压力、温度、流量、液位测量仪表的原理及应用

1、仪器仪表培训,培 训 提 纲,第一部分 压力表基本构造及工作原理 第二部分 温度计基本构造及工作原理 第三部分 流量计分类及工作原理 第四部分 变送器基本原理及作用 第五部分 各类仪表在油气田应用现状,第 一 部 分,压力表基本构造及工作原理,压力的概念及单位,垂直作用在单位面积的力称为压力，物理学中称为压强，其数学表达式为：,p-压力，Pa；,F-垂直作用力，N；,S-受力面积，m2。,式中,压力的单位也取法定计量单位，名称是“帕斯卡”，简称“帕”，用符号“Pa”表示。实际应用中，“Pa”的单位太小，工程上习惯以“帕”的1106倍为单位，即“M Pa。,压力测量仪表分类,压力测量仪表按其转换

2、原理不同，大致可以分为四大类 液柱式压力计：将被测压力转换为液柱高度差进行测量 弹性式压力计：将被测压力转换成弹性元件弹性变形的位移进行测量 电器式压力计：将被测压力转换成各种电量进行测量 活塞式压力计：将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重量进行测量 常用压力表的精度等级有：0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.35，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。我们生产现场使用的是弹性压力表，精度等级一般在0.354.0级。,弹性式压力表定义,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。具体可以分为弹簧管式压力表和电接点信号压

3、力表，目前我们生产中使用的是弹簧管式压力表,结构简单，使用可靠，读数清晰，价格低廉 测量范围宽，并具有足够的精度,特点,弹簧管式压力表测压原理 当弹簧管的固定端通入被测压力后，由于椭圆形截面在压力的作用下将趋向圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之向外挺直扩张变形。由于变形，其弹簧管的自由端产生位移，输入压力与自由端的位移成正比。测得自由端的位移量，就能反应压力的大小,压力测量仪表使用,压力测量的准确与可靠性跟压力表的选择和使用方法有着密切的关系。如果选用不当，不仅不能正确反映压力的大小，还可能引起生产事故。选用压力表的原则是：根据生产工艺，过程中被测介质的性质、现场环境、经济适用等条件，合理地考虑压力

4、表的类型、量程、精确度等级和指示形式。,、压力表量程的选择,弹簧管式一般压力表，通常是利用在现场长期测量工艺过程介质的压力。因此，选择压力表时既要满足测量的准确度要求，又要安全可靠、经济耐用。当被测压力接近压力表的测量上限时，虽然测量误差小，但仪表长期工作处于测量上限压力下工作，将会缩短仪表使用寿命。,当被测压力在压力表测量上限值的1/3 以下时，虽然压力表的使用寿命长，但测量误差较大。为了兼顾压力表的使用寿命和具有足够的测量准确性，通常在测量较稳定的压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的2/3处。测量脉动压力时，被测压力值应处于压力表测量上限值的1/2处。一般情况下被测压力值不应小于压力

5、表测量上限值的1/3。,、压力表精确度的选择 压力表的精确度等级主要根据生产上允许的最大误差来确定。只要测量精确度能够满足生产工艺的要求，就不必选用高精确度的压力表。选择精确度等级的计算方法如下：,1、根据测量最小压力时相对误差的要求，采用下列公式计算精确度：,例如：以6MPa压力表测量压力最小值不低于2MPa，又要保证相对误差不超过4，则选用压力表的精确度为： 即选用1.0级压力表。 ,2、根据允许基本误差选择精确度的计算公式为： 例如：一块1OMPa压力表，最高使用至6.6MPa，要求允许基本误差的绝对值不超过0.15MPa，则选用压力表的精确度为： 即应选用1.5级的压力表。,习题讲解：

6、,检定一只测量范围为010MPa，准确度为1.5级的弹簧管式压力表，所用的精密压力表的量程是多少？,答：检定一般压力表时，作为标准器的精密压力表的允许误差的绝对值应不大于被检仪表的允许误差绝对值的1/3，其测量上限值一般应比被检仪表的测量上限值大1/3为好。为此： 精密表的测量上限应为,根据弹簧管式精密压力表的产品系列，可选用016 MPa的精密压力表。,第 二 部 分,温度计基本构造及工作原理,温度测量的基本原理,以热平衡为基础，当两个冷热程度不同的物体接触，必然会产生热交换现象，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度，通过测量另一物体的温度可以得到被测物体的温度，这就是温度测

