熱工測量儀表

熱工測量儀表第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1測量的定義根據(jù)國際通用計(jì)量學(xué)基本名詞的推薦“測量是以確定量值為目的的一組操作”。這里的量值均指物理量而言。測量是按照某種規(guī)律，用數(shù)據(jù)來描述觀察到的現(xiàn)象，即對事物作出量化描述。測量是對非量化實(shí)物的量化過程。第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日測量方法的分類有許多種，按如何取得測量結(jié)果進(jìn)行分類有：(1）直接測量法，就是將被測量直接與所選用的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，或者用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀表進(jìn)行測量，從而直接得出測量值的方法。如用鋼卷尺測長度，用玻璃管水位計(jì)測水位等。(2)間接測量法，即利用被測量與某些量有確知的函數(shù)關(guān)系，用直接測量法測得這些有關(guān)量的數(shù)值，代入已知的函數(shù)關(guān)系算出被測量的數(shù)值。例如，通過測量導(dǎo)線電阻、長度以求出電阻率，節(jié)流裝置通過測量差壓、溫度、壓力從而測出流量等。第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日(3)組合測量法，當(dāng)被測量與直接測量的一些量不是一個函數(shù)關(guān)系，需要求解一個方程組才能取得時即為組合測量。如測量某電阻的溫度系數(shù)，其電阻值與溫度的關(guān)系為：

Rt=Ro(l+At+Bt2)，式中Rt是溫度為toC時電阻的數(shù)值，可以直接測得；溫度t也可直接測得。要取得系數(shù)A和B，需要解一個二元一次方程組。第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日2測量誤差的概念測量所得的值與被測事物的真實(shí)值之間的差異。在實(shí)際測量時，無論什么樣的測量儀表，也不論其質(zhì)量多高，它的測量結(jié)果與被測量的實(shí)際值之間總會存在一定的差值，這個差值就是誤差。第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日測量誤差的表示方法誤差通常用絕對誤差、相對誤差和引用誤差來表示。（1）絕對誤差儀表的指示值與被測量值之間的差值，稱為絕對誤差,即:

絕對誤差=指示值—實(shí)際值

工作中通?？捎脴?biāo)準(zhǔn)表的指示值作為被測量的實(shí)際值。（2）示值相對誤差

示值絕對誤差與被測量實(shí)際值比值的百分?jǐn)?shù)，稱為示值相對誤差（或相對誤差）（3）滿度相對誤差

所有示值絕對誤差中最大值與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)，稱為滿度相對誤差（或引用誤差）

。工作中，一般采用滿度相對誤差來反映儀表的準(zhǔn)確程度。第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日3測量誤差的主要來源(1)器具誤差——計(jì)量器具本身所具有的誤差。由儀器、儀表本身及其附件所引入，出于儀器的電氣或機(jī)械性能不完善所產(chǎn)生的誤差。例如，電橋中的標(biāo)準(zhǔn)電阻、示波器的探極線等都含有誤差。儀器、儀表的零位偏移，刻度不準(zhǔn)確，以及非線性等引起的誤差均屬于儀器誤差。(2)環(huán)境誤差——由于實(shí)際環(huán)境條件與規(guī)定條件不一致所引起的誤差。又稱為影響誤差，是指由于受到溫度、濕度、氣壓、電磁場、機(jī)械振動、聲音、光、放射性等影響所造成的附加誤差。其中溫度影響是最見的。第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日(3)人員誤差——測量人員主觀因素和操作技術(shù)所引起的誤差。由于人的感覺器官和運(yùn)動器官的限制所造成的誤差。例如，讀錯刻度、念錯讀數(shù)等。對于某些需借助于人眼、人耳來判斷結(jié)果的測量，以及需進(jìn)行人工調(diào)節(jié)等的測量工作，均會引入人身誤差。(4)方法誤差——測量方法不完善引起的誤差，又稱為理論誤差。是指由于使用的測量方法不完善、理論依據(jù)不嚴(yán)密所產(chǎn)生的誤差，即凡是在測量結(jié)果的表達(dá)式中沒有得到反映的因素，而實(shí)際上這些因素又起作用時所引起的誤差。例如，用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)孔板測量氣體流量時沒有加上溫壓補(bǔ)償，就會引起測量誤差。第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日4測量誤差的分類根據(jù)測量誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，測量誤差可以分為3大類。系統(tǒng)誤差

