化工自动化及仪表第3章.ppt

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1、第三章第三章第三章第三章 检测变送检测变送检测变送检测变送华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系华东理工大学信息学院自动化系简单控制系统构成回顾：简单控制系统构成回顾：简单控制系统的方块图简单控制系统的方块图本章主要内容：本章主要内容：3.1概述概述3.2温度检测温度检测3.3流量检测流量检测3.4压力检测压力检测3.5物位检测物位检测3.8变送器变送器3.9现代传感器技术的发展现代传感器技术的发展3.1 3.1 概概 述述3.1.0检测变送的重要性检测变送的重要性3.1.1测量误差测量误差3.1.2仪表性能指标仪表性能指标 在过程自动化中要通过检

2、测元件获取在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是生产工艺变量，最常见变量是温度、压温度、压力、流量、物位（四大参数）力、流量、物位（四大参数）。检测元件又称为敏感元件、传感器，检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括号包括位移、电压、电流、电阻、频率、位移、电压、电流、电阻、频率、气压气压等。等。3.1.0 3.1.0 检测变送的重要性检测变送的重要性 由于检测元件的输出信号种类繁多，且由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般

3、都需要将其经过信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变变送器送器处理，处理，转换成标准统一的电气信号送往转换成标准统一的电气信号送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。往控制器对被控变量进行控制。（如（如4 42020mA mA 或或 0 01010mAmA直流电流直流电流信号信号,20,20100100KPaKPa气压信号）气压信号）一般将检测元件称为一般将检测元件称为一次仪表一次仪表，将变送，将变送器和显示装置称为器和显示装置称为二次仪表二次仪表。有时将检测元件、变送器及显示装置统有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪

4、表。称为检测仪表。检测检测实施正确控制的第一步实施正确控制的第一步变送变送将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化将检测元件输出的各种信号、微弱信号转化成成统一统一(标准标准)的电气信号的电气信号。静态：静态：正确正确y(t)正确反映正确反映c(t)的值的值可靠可靠长期工作长期工作动态：动态：迅速迅速y(t)迅速反映迅速反映c(t)的变化的变化过程控制对检测仪表要求过程控制对检测仪表要求：测量误差测量误差(1)绝对误差：绝对误差：仪表的仪表的指示值指示值与与被测量的真值被测量的真值之间之间的的差值。差值。测量误差测量误差：检测仪表获得的：检测仪表获得的被测值与实际被测变量被测值与实际被测变量真实

5、值之间的差距真实值之间的差距。理论上：理论上：实际上：实际上：测量误差测量误差(2)相对误差相对误差（仪表（仪表引用误差引用误差）绝对误差绝对误差与仪表的与仪表的量程之比。量程之比。(3)允许误差允许误差(4)附加误差附加误差由于外界环境条件变化以及仪表波动等外由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素引起的误差。界因素引起的误差。仪表性能指标仪表性能指标(1)精确度（精度）精确度（精度）仪表的仪表的精度等级精度等级是按国家统一规定的是按国家统一规定的允许误差允许误差大大小来划分成若干等级的。小来划分成若干等级的。表示仪表测量结果的可靠程度。表示仪表测量结果的可靠程度。精度等级：精度等级：允许

6、误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后，后，系列化圆整后系列化圆整后的数值。的数值。精度等级精度等级目前我国生产的仪表的精度等级有：目前我国生产的仪表的精度等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.02.5,4.0等等注：仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度注：仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。越高。精度等级：精度等级：允许误差去掉允许误差去掉“”号及号及“%”后，后，系列化圆整后系列化圆整后的数值。的数值。问题：问题：仪表精度等级数值越小

7、，说明仪表测量准确仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越度越？。仪仪表表的的精精度度等等级级以以一一定定的的符符号号形形式式表表示示在在仪仪表表标标尺尺板板上上，如如1.01.0外外加加一一个个圆圆圈圈或或三三角角形形。精精度度等等级级1.01.0，说说明明该该仪仪表表允允许许误误差为差为1.0%1.0%。1.01.0 例例1 1 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，其最，其最大绝对误差为大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。由于国家规定的精度等级中没有由于国家规定的精度等级中没有0.80.8级仪表，级仪表，而该仪表的最大引用

