化工儀表第三章俞金壽過程自動(dòng)化及儀表

簡單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：簡單控制系統(tǒng)的方塊圖目前一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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)展目前二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)目前三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

在過程自動(dòng)化中要通過檢測(cè)元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見變量是溫度、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)變送的重要性目前四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)由于檢測(cè)元件的輸出信號(hào)種類繁多，且信號(hào)較弱不易察覺，一般都需要將其經(jīng)過變送器處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣信號(hào)（如4～20mA或0～10mA直流電流信號(hào),20～100KPa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。目前五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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——長期工作動(dòng)態(tài)：迅速——y(t)迅速反映c(t)的變化過程控制對(duì)檢測(cè)儀表要求：目前六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

測(cè)量誤差(1)絕對(duì)誤差：儀表的指示值與被測(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。目前七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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。目前八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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)是按國家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說明儀表測(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。目前九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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。精度等級(jí)1.0，說明該儀表允許誤差為1.0%。目前我國生產(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1.01.0目前十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)[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)。

由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有0.8級(jí)儀表，而該儀表的最大引用誤差超過了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目前十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)[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±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600～1100℃，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目前十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)結(jié)論：校表：選表：儀表量程的上限：Ymax:4/3~3/2倍（被測(cè)變量）波動(dòng)較大時(shí)：3/2~2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。目前十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(2)變差——在外界條件不變的情況下，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

——衡量儀表實(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線性度目前十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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，ΔY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。目前十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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值。目前十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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)過一段時(shí)間才能準(zhǔn)確顯示出來，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。目前十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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、熱電阻的選用目前十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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：目前十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)帶來測(cè)溫過程的延遲現(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。目前二十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過熱輻射進(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。

目前二十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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θ≠θo,則回路內(nèi)將有電流產(chǎn)生，電流大小正比于接點(diǎn)溫度θ和θo的函數(shù)之差，而其極性則取決于A和B的材料。目前二十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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”目前二十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)分度表：當(dāng)θ0=0℃時(shí)，與溫度θ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)。目前二十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)常用工業(yè)熱電偶比較目前二十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)常用熱電偶類型：普通型熱電偶：(熱電偶結(jié)構(gòu)類型見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)偶目前二十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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；目前二十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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目前二十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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

目前二十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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；

目前三十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)無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目前三十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)吹氣型熱電偶通過吹進(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吹氣型熱電偶目前三十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(2)補(bǔ)償導(dǎo)線解決參比端溫度的恒定問題。補(bǔ)償導(dǎo)線要求：價(jià)格便宜，0~100℃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)線連接圖目前三十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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θ，參比端θ0，熱電勢(shì)為因此參比端溫度補(bǔ)償方法：

①計(jì)算法②冰浴法③機(jī)械調(diào)零法（動(dòng)圈表調(diào)零法），等級(jí)1.0以上④補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器目前三十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)例如：用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度θo=20℃，測(cè)得的熱電勢(shì)E（θ，θo）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV,則E（θ，0）=E（θ，20）+E（20，0）

=32.479+0.798=33.277mV再反查K分度表，得實(shí)際溫度是800℃。計(jì)算法舉例：目前三十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.2.3熱電阻⑴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)過程中的-200°C～500°C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。目前三十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

無固定裝置熱電阻

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)管接頭式熱電阻圖3.8目前三十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3.9裝配式熱電阻目前三十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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目前三十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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防腐熱電阻目前四十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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

圖3.13目前四十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)⑵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)溫范圍窄目前四十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)量儀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。目前四十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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熱電偶安裝目前四十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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。目前四十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)熱電阻：——分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致——采用三線制接法目前四十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。見下圖。由于流過兩橋臂的電流相等，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目前四十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.3流量檢測(cè)3.3.0基本概念主要研究內(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流量儀表的選用目前四十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.3.0基本概念流量（瞬時(shí)流量）：單位時(shí)間內(nèi)流過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)流過的流體的總合。瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量。目前四十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)流量的表示方法：質(zhì)量流量(qm)：單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的質(zhì)量。單位：(kg/s)體積流量(qv)：單位時(shí)間內(nèi)流過某截面的流體的體積。(工作狀態(tài)下)單位:(m3/s)

qm=qvρ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)準(zhǔn)狀態(tài)下）

qvn=qm/ρn

qvn=qvρ/ρn目前五十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)。目前五十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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101325Pa）的體積流量，用符號(hào)qVN表示，單位符號(hào)為Nm3/s。目前五十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

