第三章 變送單元

第三章變送單元第一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四重點(diǎn)內(nèi)容測(cè)量基本概念參數(shù)測(cè)量（T、P、Q、H、比例、成分等）信號(hào)變送第二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四變送器在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是首要環(huán)節(jié)和重要組成部分檢測(cè)變送單元包含兩部分：檢測(cè)和變送DDZ-II型和DDZ-III型儀表的性能比較（表3-1）測(cè)量的基本概念

1、測(cè)量用一個(gè)已知的量與被測(cè)同類量的比較過(guò)程一次測(cè)量：測(cè)量體與被測(cè)介質(zhì)接觸，測(cè)量體將被測(cè)量的參數(shù)成比例轉(zhuǎn)換為另一個(gè)物理量的過(guò)程稱為一次測(cè)量所用儀表為一次儀表。二次測(cè)量：將一次測(cè)量的數(shù)值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)的過(guò)程稱為二次測(cè)量，所用儀表為二次儀表。測(cè)量?jī)x器：DDZ-II、DDZ-III型儀表。標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)：氣動(dòng)信號(hào)：0-20MPA電動(dòng)信號(hào)：1-5V；4-20MA第一節(jié)概述第三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第一節(jié)概述2、測(cè)量誤差被測(cè)真值與測(cè)量結(jié)果之間存在的誤差。誤差屬性絕對(duì)誤差：被測(cè)真值與測(cè)量結(jié)果之間存在的誤差。相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)真值或測(cè)量結(jié)果之百分比。實(shí)際相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差/真值標(biāo)稱相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差/儀表示值引用相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差/儀表量程產(chǎn)生誤差系統(tǒng)誤差：本身固有、有規(guī)律的誤差。隨機(jī)誤差：無(wú)規(guī)律的誤差。疏忽誤差：誤讀引起誤差。使用誤差基本誤差：正常誤差。附加誤差：超出規(guī)定條件的誤差。允許誤差：儀表所允許誤差。第四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四3、性能指標(biāo)儀表精度（引用相對(duì)誤差）——可靠程度。儀表精度=絕對(duì)誤差/儀表量程精度等級(jí)：0.005、0.02、0.1、0.35——（實(shí)驗(yàn)）

0.5、1.0、1.5、2.5——（工業(yè)）注意：記錄在儀表盤面板高級(jí)別校低級(jí)別實(shí)際選用根據(jù)需要確定變差：條件不變，測(cè)量同一變量，進(jìn)行正、反行程測(cè)量，所得儀表顯示數(shù)值之差。變差=（正值-負(fù)值）/儀表量程*100%產(chǎn)生原因：機(jī)構(gòu)間隙、摩擦、彈性滯后。目標(biāo)：變差<精度允許誤差靈敏度和靈敏限：靈敏度：用儀表的輸出量的變化，如指針線位移或者角位移，與引起此位移的被測(cè)參數(shù)變化量之比。靈敏限：引起儀表示值發(fā)生變化的可測(cè)參數(shù)的最小變化量。通常靈敏限〈儀表誤差一半。第一節(jié)概述第五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四4、測(cè)量目標(biāo)工藝參數(shù)（T、Q、H、P、成分等）——標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（氣動(dòng)0-20MP、電動(dòng)1-5V\4-20MA）工藝參數(shù)無(wú)法測(cè)量，測(cè)量與工藝參數(shù)成比例的參數(shù)Y(t)=f(X1(t),x2(t),……xn(t))成線性關(guān)系Y(t)=f(X1(t),x2(t),……xn(t))成有條件的線性關(guān)系5、測(cè)量要求測(cè)量值Z(t)正確反映被測(cè)量y(t)數(shù)值，誤差不超規(guī)定的范圍。測(cè)量值Z(t)在環(huán)境條件下系統(tǒng)可靠工作測(cè)量值Z(t)能夠響應(yīng)Y(t)的變化，速度允許第一節(jié)概述第六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四6、測(cè)量原理變送器組成：測(cè)量、放大、反饋、調(diào)整器Y(t)與F、Z、C有關(guān)；與K幾乎無(wú)關(guān)。Y(t)與X(t)關(guān)系穩(wěn)定可靠第一節(jié)概述第七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四7、量程調(diào)整、零點(diǎn)調(diào)整量程調(diào)整目的：提高測(cè)量精度、Ymax與Xmax對(duì)應(yīng)方法：改變Y與X之間斜率調(diào)整F調(diào)整C零點(diǎn)調(diào)整目的：Ymin與Xmin對(duì)應(yīng)當(dāng)Xmin=0時(shí)，為零點(diǎn)調(diào)整；Xmin=0，Ymin=4mA;當(dāng)Xmin≠0時(shí)，為零點(diǎn)遷移；Xmin≠0，Ymin≠0方法：調(diào)整Z0實(shí)現(xiàn)。注意：調(diào)整可提高系統(tǒng)的精度和靈密度第一節(jié)概述第八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四例：某DDZ-Ⅲ溫度變送器的測(cè)量范圍是0～800℃。若將零點(diǎn)遷移到400℃。求遷移前后的靈敏度。已知，測(cè)量溫度為0～800℃時(shí)，變送器輸出為4～20mA.DC，則其靈敏度為：若將零點(diǎn)遷移至400℃，則測(cè)量范圍為400～800℃，而變送器的輸出電流仍然是4～20mA.DC。零點(diǎn)遷移后靈敏度為第一節(jié)概述第九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二節(jié)差壓變送器

