第三章過程檢測(cè)儀表化工儀表及自動(dòng)化

第三章過程檢測(cè)儀表華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)構(gòu)成回顧：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方塊圖

本章主要內(nèi)容：3.1概述3.2溫度檢測(cè)3.3流量檢測(cè)3.4壓力檢測(cè)3.5物位檢測(cè)3.8變送器3.9現(xiàn)代傳感器技術(shù)的發(fā)展3.1概述3.1.0檢測(cè)變送的重要性3.1.1測(cè)量誤差3.1.2儀表性能指標(biāo)

在過程自動(dòng)化中要通過檢測(cè)元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見變量是溫度、壓力、流量、物位（四大參數(shù)）。檢測(cè)元件又稱為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與之成對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)包括位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等。3.1.0檢測(cè)變送的重要性

由于檢測(cè)元件的輸出信號(hào)種類繁多，且信號(hào)較弱不易察覺，一般都需要將其經(jīng)過變送器處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣信號(hào)（如4～20mA或0～10mA直流電流信號(hào),20～100KPa氣壓信號(hào)）送往顯示儀表，指示或記錄工藝變量，或同時(shí)送往控制器對(duì)被控變量進(jìn)行控制。有時(shí)將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表,或者將檢測(cè)元件稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。檢測(cè)——實(shí)施正確控制的第一步變送——將檢測(cè)元件輸出的各種信號(hào)、微弱信號(hào)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一(標(biāo)準(zhǔn))的電氣信號(hào)。靜態(tài)：正確——y(t)正確反映c(t)的值可靠——長(zhǎng)期工作動(dòng)態(tài)：迅速——y(t)迅速反映c(t)的變化過程控制對(duì)檢測(cè)儀表要求：

測(cè)量誤差(1)絕對(duì)誤差：儀表的指示值與被測(cè)量的真值之間的差值。(2)

相對(duì)誤差（儀表引用誤差）測(cè)量誤差：檢測(cè)儀表獲得的被測(cè)值與實(shí)際被測(cè)變量真實(shí)值之間的差距。理論上：實(shí)際上：絕對(duì)誤差與儀表的量程之比。(3)允許誤差(4)附加誤差——由于外界環(huán)境條件變化以及儀表波動(dòng)等外界因素引起的誤差。

儀表性能指標(biāo)精確度（精度）——表示儀表測(cè)量結(jié)果的可靠程度。

儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。

精度等級(jí)：允許誤差去掉“±”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。儀表的精精度等級(jí)級(jí)以一定定的符號(hào)號(hào)形式表表示在儀儀表標(biāo)尺尺板上，，如1.0外加加一個(gè)圓圓圈或三三角形。。精度等等級(jí)1.0，說說明該儀儀表允許許誤差為為1.0%。目前我國(guó)國(guó)生產(chǎn)的的儀表的的精度等等級(jí)有：：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等1.01.0[例1]某某臺(tái)測(cè)溫溫儀表的的量程是是600--1100℃，其其最大絕絕對(duì)誤差差為±4℃，試確確定該儀儀表的精精度等級(jí)級(jí)。這臺(tái)儀表表的精度度等級(jí)應(yīng)應(yīng)定為1.0級(jí)級(jí)。解儀儀表的允允許誤差差為目前我國(guó)國(guó)生產(chǎn)的的儀表的的精度等等級(jí)有：：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等[例2]某某臺(tái)測(cè)溫溫儀表的的量程是是600--1100℃，工藝要求求該儀表指指示值的的誤差不不得超過過±4℃，應(yīng)選選精度等級(jí)級(jí)為多少少的儀表表才能滿滿足工藝藝要求。。所以只能能選擇一一臺(tái)允許許誤差為為±0.5%，，即精確確度等級(jí)級(jí)為0.5級(jí)的的儀表，，才能滿滿足工藝藝要求。。解根根據(jù)工藝藝要求，，儀表的的最大允允許誤差差為結(jié)論：校表：選表：儀表量程程的上限限：Ymax:4/3~3/2倍（被測(cè)測(cè)變量））波動(dòng)較大大時(shí)：3/2~2倍（（被測(cè)變變量）下限：一一般地，，被測(cè)變變量的值值不低于于全量程程的1/3。儀表精度度與量程程有關(guān)，，量程是是根據(jù)所所要測(cè)量量的工藝藝變量來來確定的的。在儀儀表精度度等級(jí)一一定的前前提下適適當(dāng)縮小小量程，，可以減減小測(cè)量量誤差，，提高測(cè)測(cè)量準(zhǔn)確確性。(2)變變差——在外界條條件不變變的情況況下，使使用同一一臺(tái)儀表表對(duì)某一一變量進(jìn)進(jìn)行正反行程程測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)于于同一測(cè)測(cè)量值所所得的儀儀表讀數(shù)數(shù)之間的的差異。。注意：儀儀表的變變差不能能超出儀儀表的允允許誤差差。(3)線線性度度——衡量量?jī)x表實(shí)實(shí)際特性性偏離線線性程度度的指標(biāo)標(biāo)。線性度差差就要降降低儀表表精度。。圖3.1線性性度(4)靈靈敏度度和分辨辨率靈敏度：：儀表的輸輸出變化化量與引引起此變變化的輸輸入變化化量的比比值，即即靈敏度=△Y/△X對(duì)于模擬擬式儀表表而言，，ΔY是儀表指指針的角角位移或或線位移移。靈敏敏度反映映了儀表表對(duì)被測(cè)測(cè)量變化化的靈敏敏程度。。分辨率（儀表靈靈敏限））：儀表表輸出能能分辨和和響應(yīng)的的最小輸輸入變化化量。分辨率是是靈敏度度的一種種反映。。對(duì)于數(shù)數(shù)字式儀儀表而言言，分辨辨率就是是數(shù)字顯顯示器最最末位數(shù)數(shù)字間隔隔代表被被測(cè)量的的變化量量。(5)動(dòng)動(dòng)態(tài)誤誤差由于儀表表動(dòng)作的的慣性延延遲和測(cè)測(cè)量傳遞遞滯后，，當(dāng)被測(cè)測(cè)量突然然變化后后必須經(jīng)經(jīng)過一段段時(shí)間才才能準(zhǔn)確確顯示出出來，這這樣造成成的誤差差。注：在工業(yè)生生產(chǎn)中被被測(cè)量變變化較快快是不能能忽略動(dòng)動(dòng)態(tài)誤差差。3.2溫溫度檢測(cè)測(cè)3.2.1溫度度檢測(cè)方法法3.2.2熱電電偶3.2.3熱電電阻3.2.4熱電電偶、熱電電阻的選用用3.2.1溫度度檢測(cè)方法法按測(cè)溫元件件是否與被被測(cè)對(duì)象接接觸分為：：接觸式：非接觸式：：接觸式：測(cè)溫元件與與被測(cè)對(duì)象象接觸，依依靠傳熱和和對(duì)流進(jìn)行行熱交換。。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、、可靠，測(cè)測(cè)溫精度較較高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元元件與被測(cè)測(cè)對(duì)象必須須經(jīng)過充分分的熱交換換且達(dá)到平平衡后才能能測(cè)量，這這樣容易破壞被被測(cè)對(duì)象的的溫度場(chǎng)，，同時(shí)帶來測(cè)測(cè)溫過程的的延遲現(xiàn)象象，不適于于測(cè)量熱容容量小的對(duì)對(duì)象、極高高溫的對(duì)象象、處于運(yùn)運(yùn)動(dòng)中的對(duì)對(duì)象。不適于直接接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。。