培训文件之仪表部分

159/159培训资料之仪表部分前言自动化技术是当代进展迅速、应用广泛、最引人瞩目的高新技术之一，在某种程度上，能够讲自动化是现代化的同义词。工业自动化技术，确实是在没有人直接参与的情况下，通过自动操纵装置或系统，对生产过程、工艺参数、技术指标、产品要求等进行自动的调节与操纵，使之达到预定的技术指标。自动化技术的水平，将直接阻碍到产品的质量、产量、成本、劳动生产率、预期生产和盈利目标的完成。我厂煤制油工艺是世界上第一套利用原煤作为原料，在高温、高压、催化剂、临氢条件下生产石油产品的工业化大型生产装置，其所采纳的自动操纵系统具有技术先进、高精度、高可靠性、高灵活性等特点，将会确保全厂装置安全、平稳、长周期、满负荷和高质量运行，将会极大地提高企业的生产能力和经济效益。本章将从以下几个部分着手，结合本厂实际，有代表性的讲解工业自动化的基础理论和实际应用等方面的知识。第一节DCS、ESD及现场总线技术一、DCS系统1.概述DCS(DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM)即集散型操纵系统,是利用计算机技术对生产过程进行集中检测、操作、治理和分散操纵的一种新型操纵技术，是由计算机技术、信号处理技术、测量操纵技术、通讯网络技术、CRT技术、图形显示技术及人机接口技术相互渗透进展而产生的。它实现了操纵系统的功能分散，负荷分散，危险分散以及集中治理。DCS既不同于分散的仪表操纵，又不同于集中式计算机操纵系统，而是克服了二者的缺陷集中了二者的优势。DCS采纳的是标准化、模块化和系列化的设计，由过程操纵级、操纵治理级和生产治理级组成一个以通讯网络为纽带的集中显示而操作治理、操纵相对分散的有用系统。它具有如下特点：（１）自主性；（２）协调性；（３）在线性与实时性；（４）高可靠性；（５）适应性、灵活性和可扩充性；（6）友好性。各DCS厂商（以Honeywell、Emerson、、横河、ABB为代表）纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容。总的进展趋势可体现在如下几个方面：各制造厂商都在“开放性”上下功夫，力求使自己的DCS与其他厂商的产品专门容易地联网；大力进展和完善DCS的通信功能，并将生产过程操纵系统与工厂治理系统连结在一起，形成管控一体化；高度重视系统的可靠性，在软件的设计中采纳容错技术；在操纵功能中，不断引进各种先进操纵理论，以提高系统的操纵性能，如自整定、自适应、最优、模糊操纵等；在系统规模和结构上，形成由小到大的产品，以适应不同规模的需求。当今Honeywell公司最新推出的ExperionPKS（过程知识系统）、Emerson公司的PlantWeb(EmersonProcessManagement)、Foxboro公司的A2、横河公司的R3（PRM-工厂资源治理系统）和ABB公司的IndustrialIT系统代表了目前DCS的最新技术特点。而以和利时、浙大中控、上海新华为代表的国内DCS厂家通过10年的努力，各自推出自己的DCS系统：和利时推出MACS－Smartpro第四代DCS系统、浙大中控推出Webfield(ECS)系统、新华推出XDPF-400系统。三家积极努力，为DCS在国内工业企业的普及应用，特不是在中小型企业中的应用做出了贡献。2.HoneywellPks集散型操纵系统（1）简介ExperionPKS系统包含了霍尼韦尔公司三十年来在过程操纵、操作治理、行业知识等方面积存的经验，采纳最先进的开放平台和网络技术，为工业企业提供一个统一的、全厂的、自过程操纵、设备和资产治理、直至生产治理、集成制造等一体化的知识系统体系结构和全系列的解决方案。

PKS是具有最先进的DCS能力的、统一的、协作的体系结构。它最大的特点是采纳容错以太网技术，具有先进的、鲁棒式的分布式操纵系，它提供方便的知识共享和工作流的治理，使企业人员与最先进的自动化技术结合在一起，并使企业人员也相互联系在一起。ExperionPKS系统要紧包括:①调节操纵和逻辑操纵一体化的C200混合操纵器②和EPKS系统一体化的高可靠性的故障安全操纵器FSC③多种类型的常规的、智能的输入/输出子系统和各种类型现场总线的集成④方便的基于Windows的操作、应用环境⑤先进的HMIWeb技术的人机界面⑥支持OPC等开放式标准，提供多种第三方操纵器的通讯接口⑦鲁棒的、高可靠性的容错以太网FTE⑧高效的分布式系统体系结构DSA⑨全系列的先进操纵、设备和异常状态治理、经营治理等集成制造解决方案（2）系统组成DCS一般由五部份组成：操纵器、I/O板、操作站、通讯网络、图形及编程软件。尽管若干年往常就有人判定DCS立即被FCS（现场总线操纵系统）所取代，然而直至今日，DCS仍然具有相当的生命力。（3）煤液化应用煤液化项目联合操纵室UCR1-UCR5采纳HONEYWELLPKS系统，单元操纵室采纳SCADAP32P操纵器。二、ESD系统1.概述ESD是英文EmergencyShutdownDevice的缩写，即紧急停车系统。这种专用的安全爱护系统是90年代进展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。

ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散操纵系统，其安全级不高于DCS。为何要独立设置ESD系统呢？因此一般安全联锁爱护功能也可由DCS来实现。然而关于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，如此做要紧有以下几方面缘故：

（1）降低操纵功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也可不能危及安全爱护系统。

（2）关于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于爱护设备，幸免事故扩大；并有利于分辨事故缘故记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得专门快；

（3）DCS系统是过程操纵系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，如此设置ESD能够幸免人为误的动作。2.TRICONESD系统（1）简介Tricon操纵器是一种三重化冗余（TripleModularRedundant—TMR）操纵器，它采纳“三取二”表决方式工作。由于该操纵器是美国Triconex公司开发的，因此也称其为Tricon操纵器。另外，Tricon操纵器也是特指Triconex公司开发的TMR产品，以不于其它公司开发的TMR产品。（2）系统组成Tricon三重化冗余容错操纵器是通过三重模件冗余结构（TMR）实现容错的，不论是结构的硬件故障，依旧内部或外部的瞬时故障，Tricon操纵器都能做到无差错，可不能中断操纵。Tricon操纵器三重化结构如下图所示。 自动热备用 自动热备用 I/O总线输出分电路A主处理器A输入分电路A输出分电路A主处理器A输入分电路A 三总线 三总线 输出分电路B主处理器B输入分电路B输出分电路B主处理器B输入分电路B I/O总线输出分电路C主处理器C输入分电路C输出分电路C主处理器C输入分电路C输入 表决器输出Tricon操纵器三重化结构TRICON系统（TMR）的每一个数字输入/输出模件都包含三个完全相同的相互隔离的支路。每一个支路含有一个I/O微处理器，并从它的相应的主处理器上的I/O通讯处理器接收其输出表。（3）煤液化应用煤液化项目的联锁爱护系统采纳的是Triconex公司的TMR三重化冗余操纵系统，满足TUV6的认证要求，达到SIL3的安全等级。三、PLC系统1.概述PLC英文全称是ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑操纵器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，是专为在工业环境中应用而设计的。它采纳一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序操纵、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出来操纵各种类型的机械或生产过程。可编程序操纵器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑推断、计时、计数等顺序操纵功能，故也称它为顺序操纵器（SequenceController）。2.系统组成可编程序操纵器硬件由五部分构成:（1）中央处理器（CentralProcessorUnit简称CPU）；（2）电源（PowerSupply）；（3）输入组件（Inputs）；（4）输出组件（Outputs）；（5）编程器（Programmer）。3.PLC的要紧特点