8、误差超过了而该仪表的最大引用误差超过了0.50.5级仪表的允许级仪表的允许误差，误差，所以这台仪表的精度等级应定为所以这台仪表的精度等级应定为1.01.0级。级。解解 仪表的允许误差为仪表的允许误差为目前我国生产的仪表的精度等级有：目前我国生产的仪表的精度等级有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.02.5,4.0等等 例例2 2 某台测温仪表的量程是某台测温仪表的量程是600600-11001100，工艺要工艺要求求该仪表指示值的误差不得超过该仪表指示值的误

9、差不得超过4，应选，应选精度等精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。级为多少的仪表才能满足工艺要求。所所以以只只能能选选择择一一台台允允许许误误差差为为0.5%，即即精精确确度度等等级级为为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。级的仪表，才能满足工艺要求。解解 根据工艺要求，仪表的最大允许误差为根据工艺要求，仪表的最大允许误差为结论：结论：校表：校表：选表：选表：仪表量程的上限：仪表量程的上限：Ymax:4/33/2倍（被测变量）倍（被测变量）波动较大时：波动较大时：3/22倍（被测变量）倍（被测变量）下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。仪表精度

10、与量程有关，量程是根据所要测量的工仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。(2)(2)变差变差(回差回差)在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某一变量进行对某一变量进行正反行程测量正反行程测量时对应于同一测量值时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。所得的仪表读数之间的差异。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。例：在例：在11

11、511151系列电容式差压变送器调校实验中，得到如下一组数系列电容式差压变送器调校实验中，得到如下一组数据：据：插入点插入点 正行程实测（正行程实测（mAmA）反行程实测（反行程实测（mAmA）0%0%4.00 4.004.00 4.00 25%8.10 7.90 25%8.10 7.90 50%12.30 11.90 50%12.30 11.90 75%16.40 16.21 75%16.40 16.21 100%20.00 20.00 100%20.00 20.00（1 1）最大绝对误差是多少？）最大绝对误差是多少？（2 2）最大回差是多少）最大回差是多少?(3)(3)线性度线性度衡量仪表

12、实际特性偏离线性程度的指标。衡量仪表实际特性偏离线性程度的指标。线性度差就要降低仪表精度。线性度差就要降低仪表精度。图图3.1线性度线性度(4)(4)灵敏度和分辨率灵敏度和分辨率灵敏度：灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值，即化量的比值，即 灵敏度灵敏度=Y/X对于模拟式仪表而言，对于模拟式仪表而言，Y是仪表指针的角位移或线是仪表指针的角位移或线位移。位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。分辨率分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的最小输入变化量。和响应的最

13、小输入变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言，分辨率就是数字显对于数字式仪表而言，分辨率就是数字显示器最末位数字间隔代表被测量的变化量。示器最末位数字间隔代表被测量的变化量。(5)(5)动态误差动态误差由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测由于仪表动作的惯性延迟和测量传递滞后，当被测量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来，量突然变化后必须经过一段时间才能准确显示出来，这样造成的误差。这样造成的误差。注：注：在工业生产中被测量变化较快时，不能忽略动在工业生产中被测量变化较快时，不能忽略动态误差。态误差。课堂作业课堂作业1 1：检定一块检定一块1

14、.51.5级刻度为级刻度为0 0100Pa100Pa的压力表，发现在的压力表，发现在50Pa50Pa处的误差最大，为处的误差最大，为1.4Pa1.4Pa，其他刻度处的误差均小于，其他刻度处的误差均小于1.4Pa1.4Pa，问，问这块压力表是否合格？这块压力表是否合格？例例1 1：某一标尺为某一标尺为0 0500500的温度计出厂前经过校的温度计出厂前经过校验，其刻度标尺各点的测量结果值为：验，其刻度标尺各点的测量结果值为：被校表读数（被校表读数（）0 100 200 300 400 5000 100 200 300 400 500标准表读数（标准表读数（）0 103 198 303 406 4

15、950 103 198 303 406 495（1 1）求出仪表最大绝对误差值；）求出仪表最大绝对误差值；（2 2）确定仪表的允许误差及精度等级；）确定仪表的允许误差及精度等级；（3 3）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表）仪表经过一段时间使用后，重新校验时，仪表最大绝对误差为最大绝对误差为88，问该仪表是否还符合出，问该仪表是否还符合出厂时的精度等级？厂时的精度等级？例例2 2：现欲测往复泵出口压力（约现欲测往复泵出口压力（约1.2MPa1.2MPa），），工艺要求工艺要求0.05 Mpa0.05 Mpa，就地指示。可供选择的，就地指示。可供选择的弹簧管压力表的精度为：弹簧管压力表的精