生產(chǎn)過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。目前五十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)

目前五十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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；目前五十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)系來檢測(cè)流速。目前五十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。目前五十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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目前五十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3.18靶式流量計(jì)目前五十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3.1990度彎管流量計(jì)目前六十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)測(cè)質(zhì)量流量直接法：直接測(cè)量質(zhì)量流量?？评飱W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)過計(jì)算得到。主要有壓力溫度補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。

目前六十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)質(zhì)量流量計(jì)是直接測(cè)量流體流過的質(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

SITRANSFC科里奧利力質(zhì)量流量計(jì)目前六十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.3.2速度式流量計(jì)（差壓式流量傳感器）

差壓式流量傳感器又稱節(jié)流式流量傳感器，它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差的原理來實(shí)現(xiàn)的。目前六十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3.21差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)（或差壓變送器）組成，如下圖所示。目前六十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)節(jié)流裝置的作用是把被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)，差壓計(jì)則對(duì)壓差信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并顯示測(cè)量值，差壓變送器能把差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與流量對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、記錄或控制。差壓式流量傳感器發(fā)展較早，技術(shù)成熟而較完善，而且結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)流體的種類、溫度、壓力限制較少，因而應(yīng)用廣泛。目前六十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(1)節(jié)流裝置

節(jié)流裝置是差壓式流量傳感器的流量敏感檢測(cè)元件，是安裝在流體流動(dòng)的管道中的阻力元件。常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴、文丘里管。它們的結(jié)構(gòu)形式、相對(duì)尺寸、技術(shù)要求、管道條件和安裝要求等均已標(biāo)準(zhǔn)化，故又稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件，如下頁圖所示。目前六十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3-22標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件(a)孔板；(b)噴嘴；(c)文丘里管

目前六十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)其中孔板最簡單又最為典型，加工制造方便，在工業(yè)生產(chǎn)過程中常被采用。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)來設(shè)計(jì)、加工、安裝，無需檢測(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。目前六十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

(2)測(cè)量原理測(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)，流體流過節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過的流量越大，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，這就是差壓式流量傳感器測(cè)量原理。目前六十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3-23節(jié)流件前后流速和壓力分布情況目前七十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

圖3-23為節(jié)流件前后流速和壓力分布情況，圖中充分地反映了能量形式的轉(zhuǎn)換。由于流動(dòng)是穩(wěn)定不變的，即流體在同一時(shí)間內(nèi)通過管道截面A和節(jié)流件開孔截面A0的流體量應(yīng)相同，這樣通過截面A0的流速必然比通過截面A時(shí)快。在流速變化的同時(shí)，流體的動(dòng)壓能和靜壓能也發(fā)生變化，根據(jù)能量守恒定律，因而在孔板前后出現(xiàn)了靜壓差。通過測(cè)量此靜壓差便可以求出流速和流量。

目前七十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)流量方程式為

對(duì)于可壓縮流體，例如各種氣體及蒸氣通過節(jié)流元件時(shí)，由于壓力變化必然會(huì)引起密度ρ的改變，即ρ1≠ρ2，這時(shí)在公式中應(yīng)引入體積膨脹系數(shù)ε，可壓縮性流體體積膨脹系數(shù)ε小于1，如果是不可壓縮性流體，則ε=1。目前七十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

流量公式中的流量系數(shù)α與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、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，α值可直接從有關(guān)手冊(cè)中查出。目前七十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(3)差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)

圖3-24差壓式流量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

目前七十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

節(jié)流裝置是將被測(cè)流體的流量值變換成差壓信號(hào)Δp，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Δp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，可加開方運(yùn)算電路或加開方器。如差壓流量變送器帶有開方運(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。

