常用儀表的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理

會(huì)計(jì)學(xué)1常用儀表的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理概述

一、儀表的作用

儀表是人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來的一種技術(shù)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(zhǔn)確地觀察和操縱生產(chǎn)設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第1頁(yè)/共43頁(yè)

二、測(cè)量?jī)x表的分類按所測(cè)參數(shù)不同，可分為壓力測(cè)量?jī)x表、流量測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、液位測(cè)量?jī)x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(yuǎn)傳型儀表等。按儀表能源的不同分類。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第2頁(yè)/共43頁(yè)一、壓力及測(cè)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(jiǎn)稱“帕”。符號(hào)：“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(hào)是“N”，即：壓力測(cè)量中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第3頁(yè)/共43頁(yè)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(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱等。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第4頁(yè)/共43頁(yè)

壓力的表示方法有絕對(duì)壓力、表壓力和負(fù)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(duì)壓力P是指物體所受的實(shí)際壓力。工程上所用的壓力指示值，多為表壓或真空度(負(fù)壓)。表壓、真空度是流體的絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮合啾容^而得出的相對(duì)壓力值。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第5頁(yè)/共43頁(yè)

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(duì)壓力與大氣壓力之差。即：負(fù)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(duì)壓力之差。即：

因?yàn)閴毫Ρ硗ǔＪ翘幱诖髿庵?，本身就承受著大氣壓力，所以壓力表所測(cè)壓力為表壓或負(fù)壓。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第6頁(yè)/共43頁(yè)

二、壓力測(cè)量?jī)x表分類測(cè)壓儀表根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可分為

1)液柱壓力計(jì)，它是根據(jù)流體力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量，例如Ｕ型管壓力計(jì)。

2)彈性式壓力計(jì)，它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量。例如彈簧管壓力表。

3)電氣式壓力計(jì)，它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測(cè)量，例如電容式1151壓力變送器。

4）活塞式壓力計(jì)。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第7頁(yè)/共43頁(yè)三、彈性式壓力計(jì)

彈性式壓力計(jì)是利用各種彈性原件，將所測(cè)壓力轉(zhuǎn)變成一定的彈性變形量，通過測(cè)量彈性變形量的大小來測(cè)量壓力的大小。

彈性式壓力計(jì)中最常用的是單圈彈簧管壓力表。

彈性式壓力計(jì)的彈性原件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、波紋管等。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第8頁(yè)/共43頁(yè)彈性式壓力測(cè)量元件測(cè)壓原理：是利用彈性元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來度量被測(cè)壓力的。當(dāng)彈性元件受壓力作用時(shí)會(huì)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(hào)。彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，測(cè)壓范圍寬，被測(cè)壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，測(cè)量精度也較高，在目前的測(cè)壓儀表中占有統(tǒng)治地位。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第9頁(yè)/共43頁(yè)

彈簧管式壓力表是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種測(cè)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(cè)量蒸汽、油、水和氣體等介質(zhì)的表壓力、負(fù)壓和絕壓，其測(cè)量范圍為10-4～103MPa。

——缺點(diǎn)是不適宜動(dòng)態(tài)測(cè)量。

——優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，操作安全可靠。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第10頁(yè)/共43頁(yè)1一彈簧管；2一拉桿；3一扇形齒輪；4--中心齒輪；5一指針；6一面板；7一游絲8一調(diào)整螺針；9一接頭彈簧管式壓力表的結(jié)構(gòu)中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第11頁(yè)/共43頁(yè)彈簧管式壓力表的工作原理中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第12頁(yè)/共43頁(yè)

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(yīng)而構(gòu)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(kuò)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(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測(cè)壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號(hào)。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第13頁(yè)/共43頁(yè)

壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、滯后小、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測(cè)量壓力，稍加改變，就可以用來測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第14頁(yè)/共43頁(yè)

擴(kuò)散硅壓力變送器檢測(cè)部件的原理結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。它的感壓元件叫做擴(kuò)散硅應(yīng)變片。其電阻布置如圖(b)所示、杯內(nèi)腔承受被測(cè)壓力p，杯的外側(cè)為大氣壓力。如用來測(cè)量差壓，則分別接p1及p2。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第15頁(yè)/共43頁(yè)

