓力傳感器 霍爾式壓力變送器： 在磁場中放入一半導(dǎo)體單晶薄片，在單晶薄片的縱向端面上通以電流I，則在單晶薄片的橫向端面之間有電勢UH產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢UH稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體單晶體稱為霍爾元件(或霍爾片)?；魻栐蓮椥栽?彈簧管)的自由端帶動，使其在一個隨位置線性變化的磁場中移動。霍爾元件所產(chǎn)生的霍爾電勢UH與彈性位移成正比。 第二節(jié)、智能、壓力表的選擇和安裝一、智能變送器智能化儀表是指采用超大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)，利用嵌入式軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作使儀表具有智能功能，在完成輸入信號的非線性、溫度與

34、壓力的補(bǔ)償、量程刻度標(biāo)尺的變換、零點(diǎn)調(diào)整、錯誤、故障診斷等基礎(chǔ)上，完成對工業(yè)過程的控制，使控制系統(tǒng)的功能進(jìn)一步分散。智能變送器集成了智能儀表全部功能及部分控制功能，具有高線性度和低溫度漂移特性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。智能變送器具有一定的人工智能，可實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)功能。其特性如下：可集成為多敏感元件的變送器，能同時測量多種物理量和化學(xué)量，全面反映被測量的綜合信息；精度高，測量范圍寬；采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信接口進(jìn)行信息交換，這是智能變送的關(guān)鍵標(biāo)志之一。智能化使變送器由單一功能向多功能和多變量檢測發(fā)展，由被動進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換向主動控制和主動進(jìn)行信息處理方向發(fā)展，由孤立元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，智能變

35、送器的通信目前主要流行的通信協(xié)議也就是現(xiàn)場總線通信協(xié)議。其是HART協(xié)議應(yīng)用較廣泛，下述幾種智能變送器都支持該協(xié)議。HART協(xié)議：是通信可尋址遠(yuǎn)程傳感器的數(shù)據(jù)公路協(xié)議(Highway Address able Remote Transducer)的縮寫，它是在Bell 202標(biāo)準(zhǔn)通信基礎(chǔ)上使用頻率移相鍵控(FSK)技術(shù)，在420mA電流上疊加一個頻率信號來完成。信號使用1200Hz和2200Hz兩個獨(dú)立的頻率，分別代表數(shù)字1和0。兩個頻率級組成的一個正弦波疊加在420mA電流回路上，由于正弦波的平均值為零，無直流部分加到420mA信號，因此在進(jìn)行數(shù)字通信時，不會造成對過程信號的干擾。 HART

36、協(xié)議一般能支持在一根雙絞線上最多掛15臺智能變送器，它使用通用性信息、公用信息和變送器特點(diǎn)信息三種信息級，可對現(xiàn)場變送器進(jìn)行診斷、標(biāo)定和組態(tài)。二、壓力儀表的檢定1、壓力標(biāo)準(zhǔn)器活塞式壓力計或數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)壓力表2、工業(yè)彈簧管壓力表的檢定工業(yè)彈簧管壓力表的精確度等級一般在1.04.0級。主要的檢定項(xiàng)目有基本誤差、變差、零位、指針移動的平穩(wěn)性、輕敲表示值的變動量、外觀檢查等。三、壓力表的選擇和安裝1、一般的選擇條件 首先在明確所要求的規(guī)格,使所用壓力計與所要求的規(guī)格完全相符,編制規(guī)格說明書。 (1)儀器種類的選擇 (2)儀器規(guī)格的選擇 (3)性能規(guī)格的選定 2、環(huán)境與被測對象的選擇條件。 (1)環(huán)境的選擇

37、條件 (2)測量對象的選擇 3、壓力計的安裝 在壓力測量中,通常采用的方式是先選定測壓點(diǎn),再選一個位置放壓力控制部分,然后用導(dǎo)壓管把測壓點(diǎn)和檢測部分連接起來進(jìn)行測量。(1)儀器種類的選擇需要有現(xiàn)場指示或現(xiàn)場報警的場合,選用有指針的直接傳動式壓力計。 關(guān)于氣動或電動壓力變送器的選用應(yīng)有效地利用其各自的特點(diǎn)。關(guān)于氣動壓力變送器, 不需要考慮防爆,防噪聲等問題。缺點(diǎn)是傳送的距璃受限制。電動壓力變送器,對傳送距璃沒有限制。但是必須根據(jù)要求考慮防爆問題和采取防雷電,防噪聲的比要措施。(2)儀器規(guī)格的選擇a.測量范圍: 壓力計一般采用系列化的幾種型號的儀器,可測量很寬的壓力范圍。b.材料: 在材料的選擇方

