第三章检测仪表与传感器

1、 1/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 第一节第一节概概 述述 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 2/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 1.1.测量过程测量过程 被测参数检测元件被测参数检测元件连接件连接件( (导线放导线放 大或变送大或变送) )显示仪表显示仪表( (或控制器或控制器).). 2.2.测量误差

2、测量误差 1)1)绝对误差绝对误差:=x-x:=x-x0 0 x x 测量值测量值( (被校表的读数值被校表的读数值) )； x x0 0 标准值（标准表的读数值）。 标准值（标准表的读数值）。 2)2)相对误差相对误差y y：y = / xy = / x y y 仪表在仪表在x x0 0处的相对误差。处的相对误差。 3/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 1.1.精确度精确度( (或精度或精度) ) 1)1)仪表的量程仪表的量程n: n: n = n = 测量上限值测量上限值 测量下限值测量下限值 2)2)相对百分误差相对百分误差：

3、=max max/n /n * * 100% 100% 3)3)允许相对百分误差允许相对百分误差允 允： ： 允 允= =允 允maxmax/n /n * * 100% 100% 4)4)精度：将精度：将允 允去掉 去掉 “”号和号和 “” 号，即可得到国家规定的精度等级。号，即可得到国家规定的精度等级。 常用的精度级有：常用的精度级有：0.0050.005、0.020.02、0.050.05、 0.10.1、0.20.2、0.350.35、0.50.5、1.01.0、1.51.5、2.52.5、 4.04.0等。等。 常表示为常表示为: : 1.5 1.0 1.5 1.0 4/165十十十一

4、十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 例例1 1 某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为 200200700700，校验该表时得到的最大，校验该表时得到的最大 绝对误差为绝对误差为+4+4，试确定该仪表的精，试确定该仪表的精 度等级。度等级。 解：解：该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 %8 . 0%100 200700 4 取掉取掉“+”+”号和号和“%”,%”,其数值为其数值为0.80.8。 由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有 0.80.8级，同时，该仪表的误差超过了级，同时，该仪表的误差超过了 0.50

5、.5级仪表所允许的最大误差，级仪表所允许的最大误差，所以，所以， 这台仪表的精度等级为这台仪表的精度等级为1.01.0级。级。 5/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 例例2:2:某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为0 0 10001000。根据工艺要求，温度指示值的误。根据工艺要求，温度指示值的误 差不允许超过差不允许超过77，试问应如何选择仪，试问应如何选择仪 表的精度等级才能满足以上要求？表的精度等级才能满足以上要求？ 解解: :根据工艺上的要求根据工艺上的要求, ,仪表的允许误差为仪表的允许误差为 %7 . 0%1

6、00 01000 7 允 取掉取掉“”与与“%”%”号号, ,其数值节于其数值节于0.50.5 1.01.0之间之间, ,如果选择精度等级为如果选择精度等级为1.01.0级的仪级的仪 表，其允许的误差为表，其允许的误差为1.0%,1.0%,超过了工艺超过了工艺 上允许的数值上允许的数值, ,故应选择故应选择0.50.5级仪表才能级仪表才能 满足工艺要求。满足工艺要求。 6/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 结论：结论： 1)1)定仪表精度级定仪表精度级:允 允 校 校 2)2)工艺选仪表精度级工艺选仪表精度级: :仪表仪表允 允 工

7、艺允许工艺允许 max max 2.2.变差变差: :在外界条件不变的情况下在外界条件不变的情况下, ,用同一用同一 仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行 正反测量时正反测量时, ,被测量值正行和反行所得到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。的两条特性曲线之间的最大偏差。 仪 表 示 值 最大绝对误差 被测变量 注意注意: :变差变差允 允 测量仪表的变差图 测量仪表的变差图 7/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 3.3.灵敏度灵敏度s s与灵敏限与灵敏限 1)1)灵敏度灵敏度