在同一測量條件下，對同一被測參數(shù)進(jìn)行多次重復(fù)測量，誤差的數(shù)值大小和符號都相同或按照某個確定規(guī)律變化，此種誤差稱為系統(tǒng)誤差。一般可以通過實(shí)驗(yàn)的方法找到系統(tǒng)誤差的變化規(guī)律及產(chǎn)生的原因，并對測量結(jié)果加以修正，或者采取一定的措施，如改善測量條件和改進(jìn)測量方法等，使系統(tǒng)誤差減小或消除，從而得到更加準(zhǔn)確的測量結(jié)果。第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日隨機(jī)誤差

在同一測量條件下，多次測量同一被測量時，誤差的數(shù)值大小在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化，符號的變化也不可預(yù)見，這就稱為隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差也叫偶然誤差。

隨機(jī)誤差是由于測量過程中許多獨(dú)立的、微小的偶然因素(如儀器儀表中傳動部件的間隙和摩擦，振動或沖擊等干擾、溫度或濕度變化干擾、交流電源或電磁場變化等)所引起的綜合結(jié)果，表現(xiàn)為具有隨機(jī)性，隨機(jī)誤差使得測量數(shù)據(jù)存在分散性。大多數(shù)情況下，隨機(jī)誤差的統(tǒng)計(jì)特性服從正態(tài)分布，另外還有三角分布、梯形分布、均勻分布第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日

粗大誤差

明顯歪曲了測量結(jié)果的異常誤差稱為粗大誤差。含有粗大誤差的測量值屬于錯誤的測量值，一般稱為壞值，正常的測量結(jié)果中不應(yīng)含有壞值，應(yīng)根據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法的某些準(zhǔn)則判斷哪個測量值是壞值，然后從測量數(shù)據(jù)組中加以剔除。

粗大誤差產(chǎn)生的原因可能是由于人為的操作失誤，包括觀測者粗心大意導(dǎo)致操作不當(dāng)或讀數(shù)錯誤等。另外，測量設(shè)備突然出現(xiàn)異?；驕y量條件的突然變化引起儀器產(chǎn)生不易察覺的故障，以及異常的或很大的外界干擾等因數(shù)都可能導(dǎo)致粗大誤差。

一般而言，對于測量結(jié)果的處理，首先是判斷并剔除粗大誤差，接下來，研究的誤差項(xiàng)通常只有系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩種，所以在評價測量結(jié)果時就常采用系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差來衡量。第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日5測量儀表的主要質(zhì)量指標(biāo)精確度（簡稱精度）它是儀表精密度和準(zhǔn)確度兩者的總和,是指在規(guī)定的工作條件下,儀表最大允許誤差相對于儀表測量范圍的百分?jǐn)?shù)。

自動檢測儀表的精度等級，是按規(guī)定滿度相對誤差的一列標(biāo)準(zhǔn)值來分級的(0.001、0.005、0.02、0.05、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0)。儀表精度等級規(guī)定了儀表在額定使用條件下最大誤差不得超過的數(shù)值。第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日

穩(wěn)定性系指儀表示值不隨時間和使用條件變化的性能。時間穩(wěn)定性以穩(wěn)定度表示，即示值在一段時間內(nèi)隨機(jī)變動量的大小。使用條件變化的影響用影響誤差表示。如環(huán)境溫度的影響，是以溫度每變化一度示值變化多少來表示。靈敏度儀表在穩(wěn)定狀態(tài)下輸出微小變化與輸入微小變化之比，即:S=dy/dx

