第2章检测仪表与传感器

1、化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器温度检测及仪表温度检测及仪表压力检测及仪表压力检测及仪表流量检测及仪表流量检测及仪表物位检测及仪表物位检测及仪表工业分析及仪表工业分析及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表温度有关是表征物体冷热程度的物理量，是温度有关是表征物体冷热程度的物理量，是工业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工工业生产和科学实验中最普遍、最重要的热工参数之一，物体的许多物理现象和化学性质都参数之一，物体的许多物理现象和化学性质都与与温度有关，大多数的生

2、产过程均是在一定与与温度有关，大多数的生产过程均是在一定温度范围内进行的。决定一些反应的进程程度、温度范围内进行的。决定一些反应的进程程度、显示反应的能量变化。因此，温度的测量是保显示反应的能量变化。因此，温度的测量是保证生产正常进行、确保产品质量和安全生产的证生产正常进行、确保产品质量和安全生产的关键环节。关键环节。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表1、温度检测方法及仪表、温度检测方法及仪表温度不能直接测量。温度不能直接测量。 温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，以及温度的测量都是通过温度传递到敏感元件

3、后，以及某些物理性质随温度变化的特性而进行间接检测的。某些物理性质随温度变化的特性而进行间接检测的。 热交换热交换 热辐射热辐射600C以上以上-高温计高温计 600C以下以下-温度计温度计接触式、非接触式接触式、非接触式 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表温度测量的基本原理及方法温度测量的基本原理及方法1、物体受热，体积膨胀、物体受热，体积膨胀 V-T2、压力随温度变化、压力随温度变化 P-T3、金属导体电阻随温度变化、金属导体电阻随温度变化 R-T4、热电效应原理、热电效应原理 E-T5、热辐射原理、热辐

4、射原理6、比色、比色7、光电、光电化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院19第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表方式方式温度计种类温度计种类 优点优点 缺点缺点 接接触触式式测测温温仪仪表表膨胀膨胀结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量的测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传限制，易碎，不能记录远传 结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有限精度低，量程和使用范围有限 压力压力结构简单，耐震，防爆能记录、结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低报警，价

5、格低精度低，测温距离短，滞后大精度低，测温距离短，滞后大 热电偶热电偶测温范围广，精度高，便于远距测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段测需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低量精度较低 热电阻热电阻测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温度不能测高温，需注意环境温度的影响的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐射式辐射式测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件会低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度影响测

6、温准确度 红外线红外线测温范围大，适于测温度分布，测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快不破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表双金属片双金属片双金属温度信号器双金属温度信号器1双金属片；双金属片；2调节螺钉；调节螺钉；3绝缘子；绝缘子；4信号灯信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 根据在封闭系统中的液根据在封闭系统中的液

7、体、气体或低沸点液体的体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。这种变化，从而测得温度。压力式温度计结构原理图压力式温度计结构原理图 1传动机构；传动机构；2刻度盘；刻度盘； 3指针；指针；4弹簧管；弹簧管；5连杆；连杆；6接头；接头；7毛细管；毛细管；8温包；温包；9工作物质工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度的变化来测温的仪表叫。 第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第1节节 温度检测及仪表温度检测及仪表化工仪表陕西科技大学

8、 化学与化工学院是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。热电偶温度计测温系统示意图热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；热电偶；2导线；导线；3测量仪表测量仪表由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。表的导线。 热电偶示意图热电偶示意图化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院热电现象接触电势形成的过程热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 011tete

9、teteEBACBBCABt 0011teteteteABBACBBC利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势利用热电偶测量温度时，必须要用某些仪表来测量热电势的数值，见下图。的数值，见下图。 热电偶测温系统连接图热电偶测温系统连接图 0teteEABABt图（图（a a）总的热电势）总的热电势（3-723-72）由于由于（3-753-75）（3-743-74）将式（将式（3-733-73）、式（）、式（3-743-74）代入式（）代入式（3-723-72）（3-733-73）化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院（3 3）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类温度每增加温度每增加时所能产

10、生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。证良好的互换性。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院热电偶名称热电偶名称代号代号分分度度号号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑30-铂铑铂铑6铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍

11、铬-镍硅镍硅镍铬镍铬-铜镍铜镍铁铁-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJT铂铑铂铑30合金合金铂铑铂铑10合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院（4 4）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院材材