7、量的基本原理,按工作原理分 ： 膨胀式温度计、 压力式温度计 、热电偶温度计、热电阻温度计,温度的检测方法分类,一膨胀式温度计 1玻璃管温度计(液体膨胀式温度计) 原理 利用液体受热膨胀的原理工作的。按照感温液体种类可分为水银玻璃温 度计和有机玻璃温度计。 特点 读数直观、测量准确 结构简单、价格低廉 碰撞和振动易断裂 信号不能远传,玻璃管温度计测量温度的主要误差来源：,读数误差； 标尺误差； 弯月面顶部误差； 修正的误差； 零点位移； 露出液柱的存在； 外部压力的影响； 测量变动温度时示值的停留（热惰性）； 温度计本身的温度失真。,水银温度计的检定步骤（用比较法）：,（1）温度计按规定浸入方

8、式垂直插入槽中，插入前应注意预热（零上温度计）或预冷（零下温度计）。读数时恒温槽温度应控制在偏离检定点0.20以内（以标准温度计为准）。 （2）温度计插入槽中一般要经过10min（水银温度计）或15min（有机温度计）方可读数，读数过程中要求槽温恒定或缓慢均匀上升，整个读数过程中槽温变化不得超过0.10。使用自控温箱时控温精度不得大于0.05/10min。,（3）读数要迅速，时间间隔要均匀，视线要与刻度面垂直，读取液柱弯月面的最高点（水银温度计）或最低点（有机温度计）。读数要估读到分度值的1/10。 （4）精密温度计要读取4次，普通温度计读数2次，其顺序为标准被检1被检2被检n，然后再按相反顺

9、序读回到标准，最后取算术平均值，分别得到标准温度计及被检温度计的示值,例：简述工作用水银温度计的零点检定方法？,答：（1）零点的获得：将蒸馏水冰或自来水冰（注意冰避免过冷）破碎成雪花状，防入冰点槽内。注入适量的蒸馏水或自来水后，用干净的玻璃棒搅拌并压紧使冰面发乌。用二等标准水银温度计进行校准，稳定后使用。 （2）零点检定时温度计要垂直插入冰点槽中，距离器壁不得小于20mm，待示植稳定后方可读数。,原理 根据双金属片受热后出于两种金属片的膨胀系数不同而产生弯曲变形，弯曲的程度与温度高低成比例 特点 结构简单、耐振动、耐冲击 使用方便、维护容易、价格低廉 适用于振动较大的场合,2双金属片温度计(固

10、体膨胀式温度计),二压力式温度计,原理 根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀引起压力变化这一原理制作的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度 组成 温包直接与被测介质相接触感受温度的变化 毛细管 用来传递压力的变化 弹簧管 一般压力表用的弹性元件,三热电偶温度计,原理 以热电效应为基础的测温仪表，将被测温度转化为电势信号输出 特点 测量范围很广 结构简单，使用方便 测温准确可靠 便于信号的远传、自动记录和集中控制,三热电阻温度计,原理 利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质工作的，用仪表测量出热电阻的阻值变化，从而得到与电阻值对应的温度值,特点 准确度高、在

11、中、低温下（500下）测量，输出信号大，灵敏度高 其输出是电信号，便于多点切换测量,组成 热电阻、显示仪表、连接导线,第 三 部 分,流量计分类及工作原理,一流量测量的目的： 1、生产操作和控制 2、经济核算 流量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,二流量的概念 流经管道或设备某一截面的流体数量的大小 瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面流体的体积或质量 累积流量（总量）：在某一段时间内流过管道的流体数量总和 测量流体流量的仪表一般称为流量计，测量流体总量的仪表常称为计量表,三流量测量仪表的分类 1速度式流量计 定义：以测量流体在管道内的流速作为测量依据

12、来计算流量的仪表 主要种类：差压式流量计、转子流量计、电磁流量计、涡轮流量计、旋涡流量计 、超声流量计,2容积式流量计 定义：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 主要种类：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计,3质量流量计 定义：以测量流体流过质量作为测量依据的仪表 直接式：直接测量质量流量 量热式角动量式陀螺式 科里奥利力式 间接式：用密度与容积流量运算得到质量流量 优点 测量精度不受流体温度、压力、粘度等变化影响,四、差压式流量计,定义 基于液体流动的节流原理，利用流体流经节流装置所产生的压力差来实现流量测量的仪表 组成 节流装置：将被测流量转换为压差信号 差压计：