式中dy是儀表示值的微小變化；dx是被測量的微小變化。靈敏度是儀表輸出輸入曲線上各點(diǎn)的斜率。第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日變差是指儀表正向特性與反向特性不一致的程度，以正、反向特性之差的最大者與儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示。復(fù)現(xiàn)性復(fù)現(xiàn)性是指同一條件下對同一被測量多次重復(fù)測量其示值不一致的程度，動態(tài)特性是指儀表示值跟隨被測量隨時間變化的能力，一般用被測量初始值為零作單位階躍變化時，儀表示值隨時間變化所顯示的時間特性來評價。(1)上升時間：示值從穩(wěn)態(tài)值的5%變到95%所需的時間。(2)響應(yīng)時間：示值從開始變化到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值加減基本允許誤差范圍內(nèi)所需時間。(3)過沖量：示值最大振幅與穩(wěn)態(tài)值之差對穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)。第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日6溫度與溫標(biāo)溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度。為了能定量地表示物體的溫度，就必須選擇一個衡量溫度的標(biāo)尺，這個標(biāo)尺，就是溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)(°F)、攝氏溫標(biāo)（°C）、熱力學(xué)溫標(biāo)(K)和國際實(shí)用溫標(biāo)。理解：溫標(biāo)是溫度的量化表示方法。第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日華氏溫標(biāo)(華氏度，oF)華氏溫標(biāo)是由德國物理學(xué)家華倫海特在1714年發(fā)明的。他把一個大氣壓下冰的融點(diǎn)定為32度，水的沸點(diǎn)定為212度，并將其中間區(qū)段劃分為180等分，每一等分稱為華氏1度，這就是華氏溫度，用“F”表示。我國不常使用華氏溫標(biāo)，但在外國，特別是英美，目前仍在廣泛使用這種溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)(攝氏度，oC)攝氏溫標(biāo)是由瑞典人攝爾休斯在1724年發(fā)明的，攝氏溫標(biāo)把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)定為零度，水的沸點(diǎn)定為100度，并將其中間劃分為100等分，每一等分稱為攝氏1度(oC)。一般用字母t表示攝氏度數(shù)。攝氏溫標(biāo)是工程上通用的溫度標(biāo)尺。它與華氏溫標(biāo)有如下關(guān)系：

m=1.8n+32(oF)n=(m-32)×5/9(oC)

式中m和n分別為華氏和攝氏溫度值。上述兩種溫標(biāo)系統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日熱力學(xué)溫標(biāo)（開爾文，K）經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的一個明顯缺點(diǎn)是，總是與某種物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。1848年英國物理學(xué)家開爾文在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上建立了熱力學(xué)溫標(biāo)，這是一種理想的溫標(biāo)，它與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，但熱力學(xué)溫標(biāo)是純理論的，無法直接實(shí)現(xiàn)。在熱力學(xué)中從理論上證明，熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)是完全一致的。所以通常借助于氣體溫度計(jì)來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)。第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日國際實(shí)用溫標(biāo)

氣體溫度計(jì)裝置系統(tǒng)復(fù)雜，不適宜于實(shí)際應(yīng)用。于是人們又制定了一種通用的國際實(shí)用溫標(biāo)。它測定的溫度很接近熱力學(xué)溫標(biāo)，所用單位也與熱力學(xué)溫標(biāo)相同?，F(xiàn)在通用的國際實(shí)用溫標(biāo)(IPTS-68)是國際計(jì)量委員會在1968年所制定的。

IPTS-68同時使用國際實(shí)用開爾文溫度和國際實(shí)用攝氏溫度。T68與t68之間的關(guān)系為：

t68=T68-273.15

式中，T68的單位是開爾文(K)，t68的單位是攝氏度(oC)。IPTS-68還選擇了一些純物質(zhì)的平衡態(tài)溫度作為溫標(biāo)基準(zhǔn)點(diǎn)．規(guī)定了不同溫度范圍內(nèi)的基準(zhǔn)儀器。第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日

7熱電偶測溫基本原理兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體兩端相接成閉合回路，當(dāng)兩接點(diǎn)分別處在不同的溫度T和T0時，則在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，形成回路電流。這種現(xiàn)象稱為賽貝克效應(yīng)，也稱熱電效應(yīng)。熱電偶就是基于熱電效應(yīng)而工作的。熱電勢由接觸電勢和溫差電勢兩部分組成。直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢或溫度。第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日8熱電偶的四個基本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律

由同一種均質(zhì)材料（導(dǎo)體或半導(dǎo)體）兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。

可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。中間導(dǎo)體定律

在回路中接入中間導(dǎo)體，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對回路總電勢沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。

