化工仪表及自动化第3章1

1、化工仪表及自动化第三章 检测仪表与传感器 在过程自自动化中中要通过过检测元元件获取取生产工工艺变量量，最常常见变量量是温度、压压力、流流量、物物位（四四大参数数）。检测实施正确确控制的的第一步步变送将检测元元件输出出的各种种信号、微弱信信号转化化成统一(标准)的电气信信号。静态：正确y(t)正确反映映c(t)的值可靠长期工作作动态：迅速y(t)迅速反映映c(t)的变化过程控制制对检测测仪表要要求：内容提要要概述测量过程程与测量量误差仪表的性性能指标标工业仪表表的分类类压力检测测及仪表表压力单位位及测压压仪表弹性式压压力计电气式压压力计智能型压压力变送送器压力计的的选用及及安装1内容提要要流量检

2、测测及仪表表概述差压式流流量计转子流量量计椭圆齿轮轮流量计计涡轮流量量计电磁流量量计漩涡流量量计质量流量量计2内容提要要物位检测测及仪表表概述差压式液液位变速速器电容式物物位传感感器核辐射物物位计称重式液液罐计量量仪温度检测测及仪表表温度检测测方法热电偶温温度计热电阻温温度计电动温度度变送器器3内容提要要一体化温温度变送送器智能式温温度变送送器测温元件件的安装装现代检测测技术与与传感器器的发展展软测量技技术的发发展现代传感感器技术术的发展展4第一节概概述用来检测测这些参参数的技技术工具具称为检测仪表表。用来将这这些参数数转换为为一定的的便于传传送的信信号的仪仪表通常常称为传感器。当传感器器的输

3、出出为单元元组合式式仪表中中规定的的标准信信号时，通常称称为变送器。5由于检测测元件的的输出信信号种类类繁多，且信号号较弱不不易察觉觉，一般般都需要要将其经经过变送送器处理理，转换成标标准统一一的电气气信号（如420mA或010mA直流电流流信号,20100KPa气压信号号）送往往显示仪仪表，指指示或记记录工艺艺变量，或同时时送往控控制器对对被控变变量进行行控制。有时将检检测元件件、变送送器及显显示装置置统称为为检测仪仪表,或者将检检测元件件称为一一次仪表表，将变变送器和和显示装装置称为为二次仪仪表。传感器变送器？第一节概概述一、测量量过程与与测量误误差6测量过程程在实质上上都是将将被测参参数

4、与其其相应的的测量单单位进行行比较的的过程，而测量量仪表就就是实现现这种比比较的工工具。例如：炉炉温的测测量，温温度直流毫毫伏信号号指针针位移第一节概概述绝对误差差xi：仪表指指示值,xt：被测量量的真值值由于真值值无法得得到x：被校表表的读数数值，x0：标准表表的读数数值相对误差差7测量误差差指由仪表表读得的的被测值值与被测测量真值值之间的的差距。通常有有两种表表示方法法，即绝绝对误差差和相对对误差。第一节概概述二、仪表表的性能能指标81.精确度（简称精精度）说明：仪表的测测量误差差可以用用绝对误误差来表示。但是，仪表的绝绝对误差差在测量量范围内内的各点点不相同同。因此，常说的的“绝对对误差

5、”指的是是绝对误误差中的的最大值值max。 两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围相对百分分误差允许误差差第一节概概述仪表的允越大，表表示它的的精确度度越低；反之，仪表的的允越小，表表示仪表表的精确确度越高高。将仪仪表的允允许相对对百分误误差去掉掉“”号及“”号，便可以以用来确确定仪表表的精确确度等级级。目前常用用的精确确度等级级有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9第一节概概述10举例例1某台测温温仪表的的测温范范围为200700，校验该该表时得得到的最最大绝对对误差为为4，试确定定该仪表表的精度度等级。解该仪表的的相对百百分

6、误差差为如果将该该仪表的的去掉“”号与与“”号，其其数值为为0.8。由于国国家规定定的精度度等级中中没有0.8级仪表，同时，该仪表表的误差差超过了了0.5级仪表所所允许的的最大误误差，所所以，这这台测温温仪表的的精度等等级为1.0级。第一节概概述例2某台测温温仪表的的测温范范围为1000。根据工工艺要求求，温度度指示值值的误差差不允许许超过，试问应应如何选选择仪表表的精度度等级才才能满足足以上要要求？解根据工艺艺上的要要求，仪仪表的允允许误差差为如果将仪仪表的允允许误差差去掉“”号与“”号，其数值值介于0.51.0之间，如如果选择择精度等等级为1.0级的仪表表，其允允许的误误差为1.0，超过过

7、了工艺艺上允许许的数值值，故应应选择0.5级仪表才才能满足足工艺要要求。11第一节概概述12仪表的精精度等级级是衡量仪仪表质量量优劣的的重要指指标之一一。精度等级级数值越越小，就就表征该该仪表的的精确度度等级越越高，也也说明该该仪表的的精确度度越高。0.05级以上的的仪表，常用来来作为标标准表；工业现现场用的的测量仪仪表，其其精度大大多在0.5以下。仪表的精精度等级级一般可可用不同同的符号号形式标标志在仪仪表面板板上。举例1.51.0如：第一节概概述根据仪表表校验数数据来确定仪表精度度等级和和根据工工艺要求求来选择仪表精度度等级，情况是是不一样的。根据仪表表校验数数据来确确定仪表表精度等等级时

