热工测量和仪表(压力、温度、流量)

1、（适用于热控运行、检修） 自动控制系统的关键部件 对象 测量、变送 传感器、变送器、显示、报警、记录装置 调节器 执行器 执行机构、调节机构 调节器执行器对象 测量变送 x (t)e (t)u (t)q (t)y (t) z (t) 第一章 热工测量和仪表 主要内容主要内容 测量与误差测量与误差 温度测量和仪表温度测量和仪表 压力测量和仪表压力测量和仪表 流量测量和仪表流量测量和仪表 汽包水位测量和仪表汽包水位测量和仪表 烟气分析和仪表烟气分析和仪表 实验：热工仪表校验实验：热工仪表校验 测量与误差测量与误差 一、测量的基本概念与测量方法 测量： 三要素：比值、单位、误差 0 0 Xax X

2、a x ：被测量的真值 ：测量单位 ：二者的比值 测量方法 按测量和被测量的差值大小 非零法：弹簧压力表 零位法：天平 微差法：测量压力的U形管 接触法、非接触法 接触式 非接触式 静态和动态 静态：被测对象处于稳定状态下的测量 动态：被测对象处于不稳定状态下的测量 点测量和场测量 点参数测量：测量某点的被测量 场参数测量：测量多点的被测量 直接测量和间接测量 直接测量：无需对被测量与其它实测的量进 行函数关系的辅助计算而直接得到的被测量的 值 间接测量：直接测量的量与被测量之间有已 知函数关系，而得到的被测量的值。 二、测量系统 测量系统： 测量设备：测量中使用的一切设备测量中使用的一切设备

3、 传感器： 准确性和稳定性 灵敏性 负载小 经济性和耐腐蚀性 中间变换器： 准确地传输、放大、和转换信号，信号损失小， 显示装置（测量终端）： 三、测量误差 测量误差： 0 0 i i xX x X ：测量结果 ：真值 绝对误差： 0 X 相对误差： 真值无法测定，测量结果、误差 随机误差：在测量条件下，多次测量同一量时， 误差的绝对值和符号可以不可预定的方式变化的 误差 疏忽误差： 系统误差、随机误差、疏忽误差 系统误差大、随机误差小 随机误差大、系统误差小 随机误差小、系统误差小，有疏忽误差 随机误差的特性及处理 当系统误差消除后，对一被测量进行无数次测量时，同一 方法、同一仪表，测量次数

4、无穷多时，总的算术平均就是 被测参数的真值 1231 n i ni x xxxx X nn 最佳值（最优概值）：工程中n（测量次数） 的数值不可能无穷大，所得的结果只是真值 的近似。 测量结果的正态分布 概率密度为： 2 2 1 exp 22 y 2 2 1 exp 22 d 分布函数为： 正态分布概率密度图 测量值均匀地分布在真值的两边，差别越大的点，出现的可能性 越低 每个曲线下的面积为100% 0 .0 0 .2 0 .4 标准偏差 作为单次测得值不可靠性的评定标准 越大，分散范围大 在一定条件下，测量列中随机误差的概率分布情况 222 12 2 1 lim n n n n i i n

5、n 对称性：绝对值相等的正负误差，在多次测量中出现的概 率大致相等， 以0对称 在实际测量条件下，对同一量进行多次测量，其误差的算术 平均值随着测量次数n的无限增大而趋于0 单峰性：绝对值小的误差出现的次数比绝对值大的出现次 数多 可以舍去出现概论为0的误差值 四、测量仪表的特性 仪表特性：包括静态特性和动态特性 静态特性：被测量在不随时间变换或变化极慢 的情况下，用一组与时间无关的参数来描述测 量仪表的特性 动态特性：被测量在随时间变化的情况下，用 微分方程来描述测量仪表的输入、输出的动态 关系 负载效应：被测量受到仪表干扰而产生的偏离 静态特性： 测量范围： 在允许的误差限内，测量仪表的被

6、测量值的范围，上限、下在允许的误差限内，测量仪表的被测量值的范围，上限、下 限之差为量程限之差为量程 准确度等级 根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范围根据测量仪表准确度大小所划分的等级和范围 引用误差 基本误差 允许误差 稳定度 灵敏度和灵敏阈 线性度和变差 温度误差 动态特性 动态特性：仪表对随时间变化的被测参数的响应特性 输出量随时间的变化曲线与被测参数随同一时间变化的曲线 一致或比较接近 阶跃响应：仪表在输入阶跃信号时，输出信号能否立即跟随 输入信号变化的能力 频率相应：由仪表的固有频率决定，固有频率高，频率特性 好 五、热工仪表的质量指标 仪表的准确度 仪表的非线性误差 变差 重复

7、性 不灵敏区 漂移 4-2温度测量及仪表 一、温度测量的基本概念 温度的定义：表征分子热运动的程度的物理量 温标：衡量温度大小的标尺 摄氏： 热力学：K 华氏： 温度计的分类和形式 膨胀式温度计 玻璃温度计 压力式温度计 双金属温度计 热电偶温度计 热电阻温度计 辐射式温度计 ET-IRMAN ET-IRMAN 温度安检门温度安检门 二、膨胀式温度计 玻璃温度计 压力式温度计 双金属温度计 1、玻璃液体温度计 是膨胀式温度计之一种,利用液体受热膨胀的性质制成, 常用的液体有水银和酒精。广泛用于测量-200-500摄氏 度范围内的温度。 （1）优点和缺点 玻璃液体温度计是最常用,也是最简单,最便

8、宜的温度计。 这种温度计主要优点是构造简单,使用方便,精度高和价格低 廉。缺点是惰性大,能见度低, 不能自动记录及远距离传送。 玻璃管温度计玻璃管温度计 （2）注意事项 (1)温度计不宜平放和平装,保存与安装时都应使玻璃温度 计直立, 而且测温泡在下部。如果倾斜安装也应使测温泡 在下部。 (2)使用时应检查液柱是否脱离,测温泡内是否含有气泡, 如 果液柱脱离可以缓慢加热或微振动起来消除。 (3)对于全浸式温度计,安装深度应满足要求,对于工业用玻 璃管温度计,则应将尾部全部插入被测介质中。 注意事项 (4)被测介质具有一定压力时,应在测温处焊上(或用螺丝旋 紧)测温套管为减少热阻,测温套管壁不宜

