化工仪表及自动化第3章(1)

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化 第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 内容提要内容提要 n 概述概述 n测量过程与测量误差测量过程与测量误差 n仪表的性能指标仪表的性能指标 n工业仪表的分类工业仪表的分类 n 压力检测及仪表压力检测及仪表 n压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 n弹性式压力计弹性式压力计 n电气式压力计电气式压力计 n智能型压力变送器智能型压力变送器 n压力计的选用及安装压力计的选用及安装 1 内容提要内容提要 n 流量检测及仪表流量检测及仪表 n概述概述 n差压式流量计差压式流量计 n转子流量计转子流量计 n椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 n涡轮流量计涡轮流量计

2、n电磁流量计电磁流量计 n漩涡流量计漩涡流量计 n质量流量计质量流量计 2 内容提要内容提要 n 物位检测及仪表物位检测及仪表 n概述概述 n差压式液位变速器差压式液位变速器 n电容式物位传感器电容式物位传感器 n核辐射物位计核辐射物位计 n称重式液罐计量仪称重式液罐计量仪 n 温度检测及仪表温度检测及仪表 n温度检测方法温度检测方法 n热电偶温度计热电偶温度计 n热电阻温度计热电阻温度计 n电动温度变送器电动温度变送器 3 内容提要内容提要 n一体化温度变送器一体化温度变送器 n智能式温度变送器智能式温度变送器 n测温元件的安装测温元件的安装 n 现代检测技术与传感器的发展现代检测技术与传感

3、器的发展 n软测量技术的发展软测量技术的发展 n现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展 4 第一节第一节 概述概述 用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表检测仪表。 用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通 常称为传感器传感器。 当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时， 通常称为变送器变送器。 5 第一节第一节 概述概述 n 一、测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差 6 测量过程测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单 位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。 测量误差测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的 差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和

4、相对误差。 第一节第一节 概述概述 ti xx 绝对误差 0 xx 0 0 0 x xx x y xi：仪表指示值, xt：被测量的真值 由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值 相对误差 7 第一节第一节 概述概述 n 二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标 %100 max 测量范围下限值测量范围上限值 8 1. 1. 精确度（简称精度）精确度（简称精度） 说明：说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表 的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对 误差”指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素 绝对误差和仪表的测量范围 相对百分误差 允许误差

5、 %100 测量范围下限值测量范围上限值 差值仪表允许的最大绝对误 允 第一节第一节 概述概述 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表 的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对 百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表 的精确度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02， 0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。 小结小结 9 第一节第一节 概述概述 %8 . 0%100 200700 4 10 举例 例1某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时 得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。 解解 该仪表的相对百分误差

6、为 如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由 于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超 过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等 级为1.0级。 第一节第一节 概述概述 %7 . 0%100 01000 7 允 例例2某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求， 温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表 的精度等级才能满足以上要求？ 解解 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为 如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其 数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表， 其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应 选

7、择0.5级仪表才能满足工艺要求。 11 第一节第一节 概述概述 12 仪表的精度等级仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高， 也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作 为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板 上。 举例举例 1.5 1.0 如： 第一节第一节 概述概述 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求 来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据 来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至

8、少等 于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪 表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多等于）工艺 上所允许的最大相对百分误差。 小结小结 13 第一节第一节 概述概述 %100 测量范围下限值测量范围上限值 最大绝对差值 变差 2.2.变差变差 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被 测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐 由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所 得到的两条特性曲线之间的最大偏差。 图3-1 测量仪表的变差 14 第一节第一节 概述概述 15 3.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪表的灵敏度仪表的灵敏度是指仪表指针的线位

9、移或角位移，与引 起这个位移的被测参数变化量的比值。即 x S 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移； x为引起所需的被测参数变化量。 仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参 数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允 许绝对误差的一半。 注意：注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中， 往往用分辨力表示。 第一节第一节 概述概述 4.4.分辨率分辨率 对于数字式仪表，分辨力分辨力是指数字显示器的最末位数字 间隔所代表的被测参数变化量。 不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力 称为该表的最高分辨力最高分辨力，也叫灵敏度灵敏度。通常以最高分