8、 s=/xs=/x 指针的线位移或角位移；指针的线位移或角位移； x x 引起引起所需的被测参数变化量。所需的被测参数变化量。 2)2)灵敏限灵敏限: :能引起仪表示值发生变化的最小能引起仪表示值发生变化的最小 参数变化量。参数变化量。 规定，灵敏限规定，灵敏限1/21/2允 允maxmax 4.4.分辨力分辨力( (针对数字式仪表针对数字式仪表) ) 分辨力分辨力: :显示的最末位数字间隔所代表的显示的最末位数字间隔所代表的 被被 测参数变化量。测参数变化量。 最高分辨力最高分辨力( (灵敏度灵敏度):):相应于最低量程的分相应于最低量程的分 辨力。辨力。 分辨率：分辨率：最高分辨力最高分辨

9、力/ /量程量程 8/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 5.5.线性度线性度( (非线性误差非线性误差)f f f f =fmax =fmax /n/n* *100%100% 6.6.反应时间反应时间: :被测参数变化时被测参数变化时, ,仪表示值准仪表示值准 确显示的反应时间。确显示的反应时间。 线性度示意图线性度示意图 仪 表 示 值 fmaxfmax 被测变量 9/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 1.1.按仪表能源分类：按仪表能源分类： (1)(1)电动仪表电动仪

10、表: :用电能作动力用电能作动力, ,电源为电源为220vac220vac 或或24vdc.24vdc. (2)(2)气动仪表气动仪表: :用压缩空气作动力用压缩空气作动力, ,气源压力气源压力 为为0.14mpa.0.14mpa. 2.2.按功能分类：按功能分类： (1)(1)检测仪表检测仪表: :被测参数被测参数 位移或电位移或电( (电压、电压、 电流、电阻等电流、电阻等) )信号信号 (2)(2)显示仪表显示仪表: :显示、记录、积算、电视等显显示、记录、积算、电视等显 示值。示值。 (3)(3)集中控制装置集中控制装置: :巡回检测仪、控制仪、操巡回检测仪、控制仪、操 作台等。作台等

11、。 10/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第一节第一节 概概 述述 (4)(4)控制仪表控制仪表: :对输入信号进行放大、对输入信号进行放大、 积分、微分运算等。积分、微分运算等。 (5)(5)执行器执行器: :根据控制器或人的指令，根据控制器或人的指令， 操作生产过程。操作生产过程。 3. 3.按组成分类按组成分类 (1)(1)基地式仪表基地式仪表: :将测量、显示、控制将测量、显示、控制 等各部分集中组装在一个表壳里。等各部分集中组装在一个表壳里。 (2)(2)单元组合仪表单元组合仪表: :将测量及变送、显将测量及变送、显 示、控制等各部分，分别制成独

12、立单示、控制等各部分，分别制成独立单 元仪表。元仪表。 11/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表 1)1)单位换算：单位换算：p.40 p.40 表表3-13-1 p p表表=p=p绝绝 p p大大 p p真真=p=p大大 p p绝绝 p p绝绝 大气压力线大气压力线 p p表表 p p真真 p p绝绝 绝对压力、表压、负压的关系绝对压力、表压、负压的关系 12/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 测压

13、仪表的分类测压仪表的分类: :按其转换原理不同按其转换原理不同 分成四大类：分成四大类： 1.1.液柱式压力计液柱式压力计: :是根据流体静力学原是根据流体静力学原 理，将被测压力转换成液柱高度进理，将被测压力转换成液柱高度进 行测量的。按其结构形式不同有行测量的。按其结构形式不同有u u型型 管压力计、单管压力计和斜管压力管压力计、单管压力计和斜管压力 计等。结构简单，使用方便，但精计等。结构简单，使用方便，但精 度较差，测量范围窄，用于测较低度较差，测量范围窄，用于测较低 压力或真空度等压力或真空度等 13/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节

14、 压力检测及仪表压力检测及仪表 2.2.弹性式压力计：弹性式压力计：结构简单，使用可结构简单，使用可 靠，读数清晰等，使用较广。靠，读数清晰等，使用较广。 3.3.电气式压力计：电气式压力计：将压力转变成电量，将压力转变成电量， 测量范围广，可远传。测量范围广，可远传。 4.4.活塞式压力计活塞式压力计：是根据水压机液体是根据水压机液体 传送压力的原理。精度高，但结构传送压力的原理。精度高，但结构 复杂、价格贵，一般作为标准表。复杂、价格贵，一般作为标准表。 14/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 弹性式压力计：弹