9、太厚(一般为1- 2mm)。 (5)测量流体温度时,温度计不能顺向安置,应逆向安放,或与 流向垂直或有一定倾斜角,而且测温套管的插入深度要超过 中心线。使测温泡刚好位于中心线上。 玻璃温度计 2、压力式温度计 压力式温度计的工作原理是当温度变化时压力式温度计的工作原理是当温度变化时, ,工质工质 的体积或压力相应发生变化的体积或压力相应发生变化, ,以此制成温度计以此制成温度计 这种温度计的主要优点是构造简单这种温度计的主要优点是构造简单, ,防震可以远防震可以远 距离测量距离测量 , , 并可制成自动记录式。主要缺点是并可制成自动记录式。主要缺点是 损坏后很难修理损坏后很难修理, ,不能测点

10、温和表面温度。不能测点温和表面温度。 国产国产WTQWTQ型式气体压力温度计型式气体压力温度计, ,可用来指示或记录可用来指示或记录 工业设备中气体工业设备中气体, , 蒸汽货液体的温度。测量范蒸汽货液体的温度。测量范 围围:0-120,0-160,0-200,0-3009(:0-120,0-160,0-200,0-3009(单位摄氏度单位摄氏度) )工工 作压力作压力:60:60kgf/cm2,kgf/cm2,精度精度1.51.5与与2.52.5级。级。 压力式温度计 3、双金属温度计 (一)双金属温度计的工作 原理： 双金属温度计是利用两种不 同膨胀系数的金属片A和B 将其焊接在一起并将一

11、端固 定。当温度发生变化时,膨 胀悉数较大的金属片B伸长 较多,故其未固定端(自由端) 必然向膨胀系数较小的金属 A一方弯曲变形。利用弯曲 变形的大小不同,从而可表 示出温度的高低不同。 双金属温度计 (二).双金属片温度计按指示 部分与保护管连接方式不同, 分为下列三种类型: (1)轴项型 (2)径向型 (3)135度角型 双金属温度计 三、热电偶 1、热电偶的测温原理 热电势：两种不同的导体材料（或半导体）A，B组成的闭 合回路。相接触时，存在电子的迁移，达到平衡时，在接触 的两端形成电势 可用于点温度的测量 只与材料和温度 有关，与热电偶的长度、直径无关 接触电势和温差电势组成 mV (

12、1)接触电势 在一定温度下，如果从金属A扩散到金属B 去的电子数等于从金属B吸向金属A的电子 数时，就达到了动态平衡。这时金属A，B 之间形成的电位差称为接触电势。 接触电势的大小与接头温度的高低和金属 的种类有关，温度越高，两金属的自由电 子密度差越大，则接触电势越大。 (2)温差电势 温差电势：同一金属导体两端温度不同而产生的。 高温端流向低温端的自由电子与低温端被电场吸引流向高 温端的自由电子达到了动态平衡， 这时的电位差称为温 差电势 e， 大小仅与金属材料及两端温差有关，而与几何尺寸及金属 （导体）温度分布无关。e(t,t0)可用下面的函数差来表示 eA(t,t0)=eA(t)-eA

13、(t0) (1)热电偶基本定律的内容 两种均质金属组成的热电偶，其电势大小与热电级直径， 长度和沿热电级长度上的温度分布无关，只与热电极材料 和两端温度有关； 热电势大小是两端温度的函数差，如果两端温度相等，则 热电势为零。 (2)热电偶基本定律的推论 （1）热电偶必须用两种性质不同的热电极构成。 （2）若热电极材料的性质不均匀，即当热电极温度分 布不同时， 则热电偶将产生附加电势。 所以根据附加热电势检查热电极材料 是否均匀，从而 衡量热电偶质量的高低。 (3)中间导体定律 在热电偶回路中接入第三种均质导体后，只要保证所接入 导体两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。 金属 mV 液态金属

14、 mV (4)中间温度定律与连接导体定律 （1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行分度，只 要引入适当修正，就可以在另外的冷端温度下使用。这 就为制订热电偶的热电势温度关系温度表奠定了理论 基础。 （2）和热电偶具有同样热电性质的补偿导线可以引入 热电偶的回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶 的热电势。这就为工业测温中应用补偿导线提供了理论 依据。 三. 标准化热电偶 1.铂铑10-铂热电偶(LB-3) 2.铂铑30-铂铑6(EU-2)热电偶 3.镍铬-镍硅(EU-2)热电偶 4.镍铬-考铜热电偶(EA-2) 5.铜-康铜热电偶(CK) 序号 计 量 器 具 名 称 准 确 度 等 级 测

15、 量 范 围 R-001-304 标准组铂铑10-铂热电偶 标准组标准组3001300 R-002-305 标准铂铑10-铂热电偶 一等3001300 二等3001300 工作铂铑10-铂热电偶 0级01600 0级01600 R-003-306 标准铂铑30-铂铑6热电偶 一等12001600 二等12001600 工作用铂铑30-铂铑6热电 偶 0级12001600 R-004-307 工作用镍铬-镍硅热电偶 0级01300 R-005-308 标准铜-康铜热电偶2 0级0200 工作用铜-康铜热电偶 0级0200 热工计量器具（R） 耐腐热电偶和耐磨热电偶 压着式铠装热电偶 耐高温耐腐蚀