10、辨力 作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字 位数有关。 16 第一节第一节 概述概述 %100 max 仪表量程 f i 17 5.5.线性度线性度 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输 出量与输入量的实际校准曲线与理论 直线的吻合程度。通常总是希望测量 仪表的输出与输入之间呈线性关系。 图3-2 线性度示意图 式中式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲 线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。 第一节第一节 概述概述 18 6.6.反应时间反应时间 反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变 化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能

11、给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的 反应时 间有不 同的表 示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出 信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值 的63.2（95）所用的时间，可用来表示 反应时间。 第一节第一节 概述概述 n 三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类 19 1. 按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类 气动仪表、电动仪表、液动仪表气动仪表、电动仪表、液动仪表 以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于 远距离传送和集中控制；便于与计

12、算机联用；现远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现 在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动 仪表的安全使用。仪表的安全使用。 一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、 放射性等环境影响。放射性等环境影响。 优点优点 缺点缺点 第一节第一节 概述概述 20 2. 按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表检测仪表 作用是获取信息，并进行适当的转换。 显示仪表显示仪表 作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。 集中控制装置集中控制装置 包括各种巡回检测仪、巡回控制

13、仪等。 控制仪表控制仪表 可以根据需要对输入信号进行各种运算。 执行器执行器 可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作 员的指令，对生产过程进行操作或控制。 第一节第一节 概述概述 图3-3 各类仪表的作用 21 第一节第一节 概述概述 2222 3. 3. 按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基地式仪表基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集 中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较 适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数 的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪 表的应用范围。 分为基地式仪表和单元组合仪表分为基地式仪表和单元组合仪表 第一节第一节 概述概述

14、化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气 动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称 DDZ仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。 注意注意 单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、 控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简 称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）。 这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据 不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统， 适用性和灵活性都很好。 23 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 n 一、压力单位及测量仪表一、压力单位及测量仪表 表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFp S F p 是指均匀垂直地作用

15、在单位面积上的力。 的单位为帕斯卡，简称帕（Pa） 2 11mNPa PaMPa 6 1011 24 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或 MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之 间的换算关系表。 25 26 压力单压力单 位位 帕帕/Pa兆帕兆帕/ MPa 工程大气压工程大气压/ (kgf/cm2) 物理大气压物理大气压/ atm 汞柱汞柱/ mmHg 水柱水柱/ mH2O （磅（磅/英寸英寸2）/ （1b/in2） 巴巴/bar 帕帕1110106 61.01971010- - 5 5 9.8691010-6 -6 7.501

16、 1010-3 -3 1.0197 1010-4 -4 1.4501010-4 -4 11010-5 -5 兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.501 10103 3 1.0197 10102 2 1.45010102 210 工程大工程大 气压气压 9.80710104 49.807 1010-2 -2 10.9678735.610.0014.220.9807 物理大物理大 气压气压 1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133 汞柱汞柱1.333210102 21.3332 1010-4 -4 1.35951010- -

17、3 3 1.31581010- - 3 3 10.01361.9341010-2 -2 1.3332 1010-3 -3 水柱水柱9.80610103 39.806 1010-3 -3 0.10000.0967873.5511.4220.0980 6 （磅（磅/ 英寸英寸2） 6.89510103 36.895 1010-3 -3 0.070310.0680551.710.703110.0689 5 巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501 表3-1 各种压力单位换算表 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 大气压力绝对压力表压 ppp 27

18、p表 P真 P绝 P绝 大气压力线大气压力线 绝对压力的零线绝对压力的零线 在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 绝对压力大气压力真空度 ppp 当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。 图3-4绝对压力、表压、负 压（真空度）的关系 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 28 测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。 有U形管压力计

19、、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视 差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测 量较低压力、真空度或压力差。 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如 电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 29 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转 换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。 测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。 结构较复杂，价格较贵。 30 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测