8、，仪表的的允许误误差应该大于于（至少少等于）仪表校验验所得的的相对百百分误差差；根据工艺艺要求来来选择仪仪表精度度等级时时，仪表表的允许许误差应该小于于（至多多等于）工艺上所所允许的的最大相相对百分分误差。小结13精度等级级的计算例：某温度计计范围为为01000，出厂前前校验各各点结果果如下：被校表02014026047068059031001标准表02004006007008009001000求出该温温度计的的最大绝对对误差值；确定该温温度计的的精度等级级；解：最大绝对对误差为：706-700=6；最大允许许误差为：6/1000100%=0.6%，精度等级级为1.0级.由于国家家规定的的精度

9、等等级中没没有0.6级仪表，而该仪仪表的最最大引用用误差超超过了0.5级仪表的的允许误误差，所所以这台台仪表的的精度等等级应定定为1.0级。例：某被被测温度度信号在在7080范围内变变化，工工艺要求求测量误误差不超超过1，现有有两台温温度测量量仪表，精度等等级均为为0.5级，其中中一台仪仪表的测测量范围围是0100，另一台台仪表的的测量范范围是0200，试问这这两台仪仪表能否否满足上上述测量量要求。解：由题意可可知，被被测温度度的允许许最大绝绝对误差差为：|max|7010.7测量范围围为0100的仪表的的最大允允许绝对对误差为为：|max|11000.50.5测量范围围为0200的仪表的的最

10、大允允许绝对对误差为为：|max|22000.51.0根据上述述计算，虽然两两台仪表表的精度度等级均均为0.5级，但只只有测量量范围是是0100的温度测测量仪表表才满足足本题的的测量要要求。结论：校表：选表：仪表量程程的上限限：Ymax:4/33/2倍（被测测变量）波动较大大时：3/22倍（被测测变量）下限：一一般地，被测变变量的值值不低于于全量程程的1/3。仪表精度度与量程程有关，量程是是根据所所要测量量的工艺艺变量来来确定的的。在仪仪表精度度等级一一定的前前提下适适当缩小小量程，可以减减小测量量误差，提高测测量准确确性。第一节概概述2.变差变差是指在外外界条件件不变的的情况下下，用同同一仪

11、表表对被测测量在仪仪表全部部测量范范围内进进行正反反行程（即被测测参数逐逐渐由小小到大和和逐渐由由大到小小）测量量时，被被测量值值正行和和反行所所得到的的两条特特性曲线线之间的的最大偏偏差。图3-1测量仪表表的变差14变差的计计算例：某台台压力表表测量范范围为010MPa，校验得出出下列数数据：被校表正行程MPa01.983.965.947.979.99标准表MPa0246810被校表反行程MPa02.024.036.068.0310.01求该压力力表的变差。计算该压压力表是否符合合1.0级精度。解：变差为：(6.06-5.94)/10100%=1.2%；精度为：(6-5.94)/10100%

12、=0.6%，符合1.0级精度，但变差1.2%超出仪表表的允许误差差1.0%，所以：该压力表表不符合1.0级精度要要求。须检修修！第一节概概述153.灵敏度与与灵敏限限仪表的灵灵敏度是指仪表表指针的的线位移移或角位位移，与与引起这这个位移移的被测测参数变变化量的的比值。即式中，S为仪表的的灵敏度度；为指针的的线位移移或角位位移；x为引起所需的被被测参数数变化量量。仪表的灵灵敏限是指能引引起仪表表指针发发生动作作的被测测参数的的最小变变化量。通常仪仪表灵敏敏限的数数值应不不大于仪仪表允许许绝对误误差的一一半。注意：上述指标标仅适用用于指针针式仪表表。在数数字式仪仪表中，往往用用分辨力力表示。第一节

13、概概述4.分辨率对于数字字式仪表表，分辨力是指数字字显示器器的最末末位数字字间隔所所代表的的被测参参数变化化量。如：数字字表量程程为01.00000 V，五位数数字显示示，末位位数字的的等效电电压为10V，则该表表分辨力为10V。不同量程程的分辨辨力是不不同的，相应于于最低量量程的分分辨力称称为该表表的最高分辨辨力，也叫灵敏度。通常以以最高分分辨力作作为数字字电压表表的分辨辨力指标标。当灵敏度度用它与与量程的的相对值值表示时时，便是是分辨率率。分辨辨率与仪仪表的有有效数字字位数有有关。16例：若显示的的电压数数值为0.12345V，即123450V，末位数字字代表50V，末位数字字变化的的等效

14、电电压为10V。第一节概概述175.线性度线性度是表征线线性刻度度仪表的的输出量量与输入入量的实实际校准准曲线与与理论直直线的吻吻合程度度。通常常总是希希望测量量仪表的的输出与与输入之之间呈线线性关系系。图3-2线性度示示意图式中，f为线性度度（又称称非线性性误差）；fmax为校准曲曲线对于于理论直直线的最最大偏差差（以仪仪表示值值的单位位计算）。第一节概概述186.反应时间间反应时间间就是用来来衡量仪仪表能不不能尽快快反映出出参数变变化的品品质指标标。反应应时间长长，说明明仪表需需要较长长时间才才能给出出准确的的指示值值，那就就不宜用用来测量量变化频频繁的参参数。仪表反应应时间的的长短，实际