非接觸式：：測(cè)溫元件不不與被測(cè)對(duì)對(duì)象接觸，，而是通過過熱輻射進(jìn)進(jìn)行熱交換換，或測(cè)溫溫元件接收收被測(cè)對(duì)象象的部分熱熱輻射能，，由熱輻射射能大小推推出被測(cè)對(duì)對(duì)象的溫度度。優(yōu)點(diǎn)：從原理上講講測(cè)量范圍圍從超低溫溫到極高溫溫，不破壞壞被測(cè)對(duì)象象溫度場(chǎng)。。非接觸式式測(cè)溫響應(yīng)應(yīng)快，對(duì)被被測(cè)對(duì)象干干擾小，可可用于測(cè)量量運(yùn)動(dòng)的被被測(cè)對(duì)象和和有強(qiáng)電磁磁干擾、強(qiáng)強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)場(chǎng)合。缺點(diǎn)：容易受到外外界因素的的干擾，測(cè)測(cè)量誤差較較大，且結(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，，價(jià)格比較較昂貴。3.2.2熱電電偶(1)測(cè)溫原理——熱電效應(yīng)圖3.2熱熱電偶偶的熱電效效應(yīng)（參比端、、冷端、固固定端）（工作端、、熱端、自自由端）將兩種不同同材料的導(dǎo)導(dǎo)體或半導(dǎo)導(dǎo)體A和B連在一起組組成一個(gè)閉閉合回路，，而且兩個(gè)個(gè)接點(diǎn)的溫溫度θ≠θo,則回路內(nèi)將將有電流產(chǎn)產(chǎn)生，電流流大小正比比于接點(diǎn)溫溫度θ和θo的函數(shù)之差差，而其極極性則取決決于A和B的材料。根據(jù)熱電偶的“中間導(dǎo)體定定律”可知：熱電電偶回路中中接入第三三種導(dǎo)體后后，只要該該導(dǎo)體兩端端溫度相同同，熱電偶偶回路中所所產(chǎn)生的總總熱電勢(shì)與與沒有接入入第三種導(dǎo)導(dǎo)體時(shí)熱電電偶所產(chǎn)生生的總熱電電勢(shì)相同；；同理，如如果回路中中接入更多多種導(dǎo)體時(shí)時(shí)，只要同同一導(dǎo)體兩兩端溫度相相同，也不不影響熱電電偶所產(chǎn)生生的熱電勢(shì)勢(shì)值。因此此熱電偶回回路可以接接入各種顯顯示儀表、、變送器、、連接導(dǎo)線線等。熱電偶的““中間導(dǎo)體體定律”常用工業(yè)熱熱電偶比較較分度表：當(dāng)θ0=0℃時(shí)，與溫度θ對(duì)應(yīng)的數(shù)值值表。（非線性）分度號(hào)：與分度表所所對(duì)應(yīng)的熱熱電偶的代代號(hào)。常用熱電偶偶類型：普通型熱電電偶：(熱電偶結(jié)構(gòu)構(gòu)類型見P27)熱電極、絕絕緣管、接接線盒等鎧裝熱電偶偶多點(diǎn)式熱點(diǎn)點(diǎn)偶防爆型熱點(diǎn)點(diǎn)偶表面型熱點(diǎn)點(diǎn)偶鎧裝熱電偶偶的特點(diǎn)·熱響應(yīng)時(shí)間間少，減小小動(dòng)態(tài)誤差差；·可彎曲安裝裝使用；·測(cè)量范圍大大；·機(jī)械強(qiáng)度高高，耐壓性性能好；扁接插式鎧鎧裝熱電偶偶補(bǔ)償導(dǎo)線式式鎧裝熱電電偶防噴式鎧裝裝熱電偶防水式鎧裝裝熱電偶手柄式鎧裝裝熱電偶圓接插式鎧鎧裝熱電偶偶圖3.3多點(diǎn)熱電偶偶適用于生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在在溫度梯度度不顯著，，須同時(shí)測(cè)測(cè)量多個(gè)位位置或位置置的多處測(cè)測(cè)量。廣泛泛應(yīng)用于大大化肥合成成塔、存儲(chǔ)儲(chǔ)罐等裝置置中。圖3.4多多點(diǎn)熱熱電偶防爆型熱電電偶的原理理防爆熱電偶偶是利用間隙隔爆原理，設(shè)計(jì)計(jì)具有足夠夠強(qiáng)度的接接線盒等部部件，將所有會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生火花，，電弧和危危險(xiǎn)溫度的的零部件都都密封在接接線盒腔內(nèi)內(nèi)，當(dāng)腔內(nèi)發(fā)生生爆炸時(shí)，，能通過接接合面間隙隙熄火和冷冷卻，使爆爆炸后的火火焰和溫度度傳不到腔腔外，從而而進(jìn)行隔爆爆。特點(diǎn)·多種防爆形形式，防爆爆性能好；；·壓簧式感溫溫元件，抗抗振性能好好；·測(cè)溫范圍大大；·機(jī)械強(qiáng)度高高，耐壓性性能好；無固定裝置置固定法蘭式式固定螺紋式式活絡(luò)管接頭頭式直型管接頭頭式圖3.5防防爆型型熱電偶一一覽圖圖吹氣型熱電電偶通過吹進(jìn)氮氮?dú)饣蚱渌鼩怏w，將將有害氣體體送出保護(hù)護(hù)管外，從從而提高熱熱電偶?jí)勖?。?0萬噸合成成氨裝置中中不可缺少少的測(cè)溫裝裝置。另外，壓簧簧固定熱電電偶、直角角彎頭熱電電偶、耐磨磨阻漏熱電電偶等等圖3.6吹吹氣型熱熱電偶(2)補(bǔ)補(bǔ)償導(dǎo)線解決參比端端溫度的恒恒定問題。。補(bǔ)償導(dǎo)線要要求：價(jià)格格便宜，0~100℃范圍內(nèi)內(nèi)的熱電性性質(zhì)與要補(bǔ)補(bǔ)償?shù)臒犭婋娕嫉臒犭婋娦再|(zhì)幾乎乎完全一樣樣圖3.7補(bǔ)補(bǔ)償導(dǎo)導(dǎo)線連接圖圖(3)熱熱電偶參比比端溫度補(bǔ)補(bǔ)償（測(cè)量量的準(zhǔn)確性性）補(bǔ)償原理：工作端溫溫度θ，參比端θ0，熱電勢(shì)為因此參比端溫度度補(bǔ)償方法法：①計(jì)算法②冰浴法③機(jī)械調(diào)零零法（動(dòng)圈表調(diào)調(diào)零法），，等級(jí)1.0以上④補(bǔ)償電橋橋法：利用參比端端溫度補(bǔ)償償器例如：用鎳鎳鉻-鎳硅硅（K）熱電偶測(cè)溫溫，熱電偶偶參比端溫溫度θo=20℃，測(cè)得的熱電電勢(shì)E（θ，θθo）=32.479mV。。由K分度表中查查得E（20，，0）=0.798mV,則E（θ，0）=E（θ，20）+E（20，，0）=32.479+0.798=33.277mV再反查K分度表，得得實(shí)際溫度度是800℃。計(jì)算法舉例例：3.2.3熱電電阻⑴金屬熱電電阻——測(cè)溫原理是是基于導(dǎo)體體的電阻會(huì)會(huì)隨溫度的的變化而變變化的特性性。熱電阻是利利用物質(zhì)在在溫度變化化時(shí)，其電電阻也隨著著發(fā)生變化化的特征來來測(cè)量溫度度的。當(dāng)阻阻值變化時(shí)時(shí)，工作儀儀表便顯示示出阻值所所對(duì)應(yīng)的溫溫度值。常用熱電阻阻：銅電阻和鉑電阻熱電阻的結(jié)結(jié)構(gòu)形式：：普通型、鎧鎧裝型、專專用型熱電阻通常和顯示示儀表、記記錄儀表、、電子計(jì)算算機(jī)等配套套使用。直直接測(cè)量各各種生產(chǎn)過過程中的-200°°C～500°C范圍內(nèi)液體體、蒸汽和和氣體介質(zhì)質(zhì)以及固體體表面溫度度。無固定裝置置熱電阻固定螺紋式式熱電阻活動(dòng)法蘭式式熱電阻固定螺紋錐式熱電阻固定螺紋管接頭式熱電阻活絡(luò)管接頭頭式熱電阻阻圖3.8圖3.9裝裝配式熱熱電阻防噴式鎧裝裝熱電阻扁接插式鎧裝熱電阻阻防水式鎧裝裝熱電阻圓接插式鎧裝熱電阻阻補(bǔ)償導(dǎo)線式式鎧裝熱電電阻圖3.10端面熱電阻阻——適合于測(cè)量量電廠汽輪輪機(jī)及電機(jī)機(jī)軸瓦或其其它機(jī)體表表面溫度。。防腐熱電阻——采用新型防防腐材料，，外包覆聚聚四氟乙烯烯F46，適合于石油油化工各種種腐蝕性介介質(zhì)中測(cè)溫溫。是氯堿堿行業(yè)的專專用測(cè)溫儀儀表。圖3.11端面熱電阻阻圖3.12防腐熱熱電阻微型熱電偶偶/熱電阻阻——適用于狹小小場(chǎng)所的溫溫度測(cè)量與與控制。是是紡織、絳絳綸等行業(yè)業(yè)不可缺少少的溫度測(cè)測(cè)量裝置。。爐壁熱電偶偶/熱電阻阻適合于電廠廠鍋爐爐壁壁，管壁及及其它圓柱柱體表面測(cè)測(cè)量。微型熱電偶/熱電阻特殊熱電偶/熱電阻爐壁熱電偶/熱電電阻圖3.13⑵半導(dǎo)體熱敏敏電阻——測(cè)溫原理是基基于某些半導(dǎo)導(dǎo)體材料的電電阻值隨溫度度的變化而變變化的特性。。NTC型：負(fù)溫度系系數(shù)熱敏電阻阻，多數(shù)是此此類PTC型：正溫度系系數(shù)熱敏電阻阻，用于位式式溫度檢測(cè)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈靈敏度高、體體積小、熱慣慣性小。