20、及仪表 n 二、弹性式压力计二、弹性式压力计 31 是利用各种形式的弹性元件， 在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后 产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢 固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的 精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压 力。 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 32 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不 同时，所用的弹性元件也不一样。 图3-5 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元件 薄膜式弹性元件 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 33 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压

21、力表与多圈弹簧单圈弹簧管压力表与多圈弹簧 管压力表。管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压 力表、禁油的氧气压力表等。力表、禁油的氧气压力表等。 1弹簧管；2 拉杆；3 扇形 齿轮；4 中心齿轮；5 指针； 6 面板；7 游丝；8 调整螺 丝；9 接头 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金 属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当 通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将 趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同 时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p

22、越大，产生的 变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比， 所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 ：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难， 所以必须通过放大机构才能指示出来。 34 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内， 即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件， 甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压 力表。将普通弹簧管压力表稍加变化

23、，便可成为电接点信号力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号 压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提 醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 35 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 图3-7 电接点信号压力表 1，4 静触点；2 动触 点；3 绿灯；5 红灯 压力表指针上有动触点2，表 盘上另有两根可调节指针，上面分 别有静触点1和4。当压力超过上限 给定数值时，2和4接触，红色信号 灯5的电路被接通，红灯发亮。若 压力低到下限给定数值时，2与1

24、接 触，接通了绿色信号灯3的电路。1、 4的位置可根据需要灵活调节。 36 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 n 三、电气式压力计三、电气式压力计 是一种能将压力转换成电信号进行 传输及显示的仪表。 37 1. 该仪表的，分别可测710-5Pa至 5102MPa的压力，允许误差可至0.2； 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过 程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业 控制机联用。 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 图3-8 电气式压力计组成方框图 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用 的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 38

25、 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔 元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从 而实现压力的测量。 图3-9 霍尔效应 可用下式表示 BIRU HH 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数， 与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应 强度；I为控制电流的大小。 3939 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增 大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为320mA， B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。 导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体 的霍尔电势小得多。

26、40 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管 压力传感器，如图3-10所示。 图3-10 霍尔片式压力传感器 1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测 压力作用下，弹簧管自由端产生 位移，因而改变了霍尔片在非均 匀磁场中的位置，使所产生的霍 尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远 距离显示和自动控制。 41 42 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 利用电阻应变原理构成。电阻应变片 有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当 应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通 过桥式电路获得相

27、应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记 录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 图3-11 应变片压力传感器示意图 1应变筒； 2 外 壳 ； 3密封膜片 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集 成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻， 并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散 在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由 桥式电路获得相应的电压输出信号。 43 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 图3-12 压阻式压力传感器 1基座；2

28、单晶硅片； 3导环；4螺母；5密 封垫圈；6等效电阻 精度高、工作可靠、频率 响应高、迟滞小、尺寸小、 重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改 变，还可以测量差压、高度、 速度、加速度等参数。 4444 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 是一种典型的自平衡检测仪 表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺 等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般 为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵敏区小等一系 列优点。 45 图3-13DDZ-型电动力矩平衡 压力变送器示意图 1测量膜片；2轴封膜片；3主杠杆；4矢量机构 5量程调整螺钉；6 连杆；7副杠杆

29、；8检测片（衔铁）；9差动变压器；10反馈动圈； 11放大器；12调零弹簧；13永久磁钢 DDZ-型系列为直流24V供电，输出 420mA（DC）,两线制，安全防爆。 fpF i 被测压力p作用在测量膜片1上，通 过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即 f为膜片的有效面积。 （3-13） 4646 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 21l FlF ii pKfp l l F 1 2 1 1 该变送器是按工作的。根据主、副杠杆 的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。 （3-14） 式中， 、 分别为Fi、F1离支点O1的距离。 1