（1）可靠性；（2）丰富的I/O接口模块；（3）采纳模块化结构；（4）编程简单易学；（5）安装简单，维修方便

。4.PLC的功能（1）逻辑操纵；（2）定时操纵；（3）计数操纵；（4）步进(顺序)操纵；（5）PID操纵；（6）数据操纵；（7）通信和联网；（8）其它：PLC还有许多专门功能模块，适用于各种专门操纵的要求，如：定位操纵模块，CRT模块。5.PLC图例（1）差不多逻辑门符号差不多逻辑运算常用的逻辑门图形符号，如下图所示：

(a)与门(b)或门(c)非门图差不多逻辑门（2）组合逻辑运算①组合逻辑运算将差不多逻辑运算进行各种组合，能够获得与非、或非、与或非、异或、同或等组合逻辑运算。②组合逻辑门符号与差不多逻辑运算有对应的逻辑门一样，组合逻辑运算也有相应的逻辑门符号，这些符号差不多上是由差不多逻辑门的与门、或门和非门符号组合而成，见图。(a)与非门(b)或非门(c)与或非门(d)异或门(e)同或门图各种组合逻辑门6.煤液化装置要紧应用PLC在煤液化项目中应用较多，如泵、压缩机、透平等。四、现场总线1.概述现场总线（FCS）是连接现场智能设备和自动化操纵设备的双向串行、数字式、多节点通信网络，它也被称为现场底层设备操纵网络（INFRANET）。分布式的FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中，操纵分散"的思想。2.结构随着现场总线技术的出现和成熟，促使了操纵系统由集散操纵系统（DCS）向现场总线操纵系统（FCS）的过渡。在一般的FCS系统中，遵循一定现场总线协议的现场仪表能够组成操纵回路，使操纵站的部分操纵功能下移分散到各个现场仪表中。从而减轻了操纵站负担，使得操纵站能够专职于执行复杂的高层次的操纵算法。关于简单的操纵应用，甚至能够把操纵站取消，在操纵站的位置代之以起连接现场总线作用的网桥和集线器，操作站直接与现场仪表相连，构成分布式操纵系统。3.特点分布式的FCS系统比DCS系统更好地体现了“信息集中，操纵分散"的思想。与传统的DCS相比，FCS有其自身的特点。FCS系统具有高度的分散性，它能够由现场设备组成自治的操纵回路。FCS的结构比DCS简化。有的FCS系统省略了DCS中操纵站这一层，操作站直接与现场仪表相连。这些使FCS的可靠性得到提高。

现场总线系统具有开放性。系统的开放性决定了它具有互操作性和互用性。作为工厂网络底层的现场总线还对现场环境有较强地适应性。由于结构上的改变，FCS比DCS更节约硬件设备。与此同时，FCS比DCS性能有所提高。4.现场总线的优点由于现场总线具有以上特点，特不是其系统结构的简化，使其从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。它不仅节约了硬件数量与投资，节约了安装费用，而且系统的维护开销也大大地降低。现场总线操纵系统不仅精确度与可靠性高，在方便使用和维护性方面，FCS也比DCS有优势。FCS使用统一的组态方式，安装、运行、维修简便；利用智能化现场仪表，使维修预报（Predictedmaintenance）成为可能；由于系统具有互操作性和互用性，用户能够自由选择不同品牌的设备达到最佳的系统集成，在设备出现故障时，能够自由选择替换的设备，保障用户的高度系统集成主动权。

此外，它还具有设计简单，易于重构等特点。5.进展趋向

传统的集散操纵系统（DCS系统）具有集中监控、分散操纵、操作方便的特点。然而，在实际应用中也发觉DCS的结构存在一些不足之处，如操纵不能做到完全分散，危险仍然相对集中；由于系统的不开放性，不同厂家的产品不能互换、互联，限制了用户的选择范围。利用现场总线技术，开发FCS系统的目标是针对现存的DCS的某些不足，改进操纵系统的结构，提高其性能和通用性。

FCS想要在实际中取代DCS，既要具备DCS所具有的功能，又要能克服DCS的缺点。FCS由于采纳了现场总线技术，在开放性、操纵分散等方面优于传统DCS。然而由于它是一种新技术，目前连标准本身都还没有制定统一，因此FCS与成熟的DCS相比，还存在下列的一些欠缺。

（1）由于现场总线标准本身尚在进展中，从而给产品的开发和测试带来难度。（2）在某些场合中，FCS还无法提供DCS已有的操纵功能。（3）目前FCS成功的应用实例不多，难以评估实际应用效果。

由于以上这些缘故，FCS取代DCS将是一个逐渐的过程。在这一过程中，会出现一些过渡型的系统结构，如在DCS中以FCS取代DCS中的某些子系统。用户将现场总线设备连接到独立的现场总线网络服务器，服务器配有DCS中连接操作站的上层网络接口，与操作站直接通信。在DCS的软件系统中可增添相应的通信与治理软件，如此不需要对原有操纵系统作结构上作出较大变动。第二节现场仪表技术一、仪表的各种测量误差及参数1.关于测量的概念依照国际通用计量学差不多名词的推举“测量是以确定量为目的的一组操作”。那个地点的量值均指物理量而言。测得的物理量值是一个名数,它由表示物理量的数值和物理量的单位组成。同一物理量,由于所选择的单位不同,得到测量结果的数值也不同。因此,在给出测量值大小的同时一定要给出所用的测量单位。2.测量方法

测量方法是完成测量任务所采纳的手段。一般是依照给定的原理规定出在测量中所涉及的运算和实际操作。

在测量过程中由于测量对象、测量环境、测量参数不同,采纳着各式各样的测量仪表和测量方法。

（1）简单测量当选用适当的测量仪表即可直接完成测量任务,即可测得足够精度的被测物理量的大小时,常把这种测量称为简单测量。

（2）直接测量任何测量都包含不同的简单测量。假如在测量过程中只包括一项简单测量和只依照一些已知数据对测量结果运算就能够得到被测物理量的大小,常把这种测量称为直接测量。

（3）间接测量假如对被测物理量的测量包括两个或两个以上的简单测量,或包括依照若干直接测量结果来计算出最后测量结果,这种测量称为间接测量,也叫非直接测量。3.测量仪表的性能指标