缺點(diǎn)：非線性嚴(yán)重、、互換性差、、測(cè)溫范圍窄窄熱熱電偶、、熱電阻的選選用(1)選用原原則：較高溫溫度——熱電偶中低溫區(qū)——熱電阻一般以500℃為分界，，但不絕對(duì)原因有兩點(diǎn)：：(1)在中低低溫區(qū)，熱電電偶輸出的熱熱電勢(shì)很小，，對(duì)測(cè)量?jī)x表表放大器和抗抗干擾要求很很高。(2)由于參參比端溫度變變化不易得到到完全補(bǔ)償，，在較低溫度度區(qū)內(nèi)引起的的相對(duì)誤差就就很突出。另外，還應(yīng)注注意工作環(huán)境境，如環(huán)境溫溫度、介質(zhì)性性質(zhì)（氧化性性、還原性、、腐蝕性）等等，選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)套管管、連接導(dǎo)線線等。(2)安裝(1)選擇有有代表性的測(cè)測(cè)溫點(diǎn)位置，，測(cè)溫元件有有足夠的插入入深度(2)熱電偶偶或熱電阻的的接線盒的出出線孔應(yīng)朝下下，以免積水水及灰塵等造造成接觸不良良，防止引入入干擾信號(hào)。。(3)檢測(cè)元元件應(yīng)避開熱熱輻射強(qiáng)烈影影響處。要密密封安裝孔，，避免被測(cè)介介質(zhì)溢出或冷冷空氣吸入而而引入誤差。。圖3.14熱電偶安裝(3)使用熱電偶：——參比端溫度補(bǔ)補(bǔ)償——補(bǔ)償導(dǎo)線的極極性不能接反反——分度號(hào)應(yīng)與配配接的變送、、顯示儀表分分度號(hào)一致——在與采用補(bǔ)償償電橋法進(jìn)行行參比端溫度度補(bǔ)償?shù)膬x表表（如電子電電位差計(jì)、溫溫度變送器等等）配套測(cè)溫溫時(shí)，熱電偶偶的參比端要要與補(bǔ)償電阻阻感受相同溫溫度。熱電阻：——分度號(hào)應(yīng)與配配接的變送、、顯示儀表分分度號(hào)一致——采用三線制接接法熱電阻溫度變變送器輸入熱熱電阻信號(hào)給給輸入回路。。輸入回路是是一個(gè)不平衡衡電橋，熱電電阻即為橋路路的一個(gè)橋臂臂。如果是金金屬熱電阻，，由于連接熱熱電阻的導(dǎo)線線存在電阻，，且導(dǎo)線電阻阻值隨環(huán)境溫溫度的變化而而變化，從而而造成測(cè)量誤誤差，因此實(shí)實(shí)際測(cè)量時(shí)采采用三線制接接法。所謂三線制接接法，就是從從現(xiàn)場(chǎng)的金屬屬熱電阻兩端端引出三根材材質(zhì)、長(zhǎng)短、、粗細(xì)均相同同的連接導(dǎo)線線，其中兩根根導(dǎo)線被接入入相鄰兩對(duì)抗抗橋臂中，另另一根與測(cè)量量橋路電源負(fù)負(fù)極相連。見下圖。由于流過兩橋橋臂的電流相相等，因此當(dāng)當(dāng)環(huán)境溫度變變化時(shí)，兩根根連接導(dǎo)線因因阻值變化而而引起的壓降降變化相互抵抵消，不影響響測(cè)量橋路輸輸出電壓的大大小。圖3.153.3流量檢測(cè)基本概念主要研究?jī)?nèi)容容：流量檢測(cè)的主主要方法速速度式式流量計(jì)（差差壓式流量傳傳感器）容容積式式流量計(jì)質(zhì)質(zhì)量流量計(jì)流流量?jī)x儀表的選用基本概念流量（瞬時(shí)流流量）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)內(nèi)流過管道某某一截面的流流體的數(shù)量。。累積流量（總總流量）：某一時(shí)段內(nèi)內(nèi)流過的流體體的總合。瞬瞬時(shí)流量在某某一時(shí)段的累累積量。流量的表示方方法：質(zhì)量流量(qm)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流流過某截面的的流體的質(zhì)量量。單單位：(kg/s)體積流量(qv)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流流過某截面的的流體的體積積。(工作狀態(tài)下)單單位位:(m3/s)qm=qvρ體積流量(qvn)：折算到標(biāo)準(zhǔn)的的壓力和溫度度下的體積流流量。（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）qvn=qm/ρnqvn=qvρ/ρn流體的密度受受流體的工作作狀態(tài)（如溫溫度、壓力））影響:對(duì)于液體，壓力變化對(duì)密度的的影響非常小小，一般可以以忽略不計(jì)。。溫度對(duì)密度的影響響要大一些，，一般溫度每每變化10℃℃時(shí)，液體密密度的變化約約在1%以內(nèi)內(nèi)，所以當(dāng)溫溫度變化不是是很大，測(cè)量量準(zhǔn)確度要求求不是很高的的情況下，往往往也可以忽忽略不計(jì)。對(duì)于氣體，密度受溫度、壓力變變化影響較大大，如在常溫常常壓附近，溫溫度每變化10℃，密度度變化約為3%；壓力每每變化10kPa，密度約變化3%。因此在測(cè)量氣氣體流量時(shí)，，必須同時(shí)測(cè)測(cè)量流體的溫溫度和壓力。。為了便于比較較，常將在工工作狀態(tài)下測(cè)測(cè)得的體積流流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（（溫度為20℃，壓力為為101325Pa）的體積流量，，用符號(hào)qVN表示，單位符符號(hào)為Nm3/s。生產(chǎn)過程中各各種流體的性性質(zhì)各不相同同，流體的工工作狀態(tài)及流流體的粘度、、腐蝕性、導(dǎo)導(dǎo)電性也不同同，很難用一一種原理或方方法測(cè)量不同同流體的流量量。尤其工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)過程，其情情況復(fù)雜，某某些場(chǎng)合的流流體是高溫、、高壓，有時(shí)時(shí)是氣液兩相相或液固兩相相的混合流體體。所以目前流流量測(cè)量的方方法很多，測(cè)測(cè)量原理和流流量傳感器（（或稱流量計(jì)計(jì)）也各不相相同，從測(cè)量量方法上一般般可分為以下下幾大類。流量檢測(cè)的主主要方法(1)測(cè)測(cè)體積流量容積法：在單位時(shí)間間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固固定體積對(duì)流流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)續(xù)不斷地進(jìn)行行度量，以排排出流體的固固定容積數(shù)來來計(jì)算流量。。容積法受流體體流動(dòng)狀態(tài)影影響較小，適適用于測(cè)量高高粘度、低雷雷諾數(shù)的流體體。雷諾數(shù)數(shù)是流流體流流動(dòng)中中慣性性力與與粘性性力比比值的的量度度,依據(jù)雷雷諾數(shù)數(shù)的大大小可可以判判別流流動(dòng)特特征如：橢橢圓齒齒輪流流量計(jì)計(jì)、腰腰輪流流量計(jì)計(jì)、皮皮膜式式流量量計(jì)等等圖3.16LC橢圓齒齒輪流流量計(jì)計(jì)速度法法：平均均流速速乘以以管道道截面面積求求得流流體的的體積積流量量。測(cè)量平平均流流速的的方法法有：：差壓壓式、、電磁磁式、、漩渦渦式、、聲學(xué)學(xué)式、、熱學(xué)學(xué)式、、渦輪輪式差壓式式又稱節(jié)節(jié)流式式，利利用節(jié)節(jié)流件件前后后的差壓和流速關(guān)系，，通過過差壓壓值獲獲得流流體的的流速速；電磁式式導(dǎo)電流流體在在磁場(chǎng)場(chǎng)中運(yùn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生感感應(yīng)電電勢(shì)，，感應(yīng)電電勢(shì)大小與與流體體的平均流流速成正比比；旋渦式式流體在在流動(dòng)動(dòng)中遇遇到一一定形形狀的的物體體會(huì)在在其周周圍產(chǎn)產(chǎn)生有有規(guī)則則的旋旋渦，，旋渦釋釋放的的頻率率與流速成正比比；渦輪式式流體作作用在在置于于管道道內(nèi)部部的渦渦輪上上使渦渦輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，，其轉(zhuǎn)動(dòng)速速度在一定定流速速范圍圍內(nèi)與與管道道內(nèi)流流體的的流速成正比比；聲學(xué)式式根據(jù)聲聲波在在流體體中傳傳播速速度的的變化化得到到流體體的流流速；；熱學(xué)式式利用加加熱體體被流流體的的冷卻卻程度度與流流速的的關(guān)系系來檢檢測(cè)流流速。?