檢測(cè)儀表培訓(xùn)

檢測(cè)儀表與傳感器

內(nèi)容提要概述測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差儀表的性能指標(biāo)工業(yè)儀表的分類壓力檢測(cè)及儀表壓力單位及測(cè)壓儀表彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)智能型壓力變送器壓力計(jì)的選用及安裝1內(nèi)容提要流量檢測(cè)及儀表概述差壓式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)漩渦流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)2內(nèi)容提要物位檢測(cè)及儀表概述差壓式液位變速器電容式物位傳感器核輻射物位計(jì)稱重式液罐計(jì)量?jī)x溫度檢測(cè)及儀表溫度檢測(cè)方法熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)電動(dòng)溫度變送器3內(nèi)容提要一體化溫度變送器智能式溫度變送器測(cè)溫元件的安裝現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與傳感器的發(fā)展軟測(cè)量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展4第一節(jié)概述用來(lái)檢測(cè)這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。用來(lái)將這些參數(shù)轉(zhuǎn)換為一定的便于傳送的信號(hào)的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。5第一節(jié)概述一、測(cè)量過(guò)程與測(cè)量誤差6

測(cè)量過(guò)程在實(shí)質(zhì)上都是將被測(cè)參數(shù)與其相應(yīng)的測(cè)量單位進(jìn)行比較的過(guò)程，而測(cè)量?jī)x表就是實(shí)現(xiàn)這種比較的工具。

測(cè)量誤差指由儀表讀得的被測(cè)值與被測(cè)量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。第一節(jié)概述絕對(duì)誤差xi：儀表指示值,xt：被測(cè)量的真值由于真值無(wú)法得到

x：被校表的讀數(shù)值，x0：標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值

相對(duì)誤差7第一節(jié)概述二、儀表的性能指標(biāo)81.精確度（簡(jiǎn)稱精度）說(shuō)明：儀表的測(cè)量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來(lái)表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測(cè)量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說(shuō)的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的測(cè)量范圍相對(duì)百分誤差δ允許誤差第一節(jié)概述

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來(lái)確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(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。小結(jié)9第一節(jié)概述12儀表的精度等級(jí)是衡量?jī)x表質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說(shuō)明該儀表的精確度越高。0.05級(jí)以上的儀表，常用來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的測(cè)量?jī)x表，其精度大多在0.5以下。儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：第一節(jié)概述

根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定儀表精度等級(jí)和根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表精度等級(jí)，情況是不一樣的。根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該大于（至少等于）儀表校驗(yàn)所得的相對(duì)百分誤差；根據(jù)工藝要求來(lái)選擇儀表精度等級(jí)時(shí)，儀表的允許誤差應(yīng)該小于（至多等于）工藝上所允許的最大相對(duì)百分誤差。

小結(jié)13第一節(jié)概述三、工業(yè)儀表的分類191.按儀表使用的能源分類氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、液動(dòng)儀表

以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用；現(xiàn)在電動(dòng)儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動(dòng)儀表的安全使用。

一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場(chǎng)、放射性等環(huán)境影響。

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)常用第一節(jié)概述202.按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過(guò)程分類

檢測(cè)儀表

作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。

顯示儀表

作用是將由檢測(cè)儀表獲得的信息顯示出來(lái)。

集中控制裝置

包括各種巡回檢測(cè)儀、巡回控制儀等?？刂苾x表

可以根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算。

執(zhí)行器

可以接受控制儀表的輸出信號(hào)或直接來(lái)自操作員的指令，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行操作或控制。

第一節(jié)概述圖3-3各類儀表的作用21第一節(jié)概述223.按儀表的組成形式分類

基地式儀表特點(diǎn)是將測(cè)量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個(gè)表殼里，形成一個(gè)整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場(chǎng)做就地檢測(cè)和控制，但不能實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應(yīng)用范圍。分為基地式儀表和單元組合儀表

第一節(jié)概述

化工生產(chǎn)中的單元組合儀表有電動(dòng)單元組合儀表和氣動(dòng)單元組合儀表兩種。國(guó)產(chǎn)的電動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱DDZ儀表；氣動(dòng)單元組合儀表簡(jiǎn)稱QDZ儀表。注意

單元組合儀表是將對(duì)參數(shù)的測(cè)量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡(jiǎn)稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。23第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表一、壓力單位及測(cè)量?jī)x表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱帕（Pa）24第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表

為了使大家了解國(guó)際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過(guò)去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。

