熱工儀表基礎(chǔ)知識(shí)

熱工儀表基礎(chǔ)知識(shí)第一章、熱工測(cè)量和儀表第一節(jié)、測(cè)量的基本概念一、測(cè)量：1、測(cè)量是人們借助專門工具，通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，將被測(cè)量x0以測(cè)量單位U的倍數(shù)顯示出來(lái)的過(guò)程。2、被測(cè)量的真值μ只能近似地等于其測(cè)量值x：3、熱工測(cè)量是指壓力、溫度等熱力狀態(tài)參數(shù)的測(cè)量，通常還包括一些與熱力生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)的參數(shù)的測(cè)量。二、測(cè)量方法：按測(cè)量結(jié)果的獲取方式來(lái)分（1）直接測(cè)量法：使被測(cè)量直接與測(cè)量單位進(jìn)行比較，或者用預(yù)先標(biāo)定好的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量、從而得到被測(cè)量數(shù)值的測(cè)量方法，稱直接測(cè)量法。（2）間接測(cè)量法：通過(guò)直接測(cè)量與被測(cè)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(jì)算，從而求得被測(cè)量數(shù)值的方法，稱為間接測(cè)量法。按被測(cè)量與測(cè)量單位的比較方式來(lái)分（1）偏差測(cè)量法：測(cè)量器具受被測(cè)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(cè)量值，稱為偏差測(cè)量法。（2）微差測(cè)量法：用準(zhǔn)確已知的、與被測(cè)量同類的恒定量去平衡掉被測(cè)量的大部分，然后用偏差法測(cè)量余下的差值，測(cè)量結(jié)果是已知量值和偏差法測(cè)得值的代數(shù)和。（3）零差測(cè)量法：用作比較的量是準(zhǔn)確已知并連續(xù)可調(diào)的，測(cè)量過(guò)程中使它隨時(shí)等于被測(cè)量，也就是說(shuō)，使已知量和被測(cè)量的差值為零，這時(shí)偏差測(cè)量?jī)H起檢零作用，因此，被測(cè)量就是已知的比較量。三、測(cè)量誤差測(cè)量誤差是被測(cè)量參數(shù)的測(cè)量值x與其真值μ的之差。真值常用的方法有：（1）用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（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(jí)的標(biāo)準(zhǔn)儀表測(cè)量得到的值來(lái)近似作為真值。（3）對(duì)被測(cè)量進(jìn)行N次等準(zhǔn)確度測(cè)量，各次測(cè)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(cè)量誤差表達(dá)方式：1.絕對(duì)誤差2.實(shí)際相對(duì)誤差3．標(biāo)稱相對(duì)誤差4.折合誤差折合誤差一般用于比較測(cè)量?jī)x表的優(yōu)劣。折合誤差也稱引用誤差。四、測(cè)量系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)一定的測(cè)量目的，將測(cè)量設(shè)備按一定方式進(jìn)行組合的系統(tǒng)稱為測(cè)量系統(tǒng)，也稱檢測(cè)系統(tǒng)。（一）測(cè)量系統(tǒng)的組成1．傳感元件（1）輸出信號(hào)必須隨被測(cè)參數(shù)的變化而變化，即要求傳感元件的輸出信號(hào)與輸入的被測(cè)信號(hào)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）非被測(cè)量對(duì)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(cè)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(cè)對(duì)象的能量，并且不干擾被測(cè)對(duì)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。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(duì)值最大者：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。儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)：某類儀表在正常工作條件下，為了保證質(zhì)量，對(duì)各類儀表人為規(guī)定了其基本誤差不能超過(guò)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(jí)的國(guó)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(jí)。儀表刻度盤上應(yīng)標(biāo)明該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。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(hào)后余下的數(shù)字值為該儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)。儀表的允許誤差=±準(zhǔn)確度等級(jí)%。變差輸入量上升（正行程）和下降（反行程）時(shí),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。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(duì)值與量程之比的百分?jǐn)?shù)，稱之為線性度。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(hào)作全量程變化時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一輸入信號(hào)值，儀表輸出值的一致程度稱為重復(fù)性。