船舶辅机之第五节仪表与测量

2023/2/31仪表与测量海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/32本章节主要内容1.5.1常用专用工具及测量仪表（温度、压力、转速、流量、比重计、游标卡尺、千分尺）的测量方法及正确使用与保养（重点学习内容）1.5.2扭矩和功率检测设备：钢弦式扭矩仪、电阻式扭矩仪、数字式扭矩仪特点及应用（扭矩测量：扭矩仪的使用与保养）1.5.3振动检测设备：测振设备类别：基本仪器和辅助仪器；电感式传感器、压电式传感器应用，测量对象及选用1.5.4排放物检测设备的原理及应用：烟气分析仪、烟度测量仪等

海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/33仪表及测量的基本知识仪表及自动化的产生和发展仪表的分类仪表的工作原理

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仪表发展已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。

17～18世纪，欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计；利用光学透镜制成的望远镜，奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。

19世纪到20世纪，工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展，后来又出现了电子计算机和空间技术等，仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。

仪表的发展历史：海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/35

工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上；

仪表发展的趋势仪表的分类2023/2/36海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表温度仪表流量仪表液位仪表特殊仪表（振动、位移等）分析仪表（湿度、密度、可燃气含量等）仪表的量程仪表的量程：就是测量刻度上限减去刻度的下限，可不是测量能力范围的上下限。一块温度仪表的测量刻度范围为-20~100度，那么它的量程为120度。

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温度计P221

温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个化工生产过程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多化工反应的过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。

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温度计下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/310

温度计海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/311

温度计P221温度计种类玻璃管温度计双金属温度计压力式温度计热电阻热电偶光学高温计辐射高温计

习惯上，把测量温度的仪器、仪表和装置都称为温度计膨胀式温度计（热胀冷缩）热电效应导电率辐射强度海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/312这种温度表非常简单、普通。目前高精度的往往使用在仪表校验间实验室内。由于价格便宜，目前工厂内还有应用。玻璃管温度计：P223海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/313由于两种金属的热膨胀系数不同，双金属片在温度改变时，两面的热胀冷缩程度不同，因此在不同的温度下，其弯曲程度发生改变。利用这一原理，制成温度计叫双金属温度计。双金属片温度计：

P223海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/314压力式温度计P224：压力表式温度计的测量原理压力表式温度计是根据在封闭容器中的液体、气体或低沸点液体和饱和蒸汽，受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制作的，并用压力来测量这种变化，从而测得温度。压力表式温度计主要由以下三部分组成：

1.温包——温包是直接与被测介质相接触来感受温度变化的元件，因此要求它具有高的强度，小的膨胀系数，高的导热率以及抗腐蚀等性质，根据所充工作介质和被测介质的不同，温包可用铜合金，钢或不锈钢来制造。2.毛细管——它是用铜或钢等材料冷拉成的无缝圆管，用来传递压力的变化。3.弹簧管——它就是一般压力表用的弹性元件。海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/315热电阻P226热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温原理：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。热电阻温度计由热电阻、电测仪表(动圈仪表或平衡电桥)和连按导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半导体两种。热电阻温度计广泛用来测量中、低温(一般为500℃以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、自动记录和多点测量。海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/316热电阻示例海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/317热电偶P224热电偶是中高温区最常用的一种温度检测元件。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电偶的工作原理

两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶按材料分最常用的为K型（4.096mV）K镍铬--镍硅-200-+1000℃,E型(6.319mV),镍铬铜镍-200-+700℃。

海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/318如图所示，两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。置于被测温度为t的介质中，称为工作段，另一端为自由端，放在温度为t0的恒定温度下，当工作段的被测介质温度发生变化时，热电势也随温度发生一定规律的变化。热电偶产生的热电动势，其大小只与电极材料与两端的温差有关，而与热电极的长度和直径的粗细无关。采用热电偶为测量元件的变送器称之为热电偶温度变送器。从外观上看，热电阻和热电偶温度变送器没有太大的区别。海南科技职业技术学院轮机工程系热电偶2023/2/319热电偶产生热电势的条件是：两热电极材料相异、两接点温度相异。海南科技职业技术学院轮机工程系热电偶原理231热电偶温度计测量线路1、热电偶2、连接导线3、电测仪表t0t0tAB2023/2/320海南科技职业技术学院轮机工程系热电偶与热电阻的区别热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。热电偶温度计是把温度的变化通过感温元件——热电偶转换为热电势的变化值来测量温度的热电阻温度计是把温度的变化通过感温元件——热电阻转换为电阻的变化来测量温度的2023/2/321温度变送器的作用:有人说是测量温度的，这是不对的。其作用是将检测的热电偶或则热电阻等温度信号转变为标准的仪表信号如4-20mADC,或者1-5VDC.海南科技职业技术学院轮机工程系温度变送器的作用2023/2/322温度开关温度开关传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。目前我厂没有使用该产品海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/323非接触式温度计温度仪表非接触式温度计是靠红外辐射,亮度,色差等方法感应、比较，得出被测物件温度。好处是可遥测，量程大，可测极高温物件。如红外测温计、亮度测温计等。缺点是一般精度不高。但是作为工厂辅助测温元件是不可缺少的。海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/324