壓力的表示與單位壓力的表示：絕對(duì)壓力單位面積所受到的力相對(duì)壓力（表壓）絕對(duì)壓力與大氣壓之差真空度大氣壓與絕對(duì)壓力之差絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力真空度表壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓第十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四壓力（壓強(qiáng)）的單位壓強(qiáng)（俗稱壓力）：?jiǎn)挝幻娣e所受到的垂直作用力。工程上的“壓力”與力學(xué)中的“壓力”不表示同一個(gè)概念。帕PaN/m2毫米汞柱mm兆帕MPa106N/m2水柱m工程大氣壓10mH2O巴dyn/cm2物理大氣壓20oC海平面psilb/in2第十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四變送信號(hào)：液體、氣體或蒸汽的差壓（壓力）、流量、液位等工藝參數(shù)目標(biāo)：測(cè)量△P轉(zhuǎn)換成4～20mA或者1~5V組成：機(jī)械杠桿系統(tǒng)和振蕩放大電路原理：力矩平衡原理工作的結(jié)構(gòu)：第二節(jié)差壓變送器

一、DDZ-Ⅲ差壓變送器△P測(cè)量部分Fi杠桿系統(tǒng)△M放大器反饋部分FfIo第十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四DDZ-III型差壓變送器

檢測(cè)部分:ΔP→輸入力Fi

杠桿系統(tǒng):力的傳遞和力矩比較，生成位移信號(hào)

位移檢測(cè)放大器:位移→輸出Io電磁反饋裝置:輸出→反饋力Ff△P膜盒Fi杠桿系統(tǒng)△M位移檢測(cè)放大器電磁反饋機(jī)構(gòu)FfIoRETURN第十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四(1)測(cè)量部分

作用：把被測(cè)差壓ΔP轉(zhuǎn)換成

作用于主杠桿下端的輸入力Fi

A1=A2=Ad

Fi=Ad(P1-P2)

=AdΔP

Fi=A1P1-A2P2因:

故:p1p2負(fù)壓室正壓室軸封膜片主杠桿第十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)杠桿系統(tǒng)

進(jìn)行力的傳遞和力矩比較

①

主杠桿將Fi轉(zhuǎn)換為F1

②矢量機(jī)構(gòu)將F1轉(zhuǎn)換為F2

③副杠桿將F2產(chǎn)生的力矩與Ff產(chǎn)生的力矩進(jìn)行比較，生成位移變化

第十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四①

主杠桿將Fi轉(zhuǎn)換為F1F1作用于矢量機(jī)構(gòu)上

HF1Fil2l1第十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四②矢量機(jī)構(gòu)將輸入力F1轉(zhuǎn)換為作用于副杠桿上的力F2

(a)(b)第十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四③副杠桿進(jìn)行力矩的比較

F2產(chǎn)生的力矩Ff產(chǎn)生的力矩合力矩調(diào)零力Fz產(chǎn)生的力矩最終的合力矩第十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3)電磁反饋裝置

作用：把變送器的輸出電流I0轉(zhuǎn)換成作用于副杠桿的電磁反饋力Ff

Ff=πBDcWI0設(shè)

Kf

=πBDcW改變反饋動(dòng)圈的匝數(shù)W，可以改變

Kf的大小

反饋動(dòng)圈1固定在副杠桿上，且處于永久磁鋼2的磁場(chǎng)中，可在其中左右移動(dòng)。軟鐵芯3和永久磁鋼2組成磁路。軟鐵芯使環(huán)形氣隙中形成均勻的輻射磁場(chǎng)，從而使流過(guò)反饋動(dòng)圈的電流方向總是與磁場(chǎng)方向垂直。當(dāng)變送器的輸出電流過(guò)反饋動(dòng)圈時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電磁反饋力Ff。Ff與變送器輸出電流I0之間的關(guān)系為：

則

Ff=KfI0

第十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四(4)整機(jī)特性

回放第二十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1.變送器的輸出電流I0和輸入信號(hào)ΔP之間呈線性關(guān)系

2.調(diào)整調(diào)零彈簧可以使變送器輸出電流I0在輸入信號(hào)范圍下限時(shí)為4mA。

3.改變tgθ或Kf可以調(diào)整變送器的量程

4.零點(diǎn)和量程要反復(fù)調(diào)整

IomAΔPminΔPmax420ΔP回放第二十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四接線：Ro與24VDC電源和250Ω負(fù)載電阻RL組成二線制系統(tǒng)若忽略指示表的內(nèi)阻,Ro為變送器內(nèi)阻，由圖可見(jiàn)第二節(jié)差壓變送器