2526壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各種壓力單位換算表第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表27p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對(duì)壓力的零線在壓力測(cè)量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。

當(dāng)被測(cè)壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來(lái)表示。圖3-4絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表28測(cè)量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。1.液柱式壓力計(jì)

它根據(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。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便

缺點(diǎn)

其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測(cè)量范圍較窄，一般用來(lái)測(cè)量較低壓力、真空度或壓力差。

第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表2.彈性式壓力計(jì)

它是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測(cè)量的。

3.電氣式壓力計(jì)

它是通過(guò)機(jī)械和電氣元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來(lái)進(jìn)行測(cè)量的儀表。29第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表4.活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，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。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測(cè)量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。

結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。

30第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表二、彈性式壓力計(jì)31定義

彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測(cè)壓儀表。優(yōu)點(diǎn)

具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測(cè)量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)?？捎脕?lái)測(cè)量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。

第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表321.彈性元件

彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。圖3-5

彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表332.彈簧管壓力表

分類使用的測(cè)壓元件單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表基本測(cè)量原理

單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測(cè)得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。

34第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒操作人員注意或通過(guò)中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。

警惕！35第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表

圖3-7

電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈

壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過(guò)上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。36第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表三、電氣式壓力計(jì)定義電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。37優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測(cè)量范圍較廣，分別可測(cè)7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。

第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表圖3-8電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成

一般由壓力傳感器、測(cè)量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。38第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表幾種常見(jiàn)的傳感器或變送器：1.霍爾片式壓力傳感器

霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。

圖3-9

霍爾效應(yīng)

霍爾電勢(shì)可用下式表示

式中，UH為霍爾電勢(shì)；RH為霍爾常數(shù)，與霍爾片材料、幾何形狀有關(guān)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為控制電流的大小。39第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表注意

霍爾電勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢(shì)UH，但兩者都有一定限度，一般I為3～20mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢(shì)UH約為幾十毫伏數(shù)量級(jí)。

導(dǎo)體也有霍爾效應(yīng)，不過(guò)它們的霍爾電勢(shì)遠(yuǎn)比半導(dǎo)體的霍爾電勢(shì)小得多。40第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表

將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如圖3-10所示。

圖3-10霍爾片式壓力傳感器1—彈簧管；2

—磁鋼；3

—霍爾片

當(dāng)被測(cè)壓力引入后，在被測(cè)壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場(chǎng)中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)與被測(cè)壓力成比例。

利用這一電勢(shì)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。4142第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表2.應(yīng)變片壓力傳感器

應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變?cè)順?gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測(cè)壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過(guò)橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢(shì)輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測(cè)壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。圖3-11應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表3.壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。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)。工作原理43第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻特點(diǎn)

精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測(cè)量壓力，稍加改變，還可以測(cè)量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。44第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表4.力矩平衡式壓力變送器

力矩平衡式壓力變送器是一種典型的自平衡檢測(cè)儀表，它利用負(fù)反饋的工作原理克服元件材料、加工工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測(cè)量精度（一般為0.5級(jí)）、工作穩(wěn)定可靠、線性好、不靈敏區(qū)小等一系列優(yōu)點(diǎn)。45第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表5.電容式壓力變送器

電容式壓力變送器是一種開(kāi)環(huán)檢測(cè)儀表，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性好、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA（DC）電流信號(hào)。

工作原理圖3-14電容式差壓變送器原理圖1—隔離膜片；2，7—固定電極；3—硅油；4—測(cè)量膜片；5—玻璃層；6—底座；8—引線49先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測(cè)量。

第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測(cè)量膜片，當(dāng)差壓過(guò)大并超過(guò)允許測(cè)量范圍時(shí)，測(cè)量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過(guò)載后的恢復(fù)特性很好，這樣大大提高了過(guò)載承受能力。與力矩平衡式相比，電容式?jīng)]有杠桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測(cè)量精度相應(yīng)提高，可達(dá)0.2級(jí)。

小結(jié)50第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表四、智能型壓力變送器

智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測(cè)儀表?？蛇M(jìn)行遠(yuǎn)程通信

利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。

特點(diǎn)51第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表舉例以美國(guó)費(fèi)希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖3-153051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖52第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表圖3-16手持通信器的連接示意圖

3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器?？梢越釉诂F(xiàn)場(chǎng)變送器的信號(hào)端子上，就地設(shè)定或檢測(cè)，也可以在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的控制室中，接在某個(gè)變送器的信號(hào)線上進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定及檢測(cè)。

