第二章压力液位等检测方法及仪表

第二章压力液位等检测方法及仪表第一页，共五十五页，2022年，8月28日常见压力传感器外形

工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器微型探针压力计暖风空调压力计湿式压力变送器本安压力变送器OEM血压计OEM压力芯片第二页，共五十五页，2022年，8月28日压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力

Ｐ——压力（Pa）

Ｆ——均匀垂直作用力（N）

Ｓ——受力面积（m2）单位:牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”

第三页，共五十五页，2022年，8月28日压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度）表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度第四页，共五十五页，2022年，8月28日压力检测方法液柱式测压法弹性式变形法液柱式测压法电气式力法活塞式压力法第五页，共五十五页，2022年，8月28日压力检测方法及仪表液柱测压法根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。hh12211p1p2h2P0h1h211p200常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。第六页，共五十五页，2022年，8月28日弹性变形法将被测压力转换成弹性元件变形的位移P弹簧管式弹性元件P

膜片式弹性元件第七页，共五十五页，2022年，8月28日弹性元件结构和特点第八页，共五十五页，2022年，8月28日弹簧管压力计第九页，共五十五页，2022年，8月28日弹簧管压力表

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第十页，共五十五页，2022年，8月28日3.膜片与膜盒(说明)第十一页，共五十五页，2022年，8月28日DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器第十二页，共五十五页，2022年，8月28日DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器第十三页，共五十五页，2022年，8月28日DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器第十四页，共五十五页，2022年，8月28日DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器第十五页，共五十五页，2022年，8月28日电容式测压原理采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。定极板动极板被测压力

ε——电容器极板间绝缘介质的介电常数，F/mA——电容器两平行板覆盖的面积，m2

d——两平行板之间的距离，mC——电容量，F弹性元件第十六页，共五十五页，2022年，8月28日2.3.3电容式差压变送器（特点、构成）1.检测部件（图2－41）作用：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值第十七页，共五十五页，2022年，8月28日2.3.3电容式差压变送器（特点、构成）第十八页，共五十五页，2022年，8月28日(1)电容/电流转换与差压/电流转换第十九页，共五十五页，2022年，8月28日2.3.4智能式差压变送器（1151）1151的特点1）精度高（±5％）、稳定、可靠；2）具有补偿功能3）具有数字、模拟输出方式；4）具有多种其他功能。。。2.硬件构成及其功能1)传感器部分：将差压→0～2.5V;供电电压：5V,工作电流：0.8mA.

2)A/D转换：带有前置放大，16位，具有自校准功能。。。3）CPU:AT89S8252与MCS51兼容;8KBFROM、2KBEPROM、256BRAM、32I/O口线、2个DPTR、三个16位定时/计数器、一个全双工串行口及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等4）HART通信部分：二进制数字信号与FSK信号之间的转换第二十页，共五十五页，2022年，8月28日压力测量仪表的选用压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择

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介质性质温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性现场环境温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性仪表量程的确定

被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的3/4；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3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

第二十一页，共五十五页，2022年，8月28日压力计的安装安装事项：取压位置：由工艺条件确定；尽量避免涡流影响；避免流速影响；避免导压管产生压差。隔离：温度隔离：采用铜管散热；腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；脏污隔离：采用空气包。第二十二页，共五十五页，2022年，8月28日有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变化范围为13.5～16MPa，工艺要求最大测量误差为0.8MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。例题解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0～40MPa。检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。仪表量程选择最大引用误差所以选择测量范围为0～40Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。第二十三页，共五十五页，2022年，8月28日

流量检测方法及仪表第二十四页，共五十五页，2022年，8月28日流量测量技术和仪表的应用领域工业生产过程能源计量一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等交通运输环保工程

空气污染(烟废气排放)、水污染

管道输送

第二十五页，共五十五页，2022年，8月28日流量检测的基本概念瞬时流量－单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量－用流体的体积来表示（qv），单位为m3/h。质量流量－用流量的质量来表示（qm），单位为kg/h。累积流量一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值累积体积流量流量计量－对在一定通道内流动流体的流量进行测量。累积质量流量流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。第二十六页，共五十五页，2022年，8月28日流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表应用容积法检测流量（腰轮流量计）应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)应用超声波检测流量(超声波流量计)第二十七页，共五十五页，2022年，8月28日2.4.2典型流量检测仪表1.容积式流量计：标准“计量空间”、进出口压差椭圆齿轮流量计(图2－46）：第二十八页，共五十五页，2022年，8月28日2.4.2典型流量检测仪表2.速度式流量计（1）节流式（差压式）流量计：孔板、挡板、文丘里管→孔板第二十九页，共五十五页，2022年，8月28日

节流元件附近流速和压力分布情况

检测原理当流体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，于是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，这样可依据压差来衡量流量的大小。基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）第三十页，共五十五页，2022年，8月28日流量基本方程式根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即体积流量

质量流量

式中α——流量系数ε——流束膨胀系数A0——节流装置的开孔截面积ρ——流体密度Δр——节流装置前后实际测得的压力差流量与压力差的平方根成正比第三十一页，共五十五页，2022年，8月28日差压式流量计测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计