12、料料工作温度工作温度/橡皮、绝缘漆橡皮、绝缘漆珐琅珐琅 玻璃管玻璃管石英管石英管瓷管瓷管纯氧化铝管纯氧化铝管 80 150 500120014001700常用绝缘子材料常用绝缘子材料常用保护套管常用保护套管材材 料料工作温度工作温度/无缝钢管无缝钢管不锈钢管不锈钢管石英管石英管瓷管瓷管Al2O3陶瓷管陶瓷管 6001000120014001900以上以上化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 铠装热电偶铠装热电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光

13、滑球状结构。 优点优点 反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。怕振、耐高压等。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。反应速度极快、热惯性极小。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。测量高温熔融物体一种专用热电偶。 热电偶的结构形式可根据它的用途和安装热电偶的结构形式可根据它的用途和安装位置来确定。在热电偶选型时，要注意三个方位置来确定。在热电偶选型时，要注意三个方面：热电

14、极的材料；保护套管的结构，材料及面：热电极的材料；保护套管的结构，材料及耐压强度；保护套管的插入深度。耐压强度；保护套管的插入深度。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院补偿导线接线图补偿导线接线图 采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质的它也是由两种不同性质的金属材料制成，在一定温度金属材料制成，在一定温度范围内（范围内（0100）与所连）与所连接的热电偶具有相同的热电接的热电偶具有相同的热电特性，其材料又是廉价金属。特性，其材料又是廉价金属。

15、见左图。见左图。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院热电偶名称热电偶名称补偿导线补偿导线工作端为工作端为100，冷，冷端为端为0时的标准热时的标准热电势电势/mV正极正极负极负极材材料料颜颜色色材料材料颜色颜色铂铑铂铑10-铂铂镍铬镍铬-镍硅（镍铝）镍硅（镍铝）镍铬镍铬-铜镍铜镍铜铜-铜镍铜镍铜铜铜铜镍镍铬铬铜铜红红红红红红红红铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍铜镍绿绿蓝蓝棕棕白白0.6450.0374.0950.1056.3170.1704.2770.047常用热电偶的补偿导线常用热电偶的补偿导线化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 在应用热电偶测温时，只有将冷端温度保持为在应用热电偶测温时，只

16、有将冷端温度保持为，或，或者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，者是进行一定的修正才能得出准确的测量结果。这样做，就称为就称为。一般采用下述几种方法。一般采用下述几种方法。（1）冷端温度保持为）冷端温度保持为的方法的方法热电偶冷端温度保持热电偶冷端温度保持的方法的方法（2）冷端温度修正方法）冷端温度修正方法 在实际生产中，冷端温在实际生产中，冷端温度往往不是度往往不是0，而是某一，而是某一温度温度t1，这就引起测量误差。，这就引起测量误差。因此，必须对冷端温度进因此，必须对冷端温度进行修正。行修正。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院0 ,0 ,11tEttEtE 某一设备的实际

17、温度为某一设备的实际温度为t，其冷端温度为，其冷端温度为t1 1，这时测得的，这时测得的热电势为热电势为E（t，t1）。为求得实际。为求得实际t 的温度，可利用下式进的温度，可利用下式进行修正，即行修正，即 0 ,0 ,11tEtEttE因为因为 由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势由此可知，冷端温度的修正方法是把测得的热电势 E（t，t1），加上热端为室温，加上热端为室温t，冷端为，冷端为00时的热电偶的热时的热电偶的热电势电势E（t1，0），才能得到实际温度下的热电势，才能得到实际温度下的热电势E（t，0）。 用计算的方法来修正冷端温度，是指冷端温度内恒定用计算的方法来修正冷端温度

18、，是指冷端温度内恒定值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，值时对测温的影响。该方法只适用于实验室或临时测温，在连续测量中显然是不实用的。在连续测量中显然是不实用的。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院VE18010 ,30例例 用镍铬用镍铬- -铜镍热电偶测量某加热炉的温度。铜镍热电偶测量某加热炉的温度。测得的热电势测得的热电势E（t，t1）66982V，而自由端，而自由端的温度的温度t130，求被测的实际温度。求被测的实际温度。 解解由附录三可以查得由附录三可以查得 VEtEtE687831801669820 ,3030,0 ,则则再查附录再查附录2 2可以查得可以查得6878

