自动化仪表（课堂PPT）

1、2022-2-271第二章检测仪表检测仪表2物位检测仪表物位检测仪表第二章检测仪表第二章检测仪表温度检测仪表温度检测仪表 流量检测仪表流量检测仪表检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标 压力检测仪表压力检测仪表成份检测仪表成份检测仪表3第一节第一节 仪表的性能指标仪表的性能指标一、测量误差一、测量误差 1 1、误差的概念：、误差的概念： 误差是某一量值的给定值与客观真实值之差。误差是某一量值的给定值与客观真实值之差。 测量的目的是希望能正确地反映被测参数的真实值。测量的目的是希望能正确地反映被测参数的真实值。 2 2、误差分类、误差分类 系统误差系统误差 （系统误差决定测量结果的准确性）（系统误

2、差决定测量结果的准确性） 随机误差随机误差 （随机误差决定测量结果的精密度）（随机误差决定测量结果的精密度） 疏忽误差疏忽误差 （特别需要避免）（特别需要避免）4第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标二、测量仪表的性能指标二、测量仪表的性能指标 仪表的性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要仪表的性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要依据。依据。 仪表的性能指标：仪表的性能指标： 技术技术 经济经济 使用方面使用方面注：仪表性能指标指的是对仪表规定的正常工作条件下而言的。注：仪表性能指标指的是对仪表规定的正常工作条件下而言的。5第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指

3、标1 1、绝对误差和相对误差、绝对误差和相对误差 绝对误差：绝对误差： 相对误差：相对误差： 注：事实上仪表的准确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的注：事实上仪表的准确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的 测量范围有关。测量范围有关。 所以工业上一般采用引用误差来衡量仪表的准确度。所以工业上一般采用引用误差来衡量仪表的准确度。%10000 xxx0 xx6第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标%100%1000下上LLxxLaq2 2、引用误差：、引用误差： 这是仪表基本误差的主要形式，可以比较确切地反映仪表这是仪表基本误差的主要形式，可以比较确切地反映仪表的测量精度，又称为仪表

4、的基本误差的测量精度，又称为仪表的基本误差最大引用误差：最大引用误差：%100maxmaxLaq7第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标maxqq允8精度等级精度等级 第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标9精密度表示多次重复测量中，传感器测得的值彼此之间精密度表示多次重复测量中，传感器测得的值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。它反映随机误差的大小的重复性或分散性大小的程度。它反映随机误差的大小，随机误差越小，测得的值就越密集，重复性越好，精，随机误差越小，测得的值就越密集，重复性越好，精密度越高。密度越高。正确度表示多次重复测量中，传感器测得值的算术平均正确度表示多

5、次重复测量中，传感器测得值的算术平均值与真值的接近程度。它反映系统误差的大小，系统误值与真值的接近程度。它反映系统误差的大小，系统误差愈小，测得值的算术平均值就愈接近真值，正确度愈差愈小，测得值的算术平均值就愈接近真值，正确度愈高。高。准确度表示多次重复测量中，传感器测得值与真值的一准确度表示多次重复测量中，传感器测得值与真值的一致的程度。它反映随机误差和系统误差的综合大小，只致的程度。它反映随机误差和系统误差的综合大小，只有当有当随机误差和系统误差随机误差和系统误差都小时，准确度才高。准确度也都小时，准确度才高。准确度也简称精度。简称精度。第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标1

6、0第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标11第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标12第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标%100maxL）x（xh反正造成回差的原因：造成回差的原因： 传动机构的间隙传动机构的间隙运动部件的磨擦运动部件的磨擦弹性元件的弹性滞后的影响弹性元件的弹性滞后的影响13第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标0 xyYFSR Rmax注：回差的大小反映了仪表的精密度，因此要求仪表的回差注：回差的大小反映了仪表的精密度，因此要求仪表的回差不能超出仪表精度等级所限定的允许误差。不能超出仪表精度等级所限定的允许误差。14第一节第