15、上上反映了了仪表动动态特性性的好坏坏。仪表的反反应时间间有不同同的表示示方法当输入信信号突然然变化一一个数值值后，输输出信号号将由原原始值逐逐渐变化化到新的的稳态值值。仪表的输输出信号号由开始始变化到到新稳态态值的63.2（95）所用的时时间，可可用来表表示反应应时间。第一节概概述三、工业业仪表的的分类191.按仪表使使用的能能源分类类气动仪表表、电动动仪表、液动仪仪表以电为能能源，信信号之间间联系比比较方便便，适宜宜于远距距离传送送和集中中控制；便于与与计算机机联用；现在电电动仪表表可以做做到防火火、防爆爆，更有有利于电电动仪表表的安全全使用。一般结构构较复杂杂；易受受温度、湿度、电磁场场、

16、放射射性等环环境影响响。优点缺点常用第一节概概述202.按信息的的获得、传递、反映和和处理的的过程分分类检测仪表表作用是获获取信息息，并进进行适当当的转换换。显示仪表表作用是将将由检测测仪表获获得的信信息显示示出来。集中控制制装置包括各种种巡回检检测仪、巡回控控制仪等等。控制仪表表可以根据据需要对对输入信信号进行行各种运运算。执行器可以接受受控制仪仪表的输输出信号号或直接接来自操操作员的的指令，对生产产过程进进行操作作或控制制。第一节概概述图3-3各类仪表表的作用用21第一节概概述223.按仪表的的组成形形式分类类基地式仪仪表特点是将将测量、显示、控制等等各部分分集中组组装在一一个表壳壳里，形

17、形成一个个整体。这种仪仪表比较较适于在在现场做做就地检检测和控控制，但但不能实实现多种种参数的的集中显显示与控控制。这这在一定定程度上上限制了了基地式式仪表的的应用范范围。分为基地地式仪表表和单元元组合仪仪表第一节概概述化工生产产中的单单元组合合仪表有有电动单单元组合合仪表和和气动单单元组合合仪表两两种。国国产的电电动单元元组合仪仪表简称称DDZ仪表；气气动单元元组合仪仪表简称称QDZ仪表。注意单元组合合仪表是将对参参数的测测量及其其变送、显示、控制等等各部分分，分别别制成能能独立工工作的单单元仪表表（简称称单元，例如变变送单元元、显示示单元、控制单单元等）。这些些单元之之间以统统一的标标准信

18、号号互相联联系，可可以根据据不同要要求，方方便地将将各单元元任意组组合成各各种控制制系统，适用性性和灵活活性都很很好。23标准信号号气压信号号：20-100Kpa标准信号号，电信号：DDZ：4-20mADC，1-5V；DDZ：0-10mADC等第二节压压力检检测及仪仪表一、压力力单位及及测量仪仪表压力是指均匀匀垂直地地作用在在单位面面积上的的力。压力的单位为为帕斯卡卡，简称称帕（Pa）24第二节压压力检检测及仪仪表为了使大大家了解解国际单单位制中中的压力力单位（Pa或MPa）与过去去的单位位之间的的关系，下面给给出几种种单位之之间的换换算关系系表。2526压力单位帕/Pa兆帕/ MPa工程大气

19、压/ (kgf/cm2)物理大气压/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-

20、310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1各种压力单单位换算算表第二节压压力检检测及仪仪表27p表P真P绝P绝大气压力线绝对压力的零线在压力测测量中，常有表表压、绝绝对压力力、负压压或真空空度之分分。当被测压压力低于于大气压压力时，一般用用负压或或真空度度来表示示。图3-4绝对压力力、表压压

21、、负压压（真空空度）的的关系第二节压压力检检测及仪仪表28测量压力力或真空空度的仪仪表按照照其转换换原理的的不同，分为四四类。1.液柱式压压力计它根据流流体静力力学原理理，将被被测压力力转换成成液柱高高度进行行测量。按其结构构形式的的不同有U形管压力力计、单单管压力力计等优点这类压力力计结构构简单、使用方方便缺点其精度受受工作液液的毛细细管作用用、密度度及视差差等因素素的影响响，测量量范围较较窄，一一般用来来测量较较低压力力、真空空度或压压力差。第二节压压力检检测及仪仪表2.弹性式压压力计它是将被被测压力力转换成成弹性元元件变形形的位移移进行测测量的。3.电气式压压力计它是通过过机械和和电气元

22、元件将被被测压力力转换成成电量（如电压压、电流流、频率率等）来来进行测测量的仪仪表。29第二节压压力检检测及仪仪表4.活塞式压压力计它是根据据水压机机液体传传送压力力的原理理，将被被测压力力转换成成活塞上上所加平平衡砝码码的质量量来进行行测量的的。优点缺点测量精度度很高，允许误误差可小小到0.05%0.02%。结构较复复杂，价价格较贵贵。30第二节压压力检检测及仪仪表二、弹性性式压力力计31定义弹性式压压力计是利用各各种形式式的弹性性元件，在被测测介质压压力的作作用下，使弹性性元件受受压后产产生弹性性变形的的原理而而制成的的测压仪仪表。优点具有结构构简单、使用可可靠、读读数清晰晰、牢固固可靠、