第二十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四接線：由上式可分別求出不同差壓輸入時(shí)的電阻之值。1）當(dāng)△P=0時(shí)，Io＝4mA，Ro=5.75KΩ2）當(dāng)△P=MAX時(shí)，Io=20mA，Ro=950Ω3）當(dāng)△P=MAX/2時(shí)，Io=12mA，Ro=1.75KΩ故：△P增加，Io增加，Ro減小，反之依然，從而實(shí)現(xiàn)了兩線制，它是Ⅲ型變送器的重要特點(diǎn)。第二節(jié)差壓變送器

第二十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四四線制和二線制方式二線制滿足的條件：第二十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四電容式差壓變送器采用差動(dòng)電容作為檢測(cè)元件主要包括測(cè)量部件和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分：

差壓電容膜盒電容-電流轉(zhuǎn)換電路調(diào)零、零遷電路電流放大器反饋電路ΔpΔCIiIf＋＋I(xiàn)z－Io測(cè)量部分轉(zhuǎn)換放大部分二、差動(dòng)電容差壓變送器第二十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四原理分析：當(dāng)p1=p2時(shí)，d1=d2=d0，此時(shí)當(dāng)p1>p2時(shí)，電容極板位移為選取差動(dòng)電容的電容之比圖3-7差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)示意圖二、差動(dòng)電容差壓變送器第二十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四框圖振蕩器解調(diào)器線性調(diào)整IC1基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓源IC3功放限流負(fù)反饋調(diào)零零遷RLIoE－If＋I(xiàn)dIz（│）VcVr差動(dòng)電容二、差動(dòng)電容差壓變送器第二十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四溫度是化工過(guò)程中最普遍而重要的操作參數(shù)。所有的過(guò)程都是在一定的溫度條件下進(jìn)行的；溫度決定一些反應(yīng)能否進(jìn)行和反應(yīng)方向；溫度決定一些反應(yīng)的進(jìn)程程度；溫度顯示反應(yīng)的能量變化。溫度不能直接測(cè)量。溫度的測(cè)量都是通過(guò)溫度傳遞到敏感元件后，其物理性質(zhì)隨溫度變化而進(jìn)行的。第三節(jié)溫度變送器第二十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

DDZ-III溫度變送器組成部分：由量程單元和放大單元組成。特點(diǎn)：1）線路簡(jiǎn)單、可靠性好；線性度好，測(cè)量精度高；

2)實(shí)現(xiàn)二線制；可用于易燃易爆場(chǎng)合。分類：1）直流毫伏變送器

2）熱電偶溫度變送器

3）熱電阻溫度變送器第三節(jié)溫度變送器第二十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四組成部分1）信號(hào)輸入：限流限幅Ri1,Ri2,Vs1,Vs2；低通濾波Ri1,Ri2,Ci2）零點(diǎn)調(diào)整：Ri5=Ri7,遠(yuǎn)大于其他電阻，限流；VTz,Rz恒流源3）反饋回路：Vf

放大單元的隔離反饋部分；Rf1<<Rf2,可忽略一、直流毫伏變送器的量程單元第三十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四輸入-輸出關(guān)系

1）放大器正向端電壓

2）放大器負(fù)向端電壓

3）理想放大器

4）輸出與反饋2第三十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四熱電偶：結(jié)構(gòu)：兩種不同材料金屬組成閉合回路原理：熱電效應(yīng)輸入：測(cè)量溫度T輸出：熱電勢(shì)（mV）測(cè)量：測(cè)量時(shí)，須采用補(bǔ)償導(dǎo)線；補(bǔ)償電橋；計(jì)算法補(bǔ)償導(dǎo)線：屬性相反、材料相近、尺寸相同補(bǔ)償電橋：串接電橋計(jì)算法：二、熱電偶溫度變送器的量程單元第三十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四（補(bǔ)充）熱電偶回路不同金屬連接在一起都構(gòu)成熱電偶作用；熱電偶回路電動(dòng)勢(shì)為各接點(diǎn)熱電勢(shì)的總和；對(duì)于有外接導(dǎo)線的熱電偶回路，其總電動(dòng)勢(shì)為熱端與冷端熱電動(dòng)勢(shì)之差。ABCC熱電偶測(cè)量的關(guān)鍵是如何保證冷端的溫度第三十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四（補(bǔ)充）熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶的導(dǎo)線補(bǔ)償用廉價(jià)材料將冷端延伸到溫度相對(duì)穩(wěn)定的控制室內(nèi)；冷端溫度補(bǔ)償將冷端浸泡在恒溫的冰水中；采用電路差減法消除冷端熱電勢(shì)。+-補(bǔ)償導(dǎo)線測(cè)量電路熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與熱電偶的電極材料配合使用；補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)不同，接線時(shí)應(yīng)特別注意不能接錯(cuò)。第三十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四二、熱電偶溫度變送器的量程單元與直流毫伏量程單元的區(qū)別：1)需進(jìn)行冷端溫度校正：2)反饋線性化第三十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償在橋路的橋臂串接一只銅電阻，放于熱電偶的冷端附近，感受與熱電偶冷端相同的溫度。具有正的電阻溫度系數(shù)，其阻值隨溫度的增加而增加，若以20℃為標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臈l件為：第三十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四線性化電路1）Vf=200mV,Vc<Vf1,對(duì)應(yīng)變送器零點(diǎn)，I0=4mA;2)Vf增大,Vf1<Vc<Vf2,Vs1~Vs3截止，斜率為a1；3)Vf增大,Vf2<Vc<Vf3,Vs1通,Vs2~Vs3截止，斜率為a2；4)Vf增大,Vf3<Vc<Vf4,Vs1,Vs2通,Vs3截止，斜率為a3和a4；