；谒偎俣确ǚǖ牧髁髁繖z檢測(cè)儀儀表有有:節(jié)流式式流量量計(jì)、、靶式式流量量計(jì)、、彎管管流量量計(jì)、、轉(zhuǎn)子子流量量計(jì)、、電磁磁流量量計(jì)、、旋渦渦流量量計(jì)、、渦輪輪流量量計(jì)、、超聲聲流量量計(jì)等等。YJLB型一體體化節(jié)節(jié)流式式流量量計(jì)YJLB型一體體化節(jié)節(jié)流式式流量量計(jì)將將節(jié)流流裝置置和差差壓變變送器器做成成一體體，繼繼承了了節(jié)流流裝置置的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，，結(jié)構(gòu)構(gòu)緊湊湊，成成套性性好，，故障障率低低，使使用安安裝方方便，，動(dòng)態(tài)態(tài)特性性好，，提高高了測(cè)測(cè)量精精度，，可滿滿足各各種流流量測(cè)測(cè)量的的需要要圖3.17圖3.18靶靶式式流流量量計(jì)計(jì)圖3.1990度度彎管管流流量量計(jì)計(jì)測(cè)質(zhì)質(zhì)量量流流量量間接接法法：：測(cè)出出體體積積流流量量和和密密度度，，經(jīng)經(jīng)過過計(jì)計(jì)算算得得到到。。主要要有有壓壓力力溫溫度度補(bǔ)補(bǔ)償償式式質(zhì)質(zhì)量量流流量量計(jì)計(jì)。。直接接法法：：直接接測(cè)測(cè)量量質(zhì)質(zhì)量量流流量量。?？瓶评锢飱W奧利利力力式式流流量量計(jì)計(jì)、、量熱熱式式流流量量計(jì)計(jì)、、角角動(dòng)動(dòng)量量式式流流量量計(jì)計(jì)等。。質(zhì)量量流流量量計(jì)計(jì)是是直直接接測(cè)測(cè)量量流流體體流流過過的的質(zhì)質(zhì)量量。。具具有有精精度度不不受受流流體體的的溫溫度度、、壓壓力力、、密密度度、、粘粘度度等等變變化化影影響響的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)圖3.20SITRANSFC科里里奧奧利利力力質(zhì)質(zhì)量量流流量量計(jì)計(jì)速速度度式式流流量量計(jì)計(jì)（（差差壓壓式式流流量量傳傳感感器器））差壓壓式式流流量量傳傳感感器器又稱稱節(jié)流流式式流流量量傳傳感感器器，它它是是利利用用管管路路內(nèi)內(nèi)的的節(jié)節(jié)流流裝裝置置，，將將管管道道中中流流體體的的瞬瞬時(shí)時(shí)流流量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成節(jié)節(jié)流流裝裝置置前前后后的的壓壓力力差差的的原原理理來來實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的。。圖3.21差差壓壓式式流流量量傳傳感感器器流流量量測(cè)測(cè)量量系系統(tǒng)統(tǒng)差壓壓式式流流量量傳傳感感器器流流量量測(cè)測(cè)量量系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要由由節(jié)流流裝裝置置和差壓壓計(jì)計(jì)（或或差差壓壓變變送送器器））組組成成，，如如下下圖圖所所示示。。節(jié)流流裝裝置置的的作作用用是是把把被被測(cè)測(cè)流流體體的的流流量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成壓壓差差信信號(hào)號(hào)，，差差壓壓計(jì)計(jì)則則對(duì)對(duì)壓壓差差信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行測(cè)測(cè)量量并并顯顯示示測(cè)測(cè)量量值值，，差差壓壓變變送送器器能能把把差差壓壓信信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為與與流流量量對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電電信信號(hào)號(hào)或或氣氣信信號(hào)號(hào)，，以以供供顯顯示示、、記記錄錄或或控控制制。。差壓式流流量傳感感器發(fā)展展較早，，技術(shù)成成熟而較較完善，，而且結(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，對(duì)流流體的種種類、溫溫度、壓壓力限制制較少，，因而應(yīng)應(yīng)用廣泛泛。(1)節(jié)節(jié)流裝裝置節(jié)流裝置置是差壓壓式流量量傳感器器的流量量敏感檢檢測(cè)元件件，是安安裝在流流體流動(dòng)動(dòng)的管道道中的阻阻力元件件。常用的節(jié)節(jié)流元件件有孔板板、噴嘴嘴、文丘丘里管。。它們的結(jié)結(jié)構(gòu)形式式、相對(duì)對(duì)尺寸、、技術(shù)要要求、管管道條件件和安裝裝要求等等均已標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，，故又稱稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)節(jié)流元件件，如下下頁圖所所示。圖3-22標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流流元件(a)孔板；(b)噴嘴；(c)文丘里管管其中孔板板最簡(jiǎn)單單又最為為典型，，加工制制造方便便，在工工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)過程中中常被采采用。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流流裝置按按照規(guī)定定的技術(shù)術(shù)要求和和試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)來設(shè)設(shè)計(jì)、加加工、安安裝，無無需檢測(cè)測(cè)和標(biāo)定定，可以以直接投投產(chǎn)使用用，并可可保證流流量測(cè)量量的精度度。(2)測(cè)測(cè)量量原理測(cè)量原理理在管道中中流動(dòng)的的流體具具有動(dòng)壓壓能和靜靜壓能，，在一定定條件下下這兩種種形式的的能量可可以相互互轉(zhuǎn)換，，但參加加轉(zhuǎn)換的的能量總總和不變變。用節(jié)流元元件測(cè)量量流量時(shí)時(shí)，流體體流過節(jié)節(jié)流裝置置前后產(chǎn)生壓力力差Δp(Δp=p1-p2)，且流過的流流量越大大，節(jié)流流裝置前前后的壓壓差也越越大，流量與與壓差之之間存在在一定關(guān)關(guān)系，這這就是差差壓式流流量傳感感器測(cè)量量原理。。圖3-23節(jié)節(jié)流流件前后后流速和和壓力分分布情況況圖3-23為節(jié)節(jié)流件前前后流速速和壓力力分布情情況，圖圖中充分分地反映映了能量量形式的的轉(zhuǎn)換。。由于流流動(dòng)是穩(wěn)穩(wěn)定不變變的，即即流體在在同一時(shí)時(shí)間內(nèi)通通過管道道截面I和節(jié)流件件開孔截截面II的流體量量應(yīng)相同同，這樣樣通過截截面II的流速必必然比通通過截面面I時(shí)快。在在流速變變化的同同時(shí)，流流體的動(dòng)動(dòng)壓能和和靜壓能能也發(fā)生生變化，，根據(jù)能能量守恒恒定律，，因而在在孔板前前后出現(xiàn)現(xiàn)了靜壓壓差。通通過測(cè)量量此靜壓壓差便可可以求出出流速和和流量。。流量方方程式式為(差壓與與流量量的關(guān)關(guān)系)對(duì)于可可壓縮縮流體體，例例如各各種氣氣體及及蒸氣氣通過過節(jié)流流元件件時(shí)，，由于于壓力力變化化必然然會(huì)引引起密密度ρ的改變變，即即ρ1≠ρ2，這時(shí)在在公式式中應(yīng)應(yīng)引入入體積積膨脹脹系數(shù)數(shù)ε，可壓縮縮性流流體體體積膨膨脹系系數(shù)ε小于1，如如果是是不可可壓縮縮性流流體，，則ε=1。。流量公公式中中的流量系系數(shù)α與節(jié)流流裝置置的結(jié)結(jié)構(gòu)形形式、、取壓壓方式式、節(jié)節(jié)流裝裝置開開孔直直徑、、流體體流動(dòng)動(dòng)狀態(tài)態(tài)（雷雷諾數(shù)數(shù)）及及管道道條件件等因因素有有關(guān)。。