23、价格低低廉、测测量范围围宽以及及有足够够的精度度等优点点。可用来测测量几百百帕到数数千兆帕帕范围内内的压力力。第二节压压力检检测及仪仪表321.弹性元件件弹性元件件是一种种简易可可靠的测测压敏感感元件。当测压压范围不不同时，所用的的弹性元元件也不不一样。图3-5弹性元件件示意图图弹簧管式式弹性元元件如图(a)和(b)所示，波纹管式式弹性元元件如图(e)所示，薄膜式弹弹性元件件如图(c)和(d)所示。第二节压压力检检测及仪仪表332.弹簧管压压力表分类使用的测测压元件件单圈弹簧簧管压力力表与多多圈弹簧簧管压力力表。用途普通弹簧簧管压力力表，耐耐腐蚀的的氨用压压力表、禁油的的氧气压压力表等等。1弹

24、簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮轮；4 中心齿轮轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝丝；9 接头弹簧压力力表第二节压压力检检测及仪仪表基本测量量原理单圈弹簧簧管是一一根弯成成270圆弧的椭椭圆截面面的空心心金属管管子。管管子的自自由端B封闭，另另一端固固定在接接头上上。当通通入被测测的压力力p后，由于于椭圆形形截面在在压力p的作用下下，将趋趋于圆形形，而弯弯成圆弧弧形的弹弹簧管也也随之产产生扩张张变形。同时，使弹簧簧管的自自由端B产生位移移。输入入压力p越大，产产生的变变形也越越大。由由于输入入压力与与弹簧管管自由端端B的位移成成正比，所以只只要测得得B点的位移移量，就就能反映映压力p的

25、大小。注意：弹簧管自自由端B的位移量量一般很很小，直直接显示示有困难难，所以以必须通通过放大大机构才才能指示示出来。34第二节压压力检检测及仪仪表在化工生生产过程程中，常常需要把把压力控控制在某某一范围围内，即即当压力力低于或或高于给给定范围围时，就就会破坏坏正常工工艺条件件，甚至至可能发发生危险险。这时时就应采采用带有有报警或或控制触触点的压压力表。将普通通弹簧管管压力表表稍加变变化，便便可成为为电接点点信号压压力表，它能在在压力偏偏离给定定范围时时，及时时发出信信号，以以提醒操操作人员员注意或或通过中中间继电电器实现现压力的的自动控控制。警惕！35第二节压压力检检测及仪仪表图3-7电接点信

26、信号压力力表1，4静触点；2动触点；3绿灯；5红灯压力表指指针上有有动触点点2，表盘上上另有两两根可调调节指针针，上面面分别有有静触点点1和4。当压力力超过上上限给定定数值时时，2和4接触，红红色信号号灯5的电路被被接通，红灯发发亮。若若压力低低到下限限给定数数值时，2与1接触，接接通了绿绿色信号号灯3的电路。1、4的位置可可根据需需要灵活活调节。36第二节压压力检检测及仪仪表三、电气气式压力力计定义电气式压压力计是一种能能将压力力转换成成电信号号进行传传输及显显示的仪仪表。37优点1. 该仪表的测量范围较广，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

27、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。 第二节压压力检检测及仪仪表图3-8电气式压压力计组组成方框框图组成一般由压压力传感感器、测测量电路路和信号号处理装装置所组组成。常常用的信信号处理理装置有有指示仪仪、记录录仪以及及控制器器、微处处理机等等。38第二节压压力检检测及仪仪表几种常见见的传感感器或变变送器：1.霍尔片式式压力传传感器霍尔片式式压力传传感器是根据霍霍尔效应应制成的的，即利利用霍尔尔元件将将由压力力所引起起的弹性性元件的的位移转转换成霍霍尔电势势，从而而实现压压力的测测量。图3-9霍尔效应应霍尔电势势可用下式式表示式中，UH为霍尔电电势

28、；RH为霍尔常常数，与与霍尔片片材料、几何形形状有关关；B为磁感应应强度；I为控制电电流的大大小。39第二节压压力检检测及仪仪表注意霍尔电势势与磁感感应强度度和电流流成正比比。提高高B和I值可增大大霍尔电电势UH，但两者者都有一一定限度度，一般般I为320mA，B约为几千千高斯，所得的的霍尔电电势UH约为几十十毫伏数数量级。导体也有有霍尔效效应，不不过它们们的霍尔尔电势远远比半导导体的霍霍尔电势势小得多多。40第二节压压力检检测及仪仪表将霍尔元元件与弹弹簧管配配合，就就组成了了霍尔片片式弹簧簧管压力力传感器器，如图图3-10所示。图3-10霍尔片式式压力传传感器1弹簧管；2磁钢；3霍尔片当被测

29、压压力引入入后，在在被测压压力作用用下，弹弹簧管自自由端产产生位移移，因而而改变了了霍尔片片在非均均匀磁场场中的位位置，使使所产生生的霍尔尔电势与与被测压压力成比比例。利用这一一电势即即可实现现远距离离显示和和自动控控制。4142第二节压压力检检测及仪仪表2.应变片压压力传感感器应变片式式压力传传感器利用电阻阻应变原原理构成成。电阻阻应变片片有金属属和半导导体应变变片两类类，被测压力力使应变变片产生生应变。当应变变片产生生压缩（拉伸）应变时，其阻值值减小（增加），再通过过桥式电电路获得得相应的的毫伏级级电势输输出，并并用毫伏伏计或其其他记录录仪表显显示出被被测压力力，从而而组成应应变片式式压力