折線逼近法折線的拐點(diǎn)取決于基準(zhǔn)電壓V1~V4之值。折線的斜率α1～α4取決于電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值。因此，根據(jù)不同熱電偶的特性，選擇不同的基準(zhǔn)電壓和不同網(wǎng)絡(luò)電阻值，使能達(dá)到線性化的目的。第三十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四熱電阻：原理：利用金屬電阻隨溫度變化的規(guī)律進(jìn)行測(cè)量；分類：銅電阻、鉑電阻輸入：測(cè)量溫度T輸出：電阻（Ω）測(cè)量：測(cè)量時(shí)，須采用三線制測(cè)量。銅電阻測(cè)量是線性的：鉑電阻測(cè)量是非線性的：三、熱電阻溫度變送器的量程單元第三十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四三、熱電阻溫度變送器的量程單元與熱電偶量程單元的區(qū)別1）用三線制代替了冷端溫度補(bǔ)償；2）對(duì)鉑電阻需進(jìn)行非線性校正，而銅電阻則無(wú)需校正3）采用正反饋方法進(jìn)行校正第三十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四四、溫度變送器的放大單元第四十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

1.電壓放大級(jí)V0=K*V1V0=(Rc+Rd)/Rd*V12.功率放大級(jí)功率放大級(jí)實(shí)際上是一個(gè)調(diào)制式放大器，它在直流-交流-直流變換器輸出的開(kāi)關(guān)方波作用下，交替將Vi調(diào)制成ia和ib。ia和ib在副邊疊加輸出i0。3.隔離輸出與隔離反饋4.直流-交流-直流變換器四、溫度變送器的放大單元第四十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1、定義：流體的流量是指在單位時(shí)刻內(nèi)流過(guò)管道某一截面積的流體的數(shù)量。2、分類：體積流量、重量流量、質(zhì)量流量3、測(cè)量方法：速度式（節(jié)流裝置、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)等）容積式（容積式流量計(jì)）質(zhì)量式（質(zhì)量流量計(jì)）第四節(jié)流量檢測(cè)與變送

一、概述第四十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1、節(jié)流裝置：組成：節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴、文丘利管、動(dòng)壓管、均速管、彎管等）、差壓計(jì)安裝：角接法（緊鄰孔板）、一英寸法蘭接法結(jié)構(gòu)：二、差壓式流量計(jì)第四十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.節(jié)流式流量測(cè)量原理：

能量守恒定律和流體流動(dòng)的連續(xù)性定律為依據(jù)二、差壓式流量計(jì)第四十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四注意：流量Q在管道直徑，節(jié)流元件的型式、開(kāi)孔尺寸和取壓位置確定情況下，以及流體的雷諾數(shù)有關(guān)。對(duì)于可壓縮流體，必須引入流束的膨脹系數(shù)進(jìn)行修正，其流量方程為：變送：差壓計(jì)常用DDZ-Ⅲ差壓變送器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成4～20mA.DC統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。二、差壓式流量計(jì)第四十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四使用：管道內(nèi)壁表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)坑凹、毛刺和沉積物等；適用的管道直徑Dmin>=50mm。節(jié)流件前后必須有足夠長(zhǎng)度的直線管道L1和L2，通常L1>10D，L2>5D；節(jié)流裝置安裝時(shí)要注意節(jié)流件開(kāi)孔必須與管道同軸，節(jié)流件方向不能裝反；取壓導(dǎo)管內(nèi)徑不得小于6mm，長(zhǎng)度在16m以內(nèi)；取壓導(dǎo)道與差壓變送器的連接應(yīng)安裝截止閥和平衡閥。由于差壓式流量變送器的輸出信號(hào)與被測(cè)流量是非線性，須利用開(kāi)方器進(jìn)行線性化處理。當(dāng)利用節(jié)流式流量計(jì)測(cè)量可壓縮流體時(shí)，若使用的工作壓力和絕對(duì)溫度與設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)壓力和絕對(duì)溫度不符時(shí)，會(huì)引起較大誤差，須進(jìn)行修正:二、差壓式流量計(jì)第四十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四選擇：差壓變送器與節(jié)流裝置匹配壓力損失：孔板<噴嘴<文丘里管腐蝕、磨損：孔板<噴嘴＝文丘里管加工制造、裝配：孔板<噴嘴<文丘里一般選擇：孔板>噴嘴>文丘里管二、差壓式流量計(jì)第四十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四第四節(jié)流量檢測(cè)與變送