30、 l 2 l （3-15） 将式（3-13）代入式（3-14），有 式中, 为一比例系数。 f l l K 2 1 1 47 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 tantan 112 pKFF 02I KFf 0302 3 4 2 IKIK l l F tan 0 KpI 3 1 K K K 而 432 lFlF f 式中， 、 分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。 3 l 4 l f F 将式（3-18）代入式（3-17），得 （3-18） （3-17） （3-19） （3-16） 联立式（3-16）与（3-19），得 （3-20） 式中， 为转换比例系数。 48 第二节第二节

31、 压力检测及仪表压力检测及仪表 是一种开环检测仪表，具有结构简单、 过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是 标准的420mA（DC）电流信号。 图3-14 电容式差压变送器原理图 1隔离膜片；2，7固 定电极；3硅油；4测 量膜片；5玻璃层；6 底座；8引线 49 先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 可以有效地保护测可以有效地保护测 量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测 量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易 损坏，过载后的恢复特

32、性很好，这样大大提高了损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了 过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有 杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性 好，测量精度相应提高，可达好，测量精度相应提高，可达0.20.2级。级。 50 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 n 四、智能型压力变送器四、智能型压力变送器 是在普通压力或差压传感器 的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。 可进行远程通信 利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参 数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。 51 第二

33、节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 图3-15 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图 52 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 图3-16 手持通信器的连接示意图 所用的手持通信器为275型，带 有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上， 就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个 变送器的信号线上进行远程设定及检测。 实现的功能实现的功能 （1）组态 （2）测量范围的变更 （3）变送器的校准 （4）自诊断 53 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能 型差压变送器与手持通信器结合使用，可远离生产 现场，尤

34、其是危险或不易到达的地方，给变送器的 运行和维护带来了极大的方便。 54 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 n 五、压力计的选用及安装五、压力计的选用及安装 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要 求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的 分析，分析， 一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。 55 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 MPapp562282 max1 例例3 3 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为 25252828MPa

35、，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上。工艺上 要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一 台压力表，指出型号、精度与测量范围。台压力表，指出型号、精度与测量范围。 解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以 选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本 章附录一，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量 范围为060MPa。 56 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 3 1 60 25 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可 算得允许误差为 所以，精度

36、等级为1.5级的仪表完全可以满足误差 要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型 电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为 1.5级。 %67. 1%100 60 1 57 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 应能反映被测压力的真实大小。 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直， 取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应 有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部， 使导压管内不积存气（液）体。 58 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪

37、表 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可 能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过 50m，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利 于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时 使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。 59 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力计应安装在易观察和检修的地方。 安装地点应力求避免振动和高温影响。 60 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 测量蒸汽压力时，应加装凝 液管，以防止高温蒸

38、汽直接与 测压元件接触图3-17（a）； 对于有腐蚀性介质的压力测量， 应加装有中性介质的隔离罐， 右图（b）表示了被测介质密度 2大于和小于隔离液密度1的 两种情况。 图3-17 压力计安装示意图 压力计；切断阀门； 凝液管；取压容器 61 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质， 选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。 当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时， 对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。 式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速 度。 为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外， 安装时表壳应

39、向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。 62 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 n 一、概述一、概述 是控制生产过程达到优质高产和安全生产以 及进行经济核算所必需的一个重要参数。 单位时间内流过管道某一截面的流体 数量的大小，即瞬时流量。 在某一段时间内流过管道的流体流量的总 和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。 63 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 M QQM或 如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 tt MdtMQdtQ 00 , 总总 测量流体流量的仪表。 ：测量流体总量的仪表。 64 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 以测量流体在管道内的流速作为

40、测量依据 来计算流量的仪表 以单位时间内所排出的流体的固定容积的 数目作为测量依据来计算流量的仪表。 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。 质量流量计分直接式和间接式两种。 65 分 类 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 n 二、差压式流量计二、差压式流量计 是基于流体流动的节 流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现 流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置 和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以 及显示仪表所组成。 66 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前 后的管壁处，流体的静压力产生差异