應(yīng)用：在熱電偶實(shí)際測溫線路中，冷端經(jīng)銅導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。根據(jù)中間導(dǎo)體定律，只要連接線兩端溫度相同，這種測量接線方式就不會產(chǎn)生附加誤差。第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日中間溫度定律

回路兩接點(diǎn)（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。

應(yīng)用:由于E-T之間通常呈非線性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E（t,t0)直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E（t,t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。參考電極定律

這個定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳硅的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。

第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日９熱電偶的冷端補(bǔ)償方法熱電偶的熱電勢是以冷端為零度作標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)制造和分度標(biāo)定的。然而，通常測量時儀表是處于室溫之中的，由于冷端不為零度，造成熱電勢差減小，使測量不準(zhǔn)，出現(xiàn)錯誤。一般采用以下三種方法解決：冷端冰點(diǎn)法

第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日冷端保持為0℃的方法如圖所示，將熱電偶兩個熱電極的自由端分別插到廣口冰點(diǎn)器中的玻璃試管底部，并與底部存有少量的水銀相接觸。水銀上面放變壓器油，并用石蠟封結(jié)，防止水銀蒸汽影響人體健康。插入水銀的熱電偶自由端分別由銅導(dǎo)線引出，接至顯示儀表。為了人體健康，玻璃試管中也可不裝水銀而只裝變壓器油。冰點(diǎn)器中的冰塊要盡量碎并與蒸餾水均勻混合。此法多用于實(shí)驗(yàn)室、檢定室中，工業(yè)現(xiàn)場難用此法。第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日計(jì)算修正法在工業(yè)生產(chǎn)中，甚至在某些儀表室里，由于條件的限制冷端往往暴露在環(huán)境溫度（但其值不變）下，這時可以對冷端溫度進(jìn)行修正。根據(jù)中間溫度定律，可計(jì)算出熱端實(shí)際值。線路補(bǔ)償法在實(shí)際使用中熱電偶冷端溫度很難保持不變，按照上述查分度表計(jì)算的方法太麻煩，所以一般經(jīng)常在儀表線路上直接進(jìn)行補(bǔ)償。該法采用在冷端串聯(lián)一個由熱電阻構(gòu)成的電橋。如果事先匹配好橋路各參數(shù)，當(dāng)冷端溫度變化時，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢隨溫度變化而變化的量抵消，整個熱電偶測量回路的總輸出電壓（電勢）就真實(shí)反映了所測量的溫度值?，F(xiàn)在生產(chǎn)的測量儀表，大多都帶有自動補(bǔ)償?shù)碾娐?。第二十四頁，共五十一頁?022年，8月28日補(bǔ)償導(dǎo)線的作用：由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了降低成本，通常采用賤金屬的補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補(bǔ)償導(dǎo)線的工作溫度只能在100℃以下。

第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日10熱電阻的測量原理熱電阻具有熱阻效應(yīng)，即電阻體的阻值會隨溫度的變化而變化。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。

金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關(guān)系式表示，即:

Rt=Rt0[1+α（t-t0）]

式中，Rt為溫度t時的阻值；Rt0為溫度t0（通常t0=0℃）時對應(yīng)電阻值；α為溫度系數(shù)。第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日相比較而言，熱敏電阻的溫度系數(shù)更大，常溫下的電阻值更高（通常在數(shù)千歐以上），但互換性較差，非線性嚴(yán)重，測溫范圍只有-50~300℃左右，大量用于家電和汽車用溫度檢測和控制。金屬熱電阻一般適用于-200~500℃范圍內(nèi)的溫度測量，其特點(diǎn)是測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好、性能可靠，在過程控制中的應(yīng)用極其廣泛。較常使用的熱電阻是鉑電阻和銅電阻，分度號有Pt100,Cu50,Cu100，銅電阻現(xiàn)在已逐漸從工程使用中淡出，日本從1974年起就已廢除了銅熱電阻的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日11壓力的表示方法壓力有兩種表示方法：一種以絕對真空作為基準(zhǔn)，稱為絕對壓力；另一種是以大氣壓力作為基準(zhǔn)，稱為相對壓力。大多數(shù)測壓儀表所測得的壓力都是相對壓力，故相對壓力也稱表壓力。物體兩側(cè)所受壓力的差值就是差壓。絕對壓力=大氣壓力+相對壓力