38、面,對于感壓元件安裝法蘭盤部分和指示變換部分有具體要求,按要求選擇標(biāo)準(zhǔn)材料或特殊材料。在進(jìn)行材料選擇時, 要考慮被測流體和設(shè)置的環(huán)境等。c.輸出指示部分: 選擇壓力計時即要符合工業(yè)要求,還要遵守有關(guān)壓力規(guī)格的法規(guī).例如在高壓氣體管理法和勞動安全衛(wèi)生規(guī)則適用的場合使用壓力計時,必須遵守相應(yīng)的規(guī)定。 (3)性能規(guī)格的選定a.測量精度: 測量儀器的精度一般指相對于儀器滿量程的百分比,通常用包括直線性, 遲滯和重復(fù)性的綜合精度表示。機(jī)械式壓力計的測量精度一般在正負(fù)1-3%, 氣動和電動壓力變送器的精度一般為正負(fù)0.5-0.2%.應(yīng)根據(jù)所要求的規(guī)格,選擇必要精度的壓力計。b.溫度變化范圍和靜壓選擇范圍：

39、關(guān)于這些特性,有工廠發(fā)表的數(shù)據(jù).在選擇壓力計時, 特別是在這些特性對產(chǎn)品質(zhì)量有影響時,要全面研究選擇壓力計的條件。(4)環(huán)境的選擇條件a.在受機(jī)械振動與沖擊時,選用具有耐振結(jié)構(gòu)的壓力計。b.裝設(shè)壓力計的場所,如環(huán)境溫度是高溫時,要選用結(jié)構(gòu)上耐高溫, 行能上具有溫度補(bǔ)償?shù)膲毫τ?。c.在腐蝕性環(huán)境或爆炸性環(huán)境中不得不裝設(shè)壓力計。要采用防腐措施, 防止損壞儀表。選用的壓力計符合工廠防爆安全結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。 (5)測量對象的選擇a.測量高溫或低溫流體時,最好的方法,一般是對導(dǎo)壓管采取散熱, 冷卻或加熱等措施,使得被測流體的溫度在到達(dá)感壓元件之前就變成常溫,盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的溫度計。b.當(dāng)被測對象是高粘度流

40、體或固體細(xì)粒的流體時, 最好選用接觸面積大的帶隔膜的壓力計。對于常溫下粘度大的流體,要用蒸氣進(jìn)行保溫。c.當(dāng)被測流體具有腐蝕性時, 可以選擇采用耐腐蝕材料感壓元件的壓力計或選用帶腐蝕材料隔膜的壓力計。d.對于養(yǎng)氣或食品之類的被測對象,如果所用壓力計內(nèi)存有油,則可能發(fā)生危險或造成污染.因此必須使用禁油標(biāo)記的壓力計。e.當(dāng)被測壓力急劇變化時,不僅難以準(zhǔn)確測量,而且由于指示機(jī)構(gòu)磨損和感壓元件疲勞,壓力計的主要部分會受到損害。在這樣場合,最好使用帶有緩沖裝置的壓力計或感壓元件,帶有緩沖用阻尼閥的壓力計。此外,壓力計應(yīng)做到安全防護(hù),如加防護(hù)罩, 新購進(jìn)的壓力計儀器要很好地驗(yàn)收和保管。第六章、 流量儀表第

41、一節(jié)、渦輪流量計 節(jié)流式流量計 轉(zhuǎn)子流量儀表 （速度）渦輪流量計 靶式流量計 羅茨流量計 其它流量測量儀表 2、流量儀表的分類 差壓流量計 轉(zhuǎn)子流量計 速度式流量計 容積式流量計 靶式流量計-電磁流量計 漩渦流量計 超聲波流量計 量熱式流量計 質(zhì)量流量計 其它流量計3、渦輪流量計1.渦輪流量計原理和特點(diǎn) 渦輪流量計是一種速度式流量儀表。它具有測量精度高, 反應(yīng)快以及耐壓高等特點(diǎn)。 它是以動量距守恒原理為基礎(chǔ)的,流體沖擊渦輪葉片。使渦輪旋轉(zhuǎn),渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量的變化而變化,最后從渦輪的轉(zhuǎn)數(shù)求出流量值。通過磁電轉(zhuǎn)換裝置將渦輪轉(zhuǎn)數(shù)變換成電脈沖, 經(jīng)前置放大,送入二次儀表進(jìn)行計數(shù)和顯示,由單位時間的

42、脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)反映出瞬時流量和累積流量。2.工作原理當(dāng)流體通過管到時，沖擊管道中心渦輪葉片，對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩，使渦輪克服摩擦力矩和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。在一定的流量范圍內(nèi)，對一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比。由此。流體流速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計算得到通過管道的流體流量3.渦輪流量計的使用及維護(hù) 1.渦輪流量計變送器與儀表連接使用,通常采用數(shù)字式積算頻率儀表作二次顯示儀表,以測出流量的瞬時值和累積值。 2.變送器的比例常數(shù)C在一般情況下,除受介質(zhì)粘度的影響外, 幾乎只與幾何參數(shù)有關(guān)。實(shí)際使用時,若與廠家標(biāo)定時條件不符,為保證足夠測量精度,需實(shí)際重新標(biāo)定。 3.由于變送器在工作時葉輪要高速旋轉(zhuǎn),即使?jié)櫥闆r良好,也仍有磨擦產(chǎn)生。這樣,在使用過一定的時間之后,因磨擦