實(shí)現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測(cè)量范圍的變更（3）變送器的校準(zhǔn)（4）自診斷

53第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表

要對(duì)智能型差壓變送器每五年校驗(yàn)一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是危險(xiǎn)或不易到達(dá)的地方，給變送器的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。注意54第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表五、壓力計(jì)的選用及安裝1.壓力計(jì)的選用

壓力計(jì)的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過(guò)程對(duì)壓力測(cè)量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。儀表類型的選用

儀表精度級(jí)的選取

儀表測(cè)量范圍的確定

55第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表1.壓力計(jì)的安裝

（1）測(cè)壓點(diǎn)的選擇

應(yīng)能反映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。①要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。③測(cè)量液（氣）體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。58第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表（2）導(dǎo)壓管鋪設(shè)

①導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6～10mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不得超過(guò)50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過(guò)50m，應(yīng)選用能遠(yuǎn)距離傳送的壓力計(jì)。②導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加設(shè)保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。59第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表（3）壓力計(jì)的安裝①壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響。60第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表③測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸[圖3-17（a）］；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測(cè)介質(zhì)密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖3-17壓力計(jì)安裝示意圖１—壓力計(jì)；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器61第二節(jié)壓力檢測(cè)及儀表④壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按Δp＝±Hρg進(jìn)行修正。式中H為高度差，ρ為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見(jiàn)，測(cè)量高壓的壓力計(jì)除選用有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無(wú)人通過(guò)之處，以防發(fā)生意外。62第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表一、概述

介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過(guò)程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。

流量大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。

總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。定義63第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表質(zhì)量流量M體積流量Q如以t表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是

流量計(jì)：測(cè)量流體流量的儀表。計(jì)量表：測(cè)量流體總量的儀表。

64第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表1.速度式流量計(jì)

以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。

2.容積式流量計(jì)

以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。3.質(zhì)量流量計(jì)

以測(cè)量流體流過(guò)的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。65分類第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表二、差壓式流量計(jì)

差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。

通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來(lái)的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。66第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表1.節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式（1）節(jié)流現(xiàn)象

流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置。67第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表圖3-18孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準(zhǔn)確測(cè)量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來(lái)測(cè)量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測(cè)得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測(cè)壓點(diǎn)及測(cè)壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。注意68第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表（2）節(jié)流基本方程式

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的?？梢钥闯鲆懒髁颗c壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于α的取值。

流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

69第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表2.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置國(guó)內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。

標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。70第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表圖3-19孔板斷面示意圖如左圖，標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)尺寸和公差、粗糙度等都有詳細(xì)規(guī)定。舉例

其中d／D應(yīng)在0.2～0.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h＝（0.005～0.02）D；總厚度H＜0.05D；錐面的斜角α＝30°～45°等等，需要時(shí)可參閱設(shè)計(jì)手冊(cè)。71舉例第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表標(biāo)準(zhǔn)孔板采用角接取壓法和法蘭取壓法，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴為角接取壓法。

我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法角接取壓法法蘭取壓法分為圖3-20環(huán)式取壓結(jié)構(gòu)1—管道法蘭；2—環(huán)室；3—孔板；4—夾緊環(huán)72第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表

環(huán)室取壓法能得到較好的測(cè)量精度，但是加工制造和安裝要求嚴(yán)格，如果由于加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的限制，達(dá)不到預(yù)定的要求時(shí)，其測(cè)量精度仍難保證。

所以，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，為了加工和安裝方便，有時(shí)不用環(huán)室而用單獨(dú)鉆孔取壓，特別是對(duì)大口徑管道。73第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，適用于大流量的測(cè)量流體經(jīng)過(guò)孔板后壓力損失大，當(dāng)工藝管道上不允許有較大的壓力損失時(shí)，便不宜采用。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管壓力損失較孔板小結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工74第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測(cè)量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104～105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。

節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個(gè)差壓信號(hào)還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計(jì)，以便顯示出流量的數(shù)值。75第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表3.差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)10％～20％。

不僅需要合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)際測(cè)量精度。注意76第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表誤差產(chǎn)生的原因被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng)。節(jié)流裝置安裝不正確。孔板入口邊緣的磨損。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計(jì)安裝或使用不正確到78頁(yè)到82頁(yè)77第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表78

導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。對(duì)于不同的被測(cè)介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。