16、度为：1.0,1.5,2.5,4.01.0,1.5,2.5,4.0级，量程为级，量程为0 01.6,01.6,02.5,02.5,04.0 Mpa 4.0 Mpa。试。试选择压力表的精度和量程。选择压力表的精度和量程。3.2 3.2 温度检测温度检测3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻3.2.4 3.2.4 热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用3.2.1 3.2.1 温度检测方法温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为：按测温元件是否与被测对象接触分为：接触式：接触式：非接触式：非接触式：接触式：接触式

17、：测温元件与被测对象接触，依靠传热和测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。对流进行热交换。优点：优点：结构简单、可靠，测温精度较高。结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被容易破坏被测对象的温度场，测对象的温度场，同时带来测温过程的同时带来测温过程的延迟延迟现象，现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。于运动中的对象。不适于直接对不适于直接对腐蚀性腐蚀性介质测量。介质测量

18、。非接触式：非接触式：测温元件不与被测对象接触，而是通过测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点：优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：缺点：容易受

19、到外界因素的干扰，测量误差较大，容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。且结构复杂，价格比较昂贵。3.2.2 3.2.2 热电偶热电偶(1)(1)测温原理测温原理热电效应热电效应图图3.2热电偶的热电效应热电偶的热电效应（参比端、冷端、固定端）（参比端、冷端、固定端）（工作端、热端、自由端）（工作端、热端、自由端）将两种不同材料的导体或半导体将两种不同材料的导体或半导体A和和B连在一起组成连在一起组成一个闭合回路，而且两个接点的温度一个闭合回路，而且两个接点的温度o,则回路内则回路内将有电流产生，电流大小正比于接点温度将有电流产生，电流大小正比于接点温度和和o的函的函数

20、之差，而其极性则取决于数之差，而其极性则取决于A和和B的材料。的材料。根据根据热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”可知：热电偶回路中接入第可知：热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两端三种导体后，只要该导体两端温度相同，热电偶回路中所产温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热种导体时热电偶所产生的总热电势相同；同理，如果回路中电势相同；同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也不影响导体两端温度相同，也不影响热电偶所产生的热电势值。因热电偶所产生的热电势值。因此热电偶回路可

21、以接入各种显此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。示仪表、变送器、连接导线等。热电偶的热电偶的“中间导体定律中间导体定律”分度表：分度表：当当0 0=00时，时，与温度与温度对对应的数值表。（应的数值表。（非线性非线性）分度号：分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。与分度表所对应的热电偶的代号。常用工业热电偶比较常用工业热电偶比较常用热电偶类型：常用热电偶类型：普通型热电偶：普通型热电偶：(热电偶结构类型见热电偶结构类型见P27)P27)热电极、绝缘管、接线盒等热电极、绝缘管、接线盒等铠装热电偶铠装热电偶多点式热点偶多点式热点偶防爆型热点偶防爆型热点偶表面型热点偶表面型热点偶铠

22、装热电偶铠装热电偶的特点的特点 热响应时间少，减小动态误差；热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；可弯曲安装使用；测量范围大；测量范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；扁接插式铠装热电偶扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶图3.3多点热电偶多点热电偶 适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大

23、化肥合成塔、存储罐等装置中。成塔、存储罐等装置中。图图3.4多点热电偶多点热电偶防爆型热电偶的原理防爆型热电偶的原理 防爆热电偶是利用防爆热电偶是利用间隙隔爆间隙隔爆原理，设计具有足原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。防爆型热电偶的特点防爆型热电偶的特点多种防爆形式，防爆

24、性能好；多种防爆形式，防爆性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；测温范围大；测温范围大；机械强度高，耐压性能好；机械强度高，耐压性能好；无固定装置无固定装置固定法兰式固定法兰式固定螺纹式固定螺纹式活络管接头式活络管接头式直型管接头式直型管接头式图图3.5防爆型热防爆型热电偶电偶一览图一览图吹气型热电偶吹气型热电偶 通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出保护管外，从而提高热电偶寿命。是保护管外，从而提高热电偶寿命。是3030万吨合成万吨合成氨装置中不可缺少的测温装置。氨装置中不可缺少的测温装置。另外，压簧固定热电偶、直另外，压簧固定