7、一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标规定：仪表标尺刻度上的最小分格值不能小于仪表允许的规定：仪表标尺刻度上的最小分格值不能小于仪表允许的 绝对误差值。绝对误差值。%100 xs灵敏限：灵敏限：规定仪表的灵敏限不得大于仪表允许绝对误差的一半。规定仪表的灵敏限不得大于仪表允许绝对误差的一半。分辩率分辩率 数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辩率就越高。数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辩率就越高。15第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标16第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标%100平均修复时间平均无故障工作时间平均无故障工作时间有效率17第一节第一节 检测仪表的性

8、能指标检测仪表的性能指标18第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标19第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标校验得上升曲线和下降曲线常不重合，是因为有滞环和死区的存在。校验得上升曲线和下降曲线常不重合，是因为有滞环和死区的存在。滞环：有能量吸收滞环：有能量吸收死区：有传动摩擦间隙，晶体管起始偏置不当，死区：有传动摩擦间隙，晶体管起始偏置不当， 输入变化小到一定程度便没有输出变化了。输入变化小到一定程度便没有输出变化了。20第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标注：重复性、再现性的优良是保证精确的先决条件。注：重复性、再现性的优良是保证精确的先决条件。21第一

9、节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标22第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标注：零点迁移和量程迁移可以使仪表扩大通用性，但迁移的条件注：零点迁移和量程迁移可以使仪表扩大通用性，但迁移的条件及范围要视具体结构和电路而定。及范围要视具体结构和电路而定。23第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标解：最大引用误差为：解：最大引用误差为：%8 . 0%1002007004%100maxmaxLaq 去掉去掉“”，去掉，去掉“%”%”，数值为，数值为0.80.8，国家规定等级，国家规定等级中没有中没有0.80.8。但其。但其qmax0.5qmax0.5级仪表的允许误差为

10、级仪表的允许误差为0.5%0.5%。 其精度等级为其精度等级为1.01.0级，其允许误差为级，其允许误差为1%1%。24第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标25第一节第一节 检测仪表的性能指标检测仪表的性能指标26第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送27第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送一、概述一、概述 压力是工业生产中的重要参数，在生产过程中，对液体、蒸汽、压力是工业生产中的重要参数，在生产过程中，对液体、蒸汽、和气体压力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备经济运和气体压力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备经济运行的必要条件。行的必要条件

11、。1 1、所谓压力，就是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。、所谓压力，就是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。 27AFP 28第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送2 2、压力表示方法：、压力表示方法： 在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压（真空度）等名词。在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压（真空度）等名词。 绝对压力是指介质所受的实际压力。绝对压力是指介质所受的实际压力。 表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即： P P表表=P=P绝绝-P-P大大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：负压与真空度

12、是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即： P P真真 =P=P大大-P-P绝绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下图所示。图所示。2829第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送29P表压表压P负压负压P绝压绝压P绝压绝压大气压力线表压、绝压、真空之间的关系图表压、绝压、真空之间的关系图绝压零线注意：因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程注意：因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力

13、表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。表压力或真空度。30第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送二、测压仪表的分类及其基本原理二、测压仪表的分类及其基本原理 30液柱式压力计液柱式压力计弹性式压力计弹性式压力计电气式压力计电气式压力计活塞式压力计样活塞式压力计样（常用于校验其它压力计）（常用于校验其它压力计）U U型管压力计型管压力计单管压力计单管压力计斜管压力计斜管压力计弹簧管压力计弹簧

14、管压力计波纹管压力计波纹管压力计薄膜式压力计薄膜式压力计电容式压力计电容式压力计电感式压力计电感式压力计应变片式压力计应变片式压力计霍尔片式压力计霍尔片式压力计31第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是表是弹性元件弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生

15、相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。气信号，以远传显示，报警或调节用。3132第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值广泛的应用价值 ，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由

16、弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270270度圆孤度圆孤形的空心管子形的空心管子 。32332 2、 压力的检测与变送压力的检测与变送 33 弹簧管压力表1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板7、游丝 8、调整螺钉 9 接头ab 34第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆

17、的长轴它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a2a与图面垂直的弹簧管与图面垂直的弹簧管的中心轴的中心轴O O相平行。管子封闭的一端相平行。管子封闭的一端B B为自由端，即位移输出端；而另为自由端，即位移输出端；而另一端一端A A则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端A A通入被通入被测压力测压力P P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P P的作用下，将趋于圆形，的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B B发生发生位移