一、溫度及溫度測(cè)量

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。溫度的測(cè)量是通過間接測(cè)量實(shí)現(xiàn)的。一般是利用不同物體之間的熱交換間接測(cè)量的。溫度測(cè)量?jī)x表有接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量?jī)煞N方式。溫度測(cè)量中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第16頁(yè)/共43頁(yè)

溫度測(cè)量?jī)x表的分類：

1.測(cè)溫儀表按測(cè)量范圍分為兩種，一種是溫度計(jì)，測(cè)量溫度在550℃

以下；另一種是高溫計(jì)，測(cè)量溫度在550℃

以上；

2.按測(cè)量方法分為接觸式測(cè)溫儀表和非接觸式測(cè)溫儀表；

3.按工作原理分為膨脹式溫度計(jì)、壓力表式溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第17頁(yè)/共43頁(yè)

二、溫標(biāo)用來衡量溫度高低的尺度叫溫標(biāo)。溫標(biāo)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(diǎn)和測(cè)量溫度的基本單位，各種溫度計(jì)的刻度分度均由溫標(biāo)確定。

1.攝氏溫標(biāo)

它的單位是攝氏度，用符號(hào)“℃”表示。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃,從0℃到100℃間劃分為100等分，每一等分為1攝氏度。第18頁(yè)/共43頁(yè)

2.華氏溫標(biāo)測(cè)量單位是華氏度，用符號(hào)“F”表示，物體的溫度符號(hào)一般用“t”表示。它規(guī)定水的凝固點(diǎn)為32華氏度，沸點(diǎn)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(guó)家經(jīng)常使用華氏溫標(biāo)。它與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第19頁(yè)/共43頁(yè)

3.國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)是以熱力學(xué)溫標(biāo)為基礎(chǔ)的一種溫標(biāo)。物理學(xué)認(rèn)為-273.15℃時(shí)，理想氣體的分子停止運(yùn)動(dòng)，即分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能等于零，這個(gè)溫度叫作熱力學(xué)溫度。熱力學(xué)溫標(biāo)的單位是“開”(開爾文)，用符號(hào)“K”表示，使用熱力學(xué)溫標(biāo)時(shí)，物體的溫度符號(hào)用“T”表示。熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的不同之處，在于起點(diǎn)溫度的規(guī)定不同，兩者的溫度間隔是相同的。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第20頁(yè)/共43頁(yè)兩種溫標(biāo)的換算關(guān)系如下：

我國(guó)法定的溫度計(jì)量單位是熱力學(xué)溫標(biāo)開爾文，即K，也可以用攝氏溫標(biāo)，即℃。一般溫度計(jì)標(biāo)的溫度單位是℃，使用時(shí)可用上式換算。第八采油廠培訓(xùn)站中國(guó)石油第21頁(yè)/共43頁(yè)

三、膨脹式溫度計(jì)

1.雙金屬溫度計(jì)（固體膨脹式溫度計(jì)）

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(hù)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(xì)軸上，稱為自由端，細(xì)軸上安裝有指針用以指示溫度。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第22頁(yè)/共43頁(yè)

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(jì)的工作物質(zhì)可以是液體、氣體和蒸汽，其結(jié)構(gòu)由溫包、毛細(xì)管和測(cè)量?jī)x表三部分組成。2、壓力式溫度計(jì)

使用時(shí)將溫包置于被測(cè)介質(zhì)中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度變化時(shí)，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(xì)管傳遞到彈簧管，彈簧管自由端位移，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針指示相應(yīng)的溫度值。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第23頁(yè)/共43頁(yè)

四、熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)的測(cè)溫范圍很廣，可測(cè)量生產(chǎn)過程中0～1600℃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(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)溫準(zhǔn)確可靠、便于遠(yuǎn)傳、自動(dòng)記錄和集中控制，因而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。

中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第24頁(yè)/共43頁(yè)

1、測(cè)量原理熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)這一原理測(cè)量溫度的。它是將兩種不同金屬導(dǎo)體的一端焊接在一起構(gòu)成熱電極，焊接的一端作為熱端，另一端作為冷端。1-熱電偶；2-連接導(dǎo)線；3-顯示儀表。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第25頁(yè)/共43頁(yè)

測(cè)量時(shí)將熱電偶的熱端置于被測(cè)溫度場(chǎng)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(guān)的熱電勢(shì)，測(cè)量時(shí)若保持冷端溫度不變，熱電偶的熱電勢(shì)就是所測(cè)溫度的單值函數(shù)。這樣，測(cè)出熱電勢(shì)E的大小，就可知道所測(cè)溫度的大小。