25、热电偶、直角弯头热电偶、耐磨阻漏热角弯头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等电偶等等图图3.6吹气型热电偶吹气型热电偶(2)补偿导线补偿导线图图3.7补偿导线连接图补偿导线连接图作用：解决参比端温度的恒定问题。作用：解决参比端温度的恒定问题。要求：价格便宜，要求：价格便宜，0100范围内的热电性质与要补范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样偿的热电偶的热电性质几乎完全一样(3)热电偶参比端温度补偿（测量的准确性）热电偶参比端温度补偿（测量的准确性）补偿原理补偿原理：工作端温度：工作端温度，参比端参比端0，热电势为热电势为因此因此参比端温度补偿方法：参比端温度补偿方法：计算法计算法冰浴法冰

26、浴法机械调零法机械调零法（动圈表调零法），等级（动圈表调零法），等级1.0以上以上补偿电桥法：补偿电桥法：利用参比端温度补偿器利用参比端温度补偿器例如：用镍铬例如：用镍铬-镍硅（镍硅（K）热电偶测温，热电偶热电偶测温，热电偶参比端温度参比端温度o=20，测得的热电势测得的热电势E（，o）=32.479mV。由由K分度表中查得分度表中查得E（20，0）=0.798mV,则则E（，0）=E（，20）+E（20，0）=32.479+0.798=33.277mV再反查再反查K分度表，得实际温度是分度表，得实际温度是800。计算法举例：计算法举例：3.2.3 3.2.3 热电阻热电阻金属热电阻金属热电阻

27、测温原理是基于导体的电阻会随温测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。度的变化而变化的特性。热电阻热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的套使用。直接测量各种生产过程中的-200-200C C500C500C范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。度。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。作仪表便

28、显示出阻值所对应的温度值。常用热电阻：常用热电阻：铜电阻和铂电阻铜电阻和铂电阻热电阻的结构形式：热电阻的结构形式：普通型、铠装型、专用型普通型、铠装型、专用型无固定装置热电无固定装置热电阻阻固定螺纹式热电固定螺纹式热电阻阻活动法兰式热活动法兰式热电电阻阻固定螺纹固定螺纹锥锥式热式热电电阻阻固定螺纹固定螺纹管接头管接头式热电式热电阻阻活络管接头式热活络管接头式热电阻电阻图图3.8图图3.9 3.9 装配式热电阻装配式热电阻装配式热电阻是由感温元件、不锈钢保护管、接装配式热电阻是由感温元件、不锈钢保护管、接线盒以及各种用途的固定装置组成。线盒以及各种用途的固定装置组成。防喷式铠装热电阻防喷式铠装热

29、电阻扁接插式扁接插式铠装热电阻铠装热电阻防水式铠装热电阻防水式铠装热电阻圆接插式圆接插式铠装热电阻铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻图图3.10铠装式热电阻比装配式热电阻铠装式热电阻比装配式热电阻直径小、易弯曲、适宜安装在直径小、易弯曲、适宜安装在装配式无法安装的场合，它的装配式无法安装的场合，它的外保护管采用不锈钢，内充满外保护管采用不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此高密度氧化物质绝缘体，因此它具有很强的抗污染和优良的它具有很强的抗污染和优良的机械强度，能在环境较为恶劣机械强度，能在环境较为恶劣的场合使用。的场合使用。端面热电阻端面热电阻适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或

30、其适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。它机体表面温度。防腐防腐热电阻热电阻采用新型防腐材料，采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯外包覆聚四氟乙烯F46F46，适合于石适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。氯碱行业的专用测温仪表。图图3.11端面热电阻端面热电阻图图3.12防腐热电阻防腐热电阻微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻适用于狭小场所适用于狭小场所的温度测量与控制。的温度测量与控制。是纺织、绦纶等行业是纺织、绦纶等行业业不可缺少的温度测业不可缺少的温度测量装置。量装置。微型热电偶微型热电偶/热电阻热电阻特殊热电偶特殊热电偶/