18、。此时弹簧管的中心角位移。此时弹簧管的中心角要随即减小要随即减小，也就是自由端将由，也就是自由端将由B B移到移到B B，处，如图，处，如图2-3(b)2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端自由端B B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中

19、心角相对变化值对变化值/与被测压力与被测压力P P之间具有比例关系，因此弹簧管压力表之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。的刻度标尺是均匀的。3435第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。而且还可制成真空表或压力真空表。 弹簧管压力表除普通型外，

20、还有一些是具有特殊用途弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。使用时应予以注意。3536第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送应变式压力变送器应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将利用应变片作为转换

21、元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。 应变片有金属电阻丝应变片应变片有金属电阻丝应变片( (金属丝粘贴在衬底上组成的元件金属丝粘贴在衬底上组成的元件) )和和半导体应变片两类。半导体应变片两类。 根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形dL/L(dL/L(

22、即应即应变变e)e)，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形( (即应变即应变) )的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。压力。3637第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送v 3738第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的全一致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率

23、取决于型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，。由于传感器良好的特性，可使可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和

24、变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。范围较宽的量程。3839第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 39基础基础振子振子引伸张力引伸张力硅膜片硅膜片过程压力过程压力变送器工作原理图 40第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送电容式传感器电容式传感器40SS0S0S2S1图2-19膜片位移原理图420 mA放大电路原理：P变化 C 电流的变化41第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送三、压力检测仪表的选用、安装及校验三、压力检测仪表的选用、安装及校验 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质压力表的选用应根据工艺生产过程

25、对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。有效的目的。1 1类型的选用类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、送、 自动记录或报警；被测介质的物理化学性质自动记录或报警；被测介质的物理化学性质 ( (如腐蚀性、温度如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、高低、粘度大小、脏污程

26、度、 易燃易爆等易燃易爆等) )是否对仪表提出特殊要求；是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件现场环境条件 ( (如高温、电磁场、振动等如高温、电磁场、振动等) )对仪表有否特殊要求等。对仪表有否特殊要求等。 普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。 氧气压力表与普通压力表在结构和材质

27、上完全相同，只是氧用压氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。真检查直到无油污为止。4142第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 2 2测量范围的确定测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的

28、完全范围内可靠地工作，量程力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据 化工自控设计化工自控设计技术规定技术规定 ，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/32/3；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/21/2； 测量高压压力时，测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的最大工作压力不应超过量程的3/53/5。 为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限为了保证测量的准确度

29、，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的于量程的1/31/3。 按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。品目录申查到。 3 3精度级的选取精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价

30、廉耐用的仪表。较低、价廉耐用的仪表。4243第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 4压力表的安装压力表的安装 A A、测压点的选择、测压点的选择 B B、导压管的敷设、导压管的敷设 C C、压力表的安装、压力表的安装 5 5压力计的校验压力计的校验 压力计在长期的使用中，因弹性元件疲劳、传动机构磨损及化学压力计在长期的使用中，因弹性元件疲劳、传动机构磨损及化学腐蚀等造成测量误差，所以有必要对仪表定期进行校验，新仪表在安腐蚀等造成测量误差，所以有必要对仪表定期进行校验，新仪表在安装使用前也应校验，以便更恰当地估计仪表指示值的可靠程度。装使用前也应校验，以便更恰当地估计仪表指示值的可靠程

31、度。4344第二节第二节 压力的检测与变送压力的检测与变送 校验原理校验原理 校验工作是将被校仪表与标准仪表处在相同条件下的比较过程。校验工作是将被校仪表与标准仪表处在相同条件下的比较过程。 （标准仪表的选择原则：（标准仪表的选择原则：) 校验仪器校验仪器 - - 活塞式压力计活塞式压力计 校验内容校验内容 指示值误差指示值误差 变差变差 线性调整线性调整 校验具体步骤校验具体步骤4445第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送一、概述：一、概述： 在生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经在生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质常需要测量生产过程中

32、各种介质 ( (如液体、气体和蒸汽等如液体、气体和蒸汽等) )的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间行经济核算，也需要知道在一般时间 ( (如一班、一天等如一班、一天等) )内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。4546第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送流量的概念：流量的概念：在工程上，指流经管道或设备某一截面的流体数量。在工程上，指