中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第26頁(yè)/共43頁(yè)

五、熱電阻溫度計(jì)

1、熱電阻溫度計(jì)的測(cè)溫原理熱電阻溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理制成的，當(dāng)測(cè)出金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值時(shí)，就可以獲得與之對(duì)應(yīng)的溫度值。

由感溫元件熱電阻、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成。使用時(shí)將熱電阻置于被測(cè)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(cè)溫度。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第27頁(yè)/共43頁(yè)普通型熱電阻的結(jié)構(gòu)

熱電阻由電阻體、絕緣管、保護(hù)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(hù)套管；10-絕緣管；11-引出線；12-電阻體中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第28頁(yè)/共43頁(yè)液位測(cè)量一、直讀式液位計(jì)這類儀表中主要有玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等，這類液位計(jì)是利用連通器原理進(jìn)行液位測(cè)量的。主要用在加熱爐、分離器等的容器上。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第29頁(yè)/共43頁(yè)

二、浮力式液位計(jì)這類液位計(jì)是利用浮力原理工作的。分為兩種：一是恒浮力式液位計(jì)，如浮標(biāo)式、浮球式、磁浮子液位計(jì)；另一種是變浮力式液位計(jì)，如浮筒式液位計(jì)。

中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第30頁(yè)/共43頁(yè)磁浮子液位計(jì)中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第31頁(yè)/共43頁(yè)流量測(cè)量

一、流量測(cè)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(dòng)狀態(tài)。這時(shí)需要對(duì)介質(zhì)的流量進(jìn)行測(cè)量和控制，以確保安全、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)；同時(shí)，流量測(cè)量也是進(jìn)行貿(mào)易、經(jīng)濟(jì)核算需要的重要參數(shù)。石油、天然氣的計(jì)量以總量計(jì)量為主，計(jì)量方法有兩類：質(zhì)量法和體積法。質(zhì)量法的計(jì)量單位為噸，通常我國(guó)原油計(jì)量用質(zhì)量法；體積法的計(jì)量單位為立方米，國(guó)外用桶或加侖，我國(guó)天然氣計(jì)量用體積法。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第32頁(yè)/共43頁(yè)二、流量的概念和單位

瞬時(shí)流量單位時(shí)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?jī)煞N方法表示。

體積流量：?jiǎn)挝粫r(shí)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：?jiǎn)挝粫r(shí)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(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第33頁(yè)/共43頁(yè)

一定質(zhì)量天然氣的體積與所處的溫度、壓力有關(guān)，當(dāng)天然氣的溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)、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(guān)法規(guī)規(guī)定：天然氣流量計(jì)量用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量來計(jì)量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指壓力為101.325kPa，溫度為293.15K的氣體狀態(tài)。

2.累積流量一段時(shí)間流經(jīng)管道截面的流體的數(shù)量的總和，也叫總量。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第34頁(yè)/共43頁(yè)

三、流量測(cè)量?jī)x表的分類測(cè)量流量的儀器或儀表叫做流量計(jì)。用于測(cè)量流量的流量計(jì)種類很多，根據(jù)測(cè)量原理的不同分為三類：

1.速度式流量計(jì)常用的主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、臨界速度流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。

2.容積式流量計(jì)以計(jì)量總量為主。

3.質(zhì)量式流量計(jì)是一種正在發(fā)展中的流量計(jì)。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第35頁(yè)/共43頁(yè)四、差壓式流量計(jì)

目前現(xiàn)場(chǎng)常用孔板差壓流量計(jì)進(jìn)行天然氣流量的測(cè)量。

1、結(jié)構(gòu)及測(cè)量原理差壓流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓信號(hào)管路及差壓顯示儀表（或微機(jī)處理機(jī)）三部分組成。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第36頁(yè)/共43頁(yè)被測(cè)流體的流量經(jīng)節(jié)流裝置轉(zhuǎn)換為差壓信號(hào)，再通過信號(hào)管路傳至差壓顯示儀表，從而進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)孔板的環(huán)室節(jié)流裝置。中國(guó)石油第八采油廠培訓(xùn)站第37頁(yè)/共43頁(yè)

五、旋進(jìn)旋渦智能流量計(jì)

在測(cè)量天然氣流量時(shí)，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(zhǔn)確測(cè)量天然氣的