對(duì)于于標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)節(jié)流流裝置置，α值可直直接從從有關(guān)關(guān)手冊(cè)冊(cè)中查查出。。(3)差差壓式式流量量檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)圖3-24差差壓式式流量量檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)示意意圖節(jié)流裝裝置是是將被被測(cè)流流體的的流量量值變變換成成差壓壓信號(hào)號(hào)Δp，節(jié)流裝裝置輸輸出的的差壓壓信號(hào)號(hào)由壓壓力信信號(hào)管管路輸輸送到到差壓壓變送送器（（或差差壓計(jì)計(jì)）。。由流流量基基本方方程式式可以以看出出，被被測(cè)流流量與與差壓壓Δp成平方方根關(guān)關(guān)系，，對(duì)于于直接接配用用差壓壓計(jì)顯顯示流流量時(shí)時(shí)，流流量標(biāo)標(biāo)尺是是非線線性的的，為為了得得到線線性刻刻度，，可加加開方方運(yùn)算算電路路或加加開方方器。。如差差壓流流量變變送器器帶有有開方方運(yùn)算算，變變送器器的輸輸出電電流就就與流流量成成線性性關(guān)系系。顯顯示儀儀表則則顯示示流量量的大大小。。要使儀儀表的的指示示值與與通過過管道道的實(shí)實(shí)際流流量相相符，，必須須做到到以下下幾點(diǎn)點(diǎn)：（1）差差壓變變送器器的壓壓差和和顯示示儀表表的流流量標(biāo)標(biāo)尺有有若干干種規(guī)規(guī)格，，選擇擇時(shí)應(yīng)應(yīng)與節(jié)節(jié)流裝裝置孔孔徑匹匹配。。（2））在測(cè)測(cè)量蒸蒸汽和和氣體體流量量時(shí)，，常遇遇到工工作條條件的的密度度ρ與設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)的的密度度ρc不相同同，這這時(shí)必必須對(duì)對(duì)示數(shù)數(shù)進(jìn)行行修正正。（3））顯示示儀表表刻度度通常常是線線性的的，測(cè)測(cè)量值值（差差壓信信號(hào)））要經(jīng)經(jīng)過開開方運(yùn)運(yùn)算進(jìn)進(jìn)行線線性化化處理理后再再送顯顯示儀儀表。。（4））節(jié)流流裝置置應(yīng)正正確安安裝。。（5））接至至差壓壓變送送器的的壓差差應(yīng)該該與節(jié)節(jié)流裝裝置前前后壓壓差相相一致致，這這就需需要正正確安安裝差差壓信信號(hào)管管路。。介質(zhì)為液體體時(shí)：差壓變送器器應(yīng)裝在節(jié)節(jié)流裝置下下面，取壓點(diǎn)應(yīng)應(yīng)在工藝管管道的中心心線以下引引出（下傾傾45°左左右），導(dǎo)導(dǎo)壓管最好好垂直安裝裝，否則也也應(yīng)有一定定斜度。當(dāng)當(dāng)差壓變送送器放在節(jié)節(jié)流裝置之之上時(shí)，要要裝置貯氣氣罐。圖3.25介質(zhì)為氣體體時(shí)：差壓變送器器應(yīng)裝在節(jié)節(jié)流裝置的的上面,防止導(dǎo)導(dǎo)壓管內(nèi)積積聚液滴，，取壓點(diǎn)應(yīng)應(yīng)在工藝管管道的上半半部引出。。圖3.26介質(zhì)為蒸汽汽時(shí)：應(yīng)使導(dǎo)壓管管內(nèi)充滿冷冷凝液，因因此在取壓點(diǎn)的出出口處要裝裝設(shè)凝液罐罐，其它安裝裝同液體。。圖3.27介質(zhì)具有腐腐蝕性時(shí)：：可在節(jié)流裝置置和差壓變變送器之間間裝設(shè)隔離離罐，內(nèi)放不與與介質(zhì)有互互溶的隔離離液來傳遞遞壓力，或或采用噴吹吹法等。圖3.28（2）靶式式流量計(jì)在流體通過過的管道中中，垂直于于流動(dòng)方向向插上一塊塊圓盤形的的靶。流體體通過時(shí)對(duì)對(duì)靶片產(chǎn)生生推力，經(jīng)經(jīng)杠桿系統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)生力矩矩。力矩與與流量的平平方近似成成正比。靶式流量計(jì)計(jì)適用于測(cè)測(cè)量粘稠性性及含少量量懸浮固體體的液體。。圖3.29（3）旋渦渦流量計(jì)旋渦流量計(jì)計(jì)又稱渦街街流量計(jì)，，其測(cè)量方方法基于流流體力學(xué)中中的卡門渦渦街原理。。把一個(gè)旋旋渦發(fā)生體體（如圓柱柱體、三角角柱體等非流線型對(duì)對(duì)稱物體）垂直插在在管道中，，當(dāng)流體繞繞過旋渦發(fā)發(fā)生體時(shí)會(huì)會(huì)在其左右右兩側(cè)后方方交替產(chǎn)生生旋渦，形形成渦列，，且左右兩兩側(cè)旋渦的的旋轉(zhuǎn)方向向相反。這這種渦列就就稱為卡門門渦街。在一定的雷雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)，體體積流量qv與旋渦的頻頻率f成線性關(guān)系系。只要測(cè)測(cè)出旋渦的的頻率f就能求得流流過流量計(jì)計(jì)管道流體體的體積流流量qv。旋渦流量計(jì)計(jì)的輸出信信號(hào)是與流流量成正比比的脈沖頻頻率信號(hào)或或標(biāo)準(zhǔn)電流流信號(hào)，可可以遠(yuǎn)距離離傳輸，而而且輸出信信號(hào)與流體體的溫度、、壓力、密密度、成分分、粘度等等參數(shù)無關(guān)關(guān)。該流量量計(jì)量程比比寬，結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單，無無運(yùn)動(dòng)件，，具有測(cè)量量精度高、、應(yīng)用范圍圍廣、使用用壽命長(zhǎng)等等特點(diǎn)。另外，轉(zhuǎn)子子流量計(jì)、、渦輪流量量計(jì)、電磁磁流量計(jì)、、超聲波流流量計(jì)3.3.3容積積式流量計(jì)計(jì)該流量計(jì)系系直讀累積積式流體流流量計(jì)，是是由裝有一一對(duì)橢圓齒齒輪轉(zhuǎn)子的的計(jì)量室、、密封聯(lián)軸軸器（小口口徑流量計(jì)計(jì)采用靈敏敏度高的磁磁性聯(lián)軸器器）和計(jì)數(shù)數(shù)機(jī)構(gòu)組成成。測(cè)得得旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)頻頻率率就就可可求求得得體體積積流流量量。。圖3.30橢橢圓圓齒齒輪輪流流量量測(cè)測(cè)量量示示意意圖圖質(zhì)質(zhì)量量流流量量計(jì)計(jì)(1)直直接接式式質(zhì)質(zhì)量量流流量量傳傳感感器器———科里里奧奧利利質(zhì)質(zhì)量量流流量量傳傳感感器器科里里奧奧利利質(zhì)質(zhì)量量流流量量傳傳感感器器是是利利用用流流體體在在直直線線運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的的同同時(shí)時(shí)，，處處于于一一個(gè)個(gè)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)系系中中，，產(chǎn)產(chǎn)生生與與質(zhì)質(zhì)量量流流量量成成正正比比的的科科里里奧奧利利力力而而制制成成的的一一種種直直接接式式質(zhì)質(zhì)量量流流量量傳傳感感器器。。圖3-31科科里里奧奧利利力力分分析析圖圖當(dāng)質(zhì)質(zhì)量量為為m的質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)在在對(duì)對(duì)P軸作作角角速速度度為為ω旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的管管道道內(nèi)內(nèi)移移動(dòng)動(dòng)時(shí)時(shí)，，如如圖圖3-31所所示示，，質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)具具有有兩兩個(gè)個(gè)分分量量的的加加速速度度及及相相應(yīng)應(yīng)的的加加速速度度力力：：①法向向加加速速度度:即向向心心加加速速度度ar，其量量值值為為ω2r，方向向朝朝向向P軸。。