15、性式压力计： 弹性式压力计是利用各种形式的弹性式压力计是利用各种形式的 弹性元件，在被测介质压力的作用弹性元件，在被测介质压力的作用 下下, ,使弹性元件受压后产生弹性变形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。的原理而制成的测压仪表。 特点特点: :1)1)结构简单、使用可靠、价格底、结构简单、使用可靠、价格底、 测量范围宽、有足够的精确度。测量范围宽、有足够的精确度。 2)2)若增加附加装置后可实现压力若增加附加装置后可实现压力 记录、远传、信号报警、自动控制。记录、远传、信号报警、自动控制。 15/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节

16、第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 1.1.弹性元件弹性元件: :三种弹性元件有弹簧管式、薄三种弹性元件有弹簧管式、薄 膜式、波纹管式。膜式、波纹管式。 弹性元件：弹性元件：是一种简易可靠的测压敏感元是一种简易可靠的测压敏感元 件，它不仅是弹性式压力计的测压元件，件，它不仅是弹性式压力计的测压元件， 也可作为气动单元组合仪表的也可作为气动单元组合仪表的基本组成元基本组成元 件。件。 图 弹性元件示意图 （a） （b） （c） （d） （e） p 弹性元件示意图弹性元件示意图 16/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表

17、 1)1)弹簧管式弹簧管式: : 测压范围宽测压范围宽, ,可测量可测量 高达高达1000mpa1000mpa的压力。的压力。 2)2)薄膜式薄膜式: :分分膜盒和膜片膜盒和膜片。 测压范围低于弹簧管式。测压范围低于弹簧管式。 膜盒膜盒 17/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 3)3)波纹管式：波纹管式：是周围为波纹状的薄壁金属筒是周围为波纹状的薄壁金属筒 体。体。 弹簧管压力表弹簧管压力表还有还有单圈弹簧管压力表单圈弹簧管压力表 18/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第

18、二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 按其用途不同：按其用途不同： 除普通弹簧管压力表外还有除普通弹簧管压力表外还有: : (1) (1)耐腐蚀的耐腐蚀的 (2)(2)禁油的氧气压禁油的氧气压 力表；力表； 氨用压力表 两者外形结构两者外形结构 基本协相同，其基本协相同，其 所用材料不同。所用材料不同。 19/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 ( (3)3)弹簧管压力表的弹簧管压力表的测量原理测量原理：图中所示为图中所示为 单圈弹簧管它是单圈弹簧管它是一根弯成一根弯成270270圆弧的椭圆弧的椭 圆截面的空心金属管圆

19、截面的空心金属管, ,管子的管子的自由端自由端b b封口，封口， 管子的另一端固定在接头管子的另一端固定在接头9 9上上. .当通人被测当通人被测 的压力的压力p p后，由于椭圆形截面在压力后，由于椭圆形截面在压力p p的作的作 用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧 管也随之产生向外挺直的管也随之产生向外挺直的扩张变形扩张变形。 由于变形由于变形, ,使弹簧管的自由端使弹簧管的自由端b b产生位移产生位移, , 输入压力输入压力p p越大越大, ,产生的变形也越大产生的变形也越大. .由于由于 输入压力与弹簧管自由端输入压力与弹簧管自由端b b的位移成正比，

20、的位移成正比， 所以只要测得所以只要测得b b点的位移量，就能反映压点的位移量，就能反映压 力力p p的大小，这就是弹簧管压力表的基本的大小，这就是弹簧管压力表的基本 测量原理。测量原理。 20/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 (4)(4)注意注意: :(a)(a)游丝游丝; (b); (b)放大机构放大机构; ; (c) (c)调零点调零点; (d); (d)调量程调量程; ; 另另: :在化工生产过程中在化工生产过程中, ,常常需要把压力控常常需要把压力控 制在某一范围内时制在某一范围内时, ,要采用要采用电