33、流经管道或设备某一截面的流体数量。瞬时流量：单位时间内流经某一有效截面的流体数量。瞬时流量：单位时间内流经某一有效截面的流体数量。体积流量体积流量Q QQ QvA ; vA ; 质量流量质量流量M M M MQ Q累计流量：某段时间内流经某一有效截面的流体数量的总和。累计流量：某段时间内流经某一有效截面的流体数量的总和。体积总量体积总量Q Q总总 ； 质量总量质量总量M M总总47第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送二、分类：二、分类： 差压式流量计差压式流量计 转子式流量计转子式流量计 速度式流量计速度式流量计 靶式流量计靶式流量计 电磁式流量计电磁式流量计 涡轮式流量计涡轮式流量

34、计 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 容积式流量计容积式流量计 腰轮流量计腰轮流量计 刮板流量计刮板流量计 热式质量流量计热式质量流量计 质量式流量计质量式流量计 补偿式质量流量计补偿式质量流量计 振动式质量流量计振动式质量流量计48第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送4849第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送三、差压式流量计三、差压式流量计 差压式差压式 ( (也称节流式也称节流式) )流量计是使用历史最久，应用也最广泛的流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表

35、之一。它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它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与其流量有关而实现流量测量的。差与其流量有关而实现流量测量的。 差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置 ( (包括节流元件和取压装置包括节流元件和取压装置) )、导压管和差压计或差压变送器及其显示、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号

36、，以供显示、调号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。节用。4950第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送51第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力力P1P1的升高。此压力比管道中心处压力要大，即在节流

37、元件入口端面的升高。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害 ( (即即流束最小截面流束最小截面) )的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后 ，并随流，并随流量大小而变化。以上就是流体流经节元件时，流束

38、为什么产生收缩的量大小而变化。以上就是流体流经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。原因。5152第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送1 1、节流原理及节流元件、节流原理及节流元件 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图所示。所谓节流装置就的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里

39、管。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。5253第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送标准孔板(Orifice Plate)54第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送标准喷嘴(Nozzle)55第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送文丘里管(Venturi Tube)56第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况： 5657第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩

40、，同时，又因流体始终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低。故节流元件入口侧的静压大，因此静压力也就较原来为低。故节流元件入口侧的静压P1P1比其出比其出口侧的静压口侧的静压P2P2大，即在节流元件前后产生压差大，即在节流元件前后产生压差PP。节流

41、元件前流体。节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用压力较高，常称为正压，并用“+”+”标记；节流元件后流体静压力较标记；节流元件后流体静压力较低，常称为负压，并用低，常称为负压，并用“”标记。并且流量愈大，流束局部收缩和标记。并且流量愈大，流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即位能、动能的转化也愈显著，即PP也愈大。所以只要测出元件前后也愈大。所以只要测出元件前后的压力差的压力差PP就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。量流量基本原理。5758第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 流量基本方程式是用来阐明

42、流量与压差之间的定量关系。它是根据流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式 式中式中 一一 流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面 积之比积之比m m；雷诺数；雷诺数ReRe、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有 关。可从有关手册查得；关。可从有关手册查得； 膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等 熵指数熵

43、指数 m m等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液 体来说，常取体来说，常取=1;=1; A A。 节流元件的开孔截面积节流元件的开孔截面积; ; P P 节流元件前后实际测得的静压差节流元件前后实际测得的静压差; ; 节流元件前流体密度。节流元件前流体密度。58)(2210PPAQ)(2210PPAM59第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 在计算时，如果把在计算时，如果把AoAo用圆面积表示，用圆面积表示，d d为工作温度下孔板孔口直径，为工作温度下孔板孔口直径，单位为单位为mmmm，而，而PP以以MpaMpa为单位，则上述基本流

44、量方程式可换算为实用为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计算公式，即：流量计算公式，即： 以上流量公式表明，当以上流量公式表明，当 d d等均为常数时，流量与压差的平等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相实际生产中的流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。 因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量

45、因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐渐变疏。因此，密，后来逐渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量值不应在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的行在量程的30%30%以下。以下。 59)(003999. 0212PPdQ_)(003999. 0212PPdM60第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送PKPPF