圖3-21測(cè)量液體流量時(shí)的取壓點(diǎn)位置

圖3-22測(cè)量液體流量時(shí)的連接圖1—節(jié)流裝置；2—引壓導(dǎo)管；3—放空閥；4—平衡閥；5—差壓變送器；6—貯氣罐；7—切斷閥第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表a)取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α為0°～45°。

b)引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。c)在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。

①測(cè)量液體的流量時(shí)，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無(wú)氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。79第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表80②測(cè)量氣體流量時(shí)，上述的這些基本原則仍然適用。

a)取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。

b)引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。

c)如果差壓計(jì)必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-23所示。

③測(cè)量蒸汽的流量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問(wèn)題，以消除冷凝液液位的高低對(duì)測(cè)量精度的影響。常見(jiàn)的接法見(jiàn)圖3-24所示。第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表圖3-23測(cè)量氣體流量時(shí)的連接圖1—節(jié)流裝置；2—引壓導(dǎo)管；3—差壓變送器；4—貯液罐；5—排放閥圖3-24測(cè)量蒸汽流量的連接圖1—節(jié)流裝置；2—凝液罐；3—引壓導(dǎo)管；4—排放閥；5—差壓變送器；6—平衡閥81第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表82差壓計(jì)或差壓變送器安裝或使用不正確也會(huì)引起測(cè)量誤差。

由引壓導(dǎo)管接至差壓計(jì)或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構(gòu)成三閥組，如圖3-25所示。

測(cè)量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計(jì)）的介質(zhì)流量時(shí)，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-26所示。

第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表圖3-25差壓計(jì)閥組安裝示意圖1，2—切斷閥；3—平衡閥圖3-26隔離罐的兩種形式83第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表三、轉(zhuǎn)子流量計(jì)841.工作原理

以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來(lái)測(cè)量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測(cè)量方法。圖3-27轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-25）由式（3-25）可得根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測(cè)介質(zhì)的流量大小或?qū)⑹剑?-26）代入上兩式，得或（3-26）85第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表862.電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。

LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。

（1）流量變送部分

圖3-28差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表轉(zhuǎn)換原理若將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯連接起來(lái)，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鐵芯一起運(yùn)動(dòng)，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢(shì)的大小。87第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表88（2）電動(dòng)顯示部分圖3-29LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表3.轉(zhuǎn)子流量計(jì)的指示值修正

轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量標(biāo)尺上的刻度值，對(duì)用于測(cè)量液體來(lái)講是代表20℃時(shí)水的流量值，對(duì)用于測(cè)量氣體來(lái)講則是代表20℃，0.10133MPa壓力下空氣的流量值。所以，在實(shí)際使用時(shí)，要根據(jù)具體體情況進(jìn)行修正。

（1）液體流量測(cè)量時(shí)的修正（3-31）89第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表如果被測(cè)介質(zhì)的黏度與水的黏度相差不大，可近似認(rèn)為Φ是常數(shù)，則有

（3-32）整理后得（3-34）（3-33）90第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表同理可導(dǎo)得質(zhì)量流量的修正公式為當(dāng)采用耐酸不銹鋼作為轉(zhuǎn)子材料時(shí)，ρt＝7.9g/cm3，水的密度ρw＝1g/cm3，代入（3-34）與式（3-36）得（3-35）（3-36）（3-37）（3-38）91第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表當(dāng)介質(zhì)密度ρf變化時(shí)，密度修正系數(shù)KQ、KM的數(shù)值見(jiàn)下表。

ρtKQKMρtKQKM

ρtKQKM0.400.6701.5160.950.9711.0221.501.2720.8470.450.6461.4351.001.0001.0001.551.2970.8370.500.6831.3651.051.0280.9791.600.3230.8270.550.7191.3071.101.0560.9601.651.3510.8180.600.7541.2561.151.0840.9431.701.3760.8090.650.7871.2111.201.1110.9271.751.4010.8000.700.8191.1701.251.1390.9111.801.4270.7920.750.8511.1341.301.1650.8971.851.4530.7850.800.8821.1021.351.1930.8841.901.4770.7780.850.9121.0731.401.2200.8721.951.5040.7710.900.9441.0461.451.2450.8592.001.5290.764表3-2密度修正系數(shù)表92第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表94（2）氣體流量測(cè)定時(shí)的修正對(duì)被測(cè)介質(zhì)的密度、工作壓力和溫度均需進(jìn)行修正。