21、接点信号压电接点信号压 力表力表 还有还有 电接点接线图电接点接线图 21/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 电气式压力计电气式压力计 1.1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 (1)(1)霍尔效应霍尔效应 u uh h=r=rh hb iub iuh h霍尔电势霍尔电势 r rh h霍尔常数霍尔常数 b b 磁感应强度磁感应强度 i i 通过电流通过电流 图 霍 尔 效 应 b d l b z f y x i 22/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及

22、仪表压力检测及仪表 (2)(2)霍尔片式压力霍尔片式压力传感器传感器 价低并可远传。价低并可远传。 2.2.应变片应变片式压力传感器式压力传感器: :用于快速变化的压用于快速变化的压 力测量。力测量。 3. 3. 压阻式压力传感器压阻式压力传感器: :精度高、迟滞小、结精度高、迟滞小、结 构简单等。构简单等。扩散硅式压力扩散硅式压力传感器传感器 图 应变片压力传感器示意图 输入信号 恒压直流 电源 （a）传感筒（b）测量桥路 1 2 3 1-反应筒； 2-外壳； 3-蜜蜂膜片 r1 r2 r3 r4 r1 r2 23/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节

23、第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 4.4.力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器 工作原理：工作原理：以以ddz-iiiddz-iii型系列为例，型系列为例， pp作用在膜片上产生集中力作用在膜片上产生集中力fifi作用在主作用在主 杠杆杠杆, , f1 f1矢量机构分解为矢量机构分解为f2f2，f3f3副杠杆逆时副杠杆逆时 针转动针转动改变差动变压器副边绕组输出电改变差动变压器副边绕组输出电 压压放大器放大器电流电流i0 i0 反馈线圈及磁 反馈线圈及磁 钢钢同时同时i i0 0fff f， ， 在副杠杆产生的力矩与 在副杠杆产生的力矩与 f2f2的力矩相平衡，使杠杆稳定，有一确定的力

24、矩相平衡，使杠杆稳定，有一确定 的输出的输出i i0 0。 。 还有还有ddz-ddz-iiii 特点：特点：精度高、稳定可靠、线性好精度高、稳定可靠、线性好等。等。 24/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 5.5.电容式压力变送器电容式压力变送器 工作原理工作原理: : 图 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 1 2 3 4 5 8 7 6 25/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检

25、测及仪表压力检测及仪表 当被测压力当被测压力p1p1，p2p2分别加于左右两分别加于左右两 侧的隔离膜片时，通过硅油将差压侧的隔离膜片时，通过硅油将差压 传递到测量膜片上，使其向压力小传递到测量膜片上，使其向压力小 的一侧弯曲变形，的一侧弯曲变形，引起中央动极板引起中央动极板 与两边固定电极间的距离发生变化与两边固定电极间的距离发生变化， 因而两电极的因而两电极的电容量不再相等电容量不再相等，而，而 是一个增大，一个减小，电容的变是一个增大，一个减小，电容的变 化量通过引线传至测量电路，通过化量通过引线传至测量电路，通过 测量电路的检测和放大，测量电路的检测和放大，输出一个输出一个 4-20m

26、adc4-20madc。 特点：特点：抗振性好、精度高等抗振性好、精度高等。 26/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 智能型压力变送器智能型压力变送器 利用微处理器制成智能检测仪表。利用微处理器制成智能检测仪表。 特点：特点： (1)(1)可进行远程通信；可进行远程通信； (2)(2)利用手持通信器，可对现场进行各种利用手持通信器，可对现场进行各种 运行参数的性质和标定；运行参数的性质和标定； (3)(3)精确度高，使用与维护方便；精确度高，使用与维护方便； (4)(4)通过编制各种程序通过编制各种程序, ,使变速