三、靶壓式流量計(jì)圖3.27靶式流量計(jì)的工作原理在管道內(nèi)流體的垂直沖擊下，靶受力為:第四十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四三、靶壓式流量計(jì)體積流量與質(zhì)量流量與力F的關(guān)系為：第四十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四結(jié)構(gòu)：錐形管、轉(zhuǎn)子特點(diǎn)：測(cè)量低流速、高精度、壓力損失小、垂直安裝原理：流體由錐管的下端進(jìn)入，經(jīng)過(guò)浮子與錐管間的環(huán)形流通面積從上端流出。當(dāng)流體通過(guò)環(huán)形流通面積時(shí)，由于節(jié)流作用在浮子上下端面形成差壓△P，作用于浮子而形成浮子的上上升力。當(dāng)此上升力與浮子在流體中的重量相等時(shí)，浮子就穩(wěn)定在一個(gè)平衡位置上，平衡位置的高度與所通過(guò)的流量有對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此，可以浮子的平衡高度代表流量值。四、浮子流量計(jì)第五十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四計(jì)算：浮子在錐形管中的受力平衡條件Ａ和Ｖ為浮子的截面積和體積；Ρf為浮子密度；Ρ為被測(cè)流體的密度；g為重力加速度?！鱌為一個(gè)常數(shù)根據(jù)流體力學(xué)定律流量Ｑ為:a為流量系數(shù)；Ao為浮子高度為時(shí)的環(huán)形流通面積浮子流量計(jì)具有線性的流量特性 四、浮子流量計(jì)h第五十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四使用：刻度換算非標(biāo)準(zhǔn)性儀表，出廠時(shí)標(biāo)定。用常溫的水來(lái)標(biāo)定，測(cè)量其它介質(zhì)流量的用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（20℃，９.8Pa）的凈化空氣標(biāo)度。實(shí)際測(cè)量時(shí)，若被測(cè)介質(zhì)不是水或空氣，須進(jìn)行刻度換算。 設(shè)：當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的密度ρ’

與標(biāo)定介質(zhì)密度ρo不一致時(shí)，必須進(jìn)行校正四、浮子流量計(jì)第五十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四使用：改量程量程的改變可以采用不同材料的同形浮子。增加浮子的密度，可以擴(kuò)大量程，相反，減小浮子的密度可以縮小量程。實(shí)際測(cè)量時(shí)，若被測(cè)介質(zhì)不是水或空氣，須進(jìn)行刻度換算。 設(shè)：Ｑ和ρf’為改量程后的流量和浮子密度；Ｑo和ρf為改量程前的流量和浮子密度；ρ為被測(cè)介質(zhì)密度。四、浮子流量計(jì)第五十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四使用：溫度和壓力修正由于液體介質(zhì)是不可壓縮流體，溫度和壓力的變化，對(duì)液體的粘度變化極小，故不用修正。但是，由于氣體是可壓縮流體。溫度和壓力變化引起較大誤差，必須修正，。溫度和壓力修正浮子流量計(jì)必須垂直安裝在管道上，流體必須自下而上流過(guò)浮子流量計(jì)，不應(yīng)該有明顯的傾斜。配管直徑一般小于50mm。測(cè)量時(shí)，流體的雷諾數(shù)應(yīng)大于界限雷諾數(shù)。流量計(jì)的最佳測(cè)量范圍應(yīng)為量程上限(1/3~2/3)的刻度。四、浮子流量計(jì)第五十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)是利用兩個(gè)相互嚙合的橢圓形齒輪在流體的推動(dòng)下，連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)流量的。當(dāng)流體要流過(guò)橢圓齒輪時(shí)，進(jìn)口側(cè)壓力p1大于出口側(cè)壓力p2，在此壓力差的作用下，產(chǎn)生作用力矩使橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。第五十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖（a）位置時(shí)，由于p1>p2，所產(chǎn)生的合力矩使A輪順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A帶動(dòng)B轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)至（b）位置，A輪與B輪均為主動(dòng)輪。轉(zhuǎn)至（c）位置，合力矩使B輪帶動(dòng)A輪轉(zhuǎn)動(dòng)。A、B輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連續(xù)將半月形容積內(nèi)的流體排出。第五十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四此圖表示橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1/4周的情況，其排出的流體為一個(gè)半月形容積V0。所以，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的4倍。故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為：