當(dāng)已知儀表顯示刻度Q0，要計(jì)算實(shí)際的工作介質(zhì)流量時(shí)，可按下式修正。注意：上式計(jì)算得到的Q１是被測(cè)介質(zhì)在單位時(shí)間（小時(shí)）內(nèi)流過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)立方米），而不是被測(cè)介質(zhì)在實(shí)際工作狀態(tài)下的容積流量。第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表96（3）蒸汽流量測(cè)量時(shí)的換算

轉(zhuǎn)子流量計(jì)用來(lái)測(cè)量水蒸氣流量時(shí)，若將蒸汽流量換算為水流量，可按式（3-35）計(jì)算。第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表若已知某飽和蒸汽（溫度不超過(guò)200℃）流量值時(shí)，可從上式換算成相應(yīng)的水流量值，然后按轉(zhuǎn)子流量計(jì)規(guī)格選擇合適口徑的儀表。

可以看出97第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表四、橢圓齒輪流量計(jì)981.工作原理圖3-30橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量2.使用特點(diǎn)

適用于高黏度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過(guò)濾器。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍。橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表五、渦輪流量計(jì)99圖3-31渦輪流量計(jì)1—渦輪；2—導(dǎo)流器；3—磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器；4—外殼；5—前置放大器優(yōu)點(diǎn)

安裝方便。測(cè)量精度高，可耐高壓。反應(yīng)快，可測(cè)脈動(dòng)流量。輸出信號(hào)為電頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。缺點(diǎn)

一般應(yīng)加過(guò)濾器。安裝時(shí)，前后要有一定的直管段。

第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表六、電磁流量計(jì)100能夠測(cè)量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的流量。

圖3-32

電磁流量計(jì)原理圖感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，大小由下式?jīng)Q定

（3-43）而（3-44）將式（4-44）代入式（4-43），得第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表注意

只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，且導(dǎo)電率要求不小于水的導(dǎo)電率，不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍數(shù)的放大器，會(huì)造成測(cè)量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且易受外界電磁場(chǎng)的干擾。使用中要注意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時(shí)要遠(yuǎn)離一切磁源。不能有振動(dòng)。101第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表七、漩渦流量計(jì)精度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)機(jī)械磨損、維護(hù)方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。圖3-33卡曼渦街102漩渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表熱敏檢測(cè)法電容檢測(cè)法應(yīng)力檢測(cè)法超聲檢測(cè)法漩渦頻率的檢測(cè)方法圖3-34圓柱檢出器原理圖1—空腔；2—圓柱棒；3—導(dǎo)壓孔；4—鉑電阻絲；5—隔墻滿足h／L＝0.281時(shí)，則所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為103第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表八、質(zhì)量流量計(jì)1041.直接式質(zhì)量流量計(jì)圖3-35科氏力流量計(jì)測(cè)量原理科氏力流量計(jì)的測(cè)量原理是基于流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力。質(zhì)量流量第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表優(yōu)點(diǎn)

能夠直接測(cè)量質(zhì)量流量，不受流體物性（密度、黏度等）的影響，測(cè)量精度高；測(cè)量值不受管道內(nèi)流場(chǎng)影響，沒(méi)有上、下游直管段長(zhǎng)度的要求；可測(cè)各種非牛頓流體以及黏滯和含微粒的漿液。

缺點(diǎn)

它的阻力損失較大；零點(diǎn)不穩(wěn)定；管路振動(dòng)會(huì)影響測(cè)量精度。105第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表1062.間接式質(zhì)量流量計(jì)（1）測(cè)量體積流量Q的儀表與密度計(jì)配合

圖3-36渦輪流量計(jì)與密度計(jì)配合質(zhì)量流量（2）測(cè)量ρQ2的儀表與密度計(jì)配合圖3-37差壓流量計(jì)與密度計(jì)配合第三節(jié)流量檢測(cè)及儀表（3）測(cè)量ρQ2的儀表與測(cè)量Q的儀表配合

圖3-38差壓流量計(jì)與渦輪流量計(jì)配合107第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表一、概論3幾個(gè)概念液位料位液位計(jì)界位計(jì)測(cè)量物位的兩個(gè)目的按其工作原理分為直讀式物位儀表差壓式物位儀表浮力式物位儀表電磁式物位儀表核輻射式物位儀表聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表二、差壓式液位變送器41.工作原理圖3-39差壓液位變送器原理圖圖3-40壓力表式液位計(jì)第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此當(dāng)被測(cè)容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓時(shí)，只需將差壓變送器的負(fù)壓室通大氣即可。若不需要遠(yuǎn)傳信號(hào)，也可以在容器底部安裝壓力表，如圖3-40所示。5第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表62.零點(diǎn)遷移問(wèn)題圖3-41負(fù)遷移示意圖在使用差壓變送器測(cè)量液位時(shí)，一般來(lái)說(shuō)實(shí)際應(yīng)用中，正、負(fù)室壓力p1、p2分別為則第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表遷移彈簧的作用