②切向向加加速速度度:即科科里里奧奧利利加加速速度度at,其量量值值為為2ωv，，方向向與與ar垂直直。。由由于于復(fù)復(fù)合合運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，在在質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的的at方向向上上作作用用著著科科里里奧奧利利力力為為2ωvm，，而管管道道對(duì)對(duì)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)作作用用著著一一個(gè)個(gè)反反向向力力，，其其值值為為-2ωvm。。當(dāng)密密度度為為ρ的流流體體以以恒恒定定速速度度v在管道內(nèi)流動(dòng)動(dòng)時(shí)，任何一一段長(zhǎng)度為Δx的管道都受到到一個(gè)大小為為ΔFc的切向科里奧奧利力，即即ΔFc=2ωvρAΔx式中,A為管道的流通通內(nèi)截面積。。2ωvm因?yàn)橘|(zhì)量流量量qm=ρvA，所以ΔFc=2ωqmΔx基于上式，如如直接或間接接測(cè)量在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)管道中流動(dòng)動(dòng)流體所產(chǎn)生生的科里奧利利力就可以測(cè)測(cè)得質(zhì)量流量量，這就是科科里奧利質(zhì)量量流量傳感器器的工作原理理。ΔFc=2ωvρAΔx圖3-32科科里奧利質(zhì)質(zhì)量流量傳感感器結(jié)構(gòu)原理理圖然而，通過旋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生生科里奧利力力實(shí)現(xiàn)起來比比較困難，目目前的傳感器器均采用振動(dòng)動(dòng)的方式來產(chǎn)產(chǎn)生，圖3-32是科里里奧利質(zhì)量流流量傳感器結(jié)結(jié)構(gòu)原理圖。。流量傳感器的的測(cè)量管道是是兩根兩端固固定平行的U形管，在兩個(gè)個(gè)固定點(diǎn)的中中間位置由驅(qū)驅(qū)動(dòng)器施加產(chǎn)產(chǎn)生振動(dòng)的激激勵(lì)能量，在在管內(nèi)流動(dòng)的的流體產(chǎn)生科科里奧利力，，使測(cè)量管兩兩側(cè)產(chǎn)生方向向相反的扭曲曲。位于U形管的兩個(gè)直直管管端的兩兩個(gè)檢測(cè)器用用光學(xué)或電磁磁學(xué)方法檢測(cè)測(cè)扭曲量以求求得質(zhì)量流量量。當(dāng)管道充滿流流體時(shí)，流體體也成為轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)系的組成部部分，流體密密度不同，管管道的振動(dòng)頻頻率會(huì)因此而而有所改變，，而密度與頻頻率有一個(gè)固固定的非線性性關(guān)系，因此此科里奧利質(zhì)量量流量傳感器器也可測(cè)量流流體密度。推導(dǎo)式質(zhì)量流流量傳感器推導(dǎo)式質(zhì)量流流量傳感器實(shí)實(shí)際上是由多多個(gè)傳感器組組合而成的質(zhì)質(zhì)量流量測(cè)量量系統(tǒng)，根據(jù)據(jù)傳感器的輸輸出信號(hào)間接推導(dǎo)出流流體的質(zhì)量流流量。組合方式主要要有以下幾種種。（1）差壓式流量傳傳感器與密度度傳感器組合合方式差壓式流量傳傳感器的輸出出信號(hào)是差壓壓信號(hào)，它正正比于ρq2v，若與密度傳感感器的輸出信信號(hào)進(jìn)行乘法法運(yùn)算后再開開方即可得到到質(zhì)量流量。。即（2）體積流量傳感感器與密度流流量傳感器組組合方式能直接用來測(cè)測(cè)量管道中的的體積流量qv的傳感器有電電磁流量傳感感器、渦輪流流量傳感器、、超聲波流量量傳感器等，，利用這些傳傳感器的輸出出信號(hào)與密度度傳感器的輸輸出信號(hào)進(jìn)行行乘法運(yùn)算即即可得到質(zhì)量量流量。即即K1qvK2ρ=Kqm（3）差壓式流量傳傳感器與體積積式流量傳感感器組合方式式差壓式流量傳傳感器的輸出出差壓信號(hào)Δp與ρq2v成正比，而體體積流量傳感感器輸出信號(hào)號(hào)與qv成正比，將這這兩個(gè)傳感器器的輸出信號(hào)號(hào)進(jìn)行除法運(yùn)運(yùn)算也可得到到質(zhì)量流量。。即流流量?jī)x表的的選用選擇流量?jī)x表表要考慮的主主要因素：流體特性（物物性參數(shù)和流流動(dòng)參數(shù)）、、化學(xué)性質(zhì)、、臟污結(jié)垢影響最大的是是：密度和粘粘度使用環(huán)境：是是否會(huì)腐蝕安裝條件：直管段，差壓壓式、旋渦式式直管段要求求較長(zhǎng)，容積積式無此要求求。質(zhì)量流量量計(jì)也要求。。3.4壓力力檢測(cè)壓力是重要的的工業(yè)參數(shù)之之一，正確測(cè)量和控控制壓力對(duì)保保證生產(chǎn)工藝藝過程的安全全性和經(jīng)濟(jì)性性有重要意義義。壓力及差差壓的測(cè)量還還廣泛地應(yīng)用用在流量和液液位的測(cè)量中中。3.4壓力力檢測(cè)壓壓力單位位及壓力檢測(cè)測(cè)方法主要研究?jī)?nèi)容容：常常用壓力力檢測(cè)儀表壓壓力表的選用壓壓力單位位及壓力檢測(cè)測(cè)方法(1)壓力單位工程技術(shù)上所所稱的“壓力”實(shí)質(zhì)上就是物物理學(xué)里的“壓強(qiáng)”，定義為均勻而而垂直作用于于單位面積上上的力。其表表達(dá)式式為式中:P——壓力；；F——作用力力；A——作用面面積。。國(guó)際單單位制制（SI））中定義義：1牛頓頓力垂垂直均均勻地地作用用在1平方方米面面積上上形成成的壓壓力為為1“帕斯卡卡”。帕斯斯卡簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱“帕”，單位位符號(hào)號(hào)為Pa。其他的的壓力力單位位“工程大大氣壓壓”（即kgf/cm2）、、“毫米汞汞柱”（即mmHg））、“毫米水水柱”（即mmH2O）、、物理大大氣壓壓（即即atm）等還在在應(yīng)用用，換算關(guān)關(guān)系見見p40表3-6。。(2)壓壓力的的表示示方法法絕對(duì)壓壓力指作用用于物物體表表面積積上的的全部部壓力力，其其零點(diǎn)點(diǎn)以絕絕對(duì)真真空為為基準(zhǔn)準(zhǔn)，又又稱總總壓力力或全全壓力力，一一般用用大寫寫符號(hào)號(hào)P表示大氣壓壓力是指地地球表表面上上的空空氣柱柱重量量所產(chǎn)產(chǎn)生的的壓力力，以以P0表示。。圖3.33絕絕對(duì)壓壓力、、表壓壓力、、負(fù)壓壓之間間的關(guān)關(guān)系表壓力力這是指指絕對(duì)對(duì)壓力力與大大氣壓壓力之之差，，一般般用p表示。測(cè)壓壓儀表一般般指示的壓壓力都是表表壓力，表表壓力又稱稱相對(duì)壓力力。當(dāng)絕對(duì)壓力力小于大氣氣壓力時(shí)，，則表壓力力為負(fù)壓，負(fù)壓又可可用真空度表示，負(fù)壓壓的絕對(duì)值值稱為真空空度。如測(cè)測(cè)爐膛和煙煙道氣的壓壓力均是負(fù)負(fù)壓。差壓任意兩個(gè)壓壓力之差稱稱為差壓。。如靜壓式式液位計(jì)和和差壓式流流量計(jì)就是是利用測(cè)量量差壓的大大小來測(cè)得得液位和流流體流量的的大小的。。(3)壓壓力的檢測(cè)測(cè)方法彈性力平衡衡方法：基基于彈性元元件的彈性性變形特性性。彈性元件受受到被測(cè)壓壓力作用而而產(chǎn)生變形形，而因彈彈性變形產(chǎn)產(chǎn)生的彈性性力與被測(cè)測(cè)壓力相平平衡。測(cè)出出彈性元件件變形的位位移就可測(cè)測(cè)出彈性力力。此類壓壓力計(jì)有彈彈簧管壓力力計(jì)、波紋紋管壓力計(jì)計(jì)、膜式壓壓力計(jì)等。。重力平衡方方法：主要有活塞式和和液柱式。?；钊綁毫ατ?jì)將被測(cè)壓力力轉(zhuǎn)換成活活塞上所加加平衡砝碼碼的質(zhì)量來來進(jìn)行測(cè)量量的，測(cè)量精度高高，測(cè)量范范圍寬，性性能穩(wěn)定可可靠，一般作為為標(biāo)準(zhǔn)型壓壓力檢測(cè)儀儀表來校驗(yàn)驗(yàn)其他類型型的測(cè)壓儀儀表。