《热工仪表与测量》PPT课件.ppt

热工测量和仪表,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,主要内容,测量与误差 温度测量和仪表 压力测量和仪表 流量测量和仪表 汽包水位测量和仪表 烟气分析和仪表 实验：热工仪表校验,4-1测量与误差,一、测量的基本概念与测量方法 测量：从客观事物中提取有关信息的认识过程，经整理后成为数据。 三要素：比值、单位、误差,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,测量设备：测量中使用的一切设备,传感器：测量系统与测量对象发生直接关系的部分 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：将传感器的输出信号进行远距离的发送、放大、线性化和转换成统一信号的装置 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）：向观察者显示被测参数的数值和量值的装置,三、测量误差,测量误差：测量结果与被测量的真值之差,绝对误差：,相对误差：,真值无法测定，测量结果、误差,系统误差：在偏离规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差 在同一条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝对值和符号或者保持不变，或者在条件变化时按某种确定规律变化的误差 测量实际值测量读数修正值 修正值标准表读书值仪表读数,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、随即误差小 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，测量次数无穷多时，总的算术平均就是被测参数的真值,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：,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%,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,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D0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，测量仪表的被测量值的范围，上限、下限之差为量程 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 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,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,（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,工质的体积或压力相应发生变化,以此制成温度计 这种温度计的主要优点是构造简单,防震可以远距离测量 , 并可制成自动记录式。主要缺点是损坏后很难修理,不能测点温和表面温度。 国产WTQ型式气体压力温度计,可用来指示货记录工业设备中气体, 蒸汽货液体的温度。测量范围:0-120,0-160,0-200,0-3009(单位摄氏度)工作压力:60kgf/cm2,精度1.5与2.5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,(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(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，只与热电级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级构成。 （2）若热电级材料的性质不均匀，即当热电级温度分布不同时， 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。,(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),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, 只有当冷端温度不变时,热电势才是热端温度的单值函数。 实际应用中,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, 必须采取补偿措施. 冷端温度处理办法有以下几种: 1.计算修正法 2.仪表机械零点调整法 3.恒温法 4.补偿法 5.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,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, 如热电偶冷端温度波动频繁,变化较大,不宜采用此法,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。,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.,5、多点测量的热电偶冷端温度补偿,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)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.热电阻测温原理 二.工业常用热电阻 三.热电阻构造 四.测量误差分析,一.热电阻测温原理,物理学指出:各种材料的电阻率都随温度变化。若忽略物体的长度和截面随温度的变化,则在参比温度t0下的电阻值Rt0和电阻率的温度系数(简称电阻温度系数 )a已知物体,可以通过 测量此物体的电阻来反映其温度。,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，,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,套管式热电阻作为温度测量和控制的传感器与显示仪表配套，以直接测量和控制生产过程中气体，液体和蒸汽的温度。不仅用于发电厂管道测温，同时也用于其他工业部门的测温。