真空度=大氣壓力—絕對壓力

我國法定的壓力單位是Pa（帕，N/m2），經(jīng)常使用的是kPa（千帕）、MPa（兆帕）。

1MPa＝103kPa=106Pa

1毫米水柱＝9.81Pa1kgf/cm2＝9.81×104Pa

在國際單位推廣之前曾普遍使用的是公斤力/平方厘米（kgf/cm2），毫米水柱，現(xiàn)已經(jīng)淘汰。第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日12壓力表的選用原則壓力表滿量程與容器最高工作壓力的關(guān)系一般選用1.5到2倍，特殊情況下可選用2—3倍。

壓力表盤直徑不小于100mm，儀表精度滿足生產(chǎn)工藝對測量精度的要求。壓力表的安裝設(shè)置

（1）應(yīng)設(shè)置在便于觀察、清理處，避免受到輻射熱、凍結(jié)或振動等不利因素影響；

（2）壓力表應(yīng)垂直安裝，安裝位置較高時，可略向前傾斜，以便于觀察，但傾斜角度不得超過30度；

（3）一情況下壓力表前應(yīng)裝有緩沖彎管，緩解壓縮空氣直接沖入彈簧彎管內(nèi)，還可積存凝結(jié)水；

（4）壓力表和緩沖彎管之間應(yīng)裝有三通旋塞或針型閥，以便更換和校驗(yàn)壓力表。第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日壓力表的分類：

壓力表按其測量精確度，可分為精密壓力表、一般壓力表。精密壓力表的測量精確度等級分別為0.1、0.16、0.25、0.4級；一般壓力表的測量精確度等級分別為1.0、1.6、2.5、4.0級。壓力表按其指示壓力的基準(zhǔn)不同，分為一般壓力表、絕對壓力表、差壓表。壓力表按其測量范圍，分為真空表、壓力真空表、微壓表、低壓表、中壓表及高壓表。真空表用于測量小于大氣壓力的壓力值；壓力真空表用于測量小于和大于大氣壓力的壓力值。電接點(diǎn)壓力表，帶有控制開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)訊報警或控制功能。遠(yuǎn)傳壓力表，帶有遠(yuǎn)傳機(jī)構(gòu)，可以提供工業(yè)工程中所需要的電信號（如電阻信號或標(biāo)準(zhǔn)直流電壓信號，相當(dāng)于壓力變送器）。第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日13電容（差壓）變送器工作原理

被測介質(zhì)的兩個壓力通入高、低兩壓力室，作用在

δ元件（即敏感元件）的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的電電流或電壓信號。壓力變送器和絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日14測量儀表的分類測量儀表的分類方法很多，按不同的測量原理，流量儀表可分為容積式、速度式和差壓式三類。

容積式流量計(jì)是利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分隔成單位體積并進(jìn)行累加而計(jì)量出流體總量的儀表。如腰輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、活塞流量計(jì)等。速度式流量計(jì)是以測量管道內(nèi)或明渠中流體的平均速度來求得流量的儀表。如渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。差壓式流量計(jì)是利用伯努利方程原理來測量流量的流量儀表。它以輸出差壓信號來反映流量的大小。如節(jié)流式流量計(jì)、均速管流量計(jì)、楔形流量計(jì)、彎管流量計(jì)等。第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日

15差壓流量計(jì)的測量原理差壓式流量計(jì)是根據(jù)流體流動的節(jié)流原理來測量流量的。當(dāng)管道中的流體流過節(jié)流件時，流速增加，靜壓力減少，在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓力差，這個靜壓力差與管內(nèi)平均流速或流量之間有一定的函數(shù)關(guān)系。用差壓計(jì)測出阻擋件前后的壓差，即可間接求出流體的流量。流量方程：第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日式中：