改變變送器的零點(diǎn)。遷移和調(diào)零

都是使變送器輸出的起始值與被測(cè)量起始點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，只不過(guò)零點(diǎn)調(diào)整量通常較小，而零點(diǎn)遷移量則比較大。遷移

同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上、下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍的平移，它不改變量程的大小。7第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表圖3-42正負(fù)遷移示意圖圖3-43正遷移示意圖舉例某差壓變送器的測(cè)量范圍為0～5000Pa，當(dāng)壓差由0變化到5000Pa時(shí)，變送器的輸出將由4mA變化到20mA，這是無(wú)遷移的情況，如左圖中曲線a所示。負(fù)遷移如曲線b所示，正遷移如曲線c所示。

8第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表3.用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位圖3-44法蘭式差壓變送器測(cè)量液位示意圖1—法蘭式測(cè)量頭；2—毛細(xì)管；3—變送器

單法蘭式

雙法蘭式

法蘭式差壓變送器按其結(jié)構(gòu)形式9

為了解決測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時(shí)引壓管線被腐蝕、被堵塞的問(wèn)題，應(yīng)使用在導(dǎo)壓管入口處加隔離膜盒的法蘭式差壓變送器，如下圖所示。第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表三、電容式物位傳感器1.測(cè)量原理圖3-45電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長(zhǎng)度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。10通過(guò)測(cè)量電容量的變化可以用來(lái)檢測(cè)液位、料位和兩種不同液體的分界面。

第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表2.液位的檢測(cè)3-46非導(dǎo)電介質(zhì)的液位測(cè)量1—內(nèi)電極；2—外電極；3—絕緣套；4—流通小孔當(dāng)液位為零時(shí)，儀表調(diào)整零點(diǎn)，其零點(diǎn)的電容為

對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)液位測(cè)量的電容式液位傳感器原理如下圖所示。當(dāng)液位上升為H時(shí)，電容量變?yōu)殡娙萘康淖兓癁?1第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表

電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測(cè)介質(zhì)的介電系數(shù)ε與空氣介電系數(shù)ε0不等的原理進(jìn)行工作，（ε-ε0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。結(jié)論12第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表3.料位的檢測(cè)

用電容法可以測(cè)量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來(lái)測(cè)量非導(dǎo)電固體料位。1—金屬電極棒；2—容器壁左圖所示為用金屬電極棒插入容器來(lái)測(cè)量料位的示意圖。

電容量變化與料位升降的關(guān)系為13圖3-47料位檢測(cè)第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表優(yōu)點(diǎn)

電容物位計(jì)的傳感部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。

缺點(diǎn)

需借助較復(fù)雜的電子線路。

應(yīng)注意介質(zhì)濃度、溫度變化時(shí)，其介電系數(shù)也要發(fā)生變化這種情況。14第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表四、核輻射物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度隨著通過(guò)介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見(jiàn)式（3-63）。（3-63）圖3-48核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器特點(diǎn)

適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測(cè)量，還可以測(cè)量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷亍熿F等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。15第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表五、稱重式液罐計(jì)量?jī)x該計(jì)量?jī)x既能將液位測(cè)得很準(zhǔn)，又能反映出罐中真實(shí)的質(zhì)量?jī)?chǔ)量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計(jì)。杠桿平衡時(shí)由于（3-64）代入（3-64）（3-65）如果液罐是均勻截面（3-66）（3-67）16第四節(jié)物位檢測(cè)及儀表圖3-49稱重式液罐計(jì)量?jī)x1—下波紋管；2—上波紋管；3—液相引壓管；4—?dú)庀嘁龎汗埽?—砝碼；6—絲杠；7—可逆電機(jī)；8—編碼盤；9—發(fā)訊器式中如果液罐的橫截面積A為常數(shù)，得將式（3-67）代入式（3-65），得（3-68）17第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表一、溫度檢測(cè)方法

溫度不能直接測(cè)量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來(lái)加以間接測(cè)量。分類按測(cè)量范圍

按用途

高溫計(jì)、溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表

按工作原理

膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)