,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,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-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及静压取压口M.当忽略重力项时我们从方程(1.8)可以得到 U=(2(PR-Pm)/p)0.5。,4、计量特性,（1）特性规范 （2）准确度规范 （3）环境参数的影响 （4）压力计的分类 （5）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, 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。 量程的选择是一项重要的工作.例如要用一只量程为0-50bar,准确度为1%满刻度的传感器测量0.1bar的压力,这是十分可笑的。 为了得到仪表的最佳特性,以工作在满量程为好,但也不要超过仪表的量程.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。 然而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。当然我们这里说的是影响量的慢变化而不是热冲击(热冲击或机械冲击),后者可能具有破坏作用。 a. 温度 b. 其它参数,a. 温度,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。 最受影响的特性是:电阻率与应变计系数有关的压阻系数,电容式传感器的介电常数压电系数以及可使感受体压力-变形关系发生变化的杨氏模量。 由此引入了零点误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,大气湿度影响它的介电常数; 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力并改变了它的影响。对于振动来说它导致背景噪声,而且,如果传感器的可动部件在它的谐振频率附近被激励,那么,这种振动可能是特别有害的。,（4）压力计的分类,a. 压力计按感压元件分类 b. 按被测压力的种类分类 c. 按压力计的性能分类 d. 按压力计的用途分类 E. 按压力计的形状,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,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 U形管压力计 2 单管压力计 3 斜管压力计 4 绝对压力计 5 压力计的组成 6 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,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说明,它们表现为弯月面形状不规则,其截面各异。上升带有跳动,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, 测压液体应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计的截面修正误差和毛细效应误差。 确安装测量装置,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常由于碰,摔而碎或出现裂纹,所以操作要十分注意。,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, 并沿轴向能够伸缩.因为耐压强度有限.所以多用作低压压力的感压原件。 波纹管的寿命是使波纹管在一定的循环压力作用下,循环伸缩,用直到破坏的循环次数表示波纹管的寿命。,双波纹管压差计,2 膜片压力计,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 另一类是用膜片把被测流体和压力计的其它部分分隔,即所谓非弹性膜片压力计。 弹性压力计构造不太复杂,无须特殊管理.但应经常接受检定计量法对其修理有严格的限制,不受限制的修理项目,只有更换表蒙玻璃一项,其它修理工作,必须由专门的修理工或是计量管理部门指定的工厂承担。,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、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-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,144LD，144LVD智能型电动浮筒液位变送器是根据阿基米德浮力原理进行设计的，利用微小的金属膜片应变传感技术，用于测量液体的液位、界位或密度。可通过现场组态进行常规设定操作，也可通过PC机软件或终端进行远程组态和监控。可用于各类危险场合。,智能型电动浮筒液位变送器,144LD，144LVD智能型电动浮筒液位变送器， 引进福克斯波罗的技术和原装组件生产的智能型液位、界位或密度测量变送器。具有极的高精度和良好的稳定性。,智能型电动浮筒液位变送器,智能式变送器,扩散硅压力变送器,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-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).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- 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的可动线圈产生的力相抵消。 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. 差动电容式 2. 可动板电容式 3. 霍尔式压力传感器 传感器结构,1. 差动电容式,被测压力通过敏感元件膜盒传到膜片上,使膜片产生位移。 由于极板构成差动式,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,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.,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)仪器规格的选择 (3)性能规格的选定,五.压力表的选择和安装,2 环境与被测对象的选择条件。 (1)环境的选择条件 (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.