qm—質(zhì)量流量，kg/s；

C—流出系數(shù)；

ε—可膨脹性系數(shù)；

β—直徑比，β=d0/D;D—工作條件下管道內(nèi)徑，m;d0—工作條件下節(jié)流件孔徑，m;Δp—差壓，Pa;ρ—上游流體密度，kg/m3。第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日16氣體差壓流量計(jì)的溫度壓力補(bǔ)償從差壓流量計(jì)的流量公式可知，在測量裝置已確定的情況下，氣體流量是差壓和流體密度的函數(shù)，我們在設(shè)計(jì)及使用流量計(jì)時通常是把密度看成是常數(shù)來看待，這在密度沒有變化時自然沒有問題。但在實(shí)際使用中工作密度常常會偏離設(shè)計(jì)密度且也是一個變化值，因此要測得準(zhǔn)確的流體流量，就必須把密度變化考慮進(jìn)去，這就是密度補(bǔ)償。密度一般很難直接測得，在實(shí)際測量中密度是溫度壓力的函數(shù)，因此可以通過測量溫度壓力來取得密度并加入流量公式中進(jìn)行修正，以得到準(zhǔn)確的流量測量數(shù)據(jù)，這就是氣體流量差壓測量的溫度壓力補(bǔ)償原理。第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日理想氣體通用溫壓補(bǔ)償公式：式中：

qns

、qn—分別為補(bǔ)償前后的流體流量

P、T—分別為介質(zhì)的實(shí)際工作壓力、溫度

Ps

、Ts—分別為設(shè)計(jì)狀態(tài)下的工作壓力、溫度可以看出，要進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，必須要確切知道設(shè)計(jì)溫度和壓力。還有一些專門的補(bǔ)償公式，如ρ

＝A+BP，ρ

＝A+BT,查表法等等。第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日17電磁流量計(jì)工作原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時，導(dǎo)體中必產(chǎn)生感應(yīng)電勢。如果在磁場中運(yùn)動著的是有一定電導(dǎo)率的液體，同樣在液體中也將產(chǎn)生感應(yīng)電勢。如圖所示，在絕緣管壁上放置兩個電極，其連線方向?yàn)閥軸方向，由于感應(yīng)電勢E的產(chǎn)生使兩電極間產(chǎn)生電位差。事實(shí)上感應(yīng)電勢E與流量之間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過測量兩個電極之間的電位差從而即可測出流過管道的流量。第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日

電磁流量計(jì)原理

兩電極處測量管斷面電磁流量計(jì)由變送器和轉(zhuǎn)換器兩大部件組成，變送器的作用是產(chǎn)生電勢信號，由于變送器給出的信號很弱，又伴有很強(qiáng)的干擾，因此放大有用信號、消除干擾、輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號和對流量進(jìn)行積算就成為了轉(zhuǎn)換器的主要任務(wù)第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日傳播時間法超聲波流量計(jì)聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速，稱為傳播時間法。按測量具體參數(shù)不同，分為時差法、相位差法和頻差法。當(dāng)今主流的超聲波流量計(jì)大都用的是傳播時間法。18超聲波流量計(jì)第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日式中L—超聲在換能器之間傳播路徑的長度，mX—傳播路徑的軸向分量，mT12,t21—從換能器1(2)到換能器2(1)的傳播時間，sc—超聲在靜止流體中的流速，m/svm—流體流過換能器1、2之間聲道上平均流速，m/s超聲波流量計(jì)的流速方程式第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日多譜勒式超聲波流量計(jì)換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒頻移，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日超聲波流量計(jì)的三種安裝方式(1)外貼式外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡單、使用方便的特點(diǎn)。(2)管段式某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計(jì)無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測量管組成一體，測量精度比其它超聲波流量計(jì)要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開管道安裝換能器。(3)插入式插入式超聲波流量計(jì)介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日合理安裝超聲波流量計(jì)換能器安裝要求有較高的技術(shù)水平和豐富的經(jīng)驗(yàn)。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機(jī)等污染電源的場合，管道中必須充滿水。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種。多譜勒式超聲波流量計(jì)采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計(jì)采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強(qiáng)度高，測量的穩(wěn)定性也好。第四十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日19渦街流量計(jì)的測量方法工作原理

在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測介質(zhì)來流的平均速度為U，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據(jù)卡曼渦街原理，有如下關(guān)系式：

f=SrU1/d=SrU/md式中U－旋渦發(fā)生體兩側(cè)平均流速，m/s；

Sr－斯特勞哈爾數(shù)；

m－旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比第四十六頁，共五十一