Q=4nV0n—齒輪轉(zhuǎn)速如果累計(jì)齒輪轉(zhuǎn)速，則得到體積總量。第五十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四特點(diǎn)由于橢圓齒輪流量計(jì)是基于容積式原理測(cè)量的，與流體的粘度、密度、雷諾數(shù)等參數(shù)無(wú)關(guān)。因此，安裝時(shí)不需要有直管段，對(duì)流體的流動(dòng)狀態(tài)無(wú)要求，特別適用于高粘度介質(zhì)的流量測(cè)量。測(cè)量精度高，最高可達(dá)±0.1%。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度不能過(guò)高，否則可能使齒輪膨脹卡死。另外被測(cè)流體中不能含有固體顆粒，否則會(huì)引起齒輪磨損以至損壞。第五十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四六、渦輪流量計(jì)在測(cè)量管道內(nèi)，安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，當(dāng)流體通過(guò)時(shí)，流體的動(dòng)能使渦輪旋轉(zhuǎn)。流體的流速越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就越高。因此，測(cè)出渦輪的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，就可確定流過(guò)管道的流體流量或總量。日常生活中使用的某些自來(lái)水表、油量計(jì)等，都是利用這種原理制成的，都屬于速度式儀表。第五十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四渦輪上的螺旋形葉片用高導(dǎo)磁系數(shù)的不銹鋼材料制成。導(dǎo)流器用以穩(wěn)定流體的流向外殼由非導(dǎo)磁的不銹鋼制成第六十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四渦輪流量計(jì)的工作過(guò)程當(dāng)流體通過(guò)渦輪葉片與管道之間的間隙時(shí)，葉片前后的壓差力推動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。高導(dǎo)磁性的渦輪葉片就周期性地掃過(guò)磁鋼底部，使磁路的磁阻發(fā)生周期性的變化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)生周期性的變化，線圈中便感應(yīng)出脈沖電信號(hào)。其頻率與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，即與流量成正比。NS第六十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四輸出脈沖頻率f與被測(cè)流量Q之間的關(guān)系：

f

=

NQ

N—儀表常數(shù)NS第六十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四插入式特點(diǎn)渦輪轉(zhuǎn)速不用軸輸出，沒(méi)有齒輪傳動(dòng)誤差和密封問(wèn)題，因而渦輪流量計(jì)測(cè)量精度高（可達(dá)0.2級(jí)），耐高壓（靜壓可達(dá)50MPa）。輸出信號(hào)為頻率信號(hào)，不易受干擾，便于遠(yuǎn)傳。要求流體清潔，安裝時(shí)，應(yīng)加裝過(guò)濾器，且前后要有一定的直管段。第六十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四七、渦街流量計(jì)利用流體遇到阻礙物后產(chǎn)生的旋渦來(lái)測(cè)量流量?？梢杂脕?lái)測(cè)量管道中的液體、氣體和蒸汽的流量。旋渦式流量計(jì)有兩類：旋進(jìn)型旋渦流量計(jì)和卡曼型旋渦流量計(jì)。旋進(jìn)型卡曼型第六十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四渦街流量計(jì)測(cè)量原理在測(cè)量管道中垂直插入一個(gè)非流線形的柱狀物（圓柱或三角柱）作為阻流體。當(dāng)流體受到阻礙物阻擋時(shí)，會(huì)在阻礙物的下游處產(chǎn)生兩列平行、且上下交替出現(xiàn)的旋渦。因?yàn)檫@些旋渦有如街道旁的路燈，故有“渦街”之稱，又因此現(xiàn)象首先被卡曼（Karman）發(fā)現(xiàn)，也稱作“卡曼渦街”。第六十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩列旋渦的間距h和同列相鄰兩個(gè)旋渦之間的距離l之比能滿足h／l＝0.218時(shí)，所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。滿足如下關(guān)系：

f—單側(cè)旋渦發(fā)生頻率St

—斯特勞哈爾系數(shù)v

—流體平均流速d

—圓柱體直徑式中：公式表明，St為常數(shù)時(shí)，單側(cè)旋渦的發(fā)生頻率f與流體平均流速v成正比。第六十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四測(cè)得f便可算出體積流量QQ=A1v=A1StfdA1—管道中旋渦發(fā)生體處流通截面積。

A1

A1旋渦流量計(jì)的特點(diǎn)是精確度高、測(cè)量范圍寬、沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件、壓力損失小。第六十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四旋渦頻率的檢測(cè)旋渦頻率的檢測(cè)方法很多。如：熱敏檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法、電容檢測(cè)法、應(yīng)力檢測(cè)法等。這些方法都是利用旋渦的局部壓力、密度、流速等的變化作用于敏感元件，產(chǎn)生電信號(hào)，再經(jīng)放大整形，得到脈沖信號(hào)輸出。例1：熱敏檢測(cè)法第六十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四如圖所示，圓柱形內(nèi)腔的中心位置上安裝一個(gè)鉑電阻，通以電流時(shí)產(chǎn)生熱量，使內(nèi)腔溫度高于腔外。當(dāng)流體產(chǎn)生旋渦時(shí)，產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流體流速低，靜壓高，使一部分流體由導(dǎo)壓孔進(jìn)入內(nèi)腔，向未產(chǎn)生旋渦的一側(cè)流出，帶走一部分熱量，鉑絲溫度降低，電阻減小。每產(chǎn)生一個(gè)旋渦，鉑電阻就變小一次。測(cè)量出鉑電阻變化的頻率就測(cè)定了旋渦頻率，也就測(cè)得了流量。