目前七十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

要使儀表的指示值與通過管道的實(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ρ與設(shè)計(jì)時(shí)的密度ρc不相同，這時(shí)必須對(duì)示數(shù)進(jìn)行修正。目前七十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)（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)過開方運(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。目前七十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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目前七十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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3.26目前七十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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目前八十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)有互溶的隔離液來傳遞壓力，或采用噴吹法等。圖3.28目前八十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)（2）靶式流量計(jì)

在流體通過的管道中，垂直于流動(dòng)方向插上一塊圓盤形的靶。流體通過時(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。

圖3.29目前八十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)（3）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，且左右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種渦列就稱為卡門渦街。

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就能求得流過流量計(jì)管道流體的體積流量qv。目前八十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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)無關(guān)。該流量計(jì)量程比寬，結(jié)構(gòu)簡單，無運(yùn)動(dòng)件，具有測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長等特點(diǎn)。目前八十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)另外，轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)目前八十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。圖3.30橢圓齒輪流量測(cè)量示意圖目前八十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。目前八十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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ω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：目前八十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

①法向加速度:即向心加速度ar，其量值為ω2r，方向朝向P軸。②切向加速度:即科里奧利加速度at,

其量值為2ωv，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2ωvm，而管道對(duì)質(zhì)點(diǎn)作用著一個(gè)反向力，其值為-2ωvm。目前八十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

當(dāng)密度為ρ的流體以恒定速度v在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，任何一段長度為Δx的管道都受到一個(gè)大小為ΔFc的切向科里奧利力，即ΔFc=2ωvρAΔx

式中,A為管道的流通內(nèi)截面積。目前九十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)因?yàn)橘|(zhì)量流量qm=ρvA，所以

ΔFc=2ωqmΔx

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。目前九十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3-32科里奧利質(zhì)量流量傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

然而，通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生科里奧利力實(shí)現(xiàn)起來比較困難，目前的傳感器均采用振動(dòng)的方式來產(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。目前九十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。

目前九十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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。

目前九十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器

推導(dǎo)式質(zhì)量流量傳感器實(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。目前九十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

（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ρq2v，若與密度傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行乘法運(yùn)算后再開方即可得到質(zhì)量流量。即目前九十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

（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K1qvK2ρ=Kqm

目前九十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)（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感器的輸出差壓信號(hào)Δp與ρq2v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

目前九十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.3.5流量儀表的選用選擇流量儀表要考慮的主要因素：流體特性（物性參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)）、化學(xué)性質(zhì)、臟污結(jié)垢影響最大的是：密度和粘度使用環(huán)境：是否會(huì)腐蝕安裝條件：目前九十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)工藝過程的安全性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。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。目前一百頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.4壓力檢測(cè)3.4.1壓力單位及壓力檢測(cè)方法主要研究內(nèi)容：3.4.2常用壓力檢測(cè)儀表3.4.3壓力表的選用目前一百零一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。

目前一百零二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

國際單位制（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）、“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p40表3-6。目前一百零三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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。圖3.33絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓之間的關(guān)系目前一百零四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)量差壓的大小來知道液位和流體流量的大小的。

目前一百零五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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。

目前一百零六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)重力平衡方法：主要有活塞式和液柱式?；钊綁毫τ?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)簡單且讀數(shù)直觀。目前一百零七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)機(jī)械力平衡方法：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，通過測(cè)量平衡時(shí)的外力來得到被測(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。目前一百零八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。目前一百零九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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)儀表目前一百一十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)量。目前廣泛使用的彈性元件有彈簧管、波紋管和膜片等。目前一百一十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。目前一百一十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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，另一端為開口，為被測(cè)壓力輸入端。當(dāng)開口端通入被測(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′而產(chǎn)生位移，目前一百一十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3-35單圈彈簧管結(jié)構(gòu)目前一百一十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)圖3-36彈簧管壓力表

目前一百一十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)(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：目前一百一十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)應(yīng)變片式壓力傳感器