46、Q)(2210流量公式流量公式2 2、差压式流量计的测量实现：、差压式流量计的测量实现：61第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送)(2210PPAM)(2210PPAQ62第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送差压流量计的组成差压流量计的组成63第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送差压计三阀组示安装意图差压计三阀组示安装意图64第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送3 3、取压方式：、取压方式：角接取压：紧贴节流元件上、下游两侧端面取压角接取压：紧贴节流元件上、下游两侧端面取压法兰取压：在距节流元件前、后端面各法兰取压：在距节流元件前、后端面各1吋位置上钻孔

47、取压，吋位置上钻孔取压， 与管道中心线垂直。与管道中心线垂直。径距取压：在距节流元件前端面上游为径距取压：在距节流元件前端面上游为1D，下游为，下游为D/2 处的管道上钻孔取压，其他它要求同法兰取压。处的管道上钻孔取压，其他它要求同法兰取压。4 4、差压计：、差压计：凡可测量差压的仪表均可作为差压式流量计使用。凡可测量差压的仪表均可作为差压式流量计使用。65第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送5 5、差压式流量计的安装：、差压式流量计的安装： 正确安装是保证其测量精度的重要环节。正确安装是保证其测量精度的重要环节。 节流装置的安装节流装置的安装 差压信号管路的敷设差压信号管路的敷设

48、差压计的安装差压计的安装 6 6、差压式流量计的总体特点：、差压式流量计的总体特点：A A、结构简单、工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎可测量各种工作结构简单、工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎可测量各种工作 状态下的状态下的单相单相流体测量。流体测量。B B、适用于适用于50-1000mm50-1000mm管径的流体测量，精度可达管径的流体测量，精度可达0.50.5级，级，只要严格遵照只要严格遵照加工安装要求，不需要单独标定。加工安装要求，不需要单独标定。C C、不足是压力损失较大，刻度非线性，维护工作量大。、不足是压力损失较大，刻度非线性，维护工作量大。 66第三节第三节 流量的检测与

49、变送流量的检测与变送四、转子流量计四、转子流量计 在工业生产和科研工作中，经常遇到小管径，低雷诺数的在工业生产和科研工作中，经常遇到小管径，低雷诺数的小流量测量，其他几种流量计对于小管径的测量均受到标准化小流量测量，其他几种流量计对于小管径的测量均受到标准化式结构等方面的条件限制，所以对较小管径的流量测量常采用式结构等方面的条件限制，所以对较小管径的流量测量常采用转子流量计，转子流量计，它适用的管径范围为它适用的管径范围为1-150mm1-150mm67转子流量计转子流量计1 1、转子流量计工作原理、转子流量计工作原理F2WF1P1P2F2WF1P1P268转子流量计转子流量计rrrrrAgV

50、htgdAgVAM)(22rrrrrrrAgVhtgdAgVAQ)(222、转子流量计所测介质流量的大小公式、转子流量计所测介质流量的大小公式69第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 3 3、转子流量计示值的修正、转子流量计示值的修正 应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化1010时，液体的密度时，液体的密度变

51、化约在变化约在1%1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化1010，密度变化约为，密度变化约为3%3%。在常压附近，压力每变在常压附近，压力每变10kPa10kPa，密度也约变化，密度也约变化3%3%。因此，。因此，在测量气体在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并

52、将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。积流量换算成标准体积流量。 所谓标准体积流量，在工业上是指所谓标准体积流量，在工业上是指2020、0.10133MPa(0.10133MPa(称标定状称标定状态态) )或或00、0.10133MPa (0.10133MPa (称标准状态称标准状态) )条件下的体积流量。在仪表计条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。 6970第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 A A、气体流量的修正、气体流量的修正 700101010QTPTPQ B B、液体流量的修正、

53、液体流量的修正 0)(QQwrwr0QMwrwr其中：002QAgVkhQrwwrr71第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送粘度补偿型带粘度补偿型带玻璃视窗的金玻璃视窗的金属转子流量控属转子流量控制器制器VKG 粘度补偿型全粘度补偿型全金属转子流量金属转子流量控制器控制器VKA 72第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送差动变压器工作原理差动变压器工作原理73第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送五、电磁流量计五、电磁流量计 1 1、电磁流量计的原理与结构、电磁流量计的原理与结构74电磁流量计电磁流量计QDBKKQEx475第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变