16、热电偶 以特殊金属陶瓷材料作为外保护套管，采用复合 型结构，使用温度1600C，具有良好的耐高温、 抗气流冲击、抗氧化性能。主要用于高温加热炉、 裂解炉、尾气焚烧炉、焦化炉等装置的测温。 吹气型热电偶 吹气型热电偶的结构原理： 铠装热电偶感温元件和外保护管之间构成一定的气 路，在气路中，通入一定压力的惰性气体，以排除 或减少热电偶在高温、高压条件下还原气体的渗入 WR系列隔爆热电偶 热电偶温度计 四. 热电偶的构造 1.热电偶的作用原理 2.普通型热电偶的构造 3.铠装热电偶的构造 热电偶的工作原理 2.普通型热电偶的构造 (1)热电极 (2)绝缘材料 (3)保护套管 (4)接线盒 3.铠装热

17、电偶的构造 铠装热电偶是由热电极,绝缘材料和金属套管三者 组合而成的坚实结合体。铠装热电偶的套管材料 为铜,不锈钢或镍基高温合金等。 在热电偶与套管 之间填满氧化粉末绝缘材料,套管中的热电极有单 丝的,双丝的和四丝的,互不接触。 热电偶的种类有铂铑10-铂,铂铑30-铂铑6,镍铬-镍 硅和镍铬-考铜等.目前生产的铠装热电偶,其外径 为12-25mm,长度可达100m以上。 铠装热电偶的结构 (1)热电极 热电偶的热电极直径由材料的机械强度,电导率,价格及 热电偶的用途和测量范围等决定。用贵金属时直径很细, 为0.35-0.65mm,用廉价金属时,其直径为1-2mm.热电偶 的长度可根据实际需要

18、来决定。普通插入式热电偶的长 度可在300mm-2150mm之间。 (2)绝缘材料 在热电偶的两根电极上套有绝缘材料, 其作用是防止两根 电极之间和电极与保护套管之间发生短路。 常用绝缘材料橡皮,塑料等,最常用的绝缘材料是瓷管和高 温瓷管,其结构有单孔,双孔,四孔,孔的大小根据热电极的直 径而定 (3)保护套管 热电偶的热电极(包括绝缘管)装在保护套管中。 使热电极避免遭受有害气体的腐蚀,玷污及机械 损伤,防止或减小火焰与气流的冲刷和辐射,保护 热电极. 对保护套管材料的要求是耐腐蚀,不渗透气体,不 与氧化性和还原性气体发生化学反应,耐酸碱腐 蚀,热惯性小,能承受温度剧变,价格低。 常用的保护

19、套管材料有:铜,20号碳钢,镍铬合金。 (4)接线盒 主要作用是防止灰尘和水,汽的侵入,便于热电偶与补偿导 线或导线连接。接线盒用侣合金材料制成,装在保护套管 的尾部,接线盒的上部有垫片或垫圈加以密封。 五.热电偶冷端温度补偿 热电偶的热电势是两个接点温度的函数表热电偶的热电势是两个接点温度的函数表, , 只有只有 当冷端温度不变时当冷端温度不变时, ,热电势才是热端温度的单值热电势才是热端温度的单值 函数。函数。 实际应用中实际应用中, ,热电偶冷端所处环境温度总有波动热电偶冷端所处环境温度总有波动, , 从而使测量得不到正确结果从而使测量得不到正确结果, , 必须采取补偿措施必须采取补偿措

20、施. . 冷端温度处理办法有以下几种冷端温度处理办法有以下几种: : 1. 1.计算修正法计算修正法 2. 2.仪表机械零点调整法仪表机械零点调整法 3. 3.恒温法恒温法 4. 4.补偿法补偿法 5. 5.多点测量的热电偶冷端温度补偿多点测量的热电偶冷端温度补偿 热电偶补偿导线的外形图 1.计算修正法 若温度显示仪表分度时规定热电偶冷端温度为零摄氏度, 而 在使用中冷端温度不为零摄氏度时, 根据热电偶的中间温度 定律 ,得知在这种情况下产生的热电势为: EAB(t,0) = EAB(t,t0) + EAB(t0,0) 式中: EAB(t,0) - 冷端为0,热端为t时的热电势； EAB(t,

21、t0) - 冷端为t0,热端为t时的热电势,即实测值； EAB(t0,0) - 冷端为t0,时的应加校正值。 将t0摄氏度的仪表实测读数与相应的校正值代数相加得 EAB(t,0),然后从分度表查得被测温度t值。这种方法只适用于 实验室。 2.仪表机械零点调整法 仪表的机械零点为仪表输入电势为零时,指针停留的刻度点, 也就是仪表的起始点。若预知热电偶冷端温度为t0,在此时 相当于人为给仪表输入热电势EAB(t0, 0),在接通测温回路后, 输入仪表的热电势为： EAB(t,t0) + EAB(t0,0) = EAB(t,0) 使仪表指针指示热端温度t值。 仪表机械零点调整法比较简单, 如热电偶冷

22、端温度波动频繁, 变化较大,不宜采用此法 4.补偿法 补偿法是利用不平衡电桥产生的电压来补偿热电 偶冷端温度变化所引起的热电势的变化。 由热电势计算修正法可知,当热电偶冷端温度tn偏 离规定值t0时,热电势的修正值为EAB(tn,t0),如果在 热电偶测量回路中串接一个等于EAB(tn,t0)的直 流电压U,则回路的总电势为： EAB(t,tn) + U = EAB(t,tn) + EAB(tn,t0) = EAB(t,t0) 5、多点测量的热电偶冷端温度补偿 在工业生产中为了有效利用控制盘和节省显示仪表，常 通过多点切换开关把几只甚至几十只同一分度号的热电 偶接到一块表上.这时可将各热电偶的

23、冷端用补偿导线引 至温度变化比较小的地方，然后共用一个桥式补偿器进 行冷端温度补偿.补偿方法有以下两种. 补偿方法有以下两种: (1)利用一块显示仪表和一个冷端温度补偿器的多点测量 线路. (2)用一只辅助热电偶对多只同型号热电偶冷端进行补偿 的线路. 6、 热电偶的校验和误差分析 热电偶的误差来源主要有以下一些: (1)分度误差:由于热电极材料成分不符要求和材料均匀性 等原因, 使热电偶的热电性质与统一的分度表之间产生分 度误差。 (2)补偿导线误差:由于补偿导线和热电极材料在1000C 以 下的热电性质不同将产生误差。 3.恒温法 在精密测温中,一般要求热电偶温度保持为0摄氏度,通常采 用