海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表1).压力表基础知识

4).常用各式压力表原理简介2）压力表的原理与构造

主要掌握3).压力表定期进行检修维护2023/2/325海南科技职业技术学院轮机工程系压力的表示方法压力有两种表示方法：一种是以绝对真空作为基准所表示的压力，称为绝对压力；另一种是以大气压力作为基准所表示的压力，称为相对压力。由于大多数测压仪表所测得的压力都是相对压力，故相对压力也称表压力。当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示，称为“真空度”。它们的关系如下：绝对压力=大气压力+相对压力真空度=大气压力—绝对压力我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）。2023/2/326海南科技职业技术学院轮机工程系压力表基础知识

压力表的原理与构造

2023/2/327海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表常见压力表2023/2/328电接点压力表一般有双节点作为报警、或启泵的条件。海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表2023/2/329海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表压力表术语正压与负压相对压力与绝对压力

真空表（如图）

真空压力表外形图2023/2/330海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表弹性压力表原理：压力表通过表内的敏感元件（波登管、膜盒、波纹管）的弹性形变，再由表内机芯的转换机构将压力形变传导至指针，引起指针转动来显示压力。2023/2/331海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表构造：a溢流孔：若发生波登管爆裂的紧急情况的时候，内部压力将通过溢流孔向外界释放，防止玻璃面板的爆裂。注：为了保持溢流孔的正常性能，请在表后面留出至少10mm的空间，不要改造或塞住溢流孔。b指针：除标准指针外，其他指针也是可选的。（零调指针最大值指针或设定指针）请在选型表中列出。c玻璃面板：除标准玻璃外，其他特殊材质玻璃，如强化玻璃，无反射玻璃也是可选的。

2023/2/332海南科技职业技术学院轮机工程系压力仪表d膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力。这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力。压力的大小由指针显示。膜片与波登管相比其传递力较大。由于膜片本身周围边缘固定，所以其防振性较好。膜片压力表可达到很高的过压保护（比如膜片贴附在上法兰盘上）。膜片还可以加上保护镀层以提高防腐性。利用开口法兰、冲洗、开口等措施可用膜片压力表测量粘度很大、不清洁的及结晶的介质。膜片压力表的压力测量范围在1600Pa~2.5MPa。隔膜压力表2023/2/333压力表的安装：海南科技职业技术学院轮机工程系2023/2/334压力表的安装：海南科技职业技术学院轮机工程系压力表的安装位置应符合安装状态的要求，表盘不应水平放置，安装位置的高低应便于工作人员观测。压力表安装处与测压点的距离应尽量短，要保证完好的密封性，不能出现泄漏现象。在安装的压力表前端应有缓冲弯或者冷凝器；为便于检验，在仪表下方应装有截止阀；当介质较脏或有脉冲压力过高时，可采用过滤器、缓冲器和稳压气等。压力表应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。测量蒸汽压力时应加装冷凝圈，以防止高温蒸汽直接和测压元件接触；对于有腐蚀介质时，应加装充有中性介质的隔离罐等。总之，针对具体情况（如高温、低温、腐蚀、结晶、沉淀、粘稠介质等），采取相应的防护措施。2023/2/335压力表的安装：海南科技职业技术学院轮机工程系压力表的连接处应加装密封垫片，一般低于80℃及2MPa压力用石棉纸板或铝片，温度及压力更高时（50MPa）用退火紫铜或铅垫。平常用得最多的就是用聚四氟乙稀垫。另外还要考虑介质的影响，例如测氧气的压力表不能用带油或有机化合物的垫片，否则会引起爆炸。测量乙炔压力时禁止用铜垫。2023/2/336压力表要定期进行检修维护海南科技职业技术学院轮机工程系经过一段时间的使用与受压，压力表机芯难免会出现一些变形和磨损，压力表就会产生各种误差和故障。为了保证其原有的准确度而不使量值传递失真，应及时更换，以确保指示正确、安全可靠。压力表要定期进行清洗。因为压力表内部不清洁，就会增加各机件磨损，从而影响其正常工作，严重的会使压力表失灵、报废。2023/2/337海南科技职业技术学院轮机工程系3.在检修前，应对压力表进行检查性校准，观察仪表是否有泄漏、卡涩、指针跳动等现象，并作好记录；压力表解体检修后，应作耐压试验压力表的表盘应平整清洁，分度线、数字以及符号等应完整、清晰。表盘玻璃完好清洁，嵌装严密。压力表接头螺纹无滑扣、错扣，紧固螺母无滑方现象。压力表指针平直完好，轴向嵌装端正，与铜套铆接牢固，与表盘或玻璃面不碰擦。压力表要定期进行检修维护2023/2/338海南科技职业技术学院轮机工程系测量特殊气体的压力表，应有明显的相应标记。主要机械部件的检查、清理游丝各圈间距均匀、同心平整，其表面应无斑点和损伤。上下夹板、中心齿轮、扇形齿轮、拉杆锁眼等各部件应清洁，无明显的磨损。弹性测量元件应无锈斑、变形和泄漏。机械部分组装后，紧配合部件应无松动；可动部件应动作灵活平稳。机械部件组装后，应向各轴孔中加少量钟表油。在测压部位安装的压力表，它的检定周期一般不超过半年。测压部位介质波动大，使用频繁，准确度要求较高，以及对安全因素要求较严的，可按具体情况将检定周期适当缩短。