對(duì)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(cè)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。分辨率引起儀表示值可察覺的最小變動(dòng)所需的輸入信號(hào)的變化，稱儀表的分辨率。也稱靈敏限或鑒別閥。靈敏度儀表在到達(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。漂移在保持工作條件和輸入信號(hào)不變的條件下，經(jīng)過(guò)規(guī)定的較長(zhǎng)—段時(shí)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(lái)表示。第三節(jié)、儀表的檢定檢定是為了評(píng)定儀表的計(jì)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(guó)家法定性技術(shù)文件：國(guó)家計(jì)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(cè)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(cè)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誤差。示值比較法：就是使被檢儀表與標(biāo)準(zhǔn)儀表同時(shí)去測(cè)量同一被測(cè)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(cè)量上限應(yīng)等于或稍大于被檢儀表的測(cè)量上限。標(biāo)準(zhǔn)儀表的允許誤差為被檢儀表誤差的1/3~1/10。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(cè)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(shí)可適當(dāng)加密檢定點(diǎn)。第二章、溫度測(cè)量及儀表第一節(jié)、溫度測(cè)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(cè)量1、溫度測(cè)量的基本概念溫度的定義：表征分子熱運(yùn)動(dòng)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(jì)膨脹式溫度計(jì)是利用物體受熱膨脹的原理制成的溫度計(jì)，主要有液體膨脹式溫度計(jì)、固體膨脹式溫度計(jì)和壓力式溫度計(jì)三種。一、溫度計(jì)的分類和形式膨脹式溫度計(jì)：玻璃溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)輻射式溫度計(jì)二、膨脹式溫度計(jì)1、玻璃液體溫度計(jì)是膨脹式溫度計(jì)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(cè)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(jì)是最常用,也是最簡(jiǎn)單,最便宜的溫度計(jì)。這種溫度計(jì)主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便,精度高和價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是惰性大,能見度低,不能自動(dòng)記錄及遠(yuǎn)距離傳送。（2）注意事項(xiàng)(1)、溫度計(jì)不宜平放和平裝,保存與安裝時(shí)都應(yīng)使玻璃溫度計(jì)直立,而且測(cè)溫泡在下部。如果傾斜安裝也應(yīng)使測(cè)溫泡在下部。(2)、使用時(shí)應(yīng)檢查液柱是否脫離,測(cè)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(dòng)起來(lái)消除。(3)、對(duì)于全浸式溫度計(jì),安裝深度應(yīng)滿足要求,對(duì)于工業(yè)用玻璃管溫度計(jì),則應(yīng)將尾部全部插入被測(cè)介質(zhì)中。(4)、被測(cè)介質(zhì)具有一定壓力時(shí),應(yīng)在測(cè)溫處焊上(或用螺絲旋緊)測(cè)溫套管為減少熱阻,測(cè)溫套管壁不宜太厚(一般為1-2mm)。(5)、測(cè)量流體溫度時(shí),溫度計(jì)不能順向安置,應(yīng)逆向安放,或與流向垂直或有一定傾斜角,而且測(cè)溫套管的插入深度要超過(guò)中心線。使測(cè)溫泡剛好位于中心線上。2、壓力式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)的工作原理是當(dāng)溫度變化時(shí),工質(zhì)的體積或壓力相應(yīng)發(fā)生變化,以此制成溫度計(jì)這種溫度計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單,防震可以遠(yuǎn)距離測(cè)量,并可制成自動(dòng)記錄式。主要缺點(diǎn)是損壞后很難修理,不能測(cè)點(diǎn)溫和表面溫度。3、雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)的工作原理：雙金屬溫度計(jì)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(shí),膨脹悉數(shù)較大的金屬片B伸長(zhǎng)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、溫度測(cè)量原理第一節(jié)、熱電偶的工作原理一、熱電偶的測(cè)溫原理1、熱電勢(shì)：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(shí)，存在電子的遷移，達(dá)到平衡時(shí)，在接觸的兩端形成電勢(shì)可用于點(diǎn)溫度的測(cè)量只與材料和溫度有關(guān)，與熱電偶的長(zhǎng)度、直徑無(wú)關(guān)接觸電勢(shì)和溫差電勢(shì)組成mVmV2、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(shì)大小與熱電級(jí)直徑，長(zhǎng)度和沿?zé)犭娂?jí)長(zhǎng)度上的溫度分布無(wú)關(guān)，只與熱電級(jí)材料和兩端溫度有關(guān)；熱電勢(shì)大小是兩端溫度的函數(shù)差，如果兩端溫度相等，則熱電勢(shì)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(jí)構(gòu)成。