仪表运行特性通常分为静态特性和动态特性两大类。（1）测量仪表的静态特性

①精确度

与精确度有关的指标有三个:周密度、正确度和精确度等级。

a．周密度它讲明测量仪表表示值的不一致程度。即对某一稳定的被测量在相同的规定的工作条件下,由同一测量者用同一仪表在相当短的时刻内连续重复测量多次,其测量结果的不一致程度。

b．正确度它讲明表示值有规律地偏离真值大小值的程度。

c．精确度它是周密度和正确度两者的总和,即测量仪表给出接近于被测真值的能力。

d．精确度等级它是指在规定的工作条件下,仪表最大同意误差相关于仪表测量范围的百分数也称精度等级。

②稳定性

它是指在规定的工作条件保持恒定时在规定时刻内仪表性能保持不变的能力。一般用周密度数值和观测时刻长短表示。

③阻碍系数

阻碍系数是仪表性能的重要指标。由于仪表实际工作条件要比标准工作条件差专门多,现在阻碍量的作用能够用阻碍系数来表示。它是示值变化与阻碍量变化之间的比值。

④仪表静态输入-输出特性

仪表静态输入-输出特性由灵敏度、灵敏限、分辨率、线性度、滞环、量程等特性表示。

a．灵敏度它表征仪表在稳态输出增量与输入增量之间的比值,是静态特性曲线上相对应的斜率。

b．灵敏限当仪表的输入量从零不断增加时,在仪表示值发生可察觉的极微小变化时,现在对应的输入量的最小变化值,称为灵敏限。

c．分辨率它表示仪表能够检测到被测量最小变化的本领。

d．线性度通常用实际校验曲线与一条通过特性曲线上、下限值的端基直线之间的最大偏差值与最大值之比来衡量。

⑤死区、回差和滞环

a．死区它是指可不能引起仪表输出的输入值最大变化的范围。

b．回差它是指在仪表全部测量范围内被测量值上行和下行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。

c．滞环它是指在仪表全部测量范围内被测量值上行和下行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差与死区之差。

⑥量程它是指测量上下限之间的代数差。（2）测量仪表的动态特性及动态误差

①动态特性

测量仪表的动态特性是仪表在动态工作中所呈现的特性,它决定仪表测量快变参数的精度,通常用稳定时刻和极限频率来概括表示。

所谓稳定时刻是指给仪表一个阶跃输入,从阶跃开始到输出信号进入并不再超出对最终稳定值规定的同意误差时的时刻间隔,稳定时刻又称阻尼时刻。

极限频率是指一个仪表的有效工作频率。在那个频率以内仪表的动态误差不超过同意值。

②动态误差

动态误差是仪表随时刻变化的被测量时所具有的误差,其数值是动态与静态测量结果的差值。动态误差属于规律性误差。③仪表的各种测量误差（参数）

传感器和变送器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。然而在实际测量过程中，往往由于仪表本身性能、安装使用环境、测量方法及操作人员疏忽等主客观因素的阻碍，使得测量结果与被测量的真实值之间存在一些偏差，那个偏差就称为测量误差。4.误差的分类误差的分类方法专门多，如按误差出现的规律来分，可分为系统误差、偶然误差和疏忽误差；按仪表使用条件来分，有差不多误差、附加误差；按被测量变量随时刻变化的关系来分，有静态误差、动态误差等等。一般经常用绝对误差、相对误差和引用误差等来表示仪表的性能指标。①绝对误差绝对误差是指仪表的测量值与被测变量真实值之差,即△C＝Cm-Cr。②相对误差相对误差是指测量的绝对误差与被测变量的真实值之比，即Ca=△C/Cr。③引用误差测量仪表的准确性不仅与绝对误差和相对误差有关，而且还与仪表的测量范围有关。工业仪表通常用引用误差来表示仪表的准确程度，即绝对误差与测量范围的比值，以百分数表示，Ca=△C/(Cmax-Cmin)x100%。在正常使用条件下，仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度（精确度），按数值的大小分为不同的等级，它是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。一般用最大引用误差去掉正、负号及百分号来表示准确度等级（精确度等级）。我国工业仪表等级一般划分为…、0.05、0.1、0.25、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0、…。二、仪表分类及选用原则1.检测与过程操纵仪表分类检测与过程操纵仪表（通常称自动化仪表）分类方法专门多，依照不同原则能够进行相应的分类。例如按仪表所使用的能源分类，能够分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（专门少见）；按仪表组合形式，能够分为基地式仪表、单元组合仪表和综合操纵装置；按仪表安装形式，能够分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃进展，依照仪表有无引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。依照仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。显示仪表依照记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦能够有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。

调节仪表但是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。

执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分为气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式能够分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀依照其结构特性和流量特性不同进行分类，按结构特点通常分为直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。

这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门不类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器能够划归温度检测仪表，差压变送器能够划归流量检测仪表，压力变送器能够划归压力检测仪表，若用静压法测液位能够划归物位检测仪表，专门难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也专门难归并。2.变送器的选用原则（1）各类变送器的特点传感器和变送器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。与传感器不同，变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外，一般还具有一定的放大作用。下面简单地介绍各类变送器的特点。

①一体化温度变送器

一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采纳固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接爱护、限流爱护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的恒流信号。

热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接爱护、限流爱护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电爱护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。

一体化温度变送器具有结构简单、节约引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接爱护和限流爱护、工作可靠等优点。

一体化温度变送器的输出为统一的4～20mA信号,可与微机系统或其它常规仪表匹配使用,也可按用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。

②压力变送器

压力变送器也称差压变送器，要紧由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

压力变送器的测量原理（以电容式为例）是：过程压力通过两侧或一侧隔离膜片，灌充液作用在δ元件(即敏感元件)内张紧的测量膜片上，测量膜片与两侧绝缘体上的电容极板各组成一个电容器，在无压力通入或两侧压力均等时测量膜片处于中间位置，两个电容器的电容量相等.当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，这种位移转变为电容极板上形成的差动电容。由电子线路把差动电容转换成4-20mADC的二线制电流信号。压力变送器和绝对压力变送器的工作原理和差压变送器相同，所不同的是低压室压力是大气压或真空。压力变送器依照测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微差压变送器（0～30kPa）两种。

③液位变送器

a．浮球式液位变送器

浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。

一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件，它能够在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并由电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内爱护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地爱护电源并使二次仪表不被损坏。

b．浮筒式液位变送器

浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是依照阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时能够通过现场按键来进行常规的设定操作。

c．静压或液位变送器

该变送器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10V的电流方式输出。

④电容式物位变送器

电容式物位变送器适用于工业企业在生产过程中进行测量和操纵生产过程，要紧用作类导电与非导电介质的液体液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。

电容式液位变送器由电容式传感器与电子模块电路组成，它以两线制4～20mA恒定电流输出为基型，通过转换，能够用三线或四线方式输出，输出信号形成为1～5V、0～5V、0～10mA等标准信号。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时，因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数，因此电容量随着物料高度的变化而变化。变送器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采纳脉宽调原理进行测量的优点是频率较低，对周围无射频干扰、稳定性好、线性好、无明显温度漂移等。