第六十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四鉑絲阻值的變化頻率，采用一個(gè)不平衡電橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大和整形，再變換成直流電流信號(hào)輸出，供顯示，累積流量或進(jìn)行自動(dòng)控制。鉑電阻絲電橋輸出信號(hào)頻率fv=2f第七十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

八、電磁流量計(jì)在流量測(cè)量中，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)是具有導(dǎo)電性的液體介質(zhì)時(shí)，可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來(lái)測(cè)量流量。第七十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四工作原理在管道兩側(cè)安放磁鐵，流動(dòng)的液體當(dāng)作切割磁力線的導(dǎo)體，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與流體的流速成正比關(guān)系。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變、管道直徑一定時(shí)，流體切割磁力線而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)E的大小僅與流體的流v速有關(guān)。第七十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四式中：

Ex—感應(yīng)電勢(shì)；B—磁感應(yīng)強(qiáng)度；D—管道直徑；v—流體速度。當(dāng)BD一定時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)E與流速v成正比。v=

BDE感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定則判斷，其大小為：

E=

BDv＋－第七十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四體積流量Q與流速v的關(guān)系為：將

v=BDE代入可得：式中稱為儀表常數(shù)感應(yīng)電勢(shì)E與被測(cè)流量Q成正比關(guān)系。QvD第七十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四變送器結(jié)構(gòu)變送器由測(cè)量管和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。測(cè)量管兩側(cè)分別繞有馬鞍形的勵(lì)磁線圈。為了避免直流磁場(chǎng)產(chǎn)生的直流感應(yīng)電勢(shì)使電極周圍導(dǎo)電液體電解，導(dǎo)致電極表面極化，而減小感應(yīng)電勢(shì)，一般采用交流勵(lì)磁。第七十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四為了避免磁力線被測(cè)量管的管壁短路，并使測(cè)量導(dǎo)管在磁場(chǎng)中盡可能地降低渦流損耗，測(cè)量導(dǎo)管應(yīng)由非導(dǎo)磁的高阻材料制成，如不銹鋼。但內(nèi)壁必須涂一層絕緣襯里，如環(huán)氧樹脂。以防止感應(yīng)電勢(shì)被短路。第七十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量導(dǎo)管內(nèi)無(wú)任何阻礙物，因而被測(cè)流體的壓力損失很小?？梢詼y(cè)量各種導(dǎo)電液體的流量，如酸、堿、鹽溶液，流體可以含有固體顆粒、懸浮物或纖維等。輸出信號(hào)與流量之間的關(guān)系不受流體的物理性質(zhì)（例溫度、壓力、粘度等）變化和流動(dòng)狀態(tài)的影響。測(cè)量響應(yīng)速度快，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)流量。第七十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四由于感應(yīng)電勢(shì)數(shù)值很小，后級(jí)采用高放大倍數(shù)的放大器，很容易受外界電磁場(chǎng)干擾的影響。缺點(diǎn)只能用來(lái)測(cè)量導(dǎo)電液體的流量，要求導(dǎo)電率不小于水的導(dǎo)電率。不能測(cè)量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。第七十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四小結(jié)流量測(cè)量質(zhì)量流量體積流量總量差壓式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)渦輪流量計(jì)渦街流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)靶式流量計(jì)超聲波流量計(jì)第七十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四物位測(cè)量?jī)x表可分為下列幾種類型。1.靜壓式物位測(cè)量利用液體或物料對(duì)某定點(diǎn)產(chǎn)生的壓力隨液位高度而變化的原理而工作。2．浮力式物位測(cè)量利用浮子所受的浮力隨液位高度而變化的原理工作。3.電氣式物位測(cè)量利用敏感元件將物位的變化轉(zhuǎn)換為電量參數(shù)的變化，而得知物位。第五節(jié)液位變送器第八十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四靜壓式液位變送器浮球液位變送器浮球液位變送器靜壓式液位變送器第八十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四浮力式液位變送器：分恒浮力式和變浮力式兩種。恒浮力式：測(cè)量方法：浮球測(cè)量，浮球隨液位而改變應(yīng)用場(chǎng)合：密閉的容器、壓力不大、黏度較大變浮力式測(cè)量方法：沉筒測(cè)量，液位改變引起作用在沉筒的壓力變化應(yīng)用場(chǎng)合：開(kāi)口容器、黏度較大的液體一、浮力式液位變送器第八十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四1、恒浮力式液位變送器利用浮子高度隨液面或液體界面變化而變化的原理工作。第八十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、變浮力式液位變送器如圖是一用彈簧平衡的浮筒的測(cè)量原理圖，將一截面相同，質(zhì)量為m的圓筒形空心金屬浮筒懸掛在彈簧上，當(dāng)h＝0時(shí)，浮筒的重量被彈簧的反作用所平衡。當(dāng)液位變化使浮筒的一部分被液位浸泡時(shí)，由于受到液位的浮力作用而使浮筒向上移動(dòng)，直到與彈簧的反作用力重新平衡。設(shè)此時(shí)彈簧的位移為△x，則第八十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四