31、热电阻热电阻炉壁炉壁热电偶热电偶/热电阻热电阻炉壁热电偶炉壁热电偶/热电阻热电阻 适合于电厂锅炉炉壁，适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表管壁及其它圆柱体表面测量。面测量。半导体热敏电阻半导体热敏电阻测温原理是基于某些半导体测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。NTCNTC型：负温度系数热敏电阻，多数是此类型：负温度系数热敏电阻，多数是此类 PTCPTC型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测 特点：特点：结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。缺点：缺点

32、：非线性严重、互换性差、测温范围窄非线性严重、互换性差、测温范围窄3.2.4热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用(1)(1)选用原则：较高温度选用原则：较高温度热电偶热电偶 中低温区中低温区热电阻热电阻一般以一般以500500为分界，但不绝对为分界，但不绝对原因有两点：原因有两点：(2)(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。度区内引起的相对误差就很突出。另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套（氧化性、还原性、腐

33、蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。管、连接导线等。(1)(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。表放大器和抗干扰要求很高。(2)(2)安装安装(1)(1)选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插入深度插入深度(2)(2)热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。(3)(3)检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装检测元件应避开热辐射

34、强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。图3.14热电偶安装热电偶安装(3)(3)使用使用热电偶：热电偶：参比端温度补偿参比端温度补偿补偿导线的极性不能接反补偿导线的极性不能接反分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致在与采用补偿电桥法进行参比端温度补偿的仪表在与采用补偿电桥法进行参比端温度补偿的仪表（如电子电位差计、温度变送器等）配套测温时，热（如电子电位差计、温度变送器等）配套测温时，热电偶的参比端要与补偿电阻感受相同温度。电偶的参比端要与补偿电阻感受相同温度。热电阻：热电阻：分度

35、号应与配接的变送、显示仪表分度号一致分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致采用三线制接法采用三线制接法所谓三线制接法，就是从现场的金属热所谓三线制接法，就是从现场的金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导线，其中两根导线被接入相同的连接导线，其中两根导线被接入相邻两对抗桥臂中，另一根与测量桥路相邻两对抗桥臂中，另一根与测量桥路电源负极相连电源负极相连。见右图。见右图。由于流过两桥由于流过两桥臂的电流相等，因此当环境温度变化时，臂的电流相等，因此当环境温度变化时，两根连接导线因阻值变化而引起的压降两根连接导线因阻值变化而引起的压降变化相互抵消，不影

36、响测量桥路输出电变化相互抵消，不影响测量桥路输出电压的大小。压的大小。图3.153.3流量检测流量检测3.3.0基本概念基本概念主要研究内容：主要研究内容：3.3.1流量检测的主要方法流量检测的主要方法3.3.2速度式流量计（差压式流量传感器速度式流量计（差压式流量传感器）3.3.3容积式流量计容积式流量计3.3.4质质量流量计量流量计3.3.5流量仪表的选用流量仪表的选用3.3.0基本概念基本概念流量（瞬时流量）流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。面的流体的数量。累积流量（总流量）累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的：某一时段内流过的流体

37、的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。总合。瞬时流量在某一时段的累积量。流量的表示方法：流量的表示方法：质量流量质量流量(qm)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：单位：(kg/s)体积流量体积流量(qv)：单位时间内流过某截面的流体的体积。单位时间内流过某截面的流体的体积。(工作状态下工作状态下)单位单位:(m3/s)qm=qv体积流量体积流量(qvn)：折算到标准的压力和温度下的体积流折算到标准的压力和温度下的体积流量。（量。（标准状态下标准状态下）qvn=qm/nqvn=qv/n流流体体的的密密度度受受流流体体的的工工作作状状态态（如如温温度度、压压

38、力力）影影响响:对对于于液液体体，压压力力变变化化对对密密度度的的影影响响非非常常小小，一一般般可可以以忽忽略略不不计计。温温度度对对密密度度的的影影响响要要大大一一些些，一一般般温温度度每每变变化化1010时时，液液体体密密度度的的变变化化约约在在1%1%以以内内，所所以以当当温温度度变变化化不不是是很很大大，测测量量准准确确度度要要求求不不是是很很高高的的情情况况下，往往也可以忽略不计。下，往往也可以忽略不计。对于气体对于气体，密度受，密度受温度、压力变化影响较大温度、压力变化影响较大。在在常常温温常常压压附附近近，温温度度每每变变化化1010，密密度度变变化化约约为为3%3%；因因此此，