41、的现象称为节流现节流现 象象。 67 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图3-18 孔板装置及 压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的 压力有困难，因为产生最低静压 力p2的截面的位置随着流速 的不同会改变。因此是在孔板前 后的管壁上选择两个固定的取压 点，来测量流体在节流装置前后 的压力变化。因而所测得的压差 与流量之间的关系，与测压点及 测压方式的选择是紧密相关的。 68 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基 本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连 续性方程式推导而得的。 pFMpFQ 10 1 0 2 2 要知

42、道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。 流量与压力差P的平方根成正比。 69 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里 管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加 工要求、取压方法、使用条件等。 70 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图3-19 孔板断面 示意图 如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙 度等都有详细规定。度等都有详细规定。 其中dD应在0.20.8之间；最小 孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚 度h（0.0050.02）D；总厚度H 0.05D

43、；锥面的斜角3045等 等，需要时可参阅设计手册。 71 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴为角 接取压法。 标准节流装置取压方法 角接取压法 法兰取压法 分为 图3-20 环式取压结构 1管道法兰；2环室；3孔板；4夹紧环 72 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 环室取压法能得到较好的测量精度，但是加 工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安 装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精 度仍难保证。 ，在现场使用时，为了加工和安装方便， 有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口 径管道。 73 第三节第三节 流量检测及仪表流

44、量检测及仪表 标准孔板应用广泛，结 构简单，安装 方便，适用于 大流量的测量 流体经过孔板后压力损 失大，当工艺管道上不 允许有较大的压力损失 时，便不宜采用。 标准喷嘴和标 准文丘里管 压力损失较孔 板小 结构比较复杂，不易加 工 74 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm， 雷诺数在104105以上的流体，而且流体应当清洁， 充满全部管道，不发生相变。 节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的 差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并 传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。 75 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 在

45、现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差， 有的甚至高达1020。 不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造， 更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保 证差压式流量计有足够的实际测量精度。证差压式流量计有足够的实际测量精度。 76 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 被测流体工作状态的变动。 节流装置安装不正确。 孔板入口边缘的磨损。 导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象 差压计安装或使用不正确 77 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 78 导压管要正确地安装，防止堵塞

46、与渗漏，否则会引起较大 的测量误差。对于不同的被测介质，导压管的安装亦有不同的 要求，下面分类讨论。 图3-21 测量液体流量 时的取压点位置 图3-22 测量液体流量时的连接图 1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡 阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 a) 取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角 为045。 b) 引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应 下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。 c) 在引压导管的管路中，应有排气的装置。 79 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 80 a) 取压点应在节流装置的

47、上半部。 b) 引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡 度，以使引压导管中不滞留液体。 c) 如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和 排放阀，如图3-23所示。 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图3-23 测量气体流量时的连接图 1节流装置；2引压导管； 3差压变送器；4贮液罐； 5排放阀 图3-24 测量蒸汽流量的连接图 1节流装置；2凝液罐； 3引压导管；4排放阀； 5差压变送器；6平衡阀 81 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 82 差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管

48、接至差压计或变送器前，必须安装切断阀 1、2和平衡阀3，构成三阀组，如图3-25所示。 测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的 介质流量时，必须采取隔离措施。常用的两种隔离罐形式 如图3-26所示。 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图3-25 差压计阀组安装示意图 1，2切断阀；3平衡阀 图3-26 隔离罐的两种形式 83 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 n 三、转子流量计三、转子流量计 84 以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小， 即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方 法。 图3-27 转子流量计的工作原理图 第三节第三节 流量检测及仪

49、表流量检测及仪表 AppgV ft21 A gV ppp ft 21 phM f 2 转子流量计中转子的平衡条件是 （3-253-25） 由式（3-25）可得 根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小 或 phQ f 2 将式（3-26）代入上两式，得 A gV hM fft 2 或 A gV hQ f ft 2 （3-263-26） 85 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 86 它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适 合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显 示两部分组成。 图3-28 差动变压器结构 第三节第三节 流量检测及仪