⑤超声波变送器

超声波变送器分为一般超声波变送器（无表头）和一体化超声波变送器两类，一体化超声波变送器较为常用。

一体化超声波变更新器由表头（如LCD显示器）和探头两部分组成，这种直接输出4～20mA信号的变送器是将小型化的敏感元件（探头）和电子电路组装在一起，从而使体积更小、重量更轻、价格更廉价。超声波变送器可用于液位。物位的测量和开渠、明渠等流量测量，并可用于测量距离。

⑥锑电极酸度变送器

锑电极酸度变送器是集PH检测、自动清洗、电信号转换为一体的工业在线分析仪表，它是由锑电极与参考电极组成的PH值测量系统。在被测酸性溶液中，由于锑电极表面会生成三氧化二锑氧化层，如此在金属锑面与三氧化二锑之间会形成电位差。该电位差的大小取决于三所氧化二锑的浓度，该浓度与被测酸性溶液中氢离子的适度相对应。假如把锑、三氧化二锑和水溶液的适度都当作1，其电极电位就可用能斯特公式计算出来。

锑电极酸度变送器中的固体模块电路由两大部分组成。为了现场作用的安全起见，电源部分采纳交流24V为二次仪表供电。这一电源除为清洗电机提供驱动电源外，还应通过电流转换单元转换成相应的直流电压，以供变送电路使用。第二部分是测量变送器电路，它把来自传感器的基准信号和PH酸度信号经放大后送给斜率调整和定位调整电路，以使信号内阻降低并可调节。将放大后的PH信号与温度补偿信号进行迭加后再进入转换电路，最后输出与PH值相对应的4～20mA恒流电流信号给二次仪表以完成显示并操纵PH值。

⑦酸、碱、盐浓度变送器

酸、碱、盐浓度变送器通过测量溶液电导值来确定浓度。它能够在线连续检测工业过程中酸、碱、盐在水溶液中的浓度含量。这种变送器要紧应用于锅炉给水处理、化工溶液的配制以及环保等工业生产过程。

酸、碱、盐浓度变送器的工作原理是：在一定的范围内，酸碱溶液的浓度与其电导率的大小成比例。因而，只要测出溶液电导率的大小变可得知酸碱浓度的高低。当被测溶液流入专用电导池时，假如忽略电极极化和分布电容，则能够等效为一个纯电阻。在有恒压交变电流流过时，其输出电流与电导率成线性关系，而电导率又与溶液中酸、碱浓度成比例关系。因此只要测出溶液电流，便可算出酸、碱、盐的浓度。

酸、碱、盐浓度变送器要紧由电导池、电子模块、显示表头和壳体组成。电子模块电路则由激励电源、电导池、电导放大器、相敏整流器、解调器、温度补偿、过载爱护和电流转换等单元组成。

⑧电导变送器

它是通过测量溶液的电导值来间接测量离子浓度的流程仪表（一体化变送器），可在线连续检测工业过程中水溶液的电导率。

由于电解质溶液与金属导体一样是电的良导体，因此电流流过电解质溶液时必有电阻作用，且符合欧姆定律。但液体的电阻温度特性与金属导体相反，具有负向温度特性。为区不于金属导体，电解质溶液的导电能力用电导（电阻的倒数）或电导率（电阻率的倒数）来表示。当两个互相绝缘的电极组成电导池时，若在其中间放置待测溶液，并通以恒压交变电流，就形成了电流回路。假如将电压大小和电极尺寸固定，则回路电流与电导率就存在一定的函数关系。如此，测了待测溶液中流过的电流，就能测出待测溶液的电导率。

电导变送器的结构和电路与酸、碱、盐浓度变送器相同。

⑨智能变送器

智能式变送器是由传感器和微处理器（微机）相结构而成的。它充分利用了微处理器的运算和存储能力，可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理（如滤波、放大、A/D转换等）、数据显示、自动校正和自动补偿等。

微处理器是智能式变送器的核心。它不但能够对测量数据进行计算、存储和数据处理，还能够通过反馈回路对传感器进行调节，以使采集数据达到最佳。由于微处理器具有各种软件和硬件功能，因而它能够完成传统变送器难以完成的任务。因此智能式变送器降低了传感器的制造难度，并在专门大程主上提高了传感器的性能。另外，智能式变送器还具有以下特点：具有自动补偿能力，可通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂等进行自动补偿；可自诊断，通电后可对传感器进行自检，以检查传感器各部分是否正常，并作出推断；数据处理方便准确，可依照内部程序自动处理数据，如进行统计处理、去除异常数值等；具有双向通信功能。微处理器不但能够接收和处理传感器数据，还可将信息反馈至传感器，从而对测量过程进行调节和操纵；可进行信息存储和经历，能存储传感器的特征数据、组态信息和补偿特性等；具有数字量接口输出功能，可将输出的数字信号方便地和计算机或现场总线等连接。（2）传感器选用原则现代传感器在原理与结构上千差万不，如何依照具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就能够确定了。测量结果的成败，在专门大程度上取决于传感器的选用是否合理。

①依照测量对象与测量环境确定传感器的类型②灵敏度的选择

③频率响应特性

④线性范围

⑤稳定性

⑥精度三、流量测量仪表流量确实是在单位时刻内流体通过一定截面积的量。那个量用流体的体积来表示称为瞬时体积流量（qv），简称体积流量；用流量的质量来表示称为瞬时质量流量（qm），简称质量流量。流量计量单位一般有:体积流量：m3/h，L/h；质量流量：Kg/h，t/h；标准状态下气体体积流量：Nm3/h

