化工仪表及自动化第3章

1、化学工业出版社化学工业出版社 第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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

2、量计n涡轮流量计涡轮流量计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化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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

3、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化学工业出版社化学工业出版社 n 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用来检测这些参数的技术工具称为检测仪检测仪表表。 用来将这些参数转换为一定的便于传送的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，通常称为的标准信号时，通常称为变送器变送器。5化学工业出版社化学工业出版社 n 一、测量过程与测量误差一、测量过程与测

4、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。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，量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。即绝对误差和相对误差。 化学工业出版社化学工业出版社 n tixx 绝对误差绝对误差0 xx000 xxxxyxi i：仪表指示值：仪表指示值, , xt：被测量的真值：被测量的真值由于真值无法得到由于真值无法得到 x：被校表

5、的读数值，：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值：标准表的读数值 相对误差相对误差7化学工业出版社化学工业出版社 n 二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标%100max测量范围下限值测量范围上限值81. 1. 精确度（简称精度）精确度（简称精度）说明：仪表的测量误差可以用绝对误差说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，仪表仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的。因此，常说的“绝对绝对误差误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围绝对误差和仪表的测量范围相

6、对百分误差相对百分误差允许误差允许误差%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化学工业出版社化学工业出版社 n 仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的的允允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉百分误差去掉“”号及号及“”号，便可以用来确定仪表号，便可以用来确定仪表的精确度等级。的精确度等级。 目前常用的精确度等级有目前常用的精确度等级有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.

7、0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结9化学工业出版社化学工业出版社 n %8 . 0%100200700410举例举例例例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200700，校验该表时，校验该表时得到的最大绝对误差为得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。 解解 该仪表的相对百分误差为该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的如果将该仪表的去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为0.8。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0.8级仪表，同时，该仪表的误差级仪表，同时，该仪表的误差超过了超过了0.5级仪

8、表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度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等级为1.0级。级。 化学工业出版社化学工业出版社 n %7 . 0%100010007允例例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1000。根据工艺要求，。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？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如果将仪表的允许误差去掉“”号与号与“”号，其号，其数值介于数值介于

9、0.51.0之间，如果选择精度等级为之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，级的仪表，其允许的误差为其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应，超过了工艺上允许的数值，故应选择选择0.5级仪表才能满足工艺要求。级仪表才能满足工艺要求。11化学工业出版社化学工业出版社 n 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，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。也说明该仪表的精确度越高。0.050.05级以上的仪表，常用来作级以上的仪表，常用来作为标准表；

10、工业现场用的测量仪表，其精度大多在为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.50.5以下。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。上。举例举例1.51.0如：化学工业出版社化学工业出版社 n %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。 图图3-1 3-1 测量仪表的变测量仪表的变差差14化学工业出版社化学

11、工业出版社 n 153.3.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移或角位移，与引是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即起这个位移的被测参数变化量的比值。即xS 式中，式中，S为仪表的灵敏度；为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；x为引起为引起所需的被测参数变化量。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。许绝对误

12、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，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。往往用分辨力表示。 化学工业出版社化学工业出版社 n 4.4.分辨率分辨率 对于数字式仪表，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。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称为该表的最高分辨力最高分辨力，也叫，也叫灵敏度灵敏度。通常以最高分辨力。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有

13、效数字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。位数有关。16化学工业出版社化学工业出版社 n %100max仪表量程fi175.5.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）。 化学工业出版社化学工业出版社 n 186.6.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。

14、反应时间长，说明仪表需要较长时间才能化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。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。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仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的的63.263.2（9595）所用的时间，可用来表示）所用的时

15、间，可用来表示反应时间。反应时间。化学工业出版社化学工业出版社 n 三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类191. 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

16、环境影响。 优点优点缺点缺点化学工业出版社化学工业出版社 n 202. 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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 图3-3 各类仪表的作用21化学工业出版社化学工业出版社 n 22223. 3. 按仪表的组

17、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 化学工业出版社化学工业出版社 n 化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和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仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。仪表。注意注意

18、 单元组合仪表单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、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）。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，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。适用性和灵活性都很好。 23化学工业出版社化学工业出版社 n 第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n 一、压力

19、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，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PaMPa6101124化学工业出版社化学工业出版社 n 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 59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.450101

20、0-4-411010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大气压气压9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理大物理大气压气压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010- -3 31.31581010- -3 310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9

21、.80610103 39.8061010-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表化学工业出版社化学工业出版社 n 大气压力绝对压力表压ppp27p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

22、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）的关系化学工业出版社化学工业出版社 n 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、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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 2.2.弹性式压力计弹性

23、式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 3.电气式压力计电气式压力计 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化学工业出版社化学工业出版社 n 4.4.活塞式压力计活塞式压力计 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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。

24、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几百帕到数千兆帕范围内的压力。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 332.2.弹簧管压力表弹簧管压力表 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压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