19、3V68783V对应的温度为对应的温度为900900。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系由于热电偶所产生的热电势与温度之间的关系都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不都是非线性的（当然各种热电偶的非线性程度不同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得同），因此在自由端的温度不为零时，将所测得热电势对应的温度值加上自由端的温度，并不等热电势对应的温度值加上自由端的温度，并不等于实际的被测温度。于实际的被测温度。 譬如在上例中，测得的热电势为譬如在上例中，测得的热电势为66982V，由，由附录附录2可查得对应温度为可查得对应温度为876.6，如果再

20、加上自，如果再加上自由端温度由端温度30，则为，则为906.6，这与实际被测温度，这与实际被测温度有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性有一定误差。其实际热电势与温度之间的非线性程度越严重，则误差就越大。程度越严重，则误差就越大。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院（3）校正仪表零点法）校正仪表零点法 若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏若采用测温元件为热电偶时，要使测温时指示值不偏低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。低，可预先将仪表指针调整到相当于室温的数值上。 注意：注意：只能在测温要求不太高的场合下应用。只能在测温要求不太高的场合下应用。（4）补偿电桥法）补偿电

21、桥法 利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。度变化而引起的热电势变化值。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院 由于电桥是在由于电桥是在20时平衡的，时平衡的，所以采用这种补偿电桥时须把所以采用这种补偿电桥时须把仪表的机械零位预先调到仪表的机械零位预先调到20处。如果补偿电桥是在处。如果补偿电桥是在0时时平衡设计的（平衡设计的（DDZ-型温度型温度变送器中的补偿电桥），则仪变送器中的补偿电桥），则仪表零位应调在表零位应调在0处。处。具有补偿电桥的热电偶测具有补偿电桥的热电偶测温线路温线路化工仪表陕西科技大学 化学

22、与化工学院（5）补偿热电偶法）补偿热电偶法补偿热电偶连接线路 在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，在实际生产中，为了节省补偿导线和投资费用，常用多支热电偶而配用一台测温仪表。常用多支热电偶而配用一台测温仪表。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表压力检测方法压力检测方法v液柱测压法液柱测压法v弹性变形法弹性变形法v电测压力法电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表弹簧管压力表v霍尔式压力表霍尔式压力表v差压（压力）变送器差压（压力）变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器微位移式变

23、送器智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表垂直而均匀地作用在单位面积上的力垂直而均匀地作用在单位面积上的力式中式中压力（压力（PaPa） 均匀垂直作用力均匀垂直作用力（N N） 受力面积（受力面积（m m2 2）1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa单位单位: : 牛顿牛顿/ /米米2 2（N/mN/m2 2），简称），简称“帕帕”，用符号，用符号“PaPa” P=F/S1、基本概念、基本概念化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感

24、器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表2 2、压力表示方法、压力表示方法 表压（正压）表压（正压）绝对压力的零线绝对压力的零线大气压力线大气压力线绝对压力绝对压力绝对压力绝对压力真空度真空度化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表压力单位压力单位 单位单位符号符号数值数值帕帕Pa1兆帕兆帕MPa1106工程大气压工程大气压kgf/cm20.980665105物理大气压物理大气压atm1.01325105汞柱汞柱mmHg1.333224102水柱水柱mH2O0.98066510巴巴bar1103磅

25、磅/英寸英寸21bf/in20.68949104化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表 3、常用压力仪表、常用压力仪表1）液柱式液柱式：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱：根据流体静力学原理，把被测压力转换成液柱高度。高度。2）弹性式弹性式：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转：根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移。换成位移。3）电气式电气式：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、：将被测压力转换成各种电量，如电感、电容、电阻、电位差等，依据电量的大小实现压力的间接测量。电阻、电位差等，依

26、据电量的大小实现压力的间接测量。4）活塞式活塞式：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力：根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表提高工作液密度将提高工作液密度将增加压力的测量范增加压力的测量范围，但灵敏度要降围，但灵敏度要降低。低。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测

27、仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表弹性式压力计弹性式压力计 弹簧管式弹簧管式波纹管波纹管式式弹性膜式弹性膜式单圈弹簧管单圈弹簧管多圈弹簧管多圈弹簧管波纹管波纹管平薄膜平薄膜波纹膜波纹膜挠性膜挠性膜0 010106 6kPakPa0 010105 5kPakPa0 010103 3kPakPa0 010105 5 kPa kPa0 010103 3kPakPa0 010102 2kPakPa化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪

28、表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表 弹簧管压力表弹簧管压力表 弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表电接点信号压力表电接点信号压力表 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表电气式压力仪表电气式压力仪表 弹簧管霍尔片 K霍尔式压力传感器输出系数霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片霍尔片 + + 弹簧管弹簧管v

29、霍尔式压力表霍尔式压力表 电气式压力测量方法有电气式压力测量方法有电位器式、应变式、电感电位器式、应变式、电感式、电容式、压电式、压式、电容式、压电式、压阻式、压磁式、霍尔效应阻式、压磁式、霍尔效应式、振弦式、光纤式式、振弦式、光纤式 。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表应变式压力传感器应变式压力传感器基本思路基本思路压力作用压力作用电阻材料与受电阻材料与受力材料同时变力材料同时变形形电阻阻值变化电阻阻值变化电桥失衡电桥失衡比较得压力值比较得压力值输出电压变化输出电压变化关键关键: : 材料变形与压力的关系材

30、料变形与压力的关系化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表压阻式压压阻式压力传感器力传感器化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器 1低压室低压室 2高压室高压室 3测量元件（膜盒、膜片）测量元件（膜盒、膜片） 4轴封膜片轴封膜片 5主杠杆主杠杆 6过载保护片过载保护片 7静压调整螺钉静压调整螺钉 8矢量机构矢量机构 9零点迁移弹簧零点迁移弹簧 10平衡锤平衡锤 11量程调整螺钉量程调整螺钉 12检测

31、片（衔铁）检测片（衔铁） 13差动变压器差动变压器 14副杠杆副杠杆 15放大器放大器 16反馈动圈反馈动圈 17永久磁钢永久磁钢 18电源电源 19负载负载 20调零弹簧调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表电容式差压（压力）变送器电容式差压（压力）变送器 v微位移式变送器微位移式变送器 I0（1 1）测量部分）测量部分 填充液（硅油）填充液（硅油）固定电极固定电极可动电极可动电极P1转换放大单元转换放大单元 P2电容式压力传感器电容式压力传感器隔离膜片隔离膜片

32、 测量部分包括电容膜盒、高低压室测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等及法兰组件等. 测量原理测量原理: 将被测压力的变化转换将被测压力的变化转换成电容量的变化。成电容量的变化。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表感压弹性膜片、支持片、压电感压弹性膜片、支持片、压电晶体及引出线、绝缘套管等组晶体及引出线、绝缘套管等组成。成。压电式压力传感器结构压电式压力传感器结构化工仪表陕西科技大学 化学

33、与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表 活塞式压力计能达到活塞式压力计能达到的准确度等级有的准确度等级有0.02、0.05和和0.2级级三种，可分别用来校验三种，可分别用来校验0.250.25级精密压力表、各种工级精密压力表、各种工业级压力计和传感器等，校业级压力计和传感器等，校验压力最高值有验压力最高值有0.6、6、60MPa三种。活塞式压力计三种。活塞式压力计是利用静力平衡原理工作的，是利用静力平衡原理工作的，由压力发生系统和活塞测量由压力发生系统和活塞测量系统两部分组成，系统两部分组成， 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院压磁式压

34、力传感器压磁式压力传感器压磁式压力传感器结构示意图压磁式压力传感器结构示意图1外壳外壳 2弹性膜弹性膜 3线圈线圈 4铁芯铁芯 被测压力通过感压弹性膜被测压力通过感压弹性膜片片2传递给由坡莫合金制成的传递给由坡莫合金制成的铁芯铁芯4，铁芯在压力作用下，铁芯在压力作用下，其其磁导率磁导率发生改变，从而引起发生改变，从而引起线圈线圈3阻抗阻抗变化。显然，线圈变化。显然，线圈阻抗变化与被测压力有关。阻抗变化与被测压力有关。 第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压

35、力检测及仪表压力检测及仪表v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 在普通压力传感器上增加微处理器在普通压力传感器上增加微处理器 特点特点：具有远程通讯的功能：具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数各种参数 使用维护方便使用维护方便 长期稳定工作，每长期稳定工作，每5年才需校检一次。年才需校检一次。 组成：传感膜头：被测压力组成：传感膜头：被测压力- A/D转换转换-数字信号数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换转换- 420mA信号信号化工仪表陕