27、器具有自修正使变速器具有自修正, , 自补偿自补偿, ,自诊断及错误方式报警等多种功自诊断及错误方式报警等多种功 能能, ,因而提高了变速器的精确度因而提高了变速器的精确度, ,简化了调简化了调 整、校准与维护过程，促使变速器与计算整、校准与维护过程，促使变速器与计算 机、控制系统直接对话。机、控制系统直接对话。 27/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力计的选用及安装压力计的选用及安装 1.1.压力计的选用压力计的选用 (1)(1)仪表类型的选用必须满足工艺生产要求。仪表类型的选用必须满足工艺生产要求。 a.a

28、.是否远传、记录或报警等；是否远传、记录或报警等； b.b.被测介质的物理化学性质；被测介质的物理化学性质； c.c.现场环境条件等；现场环境条件等； (2)(2)仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定 (1)(1)仪表精度级的选取仪表精度级的选取 汽车传感器示意图汽车传感器示意图 2.2.压力计的安装压力计的安装p.50-51p.50-51（自学）（自学） 28/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力表压力表1 1 29/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及

29、仪表压力检测及仪表 微压隔膜表微压隔膜表 角型压力表角型压力表 30/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 压力表压力表2 压压 力力 表表 3 双双 针针 双双 管管 31/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 电接点电接点 放爆接点放爆接点 32/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 活塞式压力计活塞式压力计1 1 33/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六

30、六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 活塞式压力计活塞式压力计2 2 34/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 应变片式压力变送器应变片式压力变送器 35/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 电容式负压电容式负压 变送器变送器 电容式绝压电容式绝压 变送器变送器 36/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 电动式差压电动式差压 电动式

31、压力电动式压力 变送器变送器 变送变送器器 37/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 其他差压变送器其他差压变送器 38/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 带指示电动式带指示电动式 压力变送器压力变送器 差压变送器差压变送器 39/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 智能电容差压变送器智能电容差压变送器 40/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七

32、 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 核安全级电容式差压压力变送器核安全级电容式差压压力变送器 41/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 角位移传感器角位移传感器 42/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 概述概述 质量流量质量流量m m 单位单位 t/ht/h、kg/hkg/h、kg/skg/s等。等。 体积流量体积流量q q 单位单位m3/hm3/h、l/hl/h、l/minl/min等。等。 总量、总量、q q

33、总 总 m=qm=q m m总 总= = t t0 0mdt; qmdt; q总 总= =t t0 0qdt;qdt; 流量仪表的分类之一：流量仪表的分类之一： 1.1.速度式流量计速度式流量计: :差压式、转子式、电差压式、转子式、电 磁式等。磁式等。 2.2.容积式流量计：椭圆齿轮式、活塞容积式流量计：椭圆齿轮式、活塞 式等。式等。 3.3.质量式流量计：科氏流量计等。质量式流量计：科氏流量计等。 43/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 差压式流量计差压式流量计 基于流体流动的节流原理基于流体流动的节流原理，利

34、用流体利用流体 流经节流装置时产生的压力差而实现流经节流装置时产生的压力差而实现 流量测量的。流量测量的。 1.1.节流现象与流量基本方程式节流现象与流量基本方程式 (1)(1)节流现象节流现象: :流体流过节流装置时流体流过节流装置时, ,节节 流装置前后的静压差将随流量的变化流装置前后的静压差将随流量的变化 而变化。而变化。 节流装置节流装置: :包括节流件和取压装置，包括节流件和取压装置， 节流件节流件是能使管道中的流体产生局部是能使管道中的流体产生局部 收缩的元件。收缩的元件。 44/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量

35、检测及仪表 应用最广泛的应用最广泛的是是孔板孔板。 整体小孔板、内藏小孔板整体小孔板、内藏小孔板 45/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 高压透镜孔高压透镜孔板板 46/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 其次是其次是 喷嘴喷嘴 文文 丘丘 里里 管管 47/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 以孔板为例，以孔板为例， 图 孔 板 装 置 及 压 力 ， 流 速