25、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 接头化学工业出版社化学工业出版社 n 基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成单圈弹簧管是一根弯成270270圆弧的椭圆截面的空心金圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端属管子。管子的自由端B封闭，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

26、测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 ：弹簧管自由端：弹簧管自由端B B的位移量一般很小，直接显示有困难，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。所以必须通过放大机构才能指示出来。 34化学工业出版社化学工业出版社 n 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，便可成为电

27、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化学工业出版社化学工业出版社 n 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有动触点2 2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点静触点1 1和和4 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接触，接通了绿

28、色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。 36化学工业出版社化学工业出版社 n 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。 371. 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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 图3-8 电气式压力计组成方框图 一般由一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用所组成。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。的信号处

29、理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 38化学工业出版社化学工业出版社 n 几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：1.1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器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 霍尔电势霍尔电势可用下式表示 BIRUHH 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化学工业出版社化学工业出版社 n 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高霍尔电势与磁感应强度和电流成

30、正比。提高B B和和I I值可增值可增大霍尔电势大霍尔电势U UH H，但两者都有一定限度，一般，但两者都有一定限度，一般I I为为3 320mA20mA，B B约为几千高斯，所得的霍尔电势约为几千高斯，所得的霍尔电势U UH H约为几十毫伏数量级。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。的霍尔电势小得多。 40化学工业出版社化学工业出版社 n 将霍尔元件与弹簧管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

31、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利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。距离显示和自动控制。41化学工业出版社化学工业出版社 n 422.2.应变片压力传感器应变片压力传感器 应变片式压力传感器应变片式压力传感器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

32、感器示意图1应变筒；2 外 壳 ；3密封膜片化学工业出版社化学工业出版社 n 3.3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器 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。 工作原理工作原理43化学工业出版社化学工业出版社 n 图图3-12 3-12 压阻式压力传感器压阻式压力传感器1基座；基座；2单晶硅片；单晶硅片；3导环；导环；4螺母；螺母；5密密封垫圈

33、；封垫圈；6等效电阻等效电阻 精度高、工作可靠、频率精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化；便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。速度、加速度等参数。 4444化学工业出版社化学工业出版社 n 5.5.电容式压力变送器电容式压力变送器 电容式压力变送器电容式压力变送器是一种开环检测仪表，具有结构简单、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，其输出信号是过载能力强、可靠性好、测量精

34、度高等优点，其输出信号是标准的标准的420mA（DC）电流信号。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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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。密封性与抗振性好，测量精度相过载

35、承受能力。密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达应提高，可达0.20.2级。级。 50化学工业出版社化学工业出版社 n n 四、智能型压力变送器四、智能型压力变送器智能型压力或差压变送器智能型压力或差压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化学工业出版社化学工业出版社 n 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型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，差压变送器与手持通信器结合

36、使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维尤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。护带来了极大的方便。 54化学工业出版社化学工业出版社 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化学工业出版社化学工业出版社 n 仪表类型的选用仪表类型的选用根据工艺要求正确选用仪表类型是保证仪表正常工根据工艺

37、要求正确选用仪表类型是保证仪表正常工作及安全生产的重要前提：作及安全生产的重要前提：是否需要远传、自动记录或报警；是否需要远传、自动记录或报警；被测介质的物理化学性能是否对仪表提出特殊要被测介质的物理化学性能是否对仪表提出特殊要求；求；现场环境条件对仪表类型有否特殊要求现场环境条件对仪表类型有否特殊要求化学工业出版社化学工业出版社 n 仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定根据操作中需要测量的参数的大小来确定：根据操作中需要测量的参数的大小来确定：根据根据“化工自控设计技术规定化工自控设计技术规定”：测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限测量稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的值的

38、2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限测量脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的值的1/2；测量高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限测量高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的值的3/5；化学工业出版社化学工业出版社 n 被测压力的最小值不低于仪表满量程的被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/31/3；注意：根据被测参数计算出仪表的上、下限注意：根据被测参数计算出仪表的上、下限后，不能以此数值直接作为仪表的测量范围。后，不能以此数值直接作为仪表的测量范围。因为仪表标尺的极限值不是任意取一个数字因为仪表标尺的极限值不是任意取一个数字都可以，它是由国家主管部门用规程或标

39、准都可以，它是由国家主管部门用规程或标准规定了的。规定了的。化学工业出版社化学工业出版社 n 仪表精度级的选取仪表精度级的选取在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。价廉耐用的仪表。化学工业出版社化学工业出版社 n 例例3 某台往复式压缩机的出口压力范围某台往复式压缩机的出口压力范围为为2528MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。与测量范围。 56化学工业出

40、版社化学工业出版社 n 1.1.压力计的安装压力计的安装 （1 1）测压点的选择）测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。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。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，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。有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）