按測(cè)量方式

接觸式與非接觸式

18第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表測(cè)溫方式溫度計(jì)種類測(cè)溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式測(cè)溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉測(cè)量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn)傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠精度低，量程和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耐震，防爆能記錄、報(bào)警，價(jià)格低廉精度低，測(cè)溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測(cè)溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測(cè)量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測(cè)量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測(cè)量和自動(dòng)控制不能測(cè)高溫，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測(cè)溫儀表輻射式輻射式光學(xué)式比色式400～2000700～3200900～1700測(cè)溫時(shí)，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)低溫段測(cè)量不準(zhǔn)，環(huán)境條件會(huì)影響測(cè)溫準(zhǔn)確度紅外線光電探測(cè)熱電探測(cè)0～3500200～2000測(cè)溫范圍大，適于測(cè)溫度分布，不破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，響應(yīng)快易受外界干擾，標(biāo)定困難表3-3常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)19第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表1.膨脹式溫度計(jì)圖3-50雙金屬片

圖3-51

雙金屬溫度信號(hào)器201—雙金屬片；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—絕緣子；4—信號(hào)燈膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表212.壓力式溫度計(jì)

它是根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來(lái)測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。圖3-52壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖

1—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2—刻度盤；3—指針；4—彈簧管；5—連桿；6—接頭；7—毛細(xì)管；8—溫包；9—工作物質(zhì)

應(yīng)用壓力隨溫度的變化來(lái)測(cè)溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)。

第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表3.輻射式溫度計(jì)輻射式高溫計(jì)是基于物體熱輻射作用來(lái)測(cè)量溫度的儀表。壓力式溫度計(jì)的構(gòu)造由以下三部分組成

溫包毛細(xì)管彈簧管（或盤簧管）

22第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表二、熱電偶溫度計(jì)23熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測(cè)溫儀表。圖3-53熱電偶溫度計(jì)測(cè)溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測(cè)量?jī)x表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測(cè)量?jī)x表；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線。1.熱電偶圖3-54熱電偶示意圖第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表24（1）熱電現(xiàn)象及測(cè)溫原理

圖3-55熱電現(xiàn)象圖3-56接觸電勢(shì)形成的過(guò)程圖3-57熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢(shì)或第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表注意

如果組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體材料相同，則無(wú)論兩接點(diǎn)溫度如何，閉合回路的總熱電勢(shì)為零；如果熱電偶兩接點(diǎn)溫度相同，盡管兩導(dǎo)體材料不同，閉合回路的總熱電勢(shì)也為零；熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)除了與兩接點(diǎn)處的溫度有關(guān)外，還與熱電極的材料有關(guān)。也就是說(shuō)不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢(shì)是不同的。25第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表26（2）插入第三種導(dǎo)線的問(wèn)題利用熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，必須要用某些儀表來(lái)測(cè)量熱電勢(shì)的數(shù)值，見(jiàn)下圖。

圖3-58熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)連接圖圖（a）總的熱電勢(shì)（3-72）由于（3-75）（3-74）將式（3-73）、式（3-74）代入式（3-72）（3-73）第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表說(shuō)明：在熱電偶回路中接入第三種金屬導(dǎo)線對(duì)原熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)數(shù)值并無(wú)影響。不過(guò)必須保證引入線兩端的溫度相同。

故得（3-76）圖（b）總的熱電勢(shì)27第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表28（3）常用熱電偶的種類工業(yè)上對(duì)熱電極材料的要求溫度每增加１℃時(shí)所能產(chǎn)生的熱電勢(shì)要大，而且熱電勢(shì)與溫度應(yīng)盡可能成線性關(guān)系；物理穩(wěn)定性要高；化學(xué)穩(wěn)定性要高；材料組織要均勻，要有韌性，便于加工成絲；復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)，而且在應(yīng)用上也可保證良好的互換性。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表29熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測(cè)溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長(zhǎng)期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350表3-4工業(yè)用熱電偶第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表30（4）熱電偶的結(jié)構(gòu)①普通型熱電偶圖3-59熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表材料工作溫度/℃橡皮、絕緣漆琺瑯玻璃管石英管瓷管純氧化鋁管80150500120014001700表3-5常用絕緣子材料表3-6常用保護(hù)套管材料工作溫度/℃無(wú)縫鋼管不銹鋼管石英管瓷管Al2O3陶瓷管

6001000120014001900以上31第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表32②鎧裝熱電偶