对在一定通道内流淌的流体的流量进行测量统称为流量计量。依照测量原理，将流量测量方法分为几大类，下面分不讲明其测量方法、特性等，并介绍几种常用的流量计。1.差压式流量计（1）概述差压式流量计(DifferencePressFlowmeter)简称DPF，是利用孔板节流原理，依照产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。（2）差不多原理充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，因此在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，如此可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流淌连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。在正常情况（介质物理参数保持不变）下，流量的大小是与孔板前后产生的压差的平方根成正比的，F＝k△P1/2。孔板是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板。孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角。标准孔板有三种取压方式：角接、法兰及D-D/2取压；如图所示。图孔板的三种取压方式在煤液化装置中楔形流量计也是仪表的选型之一，如FE1606、FE1706、FE1806等等。楔形流量计也是差压节流元件的一种，其结构如下图所示。其检测件为V形，设计合适时无滞流区，可不能使管道堵塞，取压方式未标准化。楔形流量计1-高压取压口；2-低压取压口；3-测量管；4-楔形孔板；5-法兰要紧特点：①测量范围宽,雷诺数500到数百万范围内,流量和差压始终保持方根关系。②精确度高,经标定的楔式流量计,其流量系数差不多误差在+0.5%内。③具有自清洁能力,节流件上下游无滞流区。④永久压损比孔板小。⑤它结构牢固、抗震性好，安装方便、操作简单且重复性好,可靠性高。⑥寿命长,成本低,安装及维护方便适用范围：①适合于低雷诺数流体的流量测量。②特不适合于高粘度流体、含固体颗粒液体、浆状流体，如燃料油、原油、废水、煤焦油、铁矿浆、油浆、碳黑溶液、两相流体等流量的测量。③适合于公称直径DN25-DN300的管道。④管嘴取压楔式流量计用于公称压力PN6.4MPa和温度450℃以下的各种场合；法兰取压式楔式流量计适用于公称压力PN4.0MPa以下的各种场合；其温度视差压变送器的耐温性能而定，一般限制在180℃以下。（3）差压计特点节流孔板结构易于复制，简单，牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。DPF应用领域极其广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比，封闭管道各种测量对象都有应用：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态方面，常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面，从几毫米到几米；流淌条件方面：亚音速流、临界流、脉动流。缺点；如流出系数不稳定，线性差，重复性不高，准确度因受诸多因素阻碍也不高，易积污和易被磨损，压损较大，量程比（范围度）小，现场安装条件高，要求的直管段过长等。（4）安装使用注意事项①安装注意事项：节流元件的安装要求包括方向要求（孔板圆柱形锐孔方向与流体流向一致）、管道条件(吹扫洁净)、管道连接情况（节流件的前端面应与管道轴线垂直）、取压口位置（依照被测介质而定）、节流装置上下游直管段长度（节流件不同要求也不同）以及差压信号管路的敷设情况等。②使用注意事项尽管DPF的设计、制造及安装等皆符合标准规定的要求，但假如不注意使用，也可能达不到设计精确度的要求。DPF检测件节流装置安装于现场各种工作场所，在长期运行后，不管管道或节流装置都会发生一些变化，如堵塞、结垢、磨损、腐蚀等等，因此节流件任何几何形状及尺寸的变化都会带来附加误差，因此定期检查检测件是必要的。使用者要及时检查工艺参数，对仪表进行修正或采取一些措施，如更换节流件，调整差压变送器量程等等。另外，在起表时应注意幸免差压表单向受压和承受高温，排放时注意隔离液的流失并防止产生燃烧、爆炸、中毒、污染等危险。注意引压管和变送器的保温伴热，防止介质冷凝，结晶等，阻碍测量。2.容积式流量计（1）概述容积式流量计又称排量流量计（positivedisplacementflowmeter），简称PDF，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，依照计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。PDF流量计一般不具有时刻基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时刻的装置。PDF品种繁多，可按不同原则分类。按测量元件结构分类有如下型式：转子式、刮板式、旋转活塞式、膜式等。（2）差不多原理典型的PDF（椭圆齿轮式）的工作原理如下图所示。两个椭圆齿轮具有相互滚动进行接触旋转的专门形状。P1和p2分不表示入口压力和出口压力，显然p1>p2，图（a）下方齿轮在两侧压力差的作用下，产生逆时针方向旋转，为主动轮；上方齿轮因两侧压力相等，不产生旋转力矩，是从动轮，由下方齿轮带动，顺时针方向旋转。在(b)位置时，两个齿轮均在差压作用下产生旋转力矩，接着旋转。选装到(c)位置时，上方齿轮变为主动轮，下方齿轮则成为从动轮，接着旋转到与(a)相同位置，完成一个循环。一次循环动作排出四个由齿轮与壳壁间围成的新月形空腔的流体体积，该体积称作流量计的"循环体积"。设流量计"循环体积"为v，一定时刻内齿轮转动次数为N，则在该时刻内流过流量计的流体体积为V有V＝Nv。尽管有许多分割方法形成各种形式的PDF，但大部分都有相似的差不多特征。PDF产生误差的要紧缘故是分割单个流体体积的活动测量件和静止测量室之间的缝隙泄漏量所形成。（3）特点PDF计量精度高，没有前置直管段要求。PDF可用于高粘度流体的测量。范围度宽，一般为10：1到5：1，专门的可达30：1或更大。PDF是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，操作简便。然而PDF结构复杂，体积大，笨重，故一般只适用于中小口径。与其他几类通用流量计（如差压式、浮子式、电磁式）相比，PDF的被测介质种类、介质工况（温度、压力）、口径局限性较大，适应范围窄。由于高温下零件热膨胀、变形，低温下材质变脆等问题，PDF一般不适用于高低温场合。目前可使用温度范围大致在-30～+160℃，压力最高为10MPa。大部分PDF仪表只适用洁净单相流体，含有颗粒、脏污物时上游需装过滤器（否则检测活动件易被卡死），既增加压损，又增加维护工作；如测量含有气体的液体必须装设气体分离器。部分形式PDF仪表（如椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式等）在测量过程中会给流淌带来脉动，较大口径仪表还会产生噪声，甚至是管道产生振动。（4）安装及使用注意事项①安装注意事项：a.周围温度和湿度应符合制造厂规定，一般温度为-10(-15)～40（50）℃，湿度为10%～90%。b.日光直射在夏季会使温度升高，接近辐射热的场所，亦会使温度升高。这种场所应采取遮阳或隔热措施。c.非防尘、防浸水型仪表应避开有腐蚀性气氛或潮湿场所，因为计算器减速齿轮等零部件会被腐蚀气体和昼夜温差结露所损坏。如无法幸免，可采取内腔用洁净空气吹气(airpruge)方式保持微正压。d.避开振动和冲击的场所。e.要有足够空间便于安装和日常维护。f.仪表姿势必须做到横平竖直，一般为水平安装。流淌方向应与仪表壳体表明方向一致，一般只能作单方向测量，必要时在其下游装止逆阀，以免损坏仪表。与管道连接要使流量计不承受管线膨胀、收缩、变形和振动；防止系统因阀门及管道设计不合理产生振动，特不要幸免谐振。PDF计量室与活动检测件的间隙专门小，流体中颗粒杂质阻碍仪表正常运行，造成卡死或过早磨损。仪表上游必须安装过滤器，并定期清洗；测量气体在必要时应考虑加装沉渣器或水汲取器等爱护性设备。用于测量液体管道必须幸免气体进入管道系统，必要时设置气体分离器。g.在连续使用的生产线上安装流量计时，应设置旁路管线和阀门，以便于清扫和检修。②使用注意事项：a.清洗管线新投管线运行前要清扫，往往随后还要用实流冲洗，以去除残留焊屑垢皮等。现在先应关闭仪表前后截止阀，让液流从旁路管流过；若无旁路管，仪表位置应装短管代替。b.排尽气体通常实液扫线后，管道内还残留较多空气，随着加压运行，空气以较高流速流过PDF，活动测量元件可能过速运转，损伤轴和轴承。因此开始时要缓慢增加流量，使空气慢慢外逸。c.旁路管切换顺序液流从旁路管转入仪表时，启闭要缓慢，特不在高温高压管线上更应注意。启用时第1步缓缓开启旁路阀，液体先在旁路管流淌一段时刻；第2步缓缓开启进口阀；第3步缓缓开启出口阀；第4步缓缓关闭旁路阀。切除仪表改旁路管时按上述逆顺序动作操作。启动后通过最低位指针或字轮和秒表，确认未达过度流淌，最佳流量应操纵在(70～80%)最大流量，以保证仪表使用寿命。d.检查过滤器新线启动过滤器网最易被打破，试运行后要及时检查网是否完好。同时过滤网清洁无污物时记录下常用流量下的压力损失那个参数，今后不必卸下检查网堵塞状况，即以压力损失增加程度推断是否要清洗。e.测量高粘度液体用于高粘度液体，一般均加热后使之流淌。当仪表停用后，其内部液体冷却而变稠，再启用时必须先加热待液体粘度降低后才让液体流过仪表，否则会咬住活动测量元件使仪表损坏。f.润滑气体用等PDF启用前必须加润滑油，日常运行也经常检查润滑油存量的液位计。g.幸免急剧流量变化使用气体腰轮流量计时，应注意不能有急剧的流量变化(如使用快开阀)，因腰轮的惯性作用，急剧流量变化将产生较大附加惯性力，使转子损坏。用作操纵系统的检测仪表时，若下游操纵突然截止流淌，转子一时停不下来，产生压气机效应，下游压力升高，然后倒流，发出错误信号。h.冲洗管道用蒸汽时禁止通过PDF。3.涡轮流量计（1）概述涡轮流量计（TurbineFlowmeter）简称TUF，是一种速度式流量计，被测介质的流体冲击叶轮片，使涡轮旋转，其旋转速度随流量的大小而变化。（2）差不多原理如图所示为涡轮传感器结构图，由图可见，当被测流体流过传感器时，由于叶轮的叶片与流体流向之间有一倾角，流体冲力使叶轮产生转动力矩，克服阻力矩后叶轮开始旋转，当两力矩平衡时叶轮便恒速旋转。其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。在一定条件下转速与流量成正比，因此测出叶轮转速就可求得流量。（3）特点涡轮流量计具有精度高、重复性好、时刻常数小、量程宽、刻度线性以及结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压、微流量和低温）等特点。它广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。TUF作为最通用的流量计，其产品已进展为多品种、全系列、多规格批量生产的规模。其弱点是不适于长期连续使用,同时流体物性（密度、粘度）对仪表特性有较大阻碍。气体流量计易受密度阻碍，而液体流量计对粘度变化反应敏感。传感器上下游侧需设置较长的直管段，如安装空间有限制，可加装流淌调整器（整流器）以缩短直管段长度。不适于脉动流和混相流的测量。对被测介质的清洁度要求较高，限制了其适用领域，虽可安装过滤器以适应脏污介质，但亦带来压损增大、维护量增加等副作用。（4）安装和使用注意事项①安装注意事项安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则涡轮、轴承易被卡住，测不出流量来。传感器要求水平安装，不能垂直安装，同时应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射阻碍的场所。液体TUF的典型安装管路系统如图所示。下图中各部分的配置可视被测对象情况而定，并不一定全部都需要。TUF对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，因此要依照传感器上游阻流件类型配备必要的直管段或整流器。当可能产生逆流时，变送器后面应加装止逆阀。若上游阻流件情况不明确，一般推举上游直管段长度不小于20D，下游直管段长度不小于5D。传感器安装在室外时，应有避直射阳光和防雨淋的措施。