30、计计。图3-11应变片压压力传感感器示意意图1应变筒；2外壳；3密封膜片片第二节压压力检检测及仪仪表3.压阻式压压力传感感器压阻式压压力传感感器利用单晶晶硅的压压阻效应应而构成成。采用单晶晶硅片为为弹性元元件，在在单晶硅硅膜片上上利用集集成电路路的工艺艺，在单单晶硅的的特定方方向扩散散一组等等值电阻阻，并将将电阻接接成桥路路，单晶晶硅片置置于传感感器腔内内。当压力发发生变化化时，单单晶硅产产生应变变，使直直接扩散散在上面面的应变变电阻产产生与被被测压力力成比例例的变化化，再由由桥式电电路获得得相应的的电压输输出信号号。工作原理理43第二节压压力检检测及仪仪表图3-12压阻式压压力传感感器1基座

31、；2单晶硅片片；3导环；4螺母；5密封垫圈圈；6等效电阻阻特点精度高、工作可可靠、频频率响应应高、迟迟滞小、尺寸小小、重量量轻、结结构简单单；便于实现现显示数数字化；可以测量量压力，稍加改改变，还可以测量量差压、高度、速度、加速度度等参数数。44第二节压压力检检测及仪仪表4.力矩平衡衡式压力力变送器器力矩平衡衡式压力力变送器器是一种典典型的自自平衡检检测仪表表，它利利用负反反馈的工工作原理理克服元元件材料料、加工工工艺等等不利因因素的影影响，使使仪表具具有较高高的测量量精度（一般为为0.5级）、工工作稳定定可靠、线性好好、不灵灵敏区小小等一系系列优点点。45举例以DDZ-型电动力力矩平衡衡压力

32、变变送器为为例图3-13DDZ-型电动力力矩平衡衡压力变变送器示示意图1测量膜片片；2轴封膜片片；3主杠杆；4矢量机构构5量程调整整螺钉；6连杆；7副杠杆；8检测片（衔铁）；9差动变压压器；10反馈动圈圈；11放大器；12调零弹簧簧；13永久磁钢钢DDZ-型系列为为直流24V供电，输输出420mA（DC）,两线制，安全防防爆。被测压力力p作用在测测量膜片片1上，通过过膜片的的有效面面积转变变成集中中力Fi，即f为膜片的的有效面面积。（3-13）46第二节压压力检检测及仪仪表第二节压压力检检测及仪仪表该变送器器是按力矩平衡衡原理工作的。根据主主、副杠杠杆的平平衡条件件可以推推导出被被测压力力p与

33、输出信信号I0的关系。当主杠杆杆平衡时时，应有有（3-14）式中，、分分别为Fi、F1离支点O1的距离。（3-15）将式（3-13）代入式式（3-14），有式中,为一比例例系数。47第二节压压力检检测及仪仪表而式中，、分分别为为F2及电磁反反馈力离离支支点O2的距离。将式（3-18）代入式式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）联立式（3-16）与（3-19），得（3-20）式中，为为转换换比例系系数。48第二节压压力检检测及仪仪表5.电容式压压力变送送器电容式压压力变送送器是一种开开环检测测仪表，具有结结构简单单、过载载能力强强、可靠靠性好、测量精精度高等等优点，其

34、输出出信号是是标准的的420mA（DC）电流信号号。工作原理理图3-14电电容式差差压变送送器原理理图1隔离离膜片；2，7固定定电极；3硅硅油；4测量量膜片；5玻玻璃层；6底底座；8引线线49先将压力力的变化化转换为为电容量量的变化化，然后后进行测测量。第二节压压力检检测及仪仪表电容式差差压变送送器的结结构可以有效效地保护护测量膜膜片，当当差压过过大并超超过允许许测量范范围时，测量膜膜片将平平滑地贴贴靠在玻玻璃凹球球面上，因此不不易损坏坏，过载载后的恢恢复特性性很好，这样大大大提高高了过载载承受能能力。与与力矩平平衡式相相比，电电容式没没有杠杆杆传动机机构，因因而尺寸寸紧凑，密封性性与抗振振性

35、好，测量精精度相应应提高，可达0.2级。小结50第二节压压力检检测及仪仪表四、智能能型压力力变送器器智能型压压力或差差压变送送器是在普通通压力或或差压传传感器的的基础上上增加微微处理器器电路而而形成的的智能检检测仪表表。可进行远远程通信信利用手持持通信器器，可对对现场变变送器进进行各种种运行参参数的选选择和标标定；其其精确度度高，使使用与维维护方便便。特点51第二节压压力检检测及仪仪表举例以美国费费希尔-罗斯蒙蒙特公司司的3051C型智能能差压变变送器为为例介绍绍其工作作原理。图3-153051C型智智能差压压变送器器（420mA）方方框图52第二节压压力检检测及仪仪表图3-16手手持通信信器