39、在在测测量量气气体体流流量量时时，必必须须同同时时测测量量流流体体的的温温度度和和压压力力。为为了了便便于于比比较较，常常将将在在工工作作状状态态下下测测得得的的体体积积流流量量换换算算成成标标准准状状态态下下（温温度度为为2020，压压力力为为101 101 325 325 PaPa）的的体体积积流流量量，用用符符号号q qVNVN表表示示，单单位位符符号号为为NmNm3 3/s/s。压力每变化压力每变化1010kPakPa，密度约变化密度约变化3%3%。生生产产过过程程中中各各种种流流体体的的性性质质各各不不相相同同，流流体体的的工工作作状状态态及及流流体体的的粘粘度度、腐腐蚀蚀性性、导导

40、电电性性也也不不同同，很很难难用用一一种种原原理理或或方方法法测测量量不不同同流流体体的的流流量量。尤尤其其工工业业生生产产过过程程，其其情情况况复复杂杂，某某些些场场合合的的流流体体是是高高温温、高高压压，有有时时是是气气液液两两相相或或液液固固两两相相的的混混合合流流体体。所所以以目目前前流流量量测测量量的的方方法法很很多多，测测量量原原理理和和流流量量传传感感器器（或或称称流流量量计计）也也各各不不相相同同，从从测测量量方方法法上上一一般般可可分分为为以以下下几几大类。大类。3.3.1流量检测的主要方法流量检测的主要方法(1)测体积流量测体积流量容积法容积法：在单位时间内以标准固定体积对

41、流动介：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体的固定容积质连续不断地进行度量，以排出流体的固定容积数来计算流量。数来计算流量。容积法受流体流动状态影响较小，适容积法受流体流动状态影响较小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。用于测量高粘度、低雷诺数的流体。雷诺数是流体流动中雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度惯性力与粘性力比值的量度,依据雷诺数的大小可以判别依据雷诺数的大小可以判别流动特征流动特征 如：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量如：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等计等图图3.16LC椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计速度法速度法：平均流速乘以管道

42、截面积求得流体：平均流速乘以管道截面积求得流体的体积流量。的体积流量。测量平均流速的方法有：差压式、电磁式、漩涡式、测量平均流速的方法有：差压式、电磁式、漩涡式、声学式、热学式、涡轮式声学式、热学式、涡轮式差差压压式式 又又称称节节流流式式，利利用用节节流流件件前前后后的的差差压压和和流流速速关系，通过差压值获得流体的流速；关系，通过差压值获得流体的流速；电电磁磁式式 导导电电流流体体在在磁磁场场中中运运动动产产生生感感应应电电势势，感感应电势应电势大小与流体的大小与流体的平均流速平均流速成正比；成正比；旋涡式旋涡式 流体在流动中遇到一定形状的物体会在其流体在流动中遇到一定形状的物体会在其周围

43、产生有规则的旋涡，周围产生有规则的旋涡，旋涡释放的频率旋涡释放的频率与与流速流速成成正比；正比；声学式声学式 根据声波在流体中传播速度的变化得到根据声波在流体中传播速度的变化得到流体的流速；流体的流速；涡轮式涡轮式 流体作用在置于管道内部的涡轮上使涡轮流体作用在置于管道内部的涡轮上使涡轮转动，其转动，其转动速度转动速度在一定流速范围内与管道内流体在一定流速范围内与管道内流体的的流速流速成正比成正比；热学式热学式 利用加热体被流体的冷却程度与流速的利用加热体被流体的冷却程度与流速的关系来检测流速。关系来检测流速。基于速度法的流量检测仪表有基于速度法的流量检测仪表有:节流式流量计、靶式流量计、弯管

44、流量计、节流式流量计、靶式流量计、弯管流量计、转子流量计、电磁流量计、旋涡流量计、转子流量计、电磁流量计、旋涡流量计、涡轮流量计、超声流量计等。涡轮流量计、超声流量计等。YJLB型一体化节流式流量型一体化节流式流量计计YJLBYJLB型一体化节流式流量型一体化节流式流量计将节流装置和差压变送计将节流装置和差压变送器做成一体，继承了节流器做成一体，继承了节流装置的优点，结构紧凑，装置的优点，结构紧凑，成套性好，故障率低，使成套性好，故障率低，使用安装方便，动态特性好，用安装方便，动态特性好，提高了测量精度，可满足提高了测量精度，可满足各种流量测量的需要各种流量测量的需要图3.17图图3.18靶式