由金屬套管、絕緣材料（氧化鎂粉）、熱電偶絲一起經(jīng)過(guò)復(fù)合拉伸成型，然后將端部偶絲焊接成光滑球狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕振、耐高壓等。③表面型熱電偶

專門用來(lái)測(cè)量物體表面溫度的一種特殊熱電偶。優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度極快、熱慣性極小。

第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表④快速熱電偶

測(cè)量高溫熔融物體一種專用熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)它的用途和安裝位置來(lái)確定。在熱電偶選型時(shí)，要注意三個(gè)方面：熱電極的材料；保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)，材料及耐壓強(qiáng)度；保護(hù)套管的插入深度。33第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表34２補(bǔ)償導(dǎo)線的選用圖3-61補(bǔ)償導(dǎo)線接線圖

采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來(lái)，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價(jià)金屬。見(jiàn)左圖。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意型號(hào)相配。熱電偶名稱補(bǔ)償導(dǎo)線工作端為100℃，冷端為0℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)熱電勢(shì)/mV正極負(fù)極材料顏色材料顏色鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅（鎳鋁）鎳鉻-銅鎳銅-銅鎳銅銅鎳鉻銅紅紅紅紅銅鎳銅鎳銅鎳銅鎳綠藍(lán)棕白0.645±0.0374.095±0.1056.317±0.1704.277±0.047表3-7常用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線35第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表３.冷端溫度的補(bǔ)償

在應(yīng)用熱電偶測(cè)溫時(shí)，只有將冷端溫度保持為０℃，或者是進(jìn)行一定的修正才能得出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。這樣做，就稱為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。一般采用下述幾種方法。（1）冷端溫度保持為０℃的方法圖3-61

熱電偶冷端溫度保持０℃的方法（2）冷端溫度修正方法

在實(shí)際生產(chǎn)中，冷端溫度往往不是0℃，而是某一溫度t1，這就引起測(cè)量誤差。因此，必須對(duì)冷端溫度進(jìn)行修正。36第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表（3）校正儀表零點(diǎn)法

若采用測(cè)溫元件為熱電偶時(shí)，要使測(cè)溫時(shí)指示值不偏低，可預(yù)先將儀表指針調(diào)整到相當(dāng)于室溫的數(shù)值上。注意：只能在測(cè)溫要求不太高的場(chǎng)合下應(yīng)用。（4）補(bǔ)償電橋法利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢(shì)，來(lái)補(bǔ)償熱電偶因冷端溫度變化而引起的熱電勢(shì)變化值。

41第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表由于電橋是在20℃時(shí)平衡的，所以采用這種補(bǔ)償電橋時(shí)須把儀表的機(jī)械零位預(yù)先調(diào)到20℃處。如果補(bǔ)償電橋是在0℃時(shí)平衡設(shè)計(jì)的（DDZ-Ⅱ型溫度變送器中的補(bǔ)償電橋），則儀表零位應(yīng)調(diào)在0℃處。注意！圖3-62具有補(bǔ)償電橋的熱電偶測(cè)溫線路42第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表43（5）補(bǔ)償熱電偶法

圖3-63補(bǔ)償熱電偶連接線路在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線和投資費(fèi)用，常用多支熱電偶而配用一臺(tái)測(cè)溫儀表。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表三、熱電阻溫度計(jì)44在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來(lái)進(jìn)行溫度的測(cè)量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導(dǎo)線所組成。圖3-64熱電阻溫度計(jì)第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表對(duì)于呈線性特性的電阻來(lái)說(shuō)，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。1.測(cè)溫原理

利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應(yīng)）來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。

45第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表2.工業(yè)常用熱電阻作為熱電阻的材料一般要求是：

電阻溫度系數(shù)、電阻率要大；熱容量要??；在整個(gè)測(cè)溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好的復(fù)制性；電阻值隨溫度的變化關(guān)系，最好呈線性。46第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表47（1）鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為由實(shí)驗(yàn)求得

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表48（2）銅電阻

金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測(cè)溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表49３.熱電阻的結(jié)構(gòu)（1）普通型熱電阻

主要由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等主要部件所組成。圖3-65熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲)（2）鎧裝熱電阻

將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。

（3）薄膜熱電阻

將熱電阻材料通過(guò)真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。第五節(jié)溫度檢測(cè)及儀表四、電動(dòng)溫度變送器

DBW型溫度（溫差）變送器是DDZ-Ⅲ系列電動(dòng)單元組合式檢測(cè)調(diào)節(jié)儀表中的一個(gè)主要單元。它既可與各種類型的熱電偶、熱電阻