36、的连连接示意意图3051C型智能差差压变送送器所用的手手持通信信器为275型，带有有键盘及及液晶显显示器。可以接接在现场场变送器器的信号号端子上上，就地地设定或或检测，也可以以在远离离现场的的控制室室中，接接在某个个变送器器的信号号线上进进行远程程设定及及检测。实现的功能（1）组态（2）测量范范围的变变更（3）变送器器的校准准（4）自诊断断53第二节压压力检检测及仪仪表 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。 注意54第二节压压力检检测及仪仪表五、压力力计的选选用及安安装1.压

37、力计的的选用压力计的的选用应根据工工艺生产产过程对对压力测测量的要要求，结结合其他他各方面面的情况况，加以以全面的的考虑和和具体的的分析， 一般般考虑以以下几个个问题。仪表类型型的选用用仪表精度度级的选选取仪表测量量范围的的确定55第二节压压力检检测及仪仪表举例例3某台往复复式压缩缩机的出出口压力力范围为为2528MPa，测量误误差不得得大于1MPa。工艺上上要求就就地观察察，并能能高低限限报警，试正确确选用一一台压力力表，指指出型号号、精度度与测量量范围。解由于往复复式压缩缩机的出出口压力力脉动较较大，所所以选择择仪表的的上限值值为根据就地地观察及及能进行行高低限限报警的的要求，由本章章附录

38、一一，可查查得选用用YX-150型电接点点压力表表，测量量范围为为060MPa。56第二节压压力检检测及仪仪表由于，故故被测压压力的最最小值不不低于满满量程的的1/3，这是允允许的。另外，根据测测量误差差的要求求，可算算得允许许误差为为所以，精精度等级级为1.5级的仪表表完全可可以满足足误差要要求。至至此，可可以确定定，选择择的压力力表为YX-150型电接点点压力表表，测量量范围为为060MPa，精度等等级为1.5级。57第二节压压力检检测及仪仪表1.压力计的的安装（1）测压点点的选择择应能反映映被测压压力的真真实大小小。要选在被被测介质质直线流流动的管管段部分分，不要要选在管管路拐弯弯、分叉

39、叉、死角角或其他他易形成成漩涡的的地方。测量流动动介质的的压力时时，应使使取压点点与流动动方向垂垂直，取取压管内内端面与与生产设设备连接接处的内内壁应保保持平齐齐，不应应有凸出出物或毛毛刺。测量液（气）体体压力时时，取压压点应在在管道下下（上）部，使使导压管管内不积积存气（液）体体。58第二节压压力检检测及仪仪表（2）导压管管铺设导压管粗粗细要合合适，一一般内径径为610mm，长度应应尽可能能短，最最长不得得超过50m，以减少少压力指指示的迟迟缓。如如超过50m，应选用用能远距距离传送送的压力力计。导压管水水平安装装时应保保证有1:101:20的倾斜度度，以利利于积存存于其中中之液体体（或气气

40、体）的的排出。当被测介介质易冷冷凝或冻冻结时，必须加加设保温温伴热管管线。取压口到到压力计计之间应应装有切切断阀，以备检检修压力力计时使使用。切切断阀应应装设在在靠近取取压口的的地方。59第二节压压力检检测及仪仪表（3）压力计计的安装装压力计应应安装在在易观察察和检修修的地方方。安装地点点应力求求避免振振动和高高温影响响。60第二节压压力检检测及仪仪表测量蒸汽汽压力时时，应加加装凝液液管，以以防止高高温蒸汽汽直接与与测压元元件接触触图3-17（a）；对对于有腐腐蚀性介介质的压压力测量量，应加加装有中中性介质质的隔离离罐，右右图（b）表示了了被测介介质密度度2大于和小小于隔离离液密度度1的两种情

41、情况。图3-17压压力计安安装示意意图压力力计；切断断阀门；凝液液管；取压压容器61第二节压压力检检测及仪仪表压力计的的连接处处，应根根据被测测压力的的高低和和介质性性质，选选择适当当的材料料，作为为密封垫垫片，以以防泄漏漏。当被测压压力较小小，而压压力计与与取压口口又不在在同一高高度时，对由此此高度而而引起的的测量误误差应按按pHg进行修正正。式中中H为高度差差，为导压管管中介质质的密度度，g为重力加加速度。为安全起起见，测测量高压压的压力力计除选选用有通通气孔的的外，安安装时表表壳应向向墙壁或或无人通通过之处处，以防防发生意意外。62第三节流流量检检测及仪仪表一、概述述介质流量量是控制生生

42、产过程程达到优优质高产产和安全全生产以以及进行行经济核核算所必必需的一一个重要要参数。流量大小小：单位时间间内流过过管道某某一截面面的流体体数量的的大小，即瞬时时流量。总量：在某一段段时间内内流过管管道的流流体流量量的总和和，即瞬瞬时流量量在某一一段时间间内的累累计值。定义63第三节流流量检检测及仪仪表质量流量量M体积流量量Q如以t表示时间间，则流流量和总总量之间间的关系系是流量计：测量流体体流量的的仪表。计量表：测量流体体总量的的仪表。64第三节流流量检检测及仪仪表1.速度式流流量计以测量流流体在管管道内的的流速作作为测量量依据来来计算流流量的仪仪表。2.容积式流流量计以单位时时间内所所排出