②使用注意事项投运前先进行仪表系数的设定。认真检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。启动涡轮流量计前要检查变送器方向是否与流体方向一致，它的启动步骤及方法与容积式流量计类似，目的确实是要幸免流体冲击涡轮叶片而损坏仪表。在正常使用时，仪表上下游阀门应该全开，用下游阀门调节流量，以使介质能充满变送器内部腔体。在测量低温介质时，为防止涡轮轴承冻结和叶片损坏，应加强保温伴热并除去管道和涡轮流量计内部的水分和油分。关于测量液化气等易气化的介质，在变送器的下游应维持必要的背压，以保证流经变送器的介质全部为液态。拆装流量计时，对磁感应部分不能碰撞。4.科里奥利质量流量计（1）概述科里奥利质量流量计（CoriolisMassFlowmeter）简称CMF，是一种新型流量测量仪表，它能够直接用于测量介质的质量流量、密度和温度，在石化行业得到了广泛应用。通常质量流量计指基于希腊人科里奥利（Coriolis）力原理制成的流量计，它由一台传感器和一台用于信号处理的变送器组成，再配用流量计算器组成流量测量系统。因此，还有专门多其他种类的质量流量计。（2）差不多原理科里奥利质量流量计（CMF）是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。如下图所示，截取一根支管，流体在其内以速度V从A流向B，将此管置于以角速度ω旋转的系统中。设旋转轴为X，与管的交点为O，由于管内流体质点在轴向以速度V、在径向以角速度ω运动，现在流体质点受到一个切向科氏力Fc。那个力作用在测量管上，在O点两边方向相反，大小相同，为：δFc＝2ωVδm。因此，直接或间接测量在旋转管道中流淌的流体所产生的科氏力就能够测得质量流量。这确实是科里奥利质量流量计的差不多原理。

科里奥利质量流量有专门多种结构形式，如下图所示：（3）特点CMF直接测量质量流量，具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。测量管路内无阻碍件和活动件，无上下游直管段要求。

测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值的阻碍微小。CMF零点不稳定易形成零点漂移，阻碍其精确度的进一步提高

，CMF不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中含气量超过某一限制（按型号而异）会显着著阻碍测量值。

CMF对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动阻碍，大部分型号CMF的流量传感器安装固定要求较高。（4）安装和使用注意事项①安装注意事项安装要求应按照制造厂规定的安装方法。为使调零时没有流淌，CMF上下游设置截止阀，并保证无泄漏。操纵阀应装在CMF下游，CMF保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸（fIashing）。同一型号两台CMF串联安装，或多台CMF接近地并行（或并联）安装，应向制造厂提出错开接近仪表的共振频率值；拉开流量传感器距离，不设置在同一台架上，独立设置支撑架；流量传感器异方向安装；流量传感器间设置防振材料隔离等方法。②使用注意事项在煤液化装置中，为测量油煤浆这种强磨蚀性浆液，选用直管单管型较好同时要使测量管处于垂直位置，以免管壁磨损不匀，缩短使用寿命。然而管壁厚度变薄会降低测量钢管刚性而改变流量测量值，因此在运行初期要定期检测，确认使用周期。测量管内壁结构结垢或漂移沉积也会阻碍测量精确度，因此要定期清洗。科里奥利质量流量计（CMF）有时会产生零点漂移的情况，它来自流量传感器部分，要紧缘故有；1）机械振动的非对称性和衰减；2）流体的密度粘度变化。CMF调零时必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后在再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。5.热式质量流量计（1）概述热式质量流量计(ThermalMassFlowmeter,以下简称TME）是利用传热原理，即流淌中的流体与热源（流体中加热的物体或测量管外加热体）之间热量交换关系来测量流量的仪表，过去我国习称量热式流量计。当前要紧用于测量气体。