（2）若熱電級(jí)材料的性質(zhì)不均勻，即當(dāng)熱電級(jí)溫度分布不同時(shí)，則熱電偶將產(chǎn)生附加電勢(shì)。所以根據(jù)附加熱電勢(shì)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(huì)影響熱電偶的熱電勢(shì)。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(shì)－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(zhǎng)而不影響熱電偶的熱電勢(shì)。這就為工業(yè)測(cè)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(hào)1.鉑銠10-鉑熱電偶(S)2.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(hào)（1）熱電偶的分度號(hào)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(hào)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(zhǎng)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(hào)的精確度等級(jí)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(jià)格及熱電偶的用途和測(cè)量范圍等決定。用貴金屬時(shí)直徑很細(xì),為0.35-0.65mm,用廉價(jià)金屬時(shí),其直徑為1-2mm.熱電偶的長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)決定。普通插入式熱電偶的長(zhǎng)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(duì)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),耐酸堿腐蝕,熱慣性小,能承受溫度劇變,價(jià)格低。常用的保護(hù)套管材料有:銅,20號(hào)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(zhǎng)度可達(dá)100m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(cè)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(shì)是兩個(gè)接點(diǎn)溫度的函數(shù)表,只有當(dāng)冷端溫度不變時(shí),熱電勢(shì)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(dòng),從而使測(cè)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幾種:1.計(jì)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(cè)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(cè)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?jī)?nèi),并使其達(dá)到平衡而保持恒定的0攝氏度,使用時(shí)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(lái)補(bǔ)償熱電偶冷端溫度變化所引起的熱電勢(shì)的變化。4、熱電偶的校驗(yàn)和誤差分析熱電偶的誤差來(lái)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(shí),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(jì)一、熱電阻測(cè)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(zhǎng)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(jiǎn)稱電阻溫度系數(shù))a已知物體,可以通過(guò)測(cè)量此物體的電阻來(lái)反映其溫度。二、工業(yè)常用熱電阻在我國(guó),標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻現(xiàn)有鉑的和銅的兩種1、分度號(hào)根據(jù)規(guī)定,工業(yè)鉑電阻有Pt10和Pt100兩種分度號(hào)銅熱電阻有Cu50和Cu100兩種。2、使用特點(diǎn)鉑熱電阻用于－２００－＋６５０攝氏度范圍內(nèi)測(cè)溫，銅熱電阻因在高溫下易氧化而適用于５０－＋１５０攝氏度范圍內(nèi)測(cè)溫。前者穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高；后者價(jià)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(yǔ)絕對(duì)壓力：偏離零參考點(diǎn)的數(shù)值。表壓力：絕對(duì)壓力減去大氣壓力。負(fù)壓、真空：表壓力為負(fù)值時(shí)的壓力。差壓：在差壓計(jì)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(gè)負(fù)壓不一定低于當(dāng)?shù)卮髿鈮?。