24、冰点槽。用清洁的水制成冰屑与清洁的水相混合盛于冰 点槽的保温瓶内, 并使其达到平衡而保持恒定的0摄氏度, 使用时将热电偶冷端放在插入冰点槽的试管底部 恒温法是准确度很高的冷端处理方法,然而使用比较麻烦, 需要保持冰,水两相。 (3)参比端温度变化引起的误差:在利用补偿电桥 进行参比温度补偿时,由于不能完全补偿而产生 误差。 (4)由于热电极变质,使热电性质变化而产生误差。 6 、热电偶的校验和误差分析 四、热电阻温度计 一一. .热电阻测温原理热电阻测温原理 二二. .工业常用热电阻工业常用热电阻 三三. .热电阻构造热电阻构造 四四. .测量误差分析测量误差分析 一.热电阻测温原理 物理学指

25、出物理学指出: :各种材料的电阻率都随温度变化而变化。各种材料的电阻率都随温度变化而变化。 若忽略物体的长度和截面随温度的变化若忽略物体的长度和截面随温度的变化, ,则在参比温度则在参比温度t0t0 下的电阻值下的电阻值Rt0Rt0和电阻率的温度系数和电阻率的温度系数( (简称电阻温度系简称电阻温度系 数数 ) )a a已知物体已知物体, ,可以通过可以通过 测量此物体的电阻来反映其温测量此物体的电阻来反映其温 度。度。 二.工业常用热电阻 在我国,标准化的热电阻现有铂的和铜的两种 工业热电阻的品种与性能 : 1.分度号 2.R0电阻与比阻W100 3.使用特点 1.分度号 根据IEC规定,铂

26、电阻有Pt10和Pt100两种分度号 铜热电阻按WZC标准,代号有Cu50和Cu100两种。 2.R0电阻与比阻W100 零摄氏度热电阻值因分度号而异.比阻W100=R100/R0表 示阻丝材料的存度.比阻W100越大,存度越高,同时灵敏度 也越高.存度高, 则复现性和稳定性也好。 若比阻W100相 同,R0不同时,则Rt值也不同.Pt100的Rt值是Pt10值的10 倍;Cu100的Rt 值是Cu50的Rt 值的两倍。 3.使用特点 铂热电阻用于摄氏度范围内测温，铜 热电阻因在高温下易氧化而适用于摄氏度 范围内测温。前者稳定性好，准确度高；后者价格便宜， 电阻与温度关系的线性度较好。 三.热

27、电阻构造 与热电偶一样，工业热电阻有普通基型结构和铠装结构与热电偶一样，工业热电阻有普通基型结构和铠装结构 两种。它们都由感温元件，引出线，保护套管，接线盒，两种。它们都由感温元件，引出线，保护套管，接线盒， 绝缘材料等组成，绝缘材料等组成， 热电阻的结构 电厂专用热电阻和隔爆型热电阻 套管式热电阻 套管式热电阻作为套管式热电阻作为 温度测量和控制的温度测量和控制的 传感器与显示仪表传感器与显示仪表 配套，以直接测量配套，以直接测量 和控制生产过程中和控制生产过程中 气体，液体和蒸汽气体，液体和蒸汽 的温度。不仅用于的温度。不仅用于 发电厂管道测温，发电厂管道测温， 同时也用于其他工同时也用于

28、其他工 业部门的测温。业部门的测温。 装配式热电阻 工业用铂电阻 作为温度测量 的传感器，通 常用来和显示 仪表、记录仪 表和电子调节 器配套使用。 耐腐型、耐磨型热电阻 但在某些特殊场合， 如化工厂、冶炼厂、 火电厂等，用普通热 电偶，热电阻就极易 损坏。因此，在这些 场合必须采用特殊材 料及机构的热电偶热 电阻。 热敏电阻体温表原理 辐射式温度计 4-3 压力测量和仪表 概述 结构形式 弹性式压力计 一 概述 1、法定的定义和单位 在静止的真实流体或在理想流体中,作用在一个给定点 上的压力P 单位:Pa(帕斯卡).1牛顿的力作用在1平方米平面上造成 的压力等于是1Pa.常用的单位有MPa,

29、KPa。 2、压力的不同型式 环境压力或大气压力-这是用气压计测定的压力它 是随大气条件和地点而变化的.确定为标准状态 的大气压力参考值等于是101325Pa。 相对压力或有效压力-这是相对于环境压力测定的 压力。如果环境压力是可变的,那末在某些时间间 隔中测定的压力的相对值或有效值。 真空或负压- 这是负的相对压力，因此它低于环 境压。 过压-这是正的相对压力。 差压-这是两个压力的差值。 绝对压力-相对于真空测量的压力。 绝对压力动画演示 3、压力测量 A压力探头和静压测量 （1）静止流体 （2）运动流体 B. 总压和动压测量 （1）总压测量-单毕托管 （2）动压测量-双毕托管 （1）静止

30、流体 静止流体-在静止流体情况下,一个正确的取压口应该保证 经受压力的空间与测量仪表之间的传递连续性。可以借助 于任何直径的孔( 然而相对于区域尺寸来说是足够小的)取 压。 （2）运动流体 运动流体-具有各种各样的仪表(或探头)用来测量 流体内部的静压然而应该谨慎用使用这些探头必须 以知被测点流线方向为前提由探头定向不佳造成的 测量误差一般和局部速度的平方成正比, 因此用随 想流向与探头之间的入射角而变化的比值来表示这 种误差是合理的。 常用的探测原件有塞尔(SER)原盘,双孔叶片,普朗 特( PRANDOT) 管 , 吉勒德(Girerd)-吉也纳 (Guiennu)探头. （1）总压测量-