p1=Hg+p2

Δp=p1-p2=Hg式中：H—液位高度；—介質(zhì)密度；g—重力加速度。p2p1二、靜壓式液位變送器利用測(cè)量容器底部和頂部的壓差測(cè)液位。測(cè)量原理設(shè)容器上部空間為干燥氣體，其壓力為p2，下部取壓點(diǎn)壓力為p2，則：第八十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四若被測(cè)容器是敞口的，則氣相壓力為大氣壓，只需將差壓變送器的負(fù)壓室通大氣，或用壓力變送器、或用壓力表即可測(cè)量。因?yàn)閴毫ψ兯推骱蛪毫Ρ矶际菧y(cè)量與大氣壓之差。第八十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四零點(diǎn)遷移理想測(cè)量條件下，液位H=0時(shí)，變送器的輸入壓差信號(hào)?P=0，差壓變送器的輸出為零點(diǎn)信號(hào)4mA。零點(diǎn)是對(duì)齊的：H＝0時(shí)，Δp=Hg=0，I0=4mA應(yīng)用時(shí)，由于差壓變送器安裝的實(shí)際情況限制，測(cè)量零點(diǎn)很難對(duì)齊，需要對(duì)差壓變送器的零點(diǎn)進(jìn)行遷移。第八十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四Δp=p1-p2=(h12g+H1g+p0)－(h22g+p0)=H1g-(h2-

h1)2g1、負(fù)遷移如圖所示，變送器和容器之間用隔離罐隔離時(shí)：當(dāng)H=0時(shí)，

Δp=-(h2-

h1)2g此時(shí)，變送器應(yīng)輸出4mA以下，但變送器的輸出只能是4~20mA

第八十八頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四零點(diǎn)遷移的方法是，另加＋(h2-

h1)2g信號(hào)，抵消－(h2-

h1)2g的影響。使：H=0時(shí)，Δp=0H?p0I/mA?p420I/mA?p420H?p0遷移前遷移后第八十九頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、正遷移有時(shí)變送器不能和容器底部安裝在同一水平面上。如圖所示，有：?P=Hρg＋hρg

H=0時(shí)，?P=＋hρgH?p0I/mA?p420第九十頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四遷移的目的：使變送器輸出的起點(diǎn)與被測(cè)量起點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。遷移同時(shí)改變了測(cè)量范圍的上下限，相當(dāng)于測(cè)量范圍向正方向或負(fù)方向的平移。此時(shí)需要遷移＋hρgH?p0H?p0第九十一頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四例如，某差壓變送器的測(cè)量范圍為0～50MPa，對(duì)應(yīng)輸出從4mA變化到20mA，這是無(wú)遷移的情況，如圖2.57中曲線a所示。若因安裝的原因：H=0時(shí)，?P=－10MPa，則需負(fù)遷移。H=0時(shí)，?P=10MPa，則需正遷移。無(wú)遷移負(fù)遷移正遷移-1050cab2040I0/mA?P/MPa-10第九十二頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位在測(cè)量含有結(jié)晶顆粒、有腐蝕性、粘度大、易凝固等液體液位時(shí)，引壓管線可能被腐蝕、被堵塞?？墒褂眉痈綦x膜盒的法蘭式差壓變送器。

插入式法蘭平法蘭第九十三頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、成分測(cè)量與變送１、分類：按照原理劃分第九十四頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、成分測(cè)量與變送２、紅外氣體分析儀原理：紅外氣體分析儀是利用不同的氣體對(duì)不同波長(zhǎng)的紅外線輻射能具有選擇性吸收的特性來(lái)進(jìn)行氣體濃度分析的。特點(diǎn)：具有量程范圍寬、靈敏度高、反應(yīng)迅速、選擇性強(qiáng)。特性：除對(duì)稱結(jié)構(gòu)、無(wú)極性雙原子氣體和單原子分子氣體外，幾乎所有氣體以及水蒸氣等對(duì)紅外線都具有強(qiáng)烈的選擇性吸收特性。第九十五頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、成分測(cè)量與變送２、紅外氣體分析儀特性：遵循貝爾（Bell）定律：式中，Ｉ為透射光強(qiáng)度；Ｉo為入射光強(qiáng)度；K為吸收系數(shù)，C為氣體濃度；L為氣體吸收層厚度。若Ｃ很稀、Ｌ很小，ＫＣＬ<<1，則：Ｉ與Ｃ具有線性關(guān)系。第九十六頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，星期四五、成分測(cè)量與變送２、紅外氣體分析儀測(cè)量：被測(cè)氣體的百分濃度愈大，到達(dá)接收室的兩束紅外線的強(qiáng)度差值愈大，電容的變化量愈大，放大器的輸出電壓或電流也愈大。圖3-37紅外線氣體分析儀結(jié)構(gòu)框圖1—同步電動(dòng)機(jī)；2—工作光源；3—參比光源；4—切光片；5—干擾濾光室；6—測(cè)量室；7—參比室；8—薄膜電容接收器；9—放大器；10—指示記錄儀第九十七頁(yè)，共一百零五頁(yè)，編輯于2023年，