包圍在地球表面一層很厚的大氣層?duì)地球表面或表面物體所造成的壓力稱為“大氣壓”，符號(hào)為B；直接作用于容器或物體表面的壓力，稱為“絕對(duì)壓力”，絕對(duì)壓力值以絕對(duì)真空作為起點(diǎn)，符號(hào)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(jì)的分類一、壓力計(jì)的分類概述1、壓力計(jì)按感壓元件分類(1)液柱式壓力計(jì)├─U形管壓力計(jì)├──單管壓力計(jì)├──斜管壓力計(jì)├──鐘罩壓力計(jì)├──C字形壓力計(jì)├──盤旋形壓力計(jì)(2)彈性壓力計(jì)├───波紋管壓力計(jì)├──螺旋形壓力計(jì)├───膜片式壓力計(jì)├───波紋管壓力計(jì)├───膜盒式壓力計(jì)2、按被測(cè)壓力的種類分類(1)表壓力計(jì)├────真空計(jì)├────壓力真空計(jì)├────壓力計(jì)(2)絕對(duì)壓力計(jì)(3)差壓計(jì)3、按壓力計(jì)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(jì)的組成1、壓力計(jì)一般由三個(gè)部分組成:(1)感壓部分:接受要測(cè)的壓力并把被測(cè)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:把來(lái)自感壓部分的位移或者力的信號(hào)通過(guò)放大或者變換成統(tǒng)一的電信號(hào)或空氣壓信號(hào)傳送到指示部分;傳送部分有:直接傳動(dòng)式傳送部分,電動(dòng)變送式傳送部分等(3)指示部分:接收來(lái)自傳送部分的信號(hào)并指示,記錄被測(cè)壓力。指示部分有:現(xiàn)場(chǎng)顯示型壓力計(jì),遠(yuǎn)距離顯示型壓力顯示部分。2、使用注意事項(xiàng)測(cè)壓液體和管子應(yīng)是干凈的,臟東西的存在同時(shí)使密度和表面張力發(fā)生變化這兩種效應(yīng)難以定量說(shuō)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(dòng),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(cè)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(jì)的截面修正誤差和毛細(xì)效應(yīng)誤差。確安裝測(cè)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(shí)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(jì)第三節(jié)、彈性式壓力計(jì)彈性式壓力計(jì)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(jià)格低廉使之成為非常有用的工業(yè)儀表這些壓力計(jì)對(duì)于那些影響材料彈性的量是敏感的。如溫,脈動(dòng),振動(dòng),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(wú)阻尼自由振動(dòng)頻率。它與材料及元件的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，對(duì)彈性元件的動(dòng)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)，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(cè)壓儀表；剛度小的彈性元件，易于制成檢測(cè)微小波動(dòng)壓力的儀表。對(duì)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(shí)，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(shí)，彈性元件的形變并不是立即就完成，而是要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間的負(fù)荷作用，當(dāng)負(fù)荷取消后，不能恢復(fù)原來(lái)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(hào)→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(shí)，彈性元件的形變一定，通過(guò)機(jī)械式、電氣式裝置顯示或傳送出信號(hào)三、彈簧管壓力表1、測(cè)量范圍：從真空到109Pa的高壓，準(zhǔn)確度等級(jí)一般為1.0～4.0級(jí)，精密的可達(dá)0.1～0.5級(jí)。2、組成：由彈簧管、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)、指示機(jī)構(gòu)及外殼組成。游絲：用來(lái)消除齒輪嚙合處的間隙。四、膜盒微壓計(jì)膜盒微壓計(jì)的測(cè)量范圍為l50～4000Pa，準(zhǔn)確度等級(jí)一般為2.5級(jí)，較高的可達(dá)1.5級(jí)。在火電廠中常用膜盒微壓計(jì)測(cè)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(jì)雙波紋管差壓計(jì)是一種低壓及差壓測(cè)量?jī)x表，其中差壓測(cè)量?jī)x表主要在測(cè)量流量和水位等參數(shù)時(shí)用于中間變換或顯示。一般被測(cè)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(jì)膜片壓力計(jì)有兩類:一類是利用膜片彈性制成的彈性膜片壓力計(jì)另一類是用膜片把被測(cè)流體和壓力計(jì)的其它部分分隔,即所謂非彈性膜片壓力計(jì)。彈性壓力計(jì)構(gòu)造不太復(fù)雜,無(wú)須特殊管理.但應(yīng)經(jīng)常接受檢定計(jì)量法對(duì)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(jì)量管理部門指定的工廠承擔(dān)。