压力表要定期进行检修维护2023/2/339海南科技职业技术学院轮机工程系被测工质通大气常用于测量船用柴油机增压器前后压差特点：测量精度高；反应灵敏；惯性大；所测为工质表压力。U形液柱式压力计2023/2/340海南科技职业技术学院轮机工程系工作原理：在一个弹簧管式压力表上加装了高低限触点。当压力低于或高于最低或最高极限压力时，指针上所附的接触器就与相应的限器接通，从而控制相应的电路动作，同时通过指示灯或蜂鸣器报警。其限定值可以根据需要调整。1—指针2—低值限定器3—高值限定器4—压力过低指示灯5—压力过低指示灯电触点式压力表2023/2/341海南科技职业技术学院轮机工程系电触点式压力表电路图2023/2/342海南科技职业技术学院轮机工程系平均压力计1—接头2—滤网3—测压器4、7、8—垫圈5—放气阀6—通道9—手轮10—蛇形管11—指示仪表工作原理：脉动压力通过接头1并经过滤网2过滤后进入测压器3的气室，在这里扩散均衡后经过通道6和蛇形管10阻尼后进入弹簧管式压力表11，指示出脉动压力的平均值。使用注意：1、注意所选用压力表的量程；2、注意使用中滤网是否堵塞；3、每次使用完后要放气；使用前检查放气阀是否关闭。常用于判断柴油机各缸负荷是否均匀2023/2/343海南科技职业技术学院轮机工程系最高压力计1—连接螺母2—端接头3—止回阀体4—阀座5—止回阀6—衬套7—节流圈8—蛇形管9—放气阀10—转动手轮11—压力表工作原理：通过旋转转动手轮10将压力表与被测管路连接，被测工质经过通道作用在止回阀5上，当被测压力大于止回阀5上腔压力，阀5打开，下腔高压工质通过节流圈7和蛇形管8进入弹簧管式压力表11，示出此时压力，当上腔压力大于下腔压力时，则阀5落回阀座并被上下压差压紧在阀座上，此时压力表显示压力高于工质压力。使用注意事项：每次使用完毕后注意要放气，使用前要检查放气阀是否关闭严实2023/2/344海南科技职业技术学院轮机工程系电气式压力计组成

一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。电气式压力计组成方框图2023/2/345海南科技职业技术学院轮机工程系应变片压力传感器

应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。应变片压力传感器示意图1—应变筒；2—外壳；3—密封膜片2023/2/346海南科技职业技术学院轮机工程系压阻式压力传感器

压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。工作原理2023/2/347电气式压力计海南科技职业技术学院轮机工程系电气式压力计特点

精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；

便于实现显示数字化；

可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。图3-12压阻式压力传感器1—基座；2—单晶硅片；3—导环；4—螺母；5—密封垫圈；6—等效电阻2023/2/348海南科技职业技术学院轮机工程系电容式压力变送器

工作原理先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。

电容式测量膜盒1—中心感应膜片(可动电极)；2—固定电极；3—测量侧；4—隔离膜片2023/2/349压电式压