化工仪表及自动化 第3章1.ppt

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1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 内容提要内容提要n概述概述n测量过程与测量误差测量过程与测量误差n仪表的性能指标仪表的性能指标n工业仪表的分类工业仪表的分类n压力检测及仪表压力检测及仪表n流量检测及仪表流量检测及仪表n物位检测及仪表物位检测及仪表n温度检测及仪表温度检测及仪表n现代检测技术与传感器的发展现代检测技术与传感器的发展1第一节第一节 概述概述 用来检测这些参数的技术工具称为用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表检测仪表。用用来来将将这这些些参参数数转转换换为为一一定定的的便便于于传传送送的的信信号号的仪表通常称为的仪表通常称为传感器传感

2、器。当当传传感感器器的的输输出出为为单单元元组组合合仪仪表表中中规规定定的的标标准准信号时，通常称为信号时，通常称为变送器变送器。5第一节第一节 概述概述n一、测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差6 测测量量过过程程在在实实质质上上都都是是将将被被测测参参数数与与其其相相应应的的测测量量单单位位进进行行比比较较的的过过程程，而而测测量量仪仪表表就就是是实实现这种比较的工具。现这种比较的工具。测测量量误误差差指指由由仪仪表表读读得得的的被被测测值值与与被被测测量量真真值值之之间间的的差差距距。通通常常有有两两种种表表示示方方法法，即即绝绝对对误误差和相对误差。差和相对误差。第一节第一节 概述

3、概述绝对误差绝对误差xi i：仪表指示值：仪表指示值,xt：被测量的真值：被测量的真值由于真值无法得到由于真值无法得到 x：被校表的读数值，：被校表的读数值，x0：标准表的读数值：标准表的读数值 相对误差相对误差7第一节第一节 概述概述n二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标81.1.精确度（简称精度）精确度（简称精度）说说明明：仪仪表表的的测测量量误误差差可可以以用用绝绝对对误误差差来来表表示示。但但是是，仪仪表表的的绝绝对对误误差差在在测测量量范范围围内内的的各各点点不不相相同同。因因此此，常常说说的的“绝绝对对误差误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。两大影响因素两

4、大影响因素绝对误差和仪表的测量范围绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差相对百分误差允许误差允许误差第一节第一节 概述概述 仪仪表表的的允允越越大大，表表示示它它的的精精确确度度越越低低；反反之之，仪仪表表的的允允越越小小，表表示示仪仪表表的的精精确确度度越越高高。将将仪仪表表的的允允许许相相对对百百分分误误差差去去掉掉“”号号及及“”号号，便便可可以以用用来来确确定定仪仪表表的的精精确确度度等等级级。目目前前常常用用的的精精确确度度等等级级有有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.

5、5，4.04.0等。等。小结小结9第一节第一节 概述概述10举例例例1某某台台测测温温仪仪表表的的测测温温范范围围为为200700，校校验验该该表表时时得到的最大绝对误差为得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。解解 该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。第一节第一节 概述概述例例2某台测温仪表的测温范围为1000。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过，试问应如何选择仪表的精度等级才能满

6、足以上要求？解解 根据工艺上的要求，仪表的允许误差为 如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为1.0级的仪表，其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工艺要求。11第一节第一节 概述概述12仪表的精度等级仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例举例1.51.0

7、如：第一节第一节 概述概述 根根据据仪仪表表校校验验数数据据来来确确定定仪仪表表精精度度等等级级和和根根据据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根根据据仪仪表表校校验验数数据据来来确确定定仪仪表表精精度度等等级级时时，仪仪表表的的允允许许误误差差应应该该大大于于（至至少少等等于于）仪仪表表校校验验所所得得的的相相对对百百分分误误差差；根根据据工工艺艺要要求求来来选选择择仪仪表表精精度度等等级级时时，仪仪表表的的允允许许误误差差应应该该小小于于（至至多多等等于于）工工艺艺上所允许的最大相对百分误差。上所允许的最大相对百分误差。小结小结13第一节