第五章、壓力測(cè)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(cè)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(gè)用于檢測(cè)控制變量(信息)的器件,它具有檢測(cè),轉(zhuǎn)換,傳輸信息的功能。近來(lái)把傳感器直接定義為:能感知,并檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象之信息的機(jī)器。也就是說(shuō),傳感器能夠代替人的五官(視、聽、嗅、味、觸)來(lái)完成某些功能的機(jī)器。同時(shí),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(lì)電壓的作下，將作用在膜片上的被測(cè)力所形成的應(yīng)力轉(zhuǎn)換電壓信號(hào)。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(cè)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)和變極間距離等三類.1.差動(dòng)電容式2.可動(dòng)板電容式3.霍爾式壓力傳感器霍爾式壓力變送器：在磁場(chǎng)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(shì)UH產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢(shì)UH稱為霍爾電勢(shì)，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(dòng)，使其在一個(gè)隨位置線性變化的磁場(chǎng)中移動(dòng)。霍爾元件所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)UH與彈性位移Δ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(hào)的非線性、溫度與壓力的補(bǔ)償、量程刻度標(biāo)尺的變換、零點(diǎn)調(diào)整、錯(cuò)誤、故障診斷等基礎(chǔ)上，完成對(duì)工業(yè)過(guò)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(jiǎn)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：①可集成為多敏感元件的變送器，能同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，全面反映被測(cè)量的綜合信息；②精度高，測(cè)量范圍寬；③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(cè)發(fā)展，由被動(dòng)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換向主動(dòng)控制和主動(dòng)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，智能變送器的通信目前主要流行的通信協(xié)議也就是現(xiàn)場(chǎng)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(HighwayAddressableRemoteTransducer)的縮寫，它是在Bell202標(biāo)準(zhǔn)通信基礎(chǔ)上使用頻率移相鍵控(FSK)技術(shù)，在4~20mA電流上疊加一個(gè)頻率信號(hào)來(lái)完成。信號(hào)使用1200Hz和2200Hz兩個(gè)獨(dú)立的頻率，分別代表數(shù)字1和0。兩個(gè)頻率級(jí)組成的一個(gè)正弦波疊加在4~20mA電流回路上，由于正弦波的平均值為零，無(wú)直流部分加到4~20mA信號(hào)，因此在進(jìn)行數(shù)字通信時(shí)，不會(huì)造成對(duì)過(guò)程信號(hào)的干擾。HART協(xié)議一般能支持在一根雙絞線上最多掛15臺(tái)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(jí)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(jí)一般在1.0～4.0級(jí)。主要的檢定項(xiàng)目有基本誤差、變差、零位、指針移動(dòng)的平穩(wěn)性、輕敲表示值的變動(dòng)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(jì)與所要求的規(guī)格完全相符,編制規(guī)格說(shuō)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(cè)對(duì)象的選擇條件。(1)環(huán)境的選擇條件(2)測(cè)量對(duì)象的選擇3、壓力計(jì)的安裝在壓力測(cè)量中,通常采用的方式是先選定測(cè)壓點(diǎn),再選一個(gè)位置放壓力控制部分,然后用導(dǎo)壓管把測(cè)壓點(diǎn)和檢測(cè)部分連接起來(lái)進(jìn)行測(cè)量。(1)儀器種類的選擇需要有現(xiàn)場(chǎng)指示或現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警的場(chǎng)合,選用有指針的直接傳動(dòng)式壓力計(jì)。關(guān)于氣動(dòng)或電動(dòng)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(dòng)壓力變送器,不需要考慮防爆,防噪聲等問(wèn)題。缺點(diǎn)是傳送的距璃受限制。電動(dòng)壓力變送器,對(duì)傳送距璃沒(méi)有限制。但是必須根據(jù)要求考慮防爆問(wèn)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(cè)量范圍:壓力計(jì)一般采用系列化的幾種型號(hào)的儀器,可測(cè)量很寬的壓力范圍。b.材料:在材料的選擇方面,對(duì)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(shí),要考慮被測(cè)流體和設(shè)置的環(huán)境等。