液柱式壓力力計(jì)是根據(jù)流體體靜力學(xué)原原理，將被被測(cè)壓力轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成液柱柱高度進(jìn)行行測(cè)量的，，最典型的的是U型管壓力計(jì)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單且讀數(shù)數(shù)直觀。機(jī)械力平衡衡方法：其原理是將將被測(cè)壓力力變換成一一個(gè)集中力力，用外力力與之平衡衡，通過測(cè)測(cè)量平衡時(shí)時(shí)的外力來來得到被測(cè)測(cè)壓力。機(jī)械力平衡衡方法較多多用于壓力力或差壓變變送器中，，精度較高高，但結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜。物性平衡方方法：基于在壓力力作用下測(cè)測(cè)壓元件的的某些物性性發(fā)生變化化的原理。。如電氣式壓壓力計(jì)、振振頻式壓力力計(jì)、光纖纖壓力計(jì)、、集成式壓壓力計(jì)等。。(1)彈性性式壓力表表彈性式壓力力表是以彈彈性元件受受壓后所產(chǎn)產(chǎn)生的彈性性變形作為為測(cè)量基礎(chǔ)礎(chǔ)的。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單，價(jià)格低低廉，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)使用和維維修都很方方便，又有有較寬的壓壓力測(cè)量范范圍，因此此在工程中中獲得了非非常廣泛的的應(yīng)用。3.4.2常用用壓力檢測(cè)測(cè)儀表彈性元件采用不同材材料、不同同形狀的彈彈性元件作作為感壓元元件，可以以適用于不不同場(chǎng)合、、不同范圍圍的壓力測(cè)測(cè)量。目前前廣泛使用用的彈性元元件有彈簧管、、波紋管和和膜片等。。圖3-34彈性元元件示意圖圖圖3-34給出了一一些常用彈彈性元件的的示意圖。。其中波紋紋膜片和波波紋管多用用于微壓和和低壓測(cè)量量；單圈和和多圈彈簧簧管可用于于高、中、、低壓和真真空度的測(cè)測(cè)量。彈簧管壓力力表彈簧管壓力力表在彈性性式壓力表表中更是歷歷史悠久，，應(yīng)用廣泛泛。彈簧管壓力力表中壓力力敏感元件件是彈簧管管。彈簧管管的橫截面面呈非圓形形（橢圓形形或扁形）），彎成圓圓弧形的空空心管子，，如圖15-35所所示。管管子的一端端為封閉，，作為位移移輸出端，，另一端為為開口，為為被測(cè)壓力力輸入端。。當(dāng)開口端端通入被測(cè)測(cè)壓力后，，非圓橫截截面在壓力力p作用下將趨趨向圓形，，并使彈簧簧管有伸直直的趨勢(shì)而而產(chǎn)生力矩矩，其結(jié)果果使彈簧管管的自由端端由B移至B′而產(chǎn)生位移移，圖3-35單圈圈彈簧管結(jié)結(jié)構(gòu)圖3-36彈簧管管壓力表(2)壓力力傳感器——是能夠檢測(cè)測(cè)壓力并提提供遠(yuǎn)傳信信號(hào)的裝置置。能夠滿足自自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)集中檢測(cè)測(cè)顯示和控控制的要求求。當(dāng)壓力傳感感器輸出的的電信號(hào)進(jìn)進(jìn)一步變換換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)統(tǒng)一信號(hào)時(shí)時(shí)，又將它它稱為壓力變送器器。應(yīng)變片式：：壓電式：壓阻式：電容式：集成式：應(yīng)變片式壓壓力傳感器器基于金屬導(dǎo)導(dǎo)體或半導(dǎo)導(dǎo)體材料的的應(yīng)變效應(yīng)應(yīng)而工作。。將應(yīng)變片粘粘貼在彈性性元件上，，在彈性元元件受壓變變形的同時(shí)時(shí)應(yīng)變片也也發(fā)生應(yīng)變變，即電阻阻值發(fā)生變變化當(dāng)某些材料料受到某一一方向的壓壓力作用而而發(fā)生變形形時(shí)，內(nèi)部部就產(chǎn)生極極化現(xiàn)象，，同時(shí)在它它的兩個(gè)表表面上就產(chǎn)產(chǎn)生符號(hào)相相反的電荷荷；當(dāng)壓力力去掉后，，又重新恢恢復(fù)不帶電電狀態(tài)。這這種現(xiàn)象稱稱為壓電效應(yīng)。具有壓電電效應(yīng)的材材料稱為壓壓電材料。。壓電材料料種類較多多，有石英英晶體、人人工制造的的壓電陶瓷瓷，還有高高分子壓電電薄膜等。。壓電式壓力力傳感器1-絕緣體2-壓電元件3-殼體4-膜片壓阻元件是是指在半導(dǎo)導(dǎo)體材料的的基片上用用集成電路路工藝制成成的擴(kuò)散電電阻。它是是基于壓阻效應(yīng)工作的，即即當(dāng)它受壓壓時(shí)，其電電阻值隨電電阻率的改改變而變化化。常用的的壓阻元件件有單晶硅硅膜片以及及在N型單晶硅膜膜片上擴(kuò)散散P型雜質(zhì)的擴(kuò)擴(kuò)散硅等，，也是依附附于彈性元元件而工作作。壓阻式壓力力傳感器其測(cè)量原理理是將彈性性元件的位位移轉(zhuǎn)換為為電容量的的變化。將測(cè)壓膜片片作為電容容器的可動(dòng)動(dòng)極板，它它與固定極極板組成可可變電容器器。當(dāng)被測(cè)測(cè)壓力變化化時(shí)，由于于測(cè)壓膜片片的彈性變變形產(chǎn)生位位移改變了了兩塊極板板之間的距距離，造成成電容量發(fā)發(fā)生變化。。電容式壓力力傳感器它是將微機(jī)機(jī)械加工技技術(shù)和微電電子集成工工藝相結(jié)合合的一類新新型傳感器器，有壓阻阻式、微電電容式、微微諧振式等等形式。將差壓、、靜壓和和溫度同同時(shí)測(cè)出出，再送送入微機(jī)機(jī)系統(tǒng)經(jīng)經(jīng)過運(yùn)算算處理后后就可以以得到修修正后的的被測(cè)差差壓值、、靜壓值值和溫度度值。集成式壓壓力傳感感器壓力表的的選用主主要包括括儀表型型式、量量程范圍圍、精度度和靈敏敏度、外外形尺寸寸以及是是否還需需要遠(yuǎn)傳傳和其他他功能，，如指示示、記錄錄、報(bào)警警、控制制等。選用的依依據(jù)如下下：(1)必必須滿滿足工藝藝生產(chǎn)過過程的要要求，包包括量程程和精度度；(2)考考慮被被測(cè)介質(zhì)質(zhì)的性質(zhì)質(zhì)，如溫溫度、壓壓力、粘粘度、腐腐蝕性、、易燃易易爆程度度等；(3)注注意儀儀表安裝裝使用時(shí)時(shí)所處的的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)環(huán)境條件件，如環(huán)環(huán)境溫度度、電磁磁場(chǎng)、振振動(dòng)等。。壓壓力表表的選用用3.5物物位檢檢測(cè)基基本概概念研究?jī)?nèi)容容：物物位檢檢測(cè)的主主要方法法和分類類常常用物物位檢測(cè)測(cè)儀表———差壓式液液位計(jì)物物位檢檢測(cè)儀表表的選用用基基本概概念在容器中中液體介介質(zhì)的高高低叫液位，容器中中固體或或顆粒狀狀物質(zhì)的的堆積高高度叫料位。測(cè)量液液位的儀儀表叫液位計(jì)，測(cè)量料料位的儀儀表叫料位計(jì)，測(cè)量?jī)蓛煞N密度度不同的的液體介介質(zhì)分界界面的高高低（界界位）的的儀表叫叫界面計(jì)。上述三三種儀表表統(tǒng)稱為為物位計(jì)。。物位開關(guān)關(guān)：在物位檢檢測(cè)中，，有時(shí)不不需要對(duì)對(duì)物位進(jìn)進(jìn)行連續(xù)續(xù)測(cè)量，，只需要要測(cè)量物物位是否否達(dá)到上上線、下下限或某某個(gè)特定定的位置置，這種種定點(diǎn)測(cè)測(cè)量用的的儀表被被稱為物物位開關(guān)關(guān)。一般般用來監(jiān)監(jiān)視、報(bào)報(bào)警、輸輸出控制制信號(hào)。。物物位檢檢測(cè)的主主要方法法和分類類按工作原原理主要要有以下下幾種類類型：直讀式：：根據(jù)流體體的連通通性原理理來測(cè)量量液位。。靜壓式：：壓力式和和差壓式式。根據(jù)據(jù)液柱或或物料堆堆積高度度變化對(duì)對(duì)某點(diǎn)上上產(chǎn)生的的靜（差差）壓力力的變化化的原理理測(cè)量物物位。浮力式：：它根據(jù)浮浮子高度度隨液位位高低而而改變或或液體對(duì)對(duì)浸沉在在液體中中的浮筒筒（或稱稱沉筒））的浮力力隨液位位高度變變化而變變化的原原理來測(cè)測(cè)量液位位。前者者稱為恒恒浮力式式，后者者稱為變變浮力式式。電氣式：：根據(jù)把物物位變化化轉(zhuǎn)換成成各種電電量變化化的原理理來測(cè)量量物位。。