43、的的流体的的固定容容积的数数目作为为测量依依据来计计算流量量的仪表表。3.质量流量量计以测量流流体流过过的质量量M为依据的的流量计计。质量量流量计计分直接接式和间间接式两两种。65分类第三节流流量检检测及仪仪表二、差压压式流量量计差压式（也称节节流式）流量计计是基于流流体流动动的节流流原理，利用流流体流经经节流装装置时产产生的压压力差而而实现流流量测量量的。通常是由由能将被被测流量量转换成成压差信信号的节节流装置置和能将将此压差差转换成成对应的的流量值值显示出出来的差差压计以以及显示示仪表所所组成。661-节流流元件2-引压压管路3-三阀阀组4-差压压计第三节流流量检检测及仪仪表1.节流现象象

44、与流量量基本方方程式（1）节流现现象流体在有有节流装装置的管管道中流流动时，在节流流装置前前后的管管壁处，流体的的静压力力产生差差异的现现象称为为节流现象象。节流装置置包括节节流件和和取压装装置。67第三节流流量检检测及仪仪表图3-18孔板装置置及压力力、流速速分布图图要准确测测量出截截面、处的压力力有困难难，因为为产生最最低静压压力p2的截面的位置随随着流速速的不同同会改变变。因此此是在孔孔板前后后的管壁壁上选择择两个固固定的取取压点，来测量量流体在在节流装装置前后后的压力力变化。因而所所测得的的压差与与流量之之间的关关系，与与测压点点及测压压方式的的选择是是紧密相相关的。注意68第三节流流

45、量检检测及仪仪表（2）节流基基本方程程式流量基本本方程式式是阐明明流量与与压差之之间定量量关系的的基本流流量公式式。它是是根据流流体力学学中的伯伯努利方方程和流流体连续续性方程程式推导导而得的的。可以看出出要知道流流量与压压差的确确切关系系，关键键在于的取值。流量与压压力差P的平方根根成正比比。69例:已知某节节流装置置最大流流量200t/h时，产生生的差压压为1000kPa。试求差差压计在在10kPa、40kPa、90kPa时，分别别流经节节流装置置的流量量为多少少t/h？第三节流流量检检测及仪仪表2.标准节流流装置国内外把把最常用用的节流流装置、孔板、喷嘴、文丘里里管等标标准化，并称为为“

46、标准准节流装装置”。标准化的的具体内内容包括括节流装装置的结结构、尺尺寸、加加工要求求、取压压方法、使用条条件等。70第三节流流量检检测及仪仪表图3-19孔板断面面示意图图如左图，标准孔孔板对尺尺寸和公公差、粗粗糙度等等都有详详细规定定。举例其中dD应在0.20.8之间；最最小孔径径应不小小于12.5mm；直孔部部分的厚厚度h（0.0050.02）D；总厚度度H0.05D；锥面的的斜角3045等等，需需要时可可参阅设设计手册册。71举例第三节流流量检检测及仪仪表标准孔板板采用角角接取压压法和法法兰取压压法，标标准喷嘴嘴为角接接取压法法。我国规定定标准节流流装置取取压方法法角接取压压法法兰取压压

47、法分为图3-20环式取压压结构1管道法兰兰；2环室；3孔板；4夹紧环72第三节流流量检检测及仪仪表环室取压压法能得得到较好好的测量量精度，但是加加工制造造和安装装要求严严格，如如果由于于加工和和现场安安装条件件的限制制，达不不到预定定的要求求时，其其测量精精度仍难难保证。所以，在现场场使用时时，为了了加工和和安装方方便，有有时不用用环室而而用单独独钻孔取取压，特特别是对对大口径径管道。73第三节流流量检检测及仪仪表优点缺点标准孔板应用广泛，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

48、比较复杂，不易加工74第三节流流量检检测及仪仪表标准节流流装置仅仅适用于于测量管管道直径径大于50mm，雷诺数数在104105以上的流流体，而而且流体体应当清清洁，充充满全部部管道，不发生生相变。节流装置置将管道道中流体体流量的的大小转转换为相相应的差差压大小小，但这这个差压压信号还还必须由由导压管管引出，并传递递到相应应的差压压计，以以便显示示出流量量的数值值。75显示仪表表第三节流流量检检测及仪仪表3.差压式流流量计的的测量误误差在现场实实际应用用时，往往往具有有比较大大的测量量误差，有的甚甚至高达达1020。 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

49、用条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量精度。 注意76第三节流流量检检测及仪仪表误差产生生的原因因被测流体体工作状状态的变变动。节流装置置安装不不正确。孔板入口口边缘的的磨损。导压管安安装不正正确，或或有堵塞塞、渗漏漏现象差压计安安装或使使用不正正确到78页到82页77第三节流流量检检测及仪仪表78导压管要要正确地地安装，防止堵堵塞与渗渗漏，否否则会引引起较大大的测量量误差。对于不不同的被被测介质质，导压压管的安安装亦有有不同的的要求，下面分分类讨论论。图3-21测量液体体流量时时的取压压点位置置图3-22测量液体体流量时时的连接接图1节流装置置；2引压导管管；3放空阀；4平衡阀；5差