36、 分 布 图 v1 v2 v3 p1 p 2 p3 p1 p3 v3 v1v2 p = p 1 - p 2 48/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 (2)(2)流量基本方程式流量基本方程式 根据流体力学中的伯努力方程和流根据流体力学中的伯努力方程和流 体连续性方程推导出：体连续性方程推导出： pfm pfq 10 1 0 2 2 流量系数；流量系数； 膨胀校正系数；膨胀校正系数； f f0 0节流装置的开孔截面积；节流装置的开孔截面积； pp孔板前后实际测得的压力差；孔板前后实际测得的压力差； 1 1孔板前流体密度

37、。孔板前流体密度。 49/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 当节流装置、流体性质及状态、管当节流装置、流体性质及状态、管 道、取压点等一定时，则有道、取压点等一定时，则有 pm pq k k m q 注注: :(1)q(1)q与与p p的确切关系的确切关系, ,关键是关键是取值取值 (2)(2)标准节流装置标准节流装置可查手册可查手册; ; (3) (3)非标准节流装置非标准节流装置通过实验方法确定；通过实验方法确定； 2.2.标准节流装置标准节流装置: :标准化内容有标准化内容有, ,结构结构, ,尺尺 寸寸,

38、,加工要求加工要求, ,取压方法取压方法, ,使用条件等。使用条件等。 特点特点: :结构简单结构简单, ,安装方便安装方便, ,但压力损失大，但压力损失大， 适用于大流量测量。适用于大流量测量。 50/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 3.3.差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差 常见因素：常见因素： (1)(1)被测流体工作状态的变动被测流体工作状态的变动 (2)(2)节流装置安装不正确节流装置安装不正确 (3)(3)孔板入口边缘的磨损孔板入口边缘的磨损 (4)(4)导压管安装不正确导压管安装不正确p.

39、56-57 p.56-57 图图3-213-21、 3-223-22、3-233-23 (5)(5)差压计安装或使用不正确差压计安装或使用不正确. . 51/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图 测量液体流量时的取压点位置 a p1p2 52/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图 测量液体流量的连接图 1 2 3 3 4 5 6 7 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-气罐；7-切断阀 1 2 5

40、3 4 53/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 图 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-气罐； 5-排放阀； 1 2 3 4 5 54/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 测量腐蚀性的介质流量时，必须测量腐蚀性的介质流量时，必须 采取隔离措施采取隔离措施 图 隔 离 罐 的 两 种 型 式 p1 p1 （ a ） 1 1 （ b ） 1 1 p1 p1 55/165十十十一十一二二 三三 四四 五

41、五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 转子流量计转子流量计 常用于小流量测量。常用于小流量测量。 图 转子流量计的工作原理图 p1 p2 1.1.工作原理工作原理: :如图如图 转子的平衡条件：转子的平衡条件： f f重 重- -f f浮浮- -f f冲冲=0 =0 设设: :t t转子材料密度转子材料密度 f f 被测流体的密度被测流体的密度 a a 转子最大横截面积。转子最大横截面积。 则则 vvt tg g-v-vf fg g-(p-(p1 1-p-p2 2)a=0,)a=0, 整理得整理得 56/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七

42、 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 在转子、流体一定时，在转子、流体一定时，pp恒定。恒定。 转子环隙面积转子环隙面积f f0 0与转子浮起高度与转子浮起高度h h成正成正 比，利用伯努力方程可得出比，利用伯努力方程可得出 phq phm f f 2 2 a gv hq a gv hm f ft fft )(2 )(2 仪表常数仪表常数 还有还有玻璃转子玻璃转子流量计流量计 57/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 2.2.电远传式转子流量计电远传式转子流量计 lzdlzd系列电远传式转子流

43、量计主要系列电远传式转子流量计主要由流量由流量 变送及电动显示部分变送及电动显示部分组成。组成。 (1)(1)流量变送部分流量变送部分: :是用差动变压器进行流量是用差动变压器进行流量 变送的变送的。其结构与原理如其结构与原理如图图 图 差动变压器结构 初级线圈 次级线圈 骨架 铁心 10 26 26 6 1 2 3 4 5 18 43 26 u 18 58/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 (2)(2)电动显示部分电动显示部分 图 lzd系 列 电 远 传 转 子 流 量 计 变 送 测 量 t1 t2 还有还有