輻射式：：根據(jù)同位位素射線線的核輻輻射透過過物料時(shí)時(shí)，其強(qiáng)強(qiáng)度隨物物質(zhì)層的的厚度變變化而變變化的原原理來測(cè)測(cè)量液位位。另外還有有：聲學(xué)式、、光學(xué)式式、射線線式微波式、、激光光式、射射流式式、光光纖維式式等等常常用物物位檢測(cè)測(cè)儀表——差壓式液液位計(jì)圖3-41差差壓傳感感器測(cè)量量液位原原理圖設(shè)被測(cè)介介質(zhì)的密密度為ρ，容器頂部部為氣相相介質(zhì)，，氣相壓壓力為pA，pB是液位零零面的壓壓力，p1是取壓口口的壓力力，根據(jù)據(jù)靜力學(xué)學(xué)原理可可得因此，差差壓變送送器正負(fù)負(fù)壓室的的壓力差差為液位測(cè)量量問題就就轉(zhuǎn)化為為差壓測(cè)測(cè)量問題了。。但是，當(dāng)當(dāng)液位零零面與檢檢測(cè)儀表表的取壓壓口不在在同一水水平高度度時(shí)，會(huì)會(huì)產(chǎn)生附附加的靜靜壓誤差差。就需需要進(jìn)行行量程遷移移和零點(diǎn)點(diǎn)遷移。。(1)取取壓點(diǎn)與與液位零零面在同同一水平平面圖3.42液液位測(cè)測(cè)量的正正遷移如圖所示示，當(dāng)差差壓變送送器的取取壓口低低于容器器底部的的時(shí)候，，差壓變變送器上上測(cè)得的的差壓為為為了使液液位的滿滿量程和和起始值值仍能與與差壓變變送器的的輸出上上限和下下限相對(duì)對(duì)應(yīng)，就就必須克克服固定定差壓ρgh0的影響，采用用量程遷移就就可實(shí)現(xiàn)。(2)取壓口口低于容器底底部因?yàn)椋核裕涸跓o遷移情況況下，實(shí)際測(cè)測(cè)量范圍是0～（h0ρg+hmaxρg），原因是這種安安裝方法時(shí)ΔP多出一項(xiàng)h0ρg。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=h0ρg，因此P0＞20KPa。為了遷移掉h0ρg，即在h=0時(shí)仍然使P0=20KPa，可以調(diào)整儀表表的遷移彈簧簧張力。由于于h0ρg作用在正壓室室上，稱之為為正遷移量。。遷移彈簧張張力抵消了h0ρg在正壓室內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生的力，達(dá)達(dá)到正遷移的目的。由于ρgh0〉0，所以稱為正遷遷移。量程遷移后，，測(cè)量范圍為為0～hmaxρg，再通過零點(diǎn)遷遷移，使差壓壓式液位計(jì)的的測(cè)量范圍調(diào)調(diào)整為h0ρg～（h0ρg+hmaxρg）。圖3.43液液位測(cè)量量的負(fù)遷移當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有有腐蝕性時(shí)，，差壓變送器器的正、負(fù)壓壓室之間就需需要裝隔離罐罐，如果隔離離液的密度為為ρ1(ρ1>ρ)，則(3)介質(zhì)有有腐蝕性時(shí)因?yàn)椋核裕簩?duì)比無遷移情情況，ΔP多了一項(xiàng)壓力力-（h1-h0）ρ1g，它作用在負(fù)壓壓室上，稱之之為負(fù)遷移量。當(dāng)h=0時(shí)，ΔP=-(h1-h0)ρ1g，因此P0<20KPa。為了遷移掉-(h1-h0)ρ1g的影響，可以以調(diào)整負(fù)遷移移彈簧的張力力來進(jìn)行負(fù)遷遷移以抵消掉掉-(h1-h0)ρ1g在負(fù)壓室內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生的力，以以達(dá)到負(fù)遷移的目的。遷移調(diào)整后，，差壓式液位位計(jì)的測(cè)量范范圍調(diào)整為-(h1-h0)ρ1g～[hmaxρg-(h1-h0)ρ1g]將上式變?yōu)椋海河捎谒苑Q為負(fù)遷移。利用差壓式液液位計(jì)還可以以測(cè)量液體的的分界面，如如下圖所示。。液位計(jì)正、負(fù)負(fù)壓室受力情情況如下：P1=h0ρ2g+（h1+h2）ρ1gP2=（h2+h1+h0）ρ1gΔP=P1–P2=h0g（ρ2-ρ1）由于（ρ2-ρ1）是已知的，，所以壓差ΔP與分界面高高度h0成一一對(duì)應(yīng)應(yīng)關(guān)系。(4)測(cè)量量分界面界面測(cè)量電容式物位位計(jì)超聲波物位位計(jì)核輻射式物物位計(jì)磁翻轉(zhuǎn)式物物位計(jì)(5)其它它物位計(jì)3.5.3物位位檢測(cè)儀表表的選用必須考慮測(cè)量范圍、、測(cè)量精度度、被測(cè)介介質(zhì)的物理理化學(xué)性質(zhì)質(zhì)、環(huán)境操操作條件、、容器結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀等因素。在液位檢測(cè)測(cè)中最為常常用的就是是靜壓式和和浮力式測(cè)測(cè)量方法，，但必須在在容器上開開孔安裝引引壓管或在在介質(zhì)中插插入浮筒，，因此在介介質(zhì)為高粘粘度或者易易燃易爆場(chǎng)場(chǎng)合不能使使用這些方方法。在料位檢測(cè)測(cè)中可以采采用電容式式、超聲波波式、射線線式等測(cè)量量方法。3.8變變送器器概概述變變送器的量量程、零點(diǎn)點(diǎn)遷移溫溫度變送器器3.8.3差壓壓變送器3.8.4智能能變送器3.8變變送器器作用：將檢測(cè)元件件的輸出信信號(hào)轉(zhuǎn)換成成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信信號(hào)送往顯示儀儀表或控制制儀表進(jìn)行行顯示、記記錄或控制制。溫度變送器器、差壓變變送器、流流量變送器器、液位變變送器等分類：根據(jù)驅(qū)動(dòng)能能源形式電動(dòng)變送器器(電力)氣動(dòng)變送器器(壓縮空空氣)根據(jù)檢測(cè)與與變送分離離與否檢測(cè)與變送送分離：溫度變送器器檢測(cè)與變送送一起：壓力變送器器概概述工作原理：：負(fù)反饋原原理包括測(cè)量、放大大和反饋三個(gè)部分圖3.44變變送器的原原理框圖根據(jù)前圖可可得，變送送器輸入與與輸出的關(guān)關(guān)系為：圖3.45變送器的輸輸入輸出特特性輸入輸出特特性：式中：K——放大器的放放大系數(shù)F——反饋部分的的反饋系數(shù)數(shù)C——測(cè)量部分的的轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)當(dāng)KF>>1時(shí)，3.8.1變送器器的量程、、零點(diǎn)遷移移量程遷移：：目的是使變變送器輸出出信號(hào)的上上限值與測(cè)測(cè)量范圍的的上限值相相對(duì)應(yīng)。圖3.46變送送器量程調(diào)調(diào)整前后的的輸入輸出出特性改變反饋系系數(shù)F的大小可以以實(shí)現(xiàn)量程程調(diào)整。F大則量程大大；F小則量程小小。零點(diǎn)遷移：目的是使變變送器輸出出信號(hào)的下下限值與測(cè)測(cè)量范圍的的下限值相相對(duì)應(yīng)。零點(diǎn)調(diào)整：xmin=0零點(diǎn)遷移：xmin≠0xmin>0正遷移xmin<0負(fù)遷移圖3.47變變送器零零點(diǎn)遷移前前后的輸入入輸出特性性將儀表的量量程遷移和和零點(diǎn)遷移移相結(jié)合可可以提高儀儀表的測(cè)量量精度和靈靈敏度，擴(kuò)擴(kuò)大儀表的的適用范圍圍，增加其其通用性和和靈活性。。例：利用差壓壓法測(cè)量液液位，理想想：0~500mm，實(shí)際：250±50mm調(diào)整方法：：先量程遷遷移，再零零點(diǎn)遷移圖3.483.8.2溫度度變送器作用：是將熱電電偶、熱電電阻的檢測(cè)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信信號(hào)輸出給顯示示儀表或控控制器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)溫度的的顯示、記記錄或自動(dòng)動(dòng)控制。分類：連接方式：：（見P64）四線制：供電電源源和輸出信信號(hào)分別用用兩根導(dǎo)線線傳輸(被被廣泛采用用)。電源源與信號(hào)分分離，對(duì)電電流信號(hào)的的零點(diǎn)和元元器件的功功耗無嚴(yán)格格要求兩線制：變送器與與控制室之之間只用兩兩根導(dǎo)線連連接。既是是電源線