54、送 电磁流量计的基本原理基于电磁感应定律。电磁流量计的基本原理基于电磁感应定律。 CBDvEx其中：Ex-感应电势 B磁感应强度 D管道直径（即流体垂直切割磁力线的长度） v垂直于磁力线方向的液体流速 C比例系数则体积流量Q与流速v的关系为：vDQ24KQCBDDEx4有：K为仪表常数76第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 2 2、电磁流量计的使用、电磁流量计的使用 A A、流体应具有导电性、流体应具有导电性 B B、一般不采用直流磁场而用交流磁场、一般不采用直流磁场而用交流磁场 C C、必须妥善屏蔽、必须妥善屏蔽 3 3、电磁流量计的特点、电磁流量计的特点 结构简单，上下游完全对

55、称，测量精度高，可测大口径管流。结构简单，上下游完全对称，测量精度高，可测大口径管流。77第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送六、超声波式流量计六、超声波式流量计78第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 1 1、超声波式流量计工作原理、超声波式流量计工作原理 超声波在流体的传播速度与流体的流动速度有关，据此可以实现超声波在流体的传播速度与流体的流动速度有关，据此可以实现 流量测量，流量测量，这种方法不会造成压力损失，并且适合于大管径，非导电这种方法不会造成压力损失，并且适合于大管径，非导电 性，强腐蚀性的液体或气体流量的测量。性，强腐蚀性的液体或气体流量的测量。 注：超声波

56、的发射和接收都要用换能器，多半由压电陶瓷元件制成。注：超声波的发射和接收都要用换能器，多半由压电陶瓷元件制成。 为保证声能损失小，方向性强，必须把压电陶瓷封装在声楔中。为保证声能损失小，方向性强，必须把压电陶瓷封装在声楔中。 （声楔材料应有良好的透声性能，常用有机玻璃、橡胶或塑料，而压（声楔材料应有良好的透声性能，常用有机玻璃、橡胶或塑料，而压电元件则为锆钛酸铅电元件则为锆钛酸铅PZTPZT）79第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 2 2、超声波式流量计实现方法、超声波式流量计实现方法 A A、时差法：在管道的两侧斜向安装两个换能器，使其轴线重合在、时差法：在管道的两侧斜向安装两个

57、换能器，使其轴线重合在 一斜线上。一斜线上。 A A发射，发射，B B接收，顺流，速度快，时间短接收，顺流，速度快，时间短 t t1 1=L/(c+v)=L/(c+v) A A接收，接收，B B发射，逆流，速度慢，时间快发射，逆流，速度慢，时间快 t t2 2=L/(c-v)=L/(c-v) 两方向传播的时间差两方向传播的时间差 t=tt=t2 2-t-t1 1=2Lv/(c=2Lv/(c2 2-v-v2 2) ) 讨论：讨论： 结论：此方法实现不了精确的测量结论：此方法实现不了精确的测量 80第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 B B、速差法：在管道的两侧斜向安装两个换能器，使其

58、轴线重合在、速差法：在管道的两侧斜向安装两个换能器，使其轴线重合在 一斜线上。一斜线上。 A A发射，发射，B B接收，顺流，速度快，时间短接收，顺流，速度快，时间短 t t1 1=L/(c+v) =L/(c+v) 则则 c+v=L/tc+v=L/t1 1 A A接收，接收，B B发射，逆流，速度慢，时间快发射，逆流，速度慢，时间快 t t2 2=L/(c-v) =L/(c-v) 则则 c-v=L/tc-v=L/t2 2 所以所以 2v=L/t2v=L/t1 1-L/t-L/t2 2 =L(t=L(t2 2-t-t1 1)/(t)/(t1 1t t2 2) ) v=L v=Lt t/2t/2t1 1( (t+tt+t1 1) 讨论：讨论： 结论：此方法不受温度影响，容易得到可靠的数据。结论：此方法不受温度影响，容易得到可靠的数据。 81第三节第三节 流量的检测与变送流量的检测与变送 C C、频差法：发射换能器和接收换能器可以经过放大器接成闭环，使接收到、频差法：发射换能器和接收换能器可以经过放大器接成闭环，使接收到 或的脉冲