（2）差不多原理热式流量仪表用得最多有两类，即1）利用流淌流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计（thenmaIprohIefIowmeter）曾称量热式TMF；2)利用热消散（冷却）效应的金氏定律（KingsIaw）TMF。又由于结构上检测元件伸入测量管内，也称浸入型（immersiontype）或侵入型（intrusiontype）。有些在使用时从管外插入工艺管内的仪表称作插入式（insertiontype）。①热分布式TMF热分布式TMF的工作原理如图1所示，薄壁测量管3外壁绕着两组兼作加热器和检测元件的绕组2，组成惠斯登电桥，由恒流电源5供给恒定热量，通过线圈绝缘层、管壁、流体边界层传导热量给管内流体。边界层内热的传递能够看作热传导方式实现的。在流量为零时，测量管上的温度分布如图下部虚线所示，相关于测量管中心的上下游是对称的，由线圈和电阻组成的电桥处于平衡状态；当流体流淌时，流体将上游的部分热量带给下游，导致温度分布变化如实线所示，由电桥测出两组线圈电阻值的变化，求得两组线圈平均温度差ΔT。便可按下式导出质量流量qm，即qm=K*A/Cp*ΔT

（1）式中Cp被测气体的定压比热容；

A

测量管绕组（即加热系统）与周围环境热交换系统之间的热传导系数；

K

仪表常数。在总的热传导系数A中，因测量管壁专门薄且具有相对较高热导率，仪表制成后其值不变，因此A的变化可简化认为要紧是流体边界层热导率的变化。当使用于某一特定范围的流体时，则A、Cp均视为常量，则质量流量仅与绕组平均温度差成正比，如图2中Oa段所示。测量管加热方式大部分产品采纳两绕组或三绕组线绕电阻；除管外电阻丝绕组加热方式外还有利用管材本身电阻加热方式，如表1所示。测量管形状有直管形，还有∏字形结构，三绕组中一组在中间加热，两组分绕两臂测量温度。表1测量管加热和检测方式方

式感应加热热电偶

两绕组电阻丝三绕组电阻丝结构

检测元件热电偶热电阻丝热电阻丝加热方式测量管焦耳热自己加热中间绕组加热②基于金氏定律的浸入型TMF两温度传感器（热电阻）分不置于气流中两金属细管内，一热电阻测得气流温度T；另一细管经功率恒定的电热加热，其温度Tv高于气流温度，气体静止时Tv最高，随着质量流速ρU增加，气流带走更多热量，温度下降，测得温度差ΔT=Tv-T。这种方法称作“温度差测量法”或“温度测量法”。

若保持ΔT恒定，操纵加热功率随着流量增加而增加功率，这种方法称作“功率消耗测量法”。（3）特点①优点热分布式TMF可测量低流速（气体0.02～2m/s）微小流量；浸入式TMF可测量低、中、偏高流速(气体2～60m/s)；插入式TMF更适合于大管径。

TMF无活动部件，无分流管的热分布式仪表无阻流件，压力损失专门小；带分流管的热分布式仪表和浸入性仪表，虽在测量管道中置有阻流件，但压力损失也不大。

TMF使用性能相对可靠。与推导式质量流量仪表相比，不需温度传感器，压力传感器和计算单元等，仅有流量传感器，组成简单，出现故障概率小。

热分布式仪表用于H2、N2、O2、CO、NO等接近理想气体的双原子气体，不必用这些气体专门标定，直接就用空气标定的仪表，实验证明差不仅2%左右；用于Ar、He等单原子气体则乘系数1.4即可；用于其他气体可用比热容换算，但偏差可能稍大些。

气体的比热容会随着压力温度而变，但在所使用的温度压力附近不大的变化可视为常数。②缺点a.热式质量流量计响应慢。

b.被测量气体组分变化较大的场所，因cp值和热导率变化，测量值会有较大变化而产生误差。

c.对小流量而言，仪表会给被测气体带来相当热量。

d.关于热分布式TMF，被测气体若在管壁沉积垢层阻碍测量值，必须定期清洗；对细管型仪表更有易堵塞的缺点，一般情况下不能使用。

e.对脉动流在使用上将受到限制。

f.液体用TMF关于粘性液体在使用上亦受到限制。（4）安装和使用注意事项①安装姿势（方向）

a.热分布式大部分热分布式TMF的流量传感器可任何姿势（水平、垂直或倾斜）安装，有些仪表只要安装好后在工作条件压力、温度下作电气零点调整。然而有些型号仪表对安装姿势具有敏感性，大部分制造厂会对此就安装姿势阻碍和安装要求作出讲明。例如LDG-□DB系列为减少环境气氛对流传热阻碍，只能水平安装，水平度允差±20。应用于高压气体时流量传感器则宁可选择水平安装，因为如此便于做到调零的零偏置。

b.浸入式大部分浸入式TMF性能不受安装姿势阻碍。然而在低流速测量时因受管道内气体对流的热流阻碍，使安装姿势显得重要。因此在低和特不低流速流淌时要获得精确测量，必须遵循制造厂依据仪表设计结构而定的安装建议。

②前置直管段

a.热分布式本类仪表对上下游配管布置不敏感，通常认为无上下游直管段长度要求。国际标准草案ISO/DIS11451认为流量测量不受旋转流和流速场剖面畸变阻碍。然而BS7405却认为；①上下游直管段长度可小至2D；②在进口端置一金属（或塑料）网，可有效地改善流速分布畸变，得到分布均匀的气流；③要防止从小管径突然扩大进入较大口径仪表，要缓慢过渡。

b.浸入式带测量管的浸入式流量传感器和插入式仪表需要一定长度前置直管段，ISO/DIS14511对此未作具体规定，而按制造厂建议的值。BS7405建议关于在管道中用插入热丝流速计时，需要(8～10)D的上游直管段和(3～5)D的下游直管段。下表列举了Sierra公司对带测量管浸入式TMF所规定的上直管段长度；若在其进口端装一块或二快多孔板式流淌调整器（整流器）后，则其长度可大为缩短，如表最右列所示。带测量管浸入式上游直管段长度列

上游组流件名上游直管段长度要求无流淌调整器内装流淌调整器

操纵阀

900弯管或T型接管

渐扩管

渐缩管≥45D

≥15D

≥（10~45）D

≥15D≥3D

≥1D

≥3D

≥1D注：摘自Sierra公司760UHP型780UHP型样本。

只有一组温度检测点的插入式仪表与带测量管浸入式仪表的上游直管段长度要求相近（只相差检测杆到测量管进口端的距离）；多组检测点的检测杆或多根检测杆的TMF,直管段长度可缩短专门多，通常制造厂会提供建议。

③仪表连接管道的振动

连接TMF的管道在常见实际范围内的振动可不能产生振动干扰，在正常情况下不阻碍仪表的测量性能。惟插入式TMF的检测杆必须牢固地固定于管道，并幸免装在有振动的场所。

④脉动流的阻碍

TMF响应时刻长，不适应脉动流流量测量。若作测脉动流测量，应了解TMF的响应性，以保证能跟随的上脉动的速度变化。脉动引起的测量误差通常使仪表输出偏高，其程度取决于脉动幅值和频率。6.电磁流量计（1）概述电磁流量计（electromagnetismmassflowmeter）简称EMF，是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。50年代初EMF实现了工业化应用，近年来世界范围EMF产量约占工业流量仪表台数的5%～6.5%。