c.輸出指示部分:選擇壓力計(jì)時(shí)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(dòng)安全衛(wèi)生規(guī)則適用的場(chǎng)合使用壓力計(jì)時(shí),必須遵守相應(yīng)的規(guī)定。(3)性能規(guī)格的選定a.測(cè)量精度:測(cè)量?jī)x器的精度一般指相對(duì)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(jì)的測(cè)量精度一般在正負(fù)1-3%,氣動(dòng)和電動(dòng)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(jì)。b.溫度變化范圍和靜壓選擇范圍：關(guān)于這些特性,有工廠發(fā)表的數(shù)據(jù).在選擇壓力計(jì)時(shí),特別是在這些特性對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響時(shí),要全面研究選擇壓力計(jì)的條件。(4)環(huán)境的選擇條件a.在受機(jī)械振動(dòng)與沖擊時(shí),選用具有耐振結(jié)構(gòu)的壓力計(jì)。b.裝設(shè)壓力計(jì)的場(chǎng)所,如環(huán)境溫度是高溫時(shí),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?jì)。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(jì)。要采用防腐措施,防止損壞儀表。選用的壓力計(jì)符合工廠防爆安全結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。(5)測(cè)量對(duì)象的選擇a.測(cè)量高溫或低溫流體時(shí),最好的方法,一般是對(duì)導(dǎo)壓管采取散熱,冷卻或加熱等措施,使得被測(cè)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(jì)。b.當(dāng)被測(cè)對(duì)象是高粘度流體或固體細(xì)粒的流體時(shí),最好選用接觸面積大的帶隔膜的壓力計(jì)。對(duì)于常溫下粘度大的流體,要用蒸氣進(jìn)行保溫。c.當(dāng)被測(cè)流體具有腐蝕性時(shí),可以選擇采用耐腐蝕材料感壓元件的壓力計(jì)或選用帶腐蝕材料隔膜的壓力計(jì)。d.對(duì)于養(yǎng)氣或食品之類的被測(cè)對(duì)象,如果所用壓力計(jì)內(nèi)存有油,則可能發(fā)生危險(xiǎn)或造成污染.因此必須使用禁油標(biāo)記的壓力計(jì)。e.當(dāng)被測(cè)壓力急劇變化時(shí),不僅難以準(zhǔn)確測(cè)量,而且由于指示機(jī)構(gòu)磨損和感壓元件疲勞,壓力計(jì)的主要部分會(huì)受到損害。在這樣場(chǎng)合,最好使用帶有緩沖裝置的壓力計(jì)或感壓元件,帶有緩沖用阻尼閥的壓力計(jì)。此外,壓力計(jì)應(yīng)做到安全防護(hù),如加防護(hù)罩,新購(gòu)進(jìn)的壓力計(jì)儀器要很好地驗(yàn)收和保管。第六章、流量?jī)x表第一節(jié)、渦輪流量計(jì)節(jié)流式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量?jī)x表（速度）渦輪流量計(jì)靶式流量計(jì)羅茨流量計(jì)其它流量測(cè)量?jī)x表2、流量?jī)x表的分類差壓流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)速度式流量計(jì)容積式流量計(jì)靶式流量計(jì)-電磁流量計(jì)漩渦流量計(jì)超聲波流量計(jì)量熱式流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)其它流量計(jì)3、渦輪流量計(jì)1.渦輪流量計(jì)原理和特點(diǎn)渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表。它具有測(cè)量精度高,反應(yīng)快以及耐壓高等特點(diǎn)。它是以動(dòng)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(guò)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(jì)數(shù)和顯示,由單位時(shí)間的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)反映出瞬時(shí)流量和累積流量。2.工作原理當(dāng)流體通過(guò)管到時(shí)，沖擊管道中心渦輪葉片，對(duì)渦輪產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)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(duì)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(guò)渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到，從而可以計(jì)算得到通過(guò)管道的流體流量3.渦輪流量計(jì)的使用及維護(hù)1.渦輪流量計(jì)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(cè)出流量的瞬時(shí)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(shí),若與廠家標(biāo)定時(shí)條件不符,為保證足夠測(cè)量精度,需實(shí)際重新標(biāo)定。3.由于變送器在工作時(shí)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(guò)一定的時(shí)間之后,因磨擦而致使渦輪變送器不能正常工作,就應(yīng)更換軸或軸承,并經(jīng)重新標(biāo)定后方能使用。4.發(fā)現(xiàn)故障,及時(shí)診斷處理。第二節(jié)、羅茨流量計(jì)羅茨流量