36、西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表A/D转换器转换器 温度温度传感器传感器 电容电容传感器传感器传感膜头内存传感膜头内存 修正系数修正系数 膜头信号膜头信号微处理器微处理器传感器线性化传感器线性化重设量程重设量程诊断诊断工程单位工程单位通信通信电子板内存电子板内存量程值量程值变送器组态信息变送器组态信息D/A转换转换数字数字通信通信本机量程和本机量程和零点调整零点调整手操器手操器传感膜头传感膜头电子线路板电子线路板 420mA智能变送器原理图智能变送器原理图化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院（1 1）从被测介质的性质

37、考虑）从被测介质的性质考虑（2 2）从被测介质压力大小考虑）从被测介质压力大小考虑（3 3）从工艺要求来考虑）从工艺要求来考虑（4 4）从仪表的使用环境考虑）从仪表的使用环境考虑1 1、仪表种类的选择、仪表种类的选择第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院仪表量程的选择仪表量程的选择 l测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；l测量脉动压力时，最大工作压力则不应超过量程的测量脉动压力时，最大工作压力则不应超过量程的1/2；l测高压时则不应超过量程的测高压时则不应超

38、过量程的3/5。为了保证测量准确度，最。为了保证测量准确度，最小工作压力应不低于量程的小工作压力应不低于量程的1/3。l测压力变化范围较大，超过了上述要求，则应使仪表量程测压力变化范围较大，超过了上述要求，则应使仪表量程上限满足最大工作压力条件。上限满足最大工作压力条件。第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警现场指示、远传指示、自动记

39、录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定 化工自控设计技术规定化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择

40、第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院压力计的安装压力计的安装测压点的选择测压点的选择n要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在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。管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。n测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向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，不应有凸出物或毛刺。保持平齐，不应有凸出物或毛刺。n测量液体压力时，取压点应在

41、管道下部，使导压测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存气体；测量气体压力时，取压点应在管内不积存气体；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体。管道上方，使导压管内不积存液体。第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院n导出管粗细要合适，一般内径为导出管粗细要合适，一般内径为6l0mm，长度，长度应尽可能短，最长不得超过应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示，以减少压力指示的迟缓。如超过的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力，应选用能远距离传送的压力计。计。n导压管水平安

42、装时应保证有导压管水平安装时应保证有1：101：20的倾斜的倾斜度，以利于积存于其中之液体度，以利于积存于其中之液体(或气体或气体)的排出。的排出。n当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管当被测介质易冷凝或冻结时，必须加保温伴热管线。线。n取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压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。力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。导压管铺设导压管铺设第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院1）压力计应安装在易观察和检修的地方。）压力

43、计应安装在易观察和检修的地方。2）安装地点应力求避免振动和高温影）安装地点应力求避免振动和高温影3）测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与）测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触。对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有测压元件接触。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。中性介质的隔离罐。4）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，对由此高度差而引起的测量误差应按对由此高度差而引起的测量误差应按p=Hpg进行修正进行修正5）压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选）压力计的连

44、接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。6）为安全起见，测量高压的仪表除选用表壳有通气孔的外，）为安全起见，测量高压的仪表除选用表壳有通气孔的外，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，以防发生意外第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表压力计的安装压力计的安装化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第2节节 压力检测及仪表压力检测及仪表指示误差指示误差变差变

45、差线性调整线性调整活塞式压力计的精度很高，量程也可以较高；可以用自活塞式压力计的精度很高，量程也可以较高；可以用自身精度校验，也可以砝码校验。身精度校验，也可以砝码校验。对比校验对比校验高一级的标准压力表与被较仪表在相同条件下进行；高一级的标准压力表与被较仪表在相同条件下进行；标准仪表量程要比被校仪表高一档；标准仪表量程要比被校仪表高一档；标准仪表允许绝对误不超过被校仪表的标准仪表允许绝对误不超过被校仪表的1/31/3最好是最好是1/51/5化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表化工仪表陕西科技大学 化学与化工学

46、院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表1、流量的定义与单位、流量的定义与单位流经管道或设备某一截面的流体的数量。流经管道或设备某一截面的流体的数量。 流量流量瞬时流量瞬时流量累积流量（总量）累积流量（总量）体积流量体积流量质量流量质量流量O=vAM=Q=vA0tQQdt0tMMdt化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表流量测量仪表分类流量测量仪表分类 1）速度式）速度式直接测量流体流速（电磁、超声和与之相关仪表）直接测量流体流速（电磁、超声和与之相关仪表）间接测量流