31、单毕托管 假定一个静止的障碍物位于运动的理想流体内部.有一条流 线在障碍物的R 点滞止,沿着这条流线我们可以应用伯努力 方程。 在滞止点R上速度等于零因此令h=ZM-ZR,可以得到表达式 PR=PM+pgh+um2/2(1.8) 滞止压力PR就代表总压。 毕托管 毕托管是由一个垂 直装在支杆上的圆 筒形测量头组成的 管状装置，通过测 试点的动压和静压 差值求出该点流速 或某截面的流量。 测速管示意图 （2）动压测量-双毕拖管 测定动压或者测定一个点上的流速这都是一回事它装有与 压差表相连的总压取压口R R及静压取压口M.M.当忽略重力项 时我们从方程(1.8)(1.8)可以得到 U=(2(PR

32、-Pm)/p)0.5U=(2(PR-Pm)/p)0.5。 4、计量特性 （1 1）特性规范特性规范 （2 2）准确度规范）准确度规范 （3 3）环境参数的影响）环境参数的影响 （4 4）压力计的分类）压力计的分类 （5 5）有关压力计的标准）有关压力计的标准 （1）特性规范 量程对仪表来说可适用的被测量终端值之间的代数差值量程对仪表来说可适用的被测量终端值之间的代数差值, , 而而 且在该范围内别处确定的传感器的计量特性是受保证的。且在该范围内别处确定的传感器的计量特性是受保证的。 量程的选择是一项重要的工作量程的选择是一项重要的工作. .例如要用一只量程为例如要用一只量程为0-500-50b

33、ar,bar, 准确度为准确度为1%1%满刻度的传感器测量满刻度的传感器测量0.10.1barbar的压力的压力, ,这是十分可笑这是十分可笑 的。的。 为了得到仪表的最佳特性为了得到仪表的最佳特性, ,以工作在满量程为好以工作在满量程为好, ,但也不要超但也不要超 过仪表的量程过仪表的量程. .后者可能损坏传感器。后者可能损坏传感器。 （2）准确度规范 迁移误差：定义为造成传感器指示值发生可觉察变化的被 测量的最大变化量。 它是由于摩擦间隙及引伸到所有那些 造成传感器输出信号不连续性的现象造成的。 在大多数压 力传感器中, ,这种误差是觉察不到的或者非常小。 （3）环境参数的影响 环境参数是

34、指所有那些对于测量仪器的随便那一环境参数是指所有那些对于测量仪器的随便那一 元件起作用的量它可能造成错误的指示值。元件起作用的量它可能造成错误的指示值。 然而然而 这些参数的物理效应一般被很好地定量说明往往这些参数的物理效应一般被很好地定量说明往往 有可能通过简单的计算或特殊的校验加以修正。有可能通过简单的计算或特殊的校验加以修正。 当然我们这里说的是影响量的慢变化而不是热冲当然我们这里说的是影响量的慢变化而不是热冲 击击( (热冲击或机械冲击热冲击或机械冲击),),后者可能具有破坏作用。后者可能具有破坏作用。 a. a. 温度温度 b. b. 其它参数其它参数 a. 温度 温度使得构成压力传

35、感器的材料的尺寸和物理性质发生变温度使得构成压力传感器的材料的尺寸和物理性质发生变 化。化。 最受影响的特性是最受影响的特性是: :电阻率与应变计系数有关的压阻电阻率与应变计系数有关的压阻 系数系数, ,电容式传感器的介电常数压电系数以及可使感受体电容式传感器的介电常数压电系数以及可使感受体 压力压力- -变形关系发生变化的杨氏模量。变形关系发生变化的杨氏模量。 由此引入了零点误由此引入了零点误 差和灵敏误差以量程的百分数来表示。差和灵敏误差以量程的百分数来表示。 b. 其它参数 在可变电容式传感器情况下在可变电容式传感器情况下, ,大气湿度影响它的介大气湿度影响它的介 电常数电常数; ; 大

36、气压力的影响可容易地通过加减加以大气压力的影响可容易地通过加减加以 修正在运动情况下加速度在感受件上造成一个附修正在运动情况下加速度在感受件上造成一个附 力并改变了它的影响。对于振动来说它导致背景力并改变了它的影响。对于振动来说它导致背景 噪声噪声, ,而且而且, ,如果传感器的可动部件在它的谐振频如果传感器的可动部件在它的谐振频 率附近被激励率附近被激励, ,那么那么, ,这种振动可能是特别有害的。这种振动可能是特别有害的。 （4）压力计的分类 a. a. 压力计按感压元件分类压力计按感压元件分类 b. b. 按被测压力的种类分类按被测压力的种类分类 c. c. 按压力计的性能分类按压力计的

37、性能分类 d. d. 按压力计的用途分类按压力计的用途分类 E. E. 按压力计的形状按压力计的形状, ,精度分类精度分类 a.压力计按感压元件分类 (1)液柱式压力计U形管压力计 单管压力计 斜管压力计 钟罩压力计 C字形压力计 盘旋形压力计 (2)弹性压力计 波纹管压力计螺旋形压力计 膜片式压力计 波纹管压力计 膜盒式压力计 b.按被测压力的种类分类 (1)表压力计 真空计 压力真空计 压力计 (2)绝对压力计 (3)差压计 c.按压力计的性能分类 指示式压力计 带警报器压力计 1 现场显示型 - 带调节器压力计 记录式压力计 电动压力变送器 2 远距离显示型 气动压力变送器 d.按压力计

38、的用途分类 普通型,耐热型,耐振型,耐热耐振型,密封型,安全型,蒸气型, 禁油型,法兰连结型,带隔膜封入液型。 E.按压力计的形状,精度分类 外部形状 指示形状,同心,偏心型,单针型,双针型,多针 型, 刻度形状,圆形刻度型,扇形刻度型,直线 刻度型。 精度:0.2级-0.3级 圆型圆型 方型方型 一般压力表 袖珍数字压力计 弹簧管压力计 1.金属弹簧管 2.指针 3-连杆 4.扇型齿轮 5.弹簧 6-底座 7.测压接头 8.小齿轮 9.外壳 耐高温压力表 弹簧管压力计 （5）有关压力计的标准 1:(1)JIS标准,NEC电气设备标准,NEMA标准。 (2)工厂电气设备防爆指南。 (3)一般高