41、部，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。使导压管内不积存气（液）体。 58化学工业出版社化学工业出版社 n （2 2）导压管铺设）导压管铺设 导压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为6 61010mm，长度应尽可，长度应尽可能短，最长不得超过能短，最长不得超过5050m，以减少压力指示的迟缓。如超，以减少压力指示的迟缓。如超过过5050m，应选用能远距离传送的压力计。，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导压管水平安装时应保证有1:101:101:201:20的倾斜度，以利的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出

42、。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。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。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。59化学工业出版社化学工业出版社 n （3 3）压力计的安装）压力计的安装压力计应安装在易观察和检修的地方。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。安装地点应力求避免振动和高温影响。60化学工业出版社化学工业出版社 n 测量蒸汽压力时，应加装凝测量蒸汽压力时，应

43、加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触测压元件接触 图图3-173-17（a）；）；对于有腐蚀性介质的压力测量，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，应加装有中性介质的隔离罐，右图（右图（b）表示了被测介质密）表示了被测介质密度度2 2大于和小于隔离液密度大于和小于隔离液密度1 1的两种情况。的两种情况。图图3-17 压力计安装示意图压力计安装示意图压力计；压力计；切断阀门；切断阀门；凝液管；凝液管；取压容器取压容器61化学工业出版社化学工业出版社 n 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质

44、，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。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，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对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。进行修正。式中式中H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，g为重力加速为重力加速度。度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。 62化学工业出版社化学工业出版社

45、n 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化学工业出版社化学工业出版社 n MQQM或如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 ttMdtMQdtQ00,总总测量流体流量的仪表。：测量流体总量的仪表。 64化学工业出版社化学工业出版社 n 以测量流体在管道内的流速作为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

46、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分类化学工业出版社化学工业出版社 n 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差压计以及显示仪表显示仪表所组成。 66化学工业出版社化学工业出版社 n 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的现象称为节流现节流现象象。67化学工业出版社化学工业出版社 n 孔板孔板化学工业出版社化学工业出版社 n 图3-

47、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。因此是在孔板前因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压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。测压方式的选择是紧密相关的。68化学工业出版社化学工业出版社 n 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。 pFMpF

48、Q101022要知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化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 化学工业出版社化学工业出版社 n 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

49、0.05D；锥面的斜角3045等等，需要时可参阅设计手册。 71化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 环室取压法能得到较好的测量精度，但是加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，其测量精装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精度仍难保证。度仍难保证。，在现场使用时，为了加工和安装方便

50、，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，特别是对大口有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。径管道。73化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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

51、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化学工业出版社化学工业出版社 n 在现场实际应用时，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化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业

52、出版社化学工业出版社 n 78 导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，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切断阀化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 80 a)

53、取压点应在节流装置的上半部。 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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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。 由引压导管接至差压计或变送器前，必

54、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。 化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n 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化学工业出版社化学工业出版社 n AppgVft21AgVpppft21phMf2转子流量计中

55、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phQf2将式（3-26）代入上两式，得AgVhMfft2或AgVhQfft2（3-263-26）85化学工业出版社化学工业出版社 n 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 差动变压器结构化学工业出版社化学工业出版社 n 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

56、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化学工业出版社化学工业出版社 n 88图3-29 LTD系列电远传转子流量计化学工业出版社化学工业出版社 n AgVhQwwt20 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20，0.10133MPa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化学工业出版社化学工业出版社 n AgVhQfftf2fQfwftfwtQKQQ0如果被测介质的黏度与水的黏度相差不大，可

57、近似认为是常数，则有 （3-323-32）整理后得wftfwtQK（3-343-34）（3-333-33）90化学工业出版社化学工业出版社 n fMfwfwtwfMKMQ0wfftwtMKffQK9 . 79 . 6ffMK9 . 79 . 6同理可导得质量流量的修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化学工业出版社化学工业出版社 n f tKQKMtKQKM tKQKM0.400.6701.516 0.950.9711.022

58、1.501.2720.8470.450.6461.435 1.001.0001.000 1.551.2970.8370.500.6831.365 1.051.0280.979 1.600.3230.8270.550.7191.307 1.101.0560.960 1.651.3510.8180.600.7541.256 1.151.0840.943 1.701.3760.8090.650.7871.211 1.201.1110.927 1.751.4010.8000.700.8191.170 1.251.1390.911 1.801.4270.7920.750.8511.134 1.301.1

59、650.897 1.851.4530.7850.800.8821.102 1.351.1930.884 1.901.4770.7780.850.9121.073 1.401.2200.872 1.951.5040.7710.900.9441.046 1.451.2450.859 2.001.5290.764表3-2 密度修正系数表92化学工业出版社化学工业出版社 n 9 . 0QK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/

60、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？ sLQKQQf/46 . 39 . 0110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化学工业出版社化学工业出版社 n 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。001001101111QKKKQTTppQTP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