50、压变送送器；6贮气罐；7切断阀第三节流流量检检测及仪仪表a)取压点应应该位于于节流装装置的下下半部，与水平平线夹角角为045。b)引压导管管最好垂垂直向下下，如条条件不许许可，导导压管亦亦应下倾倾一定坡坡度（至至少120110），使气气泡易于于排出。c)在引压导导管的管管路中，应有排排气的装装置。测量液体体的流量量时，应应该使两两根导压压管内都都充满同同样的液液体而无无气泡，以使两两根导压压管内的的液体密密度相等等。79第三节流流量检检测及仪仪表80测量气体体流量时时，上述述的这些些基本原原则仍然然适用。a)取压点应应在节流流装置的的上半部部。b)引压导管管最好垂垂直向上上，至少少亦应向向上倾

51、斜斜一定的的坡度，以使引引压导管管中不滞滞留液体体。c)如果差压压计必须须装在节节流装置置之下，则需加加装贮液液罐和排排放阀，如图3-23所示。测量蒸汽汽的流量量时，要要实现上上述的基基本原则则，必须须解决蒸蒸汽冷凝凝液的等等液位问问题，以以消除冷冷凝液液液位的高高低对测测量精度度的影响响。常见见的接法法见图3-24所示。第三节流流量检检测及仪仪表图3-23测量气体体流量时时的连接接图1节流装置置；2引压导管管；3差压变送送器；4贮液罐；5排放阀图3-24测量蒸汽汽流量的的连接图图1节流装置置；2凝液罐；3引压导管管；4排放阀；5差压变送送器；6平衡阀81第三节流流量检检测及仪仪表82差压计或

52、或差压变变送器安安装或使使用不正正确也会会引起测测量误差差。由引压导导管接至至差压计计或变送送器前，必须安安装切断断阀1、2和平衡阀阀3，构成三三阀组，如图3-25所示。测量腐蚀蚀性（或或因易凝凝固不适适宜直接接进入差差压计）的介质质流量时时，必须须采取隔隔离措施施。常用用的两种种隔离罐罐形式如如图3-26所示。第三节流流量检检测及仪仪表图3-25差压计阀阀组安装装示意图图1，2切断阀；3平衡阀图3-26隔离罐的的两种形形式83一体化节节流式流流量计第三节流流量检检测及仪仪表三、转子子流量计计841.工作原理理以压降不不变，利利用节流流面积的的变化来来测量流流量的大大小，即即转子流流量计采采用

53、的是是恒压降降、变节节流面积积的流量量测量方方法。图3-27转子流量量计的工工作原理理图透明锥形形管转子子流量计计外形图图金属管转转子流量量计典型型结构1转换换部分2传传感部分分3导杆杆4转子5锥锥形管第三节流流量检检测及仪仪表转子流量量计中转转子的平平衡条件件是（3-25）由式（3-25）可得根据转子子浮起的的高度就就可以判判断被测测介质的的流量大大小或将式（3-26）代入上上两式，得或（3-26）85第三节流流量检检测及仪仪表862.电远传式式转子流流量计它可以将将反映流流量大小小的转子子高度h转换为电电信号，适合于于远传，进行显显示或记记录。LZD系列电远远传式转转子流量量计主要要由流量

54、量变送及及电动显显示两部部分组成成。（1）流量变变送部分分图3-28差动变压压器结构构第三节流流量检检测及仪仪表转换原理 若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小。87第三节流流量检检测及仪仪表88（2）电动显显示部分分图3-29 LTD系列电远远传转子子流量计计第三节流流量检检测及仪仪表3.转子流量量计的指指示值修修正转子流量量计的流流量标尺尺上的刻刻度值，对用于于测量液液体来讲讲是代表表20时水的流流量值，对用于于测量气气体来讲讲则是代代表20，0.10133MPa压力下空空气的流流量值。所以，

55、在实际际使用时时，要根根据具体体体情况况进行修修正。（1）液体流流量测量量时的修修正（3-31）89第三节流流量检检测及仪仪表如果被测测介质的的黏度与与水的黏黏度相差差不大，可近似似认为是常数，则有（3-32）整理后得得（3-34）（3-33）90第三节流流量检检测及仪仪表同理可导导得质量量流量的的修正公公式为当采用耐耐酸不锈锈钢作为为转子材材料时，t7.9g/cm3，水的密密度w1g/cm3，代入（3-34）与式（3-36）得（3-35）（3-36）（3-37）（3-38）91第三节流流量检检测及仪仪表当介质密密度f变化时，密度修修正系数数KQ、KM的数值见见下表。tKQKMtKQKM tK

56、QKM0.400.6701.516 0.950.9711.022 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 1.8

57、01.4270.7920.750.8511.134 1.301.1650.897 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密度修正正系数表表92第三节流流量检检测及仪仪表举例例4现用一只只以水标标定的转转子流量量计来测测量苯的的流量，已知转转子材料料为不锈锈钢，t7.9g/cm3，苯的密密度为f0.83g/cm3。试问流流量计读读数为3.6L/s时，苯的的实际流流量是多多少？解由式（3-37）计算或或由表3-2可查得将此值代代入式（3-33），得即苯的实实际流量量为4L/s。93第三节流流量检检测及仪仪表94（2）气体流流量测定定时的修修正对被测介介质的密密度、工工作压力力和温度度均需进进行修正正。当已知仪仪表显示示刻度Q0，要计算算实际的的工作介介质流量量时，可可按下式式修正。注意：上式计算算得到的的Q是被测介介质在单单位时间间（小时时）内流流过转子子流量计计的标准准状