39、压气体的安全保障规则,液化石油气的 安全保障规则, 劳动安全卫生法。 2: 液柱式压力计 液柱式压力计是由液柱的高度产生的压力和被测量 的压力平衡,并用液柱高度表示相应压力的一次压 力计.用液体压力计测量压力也是测量差压。 常用 的工作液体是水和水银。 二、 结构形式 1 1 U U形管压力计形管压力计 2 2 单管压力计单管压力计 3 3 斜管压力计斜管压力计 4 4 绝对压力计绝对压力计 5 5 压力计的组成压力计的组成 6 6 使用注意事项使用注意事项 1 U形管压力计 U形管压力计一般用水银或水做工作介质,测量范围分别 为0-2000mmH2o或mmHg. 用水作工作介质时不能测 量绝

40、对压力但是可以测量表压力和差压压力。用水银做 工作介质时能测表压力绝对压力和差压压力。U形管压 力计多用做工业测量用的标准器。 U形管压力计 2 单管压力计 单管压力计是把U形管压力计的一侧管径作得很 大,只在细管一侧单边取读数。 如图3.3所示。因 此标尺采用修正过大容器液面高度变化的刻度测 量修正能以0.1mmH2o或0.1mmHg的精度测量. 公式如下: h=h(1+a/A) 式中: h-液面的高度差(压力差) h-细管一侧的液面移动高度 a-细管的内截面积 A- 大容器的截面熟积 3 斜管压力计 斜管压力计是细管倾斜的单管压力计。细管的倾斜使液 面的位移距离加长从而放大指示液柱高度的刻

41、度,测量范 围在0-50mmH2o(或0-50mmHg)。能以0.01mmH2或 0.01mmHg的精度进行测量,在工业测量中用作微压测量 的标准器。 4 绝对压力计 把U形管一侧的水银面上部分抽真在U形管的一侧就能得 到绝对压力。这种一侧封闭真空的压力计叫绝对压力计. 其测量范围是小于760mmHg的。 5 压力计的组成 压力计一般由三个部分组成: (1)感压部分: 接受要测的压力并把被测压力变换 成位移或;感压部分元件有:U形管,单管,斜管,波纹 管,膜片,膜盒等 (2)传送部分:把来自感压部分的位移或者力的信号 通过放大或者变换成统一的电信号或空气压信号 传送到指示部分;传送部分有:直接

42、传动式传送部 分,电动变送式传送部分等 (3)指示部分:接收来自传送部分的信号并指示,记 录被测压力。指示部分有: 现场显示型压力计,远 距离显示型压力显示部分。 6 使用注意事项 测压液体和管子应是干净的测压液体和管子应是干净的, ,脏东西的存在同时脏东西的存在同时 使密度和表面张力发生变化这两种效应难以定量使密度和表面张力发生变化这两种效应难以定量 说明说明, ,它们表现为弯月面形状不规则它们表现为弯月面形状不规则, ,其截面各异。其截面各异。 上升带有跳动上升带有跳动, ,管子应常用硫代铬酸的混合物清管子应常用硫代铬酸的混合物清 结用酒精洗涤并在存静空气中干燥结用酒精洗涤并在存静空气中干

43、燥, , 测压液体应测压液体应 该定期更换或再生处理。该定期更换或再生处理。 管子应该是圆形的。截面的变化造成容积式压力管子应该是圆形的。截面的变化造成容积式压力 计的截面修正误差和毛细效应误差。计的截面修正误差和毛细效应误差。 确安装测量装置确安装测量装置, ,保持系统的密封性。连接管内保持系统的密封性。连接管内 不应该含有寄生流体玻璃管内在更换或清洗时经不应该含有寄生流体玻璃管内在更换或清洗时经 常由于碰常由于碰, ,摔而碎或出现裂纹摔而碎或出现裂纹, ,所以操作要十分注所以操作要十分注 意。意。 三、弹性式压力计 弹性式压力计便于安装,带有标准化螺纹接点(NFE-15-012). 读数方

44、便和价格低廉使之成为非常有用的工业仪表这些压 力计对于那些影响材料弹性的量是敏感的。如温,脉动,振 动,腐蚀性流体等原因。 1 波纹管压力计 2 膜片压力计 1 波纹管压力计 波纹管压力外圆沿轴向有深槽形波纹状绉摺波纹管压力外圆沿轴向有深槽形波纹状绉摺, , 并沿并沿 轴向能够伸缩轴向能够伸缩. .因为耐压强度有限因为耐压强度有限. .所以多用作低压所以多用作低压 压力的感压原件。压力的感压原件。 波纹管的寿命是使波纹管在一定的循环压力作用波纹管的寿命是使波纹管在一定的循环压力作用 下下, ,循环伸缩循环伸缩, ,用直到破坏的循环次数表示波纹管的用直到破坏的循环次数表示波纹管的 寿命。寿命。

45、双波纹管压差计 2 膜片压力计 膜片压力计有两类膜片压力计有两类: : 一类是利用膜片弹性制成的弹性膜片压力计一类是利用膜片弹性制成的弹性膜片压力计 另一类是用膜片把被测流体和压力计的其它部另一类是用膜片把被测流体和压力计的其它部 分分隔分分隔, ,即所谓非弹性膜片压力计。即所谓非弹性膜片压力计。 弹性压力计构造不太复杂弹性压力计构造不太复杂, ,无须特殊管理无须特殊管理. .但应经但应经 常接受检定计量法对其修理有严格的限制常接受检定计量法对其修理有严格的限制, ,不受不受 限制的修理项目限制的修理项目, ,只有更换表蒙玻璃一项只有更换表蒙玻璃一项, ,其它修其它修 理工作理工作, ,必须由