（2）差不多原理EMF的差不多原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流淌，与流淌方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”。EMF由流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器变为标准信号传出。激磁电流则由转换器提供。（3）特点EMF的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管，因不易堵塞适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体，如纸浆、煤水浆、矿浆、泥浆和污水等。EMF不产生因检测流量所形成的压力损失，测量范围度大，所测得的体积流量，实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率（只要在某阈值以上）变化明显的阻碍。与其他大部分流量仪表相比，前置直管段要求较低。

EMF的口径范围比其他品种流量仪表宽，从几毫米到3m。可测正反双向流量，也可测脉动流量，只要脉动频率低于激磁频率专门多，可应用于腐蚀性流体。仪表输出本质上是线性的。

缺点是EMF不能测量电导率专门低的液体，如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。通用型EMF由于衬里材料和电气绝缘材料限制，不能用于较高温度的液体；有些型号仪表用于过低于室温的液体，因测量管外凝露（或霜）而破坏绝缘。（4）安装和使用注意事项①安装注意事项

应安装在震动小的场所，幸免附近有大电机、大变压器等，以免引起电磁场干扰；环境温度、湿度应符合要求；为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90º弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（2～3）D或无要求；尽量保证变送器导管内充满被测液体或不致产生气泡，确保精度。不管如何安装，必须使电极处在水平方向上，以防止沉淀物堆积于电极上而阻碍测量。②使用注意事项使用时传感器测量管必须充满液体（非满管型例外），有混合时，其分布应大体均匀。液体应与地同电位，必须接地，例如工艺管道用塑料等绝缘材料时，输送液体产生摩檫静电等缘故，造成液体与地间有电位差。测量有附着沉淀物的流体，或者由于长期使用后，导管内壁有积垢层，因此必须定期清洗内壁和电极。7.超声流量计（1）概述超声流量计（UltrasonicFlowmeter）是通过检测流体流淌对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

（2）差不多原理依照对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特不在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是进展迅速的一类流量计之一。目前通常采纳两种类型的超声波流量计，一种为多普勒超声波流量计，另一类为时差式超声波流量计。多普勒型是利用相位差法测量流速，即某一已知频率的声波在流体中运动，由于液体本身有一运动速度，导致超声波在两接收器（或发射器）之间的频率或相位发生相对变化，通过测量这一相对变化就可获得液体速度；时差型是利用时刻差法测量流速，即某一速度的声波由于流体流淌而使得其在两接收器（或发射器）之间传播时刻发生变化，通过测量这一相对变化就可获得流体流速。（3）特点①优点USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性（即非定点固定安装）测量，适用于管网流淌状况评估测定USF为无流淌阻止测量，无额外压力损失。

流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采纳干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。

USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价差不多上与管径无关。关于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流校验的情况下是优先考虑的选择方案。

多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。

USF可测量非导电性液体，在无阻止流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。因易于实行与测试方法（如流速计的速度-面积法，示踪法等）相结合，可解决一些专门测量问题，如速度分布严峻畸变测量，非圆截面管道测量等。

某些传播时刻法USF附有测量声波传播时刻的功能，即可测量液体声速以推断所测液体类不。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品依旧仓底水。

②缺点和局限性

传播时刻法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。

外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里（或锈层）与内管壁剥离（若夹层夹有气体会严峻衰减超声信号）或锈蚀严峻（改变超声传播路径）的管道。

多普勒法USF多数情况下测量精度不高。

国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。（4）安装使用注意事项①安装方法介绍目前通常采纳三种安装方式:W型，V型，Z型。依照不同的管径和流体特性来选择安装方式，通常W型适用于小管径(25～75mm)，V型适用于中管径(25～250mm)，Z型适用于大管径(250mm以上)，总之，为了提高测量的准确性和灵敏度，选择合适的安装方式，使得测量信号(即差值)与二次仪表相匹配。为了保证仪表的测量准确度，应选择满足一定条件的场所定位:通常选择上游10D、下游5D以上直管段；上游30D内不能装泵、阀等扰动设备。超声波流量计探头的安装方法，具体采纳“坐标法安装”，即先将管道外表面处理洁净，涂上专用偶合剂。首先固定其中一个探头的位置，用纸带绕管道一周，量出周长作好对折标记，在周长1/2处确定另一探头轨道的位置，同样该轨道应与管道轴心平行，再依照仪表显示的安装距离，确定两探头在轨道上的相对距离，保证超声波有足够的信号强度，通常使得面板上显示的信号强度大于2%，待读数显示稳定，讲明安装调试结束，仪表可正常工作。②流量计的使用a.零流量的检查当管道液体静止，而且周围无强磁场干扰、无强烈震动的情况下，表头显示为零，现在自动设置零点，消除零点飘移，运行时须做小信号切除，通常当流量小于满程流量的5%，自动切除。同时零点也可通过菜单进行调整。b.仪表面板键盘操作启动仪表运行前，首先要对参数进行有效设置，例如，使用单位制、安装方式、管道直径、管道壁厚、管道材料、管道粗糙度、流体类型、两探头间距、流速单位、最小速度、最大速度等。只有所有参数输入正确，仪表方可正确显示实际流量值。c.流量计的定期校验为了保证流量计的准确度，应进行定期的校验，通常采纳更高精度的便携式流量计进行直接对比，利用所测数据进行计算:误差=(测量值-标准值)/标准值，利用计算的相对误差，修正系数，使得测量误差满足±2%的误差，即可满足计量要求。该操作简单方便，可有效提高计量的准确度。③流量传感器或换能器的安装a).流量传感器（即带测量管段的插入式换能器总称）的安装

a)安装本类流量传感器时管网必须停流，测量点管道必须截断后接入流量传感器。

b)连接流量传感器的管道内径必须与流量传感器相同，其差不应在±1％以内。

c)传感器尽可能在如下图所示与水平直径成45度的范围内，幸免在垂直直径位置附近安装。否则在测量液体时换能器声波表面易受气体或颗粒阻碍，在测量气体时受液滴或颗粒阻碍。

d)测量液体时安装位置必须充满液体。

e)上下游应有必要的直管段。b.外夹装式换能器的安装。

上面第b)、c)、d)、e)各项应同样注意外，还应注意以下各点：a)剥净安装段内保温层和爱护层，并把换能器按装处的壁面打磨洁净。幸免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。b)关于垂直设置的管道，若为单声道传播时刻法仪表，换能器的安装位置应尽可能在上游弯管的弯轴平面内（见图a），以获得弯管流场畸变后较接近的平均值。c)换能器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝，如图b以V法示例。d)换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。关于锈蚀严峻的管道，可用手锤震击管壁，以震掉壁上的锈层，保证声波正常传播。但必须注意防止击出凹坑。e)能器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。f)多普勒法夹装式换能器安装有对称安装和同侧安装两种方法，如图13所示。对称安装适用于中小管径（通常小于600mm）管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体；同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。8.浮子式流量计（1）概述浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,从而使浮子能够在锥管内自由地上升和下降。

浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计,特不在小、微流量方面有举足轻重的作用。

80年代中期,日本、西欧、美国的该仪表的销售金额占流量仪表的15%～20%。我国1990年的产量在12～14万台,其中95%以上为玻璃锥管浮子流量计。

（2）差不多原理浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。工作原理如图1所示，被测流体从下向上通过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上