47、体流速（压差、浮子、涡轮、涡街、间接测量流体流速（压差、浮子、涡轮、涡街、靶式等）靶式等）2）容积式）容积式椭圆齿轮、活塞、腰轮、圆盘式等椭圆齿轮、活塞、腰轮、圆盘式等3）质量流量式）质量流量式热式质量、角动量式、陀螺式、科里奥利力式热式质量、角动量式、陀螺式、科里奥利力式化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表2、差压（节流）式流量计、差压（节流）式流量计利用流体流经节流装置时产生的压力差实现流量测量。利用流体流经节流装置时产生的压力差实现流量测量。节流现象节流现象-流体在装有节流装置的管道中流动时，在节流装置流

48、体在装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。前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。测量原理测量原理 在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在管道中流动的流体具有动压能和静压能， 在一定在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。不变。用节流元件测量流量时，流体流过节流装置用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后前后产生压力差产生压力差p p(p p= =p p1 1- -p p2 2) )，且，且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大流过的流量越大，节流装置前后的压差

49、也越大，流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。理。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表 对于可压缩流体，例如各种气体及蒸气通过节流元件对于可压缩流体，例如各种气体及蒸气通过节流元件时，时， 由于压力变化必然会引起密度由于压力变化必然会引起密度的改变，即的改变，即1 12 2，这时在公式中应引入体积膨胀系数这时在公式中应引入体积膨胀系数，可压缩性流体体积，可压缩性流体体积膨胀系数膨胀系数小于小于1 1，如果是不可压缩性流体，则，如果是不

50、可压缩性流体，则=1=1。流量方程式变为流量方程式变为 010122pQFMFp 流量公式中的流量系数流量公式中的流量系数与节流装置的结构形式、与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，值可直值可直接从有关手册中查出。接从有关手册中查出。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表1）标准节流装置）标准节流装置常用的节流元件有孔板、常用的节流元件有孔板、 喷嘴

51、、文丘里管，它们的结喷嘴、文丘里管，它们的结构形式、相对尺寸、技术要构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节均已标准化，故又称标准节流元件。流元件。 (a )(b )(c )高 压低 压入 口 部分渐 缩 部分喉 部渐 扩 部 分化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表2）取压方式）取压方式 角接取压角接取压-在孔板（或喷嘴）前后两端与管壁的夹角取压，在孔板（或喷嘴）前后两端与管壁的夹角取压，可通过环室或单独钻孔结构实现。可通过环室或单独钻孔结构实现。 环室取

52、压环室取压：6.4MPa以下，以下，DN50520mm，测量精度高，测量精度高，加工和安装要求高；加工和安装要求高； 单独钻孔取压单独钻孔取压：2.5MPa以下，以下，DN501000mm，结构简单，结构简单，安装方便，可测流量大。安装方便，可测流量大。 孔板的最大缺点孔板的最大缺点：压力损失大，标准喷嘴和标准文丘里管：压力损失大，标准喷嘴和标准文丘里管压力损失小，加工复杂，所以现场多用孔板式。压力损失小，加工复杂，所以现场多用孔板式。 适用范围适用范围：管径大于：管径大于50mm，雷诺数，雷诺数104105，清洁，完全，清洁，完全充满，前后须有稳流管。充满，前后须有稳流管。 化工仪表陕西科技

53、大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表3）差压式流量计的测量误差）差压式流量计的测量误差测量准确的前提：选型合理、设计加工准确、正确安装测量准确的前提：选型合理、设计加工准确、正确安装和维护、符合使用条件。和维护、符合使用条件。误差原因误差原因：（1）被测流体工作状态的变动）被测流体工作状态的变动（2）节流装置安装不正确）节流装置安装不正确（3）孔板入口边缘磨损）孔板入口边缘磨损（4）导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象）导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象（5）差压计安装或使用不正确）差压计安装或使用不正确 化工仪表陕西科技大

54、学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表3、浮子流量计、浮子流量计特点特点：小流量、流速低、灵敏（：小流量、流速低、灵敏（DN50mm，低雷诺数），低雷诺数）1）工作原理）工作原理：恒压降，变节流面积原理：恒压降，变节流面积原理平衡条件平衡条件：V(t-f)g=(p1-p2)A体积流量和质量流量分别为：体积流量和质量流量分别为： 2()2()tfftffgVMhAgVQhA 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表2）电远传式浮子流量计）电远传式浮子流量