46、专门的修理工或是计量管理部门必须由专门的修理工或是计量管理部门 指定的工厂承担。指定的工厂承担。 四、压力变送器 一. . 变送器的概念 二. . 电阻应变片式 三. 力平衡式传感器 四. . 电容式压力传感器 五. 压力表的选择和安装 一.变送器的概念 变送器( (传感器) )这一词是指将被测的某一物理量按 照一定转换规律转换成另一种已知的物理量的一种 转换装置。它是一个用于检测控制变量( (信息) )的器 件, , 它具有检测, ,转换, ,传输信息的功能。 近来把传感器直接定义为: :能感知, ,并检测出被测对 象之信息的机器。也就是说, ,传感器能够代替人的 五官( (视、听、嗅、味、

47、触) ) 来完成某些功能的机 器。同时, ,即使人的五官不能感知的现象( (例如红外 线、电磁波、超声波等) )也能感知。 工作原理： YSZK-100YSZK-100系列压力变送是 一种固态压力变送器。用 先进工艺制成的压阻式敏 器件，在激励电压的作下， 将作用在膜片上的被恻力 所性趁形成的应力转换电 压信号。 YSZK-100系列压力变送器 144144LDLD，144LVD144LVD智能型电智能型电 动浮筒液位变送器是根据动浮筒液位变送器是根据 阿基米德浮力原理进行设阿基米德浮力原理进行设 计的，利用微小的金属膜计的，利用微小的金属膜 片应变传感技术，用于测片应变传感技术，用于测 量液

48、体的液位、界位或密量液体的液位、界位或密 度。可通过现场组态进行度。可通过现场组态进行 常规设定操作，也可通过常规设定操作，也可通过 PCPC机软件或终端进行远程机软件或终端进行远程 组态和监控。可用于各类组态和监控。可用于各类 危险场合。危险场合。 智能型电动浮筒液位变送器 144 144LDLD，144LVD144LVD智智 能型电动浮筒液位变能型电动浮筒液位变 送器，送器， 引进福克斯波罗的引进福克斯波罗的 技术和原装组件生产技术和原装组件生产 的智能型液位、界位的智能型液位、界位 或密度测量变送器。或密度测量变送器。 具有极的高精度和良具有极的高精度和良 好的稳定性。好的稳定性。 智能

49、型电动浮筒液位变送器 智能式变送器 扩散硅压力变送器 变送器外型尺寸变送器外型尺寸 电感式液位变送器 压力变送器 BUS液位变送器 气动差压变送器 主要用来连续 测量生产过程 中液体、蒸汽 及气体的压力， 并将压力转换 成20-100KPa 的压力讯号。 带法兰差压变送器 QBF带法兰差压变 送器系法兰的形式 和被测量对象相联 系的差压变送器， 可用来连续测量粘 兴流体、腐蚀性、 沉淀性、结晶性流 体的液位、分界面 和流量等。 电感压力变送器 气动绝对压力变送器 DBY-DBY-型气动压力变 送器，主要用来连 续测量生产过程中 液体或气体的绝对 压力，并将其转换 成标准的统一信号。 本变送器可

50、以在有 爆炸危险的场合工 作。 气动带法兰压力变送器 QBYF型气动带法 兰压力变送器，系 以法兰形式与被测 介质联接，用隔离 膜片测量的压力变 送器，可用来测量 粘性，腐蚀性、沉 淀性、结晶性流体 的压力。 陶瓷压力变送器 差压变送器 气动温度变送器 QBW型气动温度压 力变送器与相应的敏 感元件配套，用来测 量工业生产过程中的 各种介质的温度，将 温度比例地转换成 20-100kPa的标准气 压信号输出。 法兰安装差压变送器 压力（表压）变送器 二.电阻应变片式 电阻式压力传感器是目前用得最多的一种压力传感 器, 其作用原理是根据导体在外界压力作用下电阻 发生变化,而电阻的变化R与作用的压

51、力P成比例, 即 R= f(P)。 根据压力式传感器的发展情况。大体经历了以下的 变化过程: 电位计式非粘帖式粘帖式薄膜应 变式扩散半导体和粘帖梁半导体应变式等多种类 型. 除电位计式外,其它统称为应变式。 1. 电位式压力传感器 2. 非粘帖应变式压力传感器 3. 红外线光电传感器 有什么特别？ 1. 电位式压力传感器 电位式压力传感器实质上是压力仪表中弹性敏感 元件受压后的位移, 推动一个电位器的滑动电刷, 从而改变电位器电阻比产生输出信号,其输出信号 可以是电压或电流,从而进行压力测量的传感器. 所以这种传感器实际上是一个变阻器。 这种传感器的结构简单,成本低,有较大的信号输 出,适用于

52、交直流,精度一般在1%左右。 但是不 能适用于振动,动态和精密测试。 2. 非粘帖应变式压力传感器 金属导体或半导体在外力作用下产生机械形变(应变) 时, 其电阻也发生相应的变化的现象称为应变效应.利 用应变效应制作的传感器称为应变式传感器.在应变式 压力传感器中, 直接利用电阻丝或片,当压力作用下其 电阻随之相应变化来测量压力的传感器. 3.红外线光电传感器 红外传感器工作原理 三.力平衡式传感器 力平衡式力平衡式是一种伺服机构,其中利用探测器信号来生 产一个fr,这个力与由被测压力作用在感受体上的力 fP相对抗。控制感受体的位置,伺服装置限制了它的 位移,保持很小的位移量(0.1-10um

53、).因此机械缺陷 (例如,感受体变形的非线性) 不可逆性(间隙,滞后作 用)以及热膨胀的影响可以被消除或者至少可以显著 减小。 电动式驱动器电动式驱动器- - 施加在感受体上的由一只布置在永 久磁铁的磁极之间并通入控制电流I I的可动线圈产生 的力相抵消。 静电驱动器静电驱动器- -用一只刚性可忽略的膜片作为双电容器 的中心极片。 四.电容式压力传感器 利用两平行板电容可以测量压力的传感器 称为电 容式压力传感器 电容式压力传感器可分为三种类型: :改变面积式, , 变介电质的变间隙式( (可以用空气, ,固体介质如云 母等) )和变极间距离等三类. . 1. 1. 差动电容式 2. 2. 可