應(yīng)變效應(yīng)目前一百一十七頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。

壓電式壓力傳感器

1-絕緣體2-壓電元件3-殼體4-膜片目前一百一十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

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。壓阻式壓力傳感器目前一百一十九頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。

電容式壓力傳感器目前一百二十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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。集成式壓力傳感器目前一百二十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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壓力表的選用目前一百二十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.5物位檢測(cè)3.5.0基本概念研究內(nèi)容：3.5.1物位檢測(cè)的主要方法和分類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)儀表的選用目前一百二十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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)量兩種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關(guān)。一般用來監(jiān)視、報(bào)警、輸出控制信號(hào)。目前一百二十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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測(cè)量液位。

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測(cè)量物位。輻射式：根據(jù)同位素射線的核輻射透過物料時(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、光纖維式等等目前一百二十五頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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ρ，容器頂部為氣相介質(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)量問題就轉(zhuǎn)化為差壓測(cè)量問題了。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目前一百二十六頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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ρgh0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)椋核裕耗壳耙话俣唔揬總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)

在無遷移情況下，實(shí)際測(cè)量范圍是0～（h0ρg+hmaxρg），原因是這種安裝方法時(shí)ΔP多出一項(xiàng)h0ρg。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=h0ρg，因此P0＞20KPa。為了遷移掉h0ρg，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h0ρg作用在正壓室上，稱之為正遷移量。遷移彈簧張力抵消了h0ρg在正壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，達(dá)到正遷移的目的。

由于ρgh0〉0，所以稱為正遷移。量程遷移后，測(cè)量范圍為0～hmaxρg，再通過零點(diǎn)遷移，使差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為h0ρg～（h0ρg+hmaxρg）。

目前一百二十八頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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ρ1(ρ1

>ρ)，則(3)介質(zhì)有腐蝕性時(shí)因?yàn)椋核裕耗壳耙话俣彭揬總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)對(duì)比無遷移情況，ΔP多了一項(xiàng)壓力-（h1-h0）ρ1g，它作用在負(fù)壓室上，稱之為負(fù)遷移量。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=-(h1-h0)ρ1g，因此P0<20KPa。為了遷移掉-(h1-h0)ρ1g的影響，可以調(diào)整負(fù)遷移彈簧的張力來進(jìn)行負(fù)遷移以抵消掉-(h1-h0)ρ1g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)ρ1g～[hmaxρg-(h1-h0)ρ1g]將上式變?yōu)椋河捎谒苑Q為負(fù)遷移。目前一百三十頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)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=h0ρ2g+（h1+h2）ρ1gP2=（h2+h1+h0）ρ1gΔP=P1

–P2=h0g（ρ2-ρ1）由于（ρ2-ρ1）是已知的，所以壓差ΔP與分界面高度h0成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。(4)測(cè)量分界面界面測(cè)量目前一百三十一頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)電容式物位計(jì)超聲波物位計(jì)核輻射式物位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)式物位計(jì)(5)其它物位計(jì)目前一百三十二頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.5.3物位檢測(cè)儀表的選用必須考慮測(cè)量范圍、測(cè)量精度、被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、環(huán)境操作條件、容器結(jié)構(gòu)形狀等因素。在液位檢測(cè)中最為常用的就是靜壓式和浮力式測(cè)量方法，但必須在容器上開孔安裝引壓管或在介質(zhì)中插入浮筒，因此在介質(zhì)為高粘度或者易燃易爆場(chǎng)合不能使用這些方法。在料位檢測(cè)中可以采用電容式、超聲波式、射線式等測(cè)量方法。目前一百三十三頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.8變送器3.8.0概述3.8.1變送器的量程、零點(diǎn)遷移3.8.2溫度變送器3.8.3差壓變送器3.8.4智能變送器目前一百三十四頁\總數(shù)一百四十九頁\編于十二點(diǎn)3.8變送器作用：將檢測(cè)元件的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)送往顯示儀表或控制儀表進(jìn)行顯示、記錄或控制。

溫度變送器、差壓變送器、流量變送器、液位