13、将差压信号转换为对应的流量值 显示仪表 最成熟，最常用的流量测量方法之一,节流现象定义及分类 定义：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，流体的静压力会产生差异的现象 节流元件：设置在管道中能使流体产生局部收缩的元件 分类：差压流量计根据节流元件可以具体分为孔板、喷嘴、文丘里管三种流量计,标准孔板：压力损失大，一般只适用于洁净流体介质的测量。结构简单，安装方便，适用于大流量的测量，应用最为广泛 标准喷嘴：压力损失略小于孔板，对带有污垢的流体介质测量较为适宜 文丘利管：压力损失比孔板和喷嘴都小得多，可测量悬浮固体颗粒的液体，较适合大流量测量。 价格昂贵，不适合200mm 以下管

14、径流量测量,孔板流量计取压,角接取压：在孔板前后两端面与管壁的夹角处取压,法兰取压：在距节流元件前后端面各1寸的位置上钻孔取压。,环室取压：用在工作压力为6.4MPa以下，管道直径D在50 250mm之间,单独钻孔取压：用在工作压力为2.5MPa以下，管道直径D在50 1000mm之间,差压信号的测量 节流装置将流体流量的大小转换为相应的差压大小，差压信号由导压管引出，传递到相应的差压计，以便显示流量的数值。一般工业生产过程中的流量测量及控制多采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，以便于远传，实现集中显示和控制。,孔板流量计的测量误差,1被测流体工作状态的变动 实际使用时被测流体的工

15、作状态（温度、压力、湿度等）以及流体密度、粘度、雷诺数等参数数值，与设计计算时有所变动。 为了消除这种误差，必须按新的工艺条件重新进行设计计算，或者将所测的数值加以必要的修正。温度、压力、流体密度、粘度、雷诺数与设计计算时变动,2节流装置安装不正确 在安装节流装置时，节流装置露出部分所标注的“+”一侧，应当为流体的入口方向 节流装置除了必须按相应的规程正确安装外，在使用时，要保持节流装置的清洁，如在节流 装置处有沉淀、结焦、堵塞等现象，也会引起较大的测量误差。,3孔板入口边缘的磨损 节流装置使用日久，特别是在被测介质夹杂有固体颗粒等机械物的情况下，或者由于化学腐蚀，都会引起节流装置的几何形状和

16、尺寸的变化 对于孔板来说，入口边缘的尖锐度会由于冲击、磨损和腐蚀而变钝，这样，在相等数量的流体经过时所产生压差将变小，引起仪表指示值偏低,4导压管安装不正确，可能有堵塞、渗漏现象 导压管要正确安装，防止堵塞或渗漏，否则会引起较大的测量误差，对于不同的测量介质，导压管的安装有不同的要求,转子式流量计,适用于小流量的测量，管径小于50mm的流量测量 特点 结构简单，灵敏度高，量程比宽 压力损失小且恒定 刻度近似线性 价格便宜，使用维护简便 但仪表精度受被测介质密度、粘度、温度、压力等因素的影响,工作原理 转子式流量计：压差不变，利用节流面积的变化来 反映流量的大小（恒压差、变节流面积） 组成 由下

17、往上逐渐增大的锥形管 转子（锥形管内可自由运动）,椭圆齿轮流量计,属于容积式流量计 利用某种标准容器的固定容积对被测流体进行连续计量并进行积算的 对被测流体的粘度变化不敏感，适于测量高粘度的流体，甚至糊状物的流量,工作原理 当流体流过椭圆齿轮流量计时，p1p2 (a) 位置，A 主动轮，B 从动轮 (b) 位置，A、B均为主动轮 (c) 位置，A 从动轮，B 主动轮 转动1/4周，排出一个半月形容积的被测介质,涡轮流量计,速度式流量计 利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映体积流量的大小 自来水表、油量计,组成 涡轮 导流器 磁电转换器 前置放大器 涡

18、轮：高导磁系数的不锈钢材料 导流器：稳定流体的流向和支撑叶轮 磁电转换器：由线圈和磁钢组成，将叶轮的转速转换为电信号 前置放大器：对电信号进行放大,工作原理 在流体流动的管道内，安装一个可以自由转动的叶轮，当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转。流体的流速越高，动能越大，叶轮转速越高。 在规定的流量范围和一定的流体粘度下，转速与流速成线性关系，测出叶轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流量或总量。,电磁流量计,电磁流量计采用电磁感应的方法测量具有导电性的液体介质的流量，常用来测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒(例如泥浆)或纤维液体的流量。,工作原理 在一段非导磁材料制成的管道外面安装一对磁极