54、动板电容式 3. 3. 霍尔式压力传感器 传感器结构 1. 差动电容式 l 被测压力通过敏感元件被测压力通过敏感元件膜盒传到膜片上膜盒传到膜片上, ,使膜片产生位使膜片产生位 移。移。 由于极板构成差动式由于极板构成差动式, ,从而使位于膜片上下两部分的电从而使位于膜片上下两部分的电 容变化。所以膜片作为可动极板容变化。所以膜片作为可动极板, ,其位移量与被测压力成比其位移量与被测压力成比 例。当接入交流电桥或其它分压电路便可检测出被测压力例。当接入交流电桥或其它分压电路便可检测出被测压力 的大小。的大小。 2.可动板电容式 传感器由外壳以及夹在外壳中的金属膜片,紧固在调节杆 上的金属盘,以及

55、压力引入管等部件组成。通过移动调节 杆可以使金属盘改变与膜片之间的距离, 从而可以改变金 属盘与膜片间的初始极间距离。在安装时应使金属调节 杆与外壳绝缘。金属膜片在压力作用下改变了初始极间 的距离,从而使电容发生变化,经测试电路便可测得被测的 压力值。 3.霍尔式压力传感器 位于磁场中的静止载流体,当其电流I的方向与磁场 强度的方向之间有夹角时,则在载流体中平行于 H,I的两侧面之间将产生电动势,这一物理现象称为 霍尔效应。 霍尔压力传感器一般由两部分组成,一部分是弹性 元件,用它来感受压力并把压力转换成位移量,另一 部分是霍尔元件和磁路系统.通常把霍尔元件固定 在弹性元件上,这样当弹性元件在

56、压力作用下产生 位移时,就带动霍尔元件在均匀梯度的磁场中移动, 从而产生霍尔电势.所用弹性元件可以是弹簧观或 膜盒等. 1.直管头 2.接线螺母 3.过 4.前导向器 5.叶轮 6.外壳 7.前置放大器 8.密封垫圈 传感器结构及安装尺寸示意图 五.压力表的选择和安装 1一般的选择条件 首先在明确所要求的规格,使所用压力计与所要 求的规格完全相符,编制规格说明书。 (1)仪器种类的选择 (2)(2)仪器规格的选择 (3)(3)性能规格的选定 五.压力表的选择和安装 2 2 环境与被测对象的选择条件。 (1)环境的选择条件 (2)(2)测量对象的选择 压力计的安装 在压力测量中,通常采用的方式是

57、先选定测压点, 再选一个位置放压力控制部分,然后用导压管把测 压点和检测部分连接起来进行测量。 (1)仪器种类的选择 需要有现场指示或现场报警的场合,选用有指针的直接传 动式压力计。 关于气动或电动压力变送器的选用应有效 地利用其各自的特点。关于气动压力变送器, 不需要考虑 防爆,防噪声等问题。缺点是传送的距璃受限制。 电动压力变送器,对传送距璃没有限制。但是必须根据要 求考虑防爆问题和采取防雷电,防噪声的比要措施。 (2)仪器规格的选择 a.测量范围: 压力计一般采用系列化的几种型号的 仪器,可测量很宽的压力范围。 b.材料: 在材料的选择方面,对于感压元件安装法兰 盘部分和指示变换部分有具

58、体要求,按要求选择标 准材料或特殊材料。在进行材料选择时, 要考虑被 测流体和设置的环境等。 c.输出指示部分: 选择压力计时即要符合工业要求, 还要遵守有关压力规格的法规.例如在高压气体管 理法和劳动安全卫生规则适用的场合使用压力计时, 必须遵守相应的规定。 (3)性能规格的选定 a.测量精度: 测量仪器的精度一般指相对于仪器满量程的百分 比,通常用包括直线性, 迟滞和重复性的综合精度表 示。机械式压力计的测量精度一般在正负1-3%, 气 动和电动压力变送器的精度一般为正负0.5-0.2%. 应根据所要求的规格,选择必要精度的压力计。 b.温度变化范围和静压选择范围： 关于这些特性,有工厂发

59、表的数据.在选择压力计时, 特别是在这些特性对产品质量有影响时,要全面研 究选择压力计的条件。 (1)环境的选择条件 a.在受机械振动与冲击时,选用具有耐振结构的压力计。 b.装设压力计的场所,如环境温度是高温时,要选用结构上 耐高温, 行能上具有温度补偿的压力计。 c.在腐蚀性环境或爆炸性环境中不得不装设压力计。要 采用防腐措施, 防止损坏仪表。选用的压力计符合工厂 防爆安全结构标准。 (2)测量对象的选择 a.测量高温或低温流体时,最好的方法,一般是对导 压管采取散热, 冷却或加热等措施,使得被测流体 的温度在到达感压元件之前就变成常温,尽可能选 用标准规格的温度计。 b.当被测对象是高粘

60、度流体或固体细粒的流体时, 最好选用接触面积大的带隔膜的压力计。对于常 温下粘度大的流体,要用蒸气进行保温。 c.当被测流体具有腐蚀性时, 可以选择采用耐腐蚀 材料感压元件的压力计或选用带腐蚀材料隔膜的 压力计。 (2)测量对象的选择 d.对于氧气或食品之类的被测对象,如果所用压力 计内存有油,则可能发生危险或造成污染.因此必须 使用禁油标记的压力计。 e.当被测压力急剧变化时,不仅难以准确测量,而且 由于指示机构磨损和感压元件疲劳,压力计的主要 部分会受到损害。在这样场合,最好使用带有缓冲 装置的压力计或感压元件,带有缓冲用阻尼阀的压 力计。 此外,压力计应做到安全防护,如加防护罩, 新购进