55、计利用随浮子上下可动的铁心改变初级、次级感应线利用随浮子上下可动的铁心改变初级、次级感应线圈的磁通量，从而改变次级输出电势的原理进行测定，圈的磁通量，从而改变次级输出电势的原理进行测定，并用电路实现远程监控的流量计。并用电路实现远程监控的流量计。3）浮子流量计的指示修正）浮子流量计的指示修正由于流量计是在工业基准态下（水，由于流量计是在工业基准态下（水，空气空气：20,0.10133MPa）进行的测定，对于密度、粘度、）进行的测定，对于密度、粘度、温度、压力有变化的流体的测定就会有偏差，所以必须温度、压力有变化的流体的测定就会有偏差，所以必须进行校正。进行校正。 化工仪表陕西科技大学 化学与化

56、工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表4）浮子流量计安装注意事项）浮子流量计安装注意事项为了保证测量精度，防止出现故障，避免损坏仪表，为了保证测量精度，防止出现故障，避免损坏仪表，对流量计的安装有以下要求：对流量计的安装有以下要求：（1）垂直安装，流体由下向上，小进大出；）垂直安装，流体由下向上，小进大出；（2）地点无振动，易检修；管道有旁路，仪表后开；）地点无振动，易检修；管道有旁路，仪表后开；（3）玻璃管式不承受重量，温度超）玻璃管式不承受重量，温度超70 应加装防护；应加装防护；（4）拆装金属管式流量计要保护浮子连杆部分，电远传式）拆装

57、金属管式流量计要保护浮子连杆部分，电远传式安装、检查无误方可通电运行。安装、检查无误方可通电运行。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表4、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计容积式流量计，对粘度不敏感，可用于糊状物测定。容积式流量计，对粘度不敏感，可用于糊状物测定。1）工作原理工作原理每旋转一周，排液量为一个半月形容积的每旋转一周，排液量为一个半月形容积的4倍。倍。测量范围测量范围：3L/h540m3/h，口径，口径10250mm。2）使用特点使用特点高粘度体系，压降小，精度高，安装方便；高粘度体系，压降小，精度高，

58、安装方便；不能有固体，入口加装过滤器，不能有固体，入口加装过滤器，温度不能过高。温度不能过高。 化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表5、涡轮式流量计、涡轮式流量计1）工作原理工作原理流体驱动涡轮旋转，涡轮上的磁体使感应线圈上的流体驱动涡轮旋转，涡轮上的磁体使感应线圈上的磁通量发生变化，通过计数和频率的计算，可以测定即磁通量发生变化，通过计数和频率的计算，可以测定即时流量和总体积或质量，可远传。时流量和总体积或质量，可远传。优点优点：整体不用密封，可耐压（静压：整体不用密封，可耐压（静压50MPa），反应速度），

59、反应速度快，可测脉动流量，输出电信号，便于远传。快，可测脉动流量，输出电信号，便于远传。 缺点缺点：易磨损，流体要干净；安装前后要有稳流管段。：易磨损，流体要干净；安装前后要有稳流管段。化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表6、电磁流量计、电磁流量计利用导电介质加电后再磁场流动对电磁感应的影响工作。利用导电介质加电后再磁场流动对电磁感应的影响工作。特点：特点：1）管内无突出部件，几乎没有压力损失，不会发生堵塞，）管内无突出部件，几乎没有压力损失，不会发生堵塞，可测含颗粒或纤维物

60、料，可测腐蚀性介质；可测含颗粒或纤维物料，可测腐蚀性介质；2）流量计输出电流与流量具有线性关系，不受其他物理量）流量计输出电流与流量具有线性关系，不受其他物理量的变化的影响；的变化的影响；3）测量范围宽）测量范围宽4）无机械惯性，反应灵敏，可测脉动流量；）无机械惯性，反应灵敏，可测脉动流量；化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院化工仪表陕西科技大学 化学与化工学院第第2章章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器第第3节节 流量检测及仪表流量检测及仪表不足不足：1）工作温度有限制）工作温度有限制2）被测流体的导电率限制，不能测不导电或气体介质）被测流体的导电率限制，不能测不导电或气体介质3）流速和流速