19、产生磁场，当导电液体流过管道时，因流体切割磁力线而产生感应电势（发电机原理） 组成 变送器 将被测介质的流量转换为感应电势 转换器 把电势信号转换成统一的直流标准信号作为输出，以便进行指示、记录和控制。,漩涡流量计,测量原理 利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表，亦称涡街流量计,组成 漩涡发生器、频率信号检测器、信号转换器 漩涡频率的检测 利用漩涡的局部压力、密度、流速等变化作用于敏感元件，产生周期性电信号，再经过放大整形，得到方波脉冲 （ 热敏检测法电容检测法 应力检测法 超声检测法）,质量流量计,直接式质量流量计 直接测得流体的质量流量 间接式质量流量计 由体积流量计和密度计配合，

20、通过运算器将两表的测量结果加以适当的运算，间接获得质量流量,超声波流量计,工作原理 在流体管道中安装有两个既能发送又能接收超声脉冲的探头和,这种安装方式能使一个传感器发出的超声脉冲被另一个传感器接受,从而形成声道。在有流体流动的管道中,超声脉冲顺流传播的速度比逆流快。流体的速度越快,超声顺流和逆流传播的时间差越大。,第 四 部 分,变送器基本原理与作用,智能压力（压差）变送器,智能压力（压差）变送器是一种带微处理器的变送器，可以实现多功能的检测和非电量的变换。该变送器由敏感元件和转换部件两部分组成。原理框图如图所示。,智能压力（压差）变送器的工作原理,压差传感器,静压传感器,温度传感器,多 路

21、 选 通 器,传感器 选择,模/数 转换,计算机,存储器,微处 理器,数/模 转换,数字输入,输出接口,4mA20mA,DC,原理框图,被测压力（差压）作用到传感器上，其阻值即发生相应变化。阻值变化通过电桥转换成电信号，再经A/D变换器送入微处理器。同时环境温度和静压通过另两个辅助传感器转换成电信号，再经A/D变换器送入微处理器。经微处理器运算处理后送至D/A变换器输出4mA20mA，DC标准信号或数字信号。,与传统的变送器相比较，它有如下特点：,（1）精确度高，一般为0.1%0.05%。 （2）有软件信号处理功能，线性度好。 （3）有温度、压力补偿功能。 （4）量程调节范围大。 （5）可远距

22、离传输、调整范围、诊断及通 信。 （6）可靠性高，维护量小。,、压力变送器检定,技术要求, 外观, 密封性, 其它,1、对压力（压差）变送器外观的要求,（1）变送器的铭牌应完整、清晰、应注明产品名称、型号、规格、测量范围等主要技术指标，高、低压容室应有明显标记，还应标明制造厂的名称或商标、出厂编号、制造年月； （2）变送器零部件应完整无损，紧固件不得有松动和损伤现象，可动部件应灵活可靠；,（3）新制造的变送器的外壳、零件表面涂覆层应光洁、完好、无锈蚀和霉斑，内部不得有切屑、残渣等物，使用中和修理后的变送器不允许有影响使用和计量性能的缺陷。,2、 密封性,变送器的测量部分在承受测量上限压力时，不

23、得有泄露和损坏现象。 差压变送器在进行密封性检查时，高、低压力容室连通并同时引入压力，使压力平稳地升至额定压力后，切断压力源，密封15min，观察压力表值，后5min内 压力值下降不得超过额定工作压力的2%。,3、压力变送器检定,变送器一般检定项目:,外观检查；密封性检查；基本误差检定；回程误差检定；静压影响检定；输出开路影响检定；输出交流分量检定；电源电压变化影响检定；恒流性能检查；过范围影响检定；绝缘电阻检定；绝缘强度检定；小信号切除性能试验。,温度变送器的工作原理,热电偶（或热电阻）的信号输入仪表后，经输入桥路转换成直流毫伏信号，该信号与负反馈信号比较后，经放大器调制放大到足够大，放大后

24、的信号由输出变压器输出到检波放大器，滤去交流信号后输出一个随输入温度信号变化的420mA的统一信号。,输入回路,电子 放大器,反馈环节,+,Ui,Uf,t,-,Io,温度变送器的平衡补偿原理,温度变送器的用途,温度变送器可与各类热电偶、热电阻配合使用，将温度或温差信号转换成统一的毫安信号，温度变送器再与调节器及执行器配合，可组成温度或温差的自动调节系统。,第 五 部 分,各类仪表在油气田应用现状,压力表使用情况： 压力表主要使用在单井截断阀上、部分安装在单井油压、外输管线及集气站未设计变送器的部位。主要使用弹性式压力表。,压力表使用注意事项： 1、安装前应仔细检查核对型号、量程、精确度等级是否