45、流量计靶式流量计图图3.19 903.19 90度度弯管流量计弯管流量计(2)测质量流量测质量流量间接法：间接法：测出体积流量和密度，经过计算得到。测出体积流量和密度，经过计算得到。主要有压力温度补偿式质量流量计。主要有压力温度补偿式质量流量计。直接法：直接法：直接测量质量流量。科里奥利力式流量直接测量质量流量。科里奥利力式流量计、计、量热式流量计、角动量式流量计量热式流量计、角动量式流量计等。等。质量流量计是直接测量流体流过的质量。质量流量计是直接测量流体流过的质量。具有精度不受流体的温度、压力、密度、具有精度不受流体的温度、压力、密度、粘度等变化影响的优点粘度等变化影响的优点图图3.203

46、.20 SITRANS F C SITRANS F C 科里奥利力质量流量计科里奥利力质量流量计3.3.2速度式流量计（差压式流量传感器）速度式流量计（差压式流量传感器）差差压压式式流流量量传传感感器器又又称称节节流流式式流流量量传传感感器器，它它是是利利用用管管路路内内的的节节流流装装置置，将将管管道道中中流流体体的的瞬瞬时时流流量量转转换换成成节节流流装装置置前前后后的的压压力力差差的的原原理理来来实现的。实现的。图图3.21 3.21 差压式流量传感器流量测量系统差压式流量传感器流量测量系统差压式流量传感器流量测量系统主要由差压式流量传感器流量测量系统主要由节流装置节流装置和和差压计差压

47、计（或差压变送器）组成，如下图所示。（或差压变送器）组成，如下图所示。节节流流装装置置的的作作用用是是把把被被测测流流体体的的流流量量转转换换成成压压差差信信号号，差差压压计计则则对对压压差差信信号号进进行行测测量量并并显显示示测测量量值值，差差压压变变送送器器是是把把差差压压信信号号转转换换为为与与流流量量对对应应的的标标准准电信号或气信号，以供显示、记录或控制。电信号或气信号，以供显示、记录或控制。差差压压式式流流量量传传感感器器发发展展较较早早，技技术术成成熟熟而而较较完完善善，而而且且结结构构简简单单，对对流流体体的的种种类类、温温度度、压压力力限限制较少，因而应用广泛。制较少，因而应

48、用广泛。(1)(1)节流装置节流装置节流装置节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测是差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。它们的结构形式、相对尺寸、技术要求、管道它们的结构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流元件，如下页图所示。流元件，如下页图所示。图图3-22 3-22 标准节流元件标准节流元件(a)a)孔板；孔板；(b)b)喷嘴；喷嘴；(c)c)文丘里管文丘里管

49、其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便，在其中孔板最简单又最为典型，加工制造方便，在工业生产过程中常被采用。工业生产过程中常被采用。标准节流装置按照规定的技术要求和试验数标准节流装置按照规定的技术要求和试验数据来设计、加工、安装，无需检测和标定，可以据来设计、加工、安装，无需检测和标定，可以直接投产使用，并可保证流量测量的精度。直接投产使用，并可保证流量测量的精度。(2)(2)测量原理测量原理测测量量原原理理 在在管管道道中中流流动动的的流流体体具具有有动动压压能能和和静静压压能能，在在一一定定条条件件下下这这两两种种形形式式的的能能量量可可以以相相互互转转换换，但但参参加加转转换换的的能能量

50、量总总和和不不变变。用用节节流流元元件件测测量量流流量量时时，流流体体流流过过节节流流装装置置前前后后产产生生压压力力差差p p(p p=p p1 1-p p2 2)，且且流流过过的的流流量量越越大大，节节流流装装置置前前后后的的压压差差也也越越大大，流流量量与与压压差差之之间间存存在在一一定定关关系系，这这就就是是差差压压式式流流量量传传感感器器测量原理。测量原理。图图3 3-2 23 3 节节流流件件前前后后流流速速和和压压力力分分布布情情况况图图3-233-23为为节节流流件件前前后后流流速速和和压压力力分分布布情情况况，图图中中充充分分地地反反映映了了能能量量形形式式的的转转换换。由由