44、气远传气远传转子流量计，转子流量计，微动流量计微动流量计， 差压流量计差压流量计示意图示意图 59/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 3.3.转子流量计的指示值修正转子流量计的指示值修正 转子流量计出厂时，是用工业基准状转子流量计出厂时，是用工业基准状 态态(20(20，0.101330.10133mpampa) )下的水或空气下的水或空气 标定的。标定的。 (1)(1)液体流量测量时的修正液体流量测量时的修正 出厂标定时：出厂标定时： w w 水的密度 水的密度 测量其他液体时，实际流量为：测量其他液体时，实际流

45、量为： a gv hq w wt )(2 0 (1) a gv hq f ft f )(2 (2) 60/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 (1)/(2),(1)/(2), 整理得整理得 fmf wfft wt mkmq. )( 0 fqf wft fwt qkqq. )( )( 0 k kq q 体积流量密度修正系数 体积流量密度修正系数 wft twt ) )( ( k kq_= q_= 同理可得质量流量修正公式同理可得质量流量修正公式 61/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一

46、 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 其中其中 k k m m质量流量密度修正系数 质量流量密度修正系数 例例4 4：现用一只以水标定的转子流现用一只以水标定的转子流 量计来测量苯的流量，已知转子材量计来测量苯的流量，已知转子材 料为不锈钢，料为不锈钢，t t7.9g/cm3,7.9g/cm3,苯的苯的 密度为密度为f f 0.83g/cm30.83g/cm3。 试问试问流量计读数为流量计读数为3.6l/s3.6l/s时时，苯的，苯的 实际流量是多少？实际流量是多少？ wtft wt )( k km m = = m mf f 实际质量流量实际质量流量 62/165十十十一十一二二 三三

47、 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 fqf wft fwt qkqq. )( )( 0 sl q k q q f /46 . 3 9 . 0 11 0 得：得： 即苯的实际流量为即苯的实际流量为4 4l/sl/s 解解：由表由表3-23-2可查得可查得kqkq=0.9=0.9 将此值代入公式将此值代入公式 63/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 (2)(2)气体流量测定时的修正气体流量测定时的修正 气体流量计量，用标准状态的体积气体流量计量，用标准状态的体积 流量计

48、，则有流量计，则有 00 1 0 0 1 1 0 1 . 1 . 1 . 1 .q kkk q t t p p q tp 式中符号式中符号 p.62p.62 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，表压力为，表压力为0.160.16mpampa的空气流量，问的空气流量，问 转子流量计读数为转子流量计读数为38nm3/h38nm3/h时，空气的实时，空气的实 际流量是多少？际流量是多少？ 64/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 解：解：已知已知 q0=38nm3/h,q0=

49、38nm3/h, p1=0.16+0.10133=0.26133mpa, p1=0.16+0.10133=0.26133mpa, t1=27+273=300k, t0=293k, t1=27+273=300k, t0=293k, 00 1 0 0 1 1 0 1 . 1 . 1 . 1 .q kkk q t t p p q tp hnm q /3 .6038 300 293 10133. 0 26133. 0 293. 1 293. 13 1 变得变得： 即这时空气的流量为即这时空气的流量为60.360.3nm3/hnm3/h。 01 p0=0.10133mpa, =1.293kg/nm3.p

50、0=0.10133mpa, =1.293kg/nm3. 将上列数据代入公式将上列数据代入公式 65/165十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 (3)(3)蒸汽流量测量时的换算蒸汽流量测量时的换算 f wft wt f wfft wt mmq. )( 0 （f f 4-20-4-20mama和和1-5v1-5v 的统一标准信号。的统一标准信号。 与与ddz-iiddz-ii型比较的特点：型比较的特点： （1 1）采用了安全火花型防爆措施；）采用了安全火花型防爆措施； （2 2）采用了线性化机构；）采用了线性化机构； （3 3）采用了集成电路。）采用了集成电路。 149/16 5 十十十一十一二二 三三 四四 五五 六六 七七 八八 九九一一 第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表 温度温度变送器变送器 150/16 5 十十十一十一