25、符合要求，是否有检定合格证。 2、检查传压导管、阀门、接头及焊接处的严密性，如有泄漏应及时消除。 3、启动压力表时，应先开一次门。当传压导管内的被测介质的温度接近室温时，方可开启二次门。 4、开启阀门时，应缓慢进行，以免造成仪表受冲击而损坏；全开后要倒回半圈。 5、压力表应垂直安装。,更换压力表操作规程： 1.选定已校验的合格的压力表，要求被测压力处于所选压力表量程1/22/3的范围。 2.关压力表控制阀门，开放空阀放空，无放空阀可用扳手，把压力表接头卸松12圈，排空降压至零。 3.卸下旧压力表，检查活接头，进行吹扫。 4.装上垫子，装上新压力表。 5.关压力表放空阀。 6.缓慢打开压力表控制

26、阀，使新表起压。 7.用肥皂水检漏，确保表阀和连接部位严密不漏。 8.填原始记录，内容有：新表编号、厂名、到期日期、规格、精度等级、使用部位、换表前后压力和更换时间，使用部位、操作人等。,温度计使用情况： 生产中使用的水银温度计，主要应用在井口和集气站进气总机关处，作为就地监督的仪表，用于监测管壁温度。,使用水银温度计时应注意以下几点： 1、使用前应进行校验(可以采用标准液温多支比较法进行校验或采用精度更高级的温度计校验)。 2、不允许使用温度超过该种温度计的最大刻度值的测量值。 3、温度计有热惯性，应在温度计达到稳定状态后读数。读数时应在温度凸形弯月面的最高切线方向读取，目光直视。,4、水银

27、温度计应与被测工质流动方向相垂直或呈倾斜状。 5、水银温度计常常发生水银柱断裂的情况，消除方法有： (1)冷修法：将温度计的测温包插入干冰和酒精混合液中(温度不得超过-38)进行冷缩，使毛细管中的水银全部收缩到测温包中为止。 (2)热修法：将温度计缓慢插入温度略高于测量上限的恒温槽中，使水银断裂部分与整个水银柱连接起来，再缓慢取出温度计，在空气中逐渐冷至室温。,变送器使用情况： 目前，使用变送器按品牌可以分为：罗斯蒙特、北京金时、西安精准3种。 按传输方式可以分为两线制420mA传输、4线制RS485传输两种类型。其中罗斯蒙特、北京金时为420mA传输、西安精准支持以上两种传输方式。,变送器的

28、使用注意事项,1、变送器安装时的注意事项： （1）应尽量安装在温度梯度和温度波动小的地方，应尽量避免震动和冲击。 （2）腐蚀性的或过热的介质不应与变送器直接接触。 （3）防止固体颗粒或粘度很大的介质在引压管内沉积。 （4）引压管应尽可能短些。,2、减少由于安装引起误差的注意事项： （1）引压管应尽可能短。 （2）液体流程管道的测量点要低些，气体管线测量点要高些。 （3）两根引压管要保持相同的温度。 （4）为避免摩擦影响，引压管要用足够大的口径。 （5）当吹扫导压管时，要避免通过变送器放空。,停启变送器的基本步骤,1、检测点部位变送器（它包括：各点压力变送器）停启操作 （1）启运变送器的基本步骤

29、： 在倒通流程之前，关闭取压阀； 倒通流程后，缓慢打开取压阀； 试漏（试漏范围：从引压孔到变送器的过程接头。 试漏方法：用洗衣粉水覆盖在试漏位置，看是否有气泡产生）； 若漏且可以紧固，则需要先停运变送器（方法见停运检测点变送器的基本步骤），紧固后，重复以上2步，直至不漏为止，此时即可投运变送器。,（2）停运变送器的基本步骤： 关闭取压阀； 缓慢旋开压力变送器的卸压螺钉。 卸掉取压系统压力。,启用变送器的基本步骤,1、在倒通流程之前，关闭取压阀 2、倒通流程后，缓慢打开取压阀。 3、试漏 试漏范围：从引压孔到变送器的过程接头。 试漏方法：用洗衣粉水覆盖在试漏位置，看是否有气泡产生； 4、若漏且可以紧固，则需要先停运变送器（方法见停运检测点变送器的基本步骤），紧固后，重复以上3步，直至不漏为止，此时即可投运变送器。,现场操作人员检查变送器是否落零的简单方法,1、检查压力变