对于养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, 新购进的压力计仪器要很好地验收和保管。,1、速度测量仪表,毕托管 激光测速 热线风速仪,4-4 流速和流量测量及仪表,节流式流量计 转子流量仪表 （速度）涡轮流量计 靶式流量计 罗茨流量计 其它流量测量仪表,2、流量仪表的分类,差压流量计 转子流量计 速度式流量计 容积式流量计 靶式流量计 电磁流量计,漩涡流量计 超声波流量计 量热式流量计 质量流量计 其它流量计,按测量方法分类,流量仪表的主要技术参数,公称直径：公称直径指进入管道的公称通径 测量范围：测量范围是指仪表在一定的基本误差内最小(下限)流量至最大(上限)流量的范围。 量程比：在一定的基本误差内, 最大流量与最小流量的比值。 压力损失：压力损失一般是指在最大流量时,流经仪表之后,总的压力能源的损耗。,流量仪表的主要技术参数,基本误差：基本误差是指仪表在规定的参比工作条件下确定的误差。 死区：死区是指不能引起输出响应变化的输入范围。 稳定性：稳定性是指在规定的和保持恒定的条件下,仪表性能在规定时间内保持不变的能力。 仪表最大工作压力和最高工作温度：是指仪表在运行条件下,长期正常工作所能承的最大压力和最高温度。,3. 工艺流程管道的常用流速,(1)流速,管道,流量的分类 低流速:小于1m/s 流速 普通流速:25m/s 高流速:大于10m/s,3. 工艺流程管道的常用流速,小管径:450mm 管径 中管径:50150mm 大管径:150mm以上 微流量:小于60l/h 流量 小流量:60l/h20m3/h 一般流量:20100m3/h 大流量:100m3/h以上,第二节 节流式流量计,差压式流量计是利用流体流经节流装置或均速管时产生的压力差来实现流量测量的。 一.(1)节流现象 (2)原理 二. 标准节流装置 三. 非标准节流装置和特殊差压流量测量装置,(1)节流现象,连续流动的流体遇到安插在管道内的节流装置时, 在节流装置的管壁处的流体静压力产生差异,形成静压差,此及节流现象。,(2)节流原理,一维流动理论可以推得流体流过结流装置所产生的压差和流量的关系式是 Q=0.003999ed2p/r0.5 G=0.003999ed2P/r0.5 式中: Q流体的体积流量(m3/h) G流体的质量流量(Kg/h),(2)节流原理,d工作状态下节流装置的孔径(mm) P压差(Pa) r工作状态下流体的密度(Kg/m3) a流量系数 e流体的膨胀校正系数 流体的膨胀系数,对液体而言,e=1;对气体来说,e1。,节流式流量计,节流式流量计结构图,1-夹持件 6差压变送器 2节流件 7防冻式隔离器 3针型阀 8法兰 4支撑杆 9螺栓 5导压管 10管道,法兰取压楔式流量计,一体化差压式流量计,节流孔板与节流装置,二 .标准节流装置,一. 国际上公认的标准节流装置 (1)标准孔板:角接取压 (2)标准孔板;法兰取压 (3)标准孔板;径距取压 (4)ISA1932喷嘴:角接取压 (5)长径喷嘴:径距取压,二 .标准节流装置,(6)文丘里喷嘴 (7)古典文丘里管 二. 我国国家标准GB2624-81规定的标准节流装置 (1)标准孔板:角接取压 (2)标准孔板:法兰取压 (3)ISA1932喷嘴:角接取压,(1)标准孔板:角接取压,角接取压: 这种取压方式的具体结构形式有两种环室取压和单独钻孔取压。 注意:钻孔的最远边缘和节流装置端面的距离应不超过0.03D。钻孔径应不超过0.03D,但不小于4mm, 又不大于15 mm。(D为管道内径),(2)标准孔板:法兰取压,法兰取压: 这种取压方式的具体尺寸是上下游取压中心位于距离孔板两侧相应端面一&(25.4mm)处.,(3)ISA1932喷嘴:角接取压,ISA1932喷嘴:(标准喷嘴) 它是一个以管道中心线为旋转轴的对称体。,孔板流量计示意图,三 . 非标准节流装置和特殊差压流量测量装置,(一)用于低雷诺数的非标准节流件 (二)用于脏污介质和两相流的非标准节流件,(一)用于低雷诺数的 非标准节流件,1.1/4圆喷嘴：它主要用于低雷诺数下的流量测量。适用的管内径40mm150mm;截面比m=0.040.394.适用的雷诺数为5002.5105,其形状与标准孔板相比,只在孔口的形状不同。1/4圆喷嘴上游孔口边缘形状是半径为r的1/4圆。,(一)用于低雷诺数的 非标准节流件,2.锥形入口孔板：它适用的下限较1/4圆喷嘴还要低一些 ,雷诺数下限随着直径比不同而不同,其下限范围为2575,上限范围为21046104。最小管道直径为25mm.的适用范围为0.10.316。但孔板内径应不小于6mm,锥形入口孔板的形状与标准孔板相似,相当于一块倒装的孔板.形状较1/4圆喷嘴简单。,(二)用于脏污介质和两相 流的非标准节流件,这类节流件有圆缺孔板,偏心孔板等。主要应用圆缺孔板测量脏污,有气泡析出或固体微粒的液体流量测量,也可用于含固体微粒或液滴的气体流量测量。 但他的测量结果精确度不高。测量含气液体,圆缺开孔位于上部,测量含固体物料的液体时,开孔位于下部。测量时管道必须水平安装。适用管道内径为50500mm,m=0.10.5,雷诺数在51032106。,节流装置,喷嘴,成套节流装置,GD结构高压节流装置,简易可换孔板节流装置,普通可换孔板节流装置,高级可换孔板节流装置,LGWT-T文丘利式差压流量计,文丘利管,文丘利管,转子流量计,转子流量计又称浮子流量计，是目前工业上或实验室常用的一种流量计。它是由一根锥形的玻璃管和一个能上下移动的浮子所组成,转子流量计,玻璃转子流量计,玻璃转子流量计,1、接管 2、螺帽 3、“0”型密封圈4、下止 5、浮子 6、锥管 7、标尺度 8、上止档,电磁流量计,智能旋进流量器,智能旋进流量器,便携式超声波流量计,便携式超声波流量计结构图,毛细管流量计,它是根据流体力学原理制成的。当气体通过毛细管时，阻力增大，线速度(即动能)增大，而压力降低(即位能减小)，这样气体在毛细管前后就产生压差，借流量计中两液面高度差()显示出来。,B3系列气体罗茨流量计,临界流喷嘴气体流量标准装置,气体质量流量计,光纤传感器,光纤传感器流量计原理,三 涡轮流量计,1.涡轮流量计原理和特点 2.涡轮流量计转速n与流量Q的关系 3.涡轮流量计的安装 4.涡轮流量计的使用及维护,1.涡轮流量计原理和特点,涡轮流量计是一种速度式流量仪表。它具有测量精度高, 反应快以及耐压高等特点。 它是以动量距守恒原理为基础的,流体冲击涡轮叶片。使涡轮旋转,涡轮的旋转速度随流量的变化而变化,最后从涡轮的转数求出流量值。通过磁电转换装置将涡轮转数变换成电脉冲, 经前置放大,送入二次仪表进行计数和显示,由单位时间的脉冲数和累计脉冲数反映出瞬时流量和累积流量。,2.涡轮流量计转速与流量的关系,设涡轮