50、表流量检测及仪表 若将转子流量计的转子若将转子流量计的转子 与差动变压器的铁芯连接起与差动变压器的铁芯连接起 来，使转子随流量变化的运来，使转子随流量变化的运 动带动铁芯一起运动，那么，动带动铁芯一起运动，那么， 就可以将流量的大小转换成就可以将流量的大小转换成 输出感应电势的大小。输出感应电势的大小。 87 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 88 图3-29 LTD系列电远传转子流量计 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 A gV hQ w wt 2 0 转子流量计的流量标尺上的刻度值，对用于测量液体 来讲是代表20时水的流量值，对用于测量气体来讲则是 代表20，0.101

51、33MPa压力下空气的流量值。所以，在实 际使用时，要根据具体体情况进行修正。 （3-313-31） 89 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 A gV hQ f ft f 2 fQf wft fwt QKQQ 0 如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可近似认为 是常数，则有 （3-323-32） 整理后得 wft fwt Q K （3-343-34） （3-333-33） 90 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 fMf wfwt wf MKMQ 0 wfft wt M K f f Q K 9 . 7 9 . 6 ff M K 9 . 7 9 . 6 同理可导得质量流量的修

52、正公式为 当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，t7.9g/cm3，水 的密度w1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得 （3-353-35） （3-363-36） （3-373-37）（3-383-38） 91 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 f tKQKMtKQKM tKQKM 0.400.6701.516 0.950.9711.022 1.501.2720.847 0.450.6461.435 1.001.0001.000 1.551.2970.837 0.500.6831.365 1.051.0280.979 1.600.3230.827 0.550.7191.307 1

53、.101.0560.960 1.651.3510.818 0.600.7541.256 1.151.0840.943 1.701.3760.809 0.650.7871.211 1.201.1110.927 1.751.4010.800 0.700.8191.170 1.251.1390.911 1.801.4270.792 0.750.8511.134 1.301.1650.897 1.851.4530.785 0.800.8821.102 1.351.1930.884 1.901.4770.778 0.850.9121.073 1.401.2200.872 1.951.5040.771 0

54、.900.9441.046 1.451.2450.859 2.001.5290.764 表3-2 密度修正系数表 92 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 9 . 0 Q K 例例4 4现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流现用一只以水标定的转子流量计来测量苯的流 量，已知转子材料为不锈钢，量，已知转子材料为不锈钢，t7.9g/cm7.9g/cm3 3，苯的密，苯的密 度为度为f0.83g/cm0.83g/cm3 3。试问流量计读数为。试问流量计读数为3.6L/s3.6L/s时，苯时，苯 的实际流量是多少？的实际流量是多少？ sLQ K Q Q f /46 . 3 9 . 0 11

55、0 解解由式（3-37）计算或由表3-2可查得 将此值代入式（3-33），得 即苯的实际流量为4L/s。 93 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 94 （2 2）气体流量测定时的修正）气体流量测定时的修正 对被测介质的密度、工作压力和温度均需进行修正。 当已知仪表显示刻度Q0，要计算实际的工作介质流量 时，可按下式修正。 00 1 0 0 1 1 0 1 111 Q KKK Q T T p p Q TP 上式计算得到的上式计算得到的Q 是被测介质在单位时间（小时） 是被测介质在单位时间（小时） 内流过转子流量计的标准状态下的容积数（标准立方米），内流过转子流量计的标准状态下的容积数（

56、标准立方米）， 而不是被测介质在实际工作状态下的容积流量。而不是被测介质在实际工作状态下的容积流量。 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 95 例例5 5 某厂用转子流量计来测量温度为某厂用转子流量计来测量温度为2727，表压为，表压为 0.16MPa0.16MPa的空气流量，问转子流量计读数为的空气流量，问转子流量计读数为38Nm38Nm3 3/h/h 时，空气的实际流量是多少？时，空气的实际流量是多少？ 解解已知Q038Nm3/h，p10.160.101330.26133MPa， T127273300K，T0293K，p00.10133MPa， 101.293Kg/Nm3。 将上列数据代入上式，便可得 即这时空气的流量为60.3Nm3/h。 hNmQ/3 .60