孔板引压管差压计第三十二页，共五十五页，2022年，8月28日差压计三阀组的安装示意图如图所示，它包括两个切断阀和一个平衡阀。安装三阀组的主要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。具体步骤是：

第三十三页，共五十五页，2022年，8月28日差压计三阀组的安装示意图如图所示，它包括两个切断阀和一个平衡阀。安装三阀组的主要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。具体步骤是：先开平衡阀3，使正负压室连通；然后再依次逐渐打开压侧的切断阀1和负压侧的切断阀2，使差压计的正负压室承受同样的压力；最后再渐渐地关闭平衡阀3，差压计即投人运行。当差压计需要停用时，应先打开平衡阀3，然后再关闭切断阀1和2。第三十四页，共五十五页，2022年，8月28日电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）

差压（压力）变送器主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、液位等过程参量，并将其转换成统一的标准信号。差压变送器力平衡式变送器

位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）

DDZ-Ⅱ型仪表为0～10mADC

DDZ-Ⅲ型仪表为4～20mADC20～100KPa第三十五页，共五十五页，2022年，8月28日（2）涡街流量计（图2－48）灵巧型涡街流量变送器（图2－49）第三十六页，共五十五页，2022年，8月28日3.直接式质量流量计（科氏流量计）（图2－50）实验图示说明：a)水静止、管摆动；b)、c)水流动、管摆动，出水侧的摆动先于入水侧；出水侧摆动的相位超前入水侧；相位差→质量流量双弯管型（图2－51）：水按箭头流入、流出；A、B、C三处各按一组压电换能器：A处加交变电压，B、C检测振动幅度→相位差→4～20mA→质量流量第三十七页，共五十五页，2022年，8月28日

物位检测方法与仪表第三十八页，共五十五页，2022年，8月28日物位检测方法及仪表物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒物的料位和两种不同液体介质分界面的总称

液位――容器中的液体介质的高低料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度

物位检测的作用

①确定容器中的贮料数量，以保证连续生产的需要或进行经济核算；②为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内；③对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。

物位的基本概念第三十九页，共五十五页，2022年，8月28日2.5物位的检测与变送（液位、料位、界位）2.5.1物位检测的主要方法静压式测量法压力式：敞口容器；差压式：闭口容器电气式测量法物位变化→电气参数：电阻、电容、磁场等变化→与电容式差压变送器配合→标准信号。3.声学式测量法；4.射线式测量法。第四十页，共五十五页，2022年，8月28日2.5物位的检测与变送（液位、料位、界位）2.5.2典型物位检测仪表1.差压式液位计：取压口与底部同一水平线（图2－52）；取压口低于容器底部（图2－53）正迁移第四十一页，共五十五页，2022年，8月28日取压口装有隔离罐（图2－54）（负迁移）第四十二页，共五十五页，2022年，8月28日2.电容式液位计原理：介电常数不同→电容变化→物位第四十三页，共五十五页，2022年，8月28日3.超声波液位计换能器原理（压电效应）：交变电场作用下，压电晶体将电能转换成振动称逆压电效应；将振动声波转换成交变电场称正压电效应；→发射器和接收器电子装置：产生交变电信号、处理电信号4.辐射式物位计原理：射线强度随介质厚度的增加而衰减第四十四页，共五十五页，2022年，8月28日3.6控制系统传感与变送典型的检测变送器1.检测变送器的一般结构

一般包含一个传感器及一个激励元件（转换器）。2.检测（传感与变送）仪表分类（1）按仪表使用的能源分类：电动仪表、气动仪表。（2）按信号的处理过程分类：检测表、显示表、控制表、执行器。（3）按仪表的组成形式分类：基地式仪表、单元组合仪表。（4）按被测量的参数分类：温度表、流量表、压力表、物位表。（5）按具体显示形式分类：指针式仪表、数字式仪表、记录打印型仪表。第四十五页，共五十五页，2022年，8月28日检测变送器3.检测变送器的作用把工艺生产过程的变量（流量、压力、温度、液位和成分等）及检测、转换单元转换成标准的电或气信号。变送器输出是被控变量的测量值，它被送到显示和控制装置，用于显示和控制。4.检测变送器的基本要求正确性：正确反映被控变量，误差小。快速性：及时反映被控变量的变化。可靠性：长期稳定运行。第四十六页，共五十五页，2022年，8月28日5.检测变送器的选用原则在环境工况条件下应能长期稳定运行。仪表精度和量程的选择：选用仪表的精度要合适：应符合工艺检测要求。仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差和动态误差。量程选择：量程的改变会引起最大读书误差变化和增益的变化。被测对象或介质的特性。如，气、液、固，腐蚀性等。检测采用的形式要求。如，侵入或非侵入被测信号的性质及频率范围。仪表的构造材料，安装结构；对环境、安全的保证；成本等。检测变送器第四十七页，共五十五页，2022年，8月28日检测变送器