8、第一节 概述概述2.2.变差变差 变变差差是是指指在在外外界界条条件件不不变变的的情情况况下下，用用同同一一仪仪表表对对被被测测量量仪仪表表在在其其全全部部测测量量范范围围内内进进行行正正反反行行程程（即即被被测测参参数数逐逐渐渐由由小小到到大大和和逐逐渐渐由由大大到到小小）测测量量时时，被被测测量量值值正正行行和和反反行行所得到的两条特性曲线之间的所得到的两条特性曲线之间的最大偏差最大偏差。图3-1 测量仪表的变差14注意：仪表的变差不能超出注意：仪表的变差不能超出注意：仪表的变差不能超出注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。仪表的允许误差。仪表的允许误差。仪表的允许误差。第一节第一节 概

9、述概述153.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪仪表表的的灵灵敏敏度度是是指指仪仪表表指指针针的的线线位位移移或或角角位位移移，与与引引起这个位移的被测参数变化量的比值。即起这个位移的被测参数变化量的比值。即 式式中中，S为为仪仪表表的的灵灵敏敏度度；为为指指针针的的线线位位移移或或角角位位移移；x为引起为引起所需的被测参数变化量。所需的被测参数变化量。仪仪表表的的灵灵敏敏限限是是指指能能引引起起仪仪表表指指针针发发生生动动作作的的被被测测参参数数的的最最小小变变化化量量。通通常常仪仪表表灵灵敏敏限限的的数数值值应应不不大大于于仪仪表表允允许绝对误差的一半。许绝对误差的一半。注注意意：上上述

10、述指指标标仅仅适适用用于于指指针针式式仪仪表表。在在数数字字式式仪仪表表中中，往往用分辨力表示。往往用分辨力表示。第一节第一节 概述概述4.4.分辨力分辨力 对对于于数数字字式式仪仪表表，分分辨辨力力是是指指数数字字显显示示器器的的最最末末位位数数字字间隔所代表的被测参数变化量。间隔所代表的被测参数变化量。不不同同量量程程的的分分辨辨力力是是不不同同的的，相相应应于于最最低低量量程程的的分分辨辨力力称称为为该该表表的的最最高高分分辨辨力力，也也叫叫灵灵敏敏度度。通通常常以以最最高高分分辨辨力力作作为为数数字字电电压压表表的的分分辨辨力力指指标标。分分辨辨率率与与仪仪表表的的有有效效数数字位数有

11、关。字位数有关。16第一节第一节 概述概述175.5.线性度线性度 线线性性度度是是表表征征线线性性刻刻度度仪仪表表的的输输出出量量与与输输入入量量的的实实际际校校准准曲曲线线与与理理论论直直线线的的吻吻合合程程度度。通通常常总总是是希希望望测测量量仪仪表的输出与输入之间呈线性关系。表的输出与输入之间呈线性关系。图3-2 线性度示意图 式式中中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。第一节第一节 概述概述186.6.反应时间反应时间 反反应应时时间间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能

12、给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。第一节第一节 概述概述n三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类191.按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表、液动仪表气动仪表、电动仪表、液动仪表 以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现远距离传送和集中控制；便

13、于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。仪表的安全使用。一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。放射性等环境影响。优点优点缺点缺点常用常用常用常用第一节第一节 概述概述202.按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表检测仪表 作用是获取信息，并进行适当的转换。显示仪表显示仪表 作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。集中控制装置集中控制装置 包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表控制仪表 可以根据需要对输入信

14、号进行各种运算。执行器执行器 可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。第一节第一节 概述概述图3-3 各类仪表的作用21第一节第一节 概述概述2 22 23.3.按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基基地地式式仪仪表表特特点点是是将将测测量量、显显示示、控控制制等等各各部部分分集集中中组组装装在在一一个个表表壳壳里里，形形成成一一个个整整体体。这这种种仪仪表表比比较较适适于于在在现现场场做做就就地地检检测测和和控控制制，但但不不能能实实现现多多种种参参数数的的集集中中显显示示与与控控制制。这这在在一一定定程程度度上上限限制制了了基基地地式式仪仪表表的的

15、应应用范围。用范围。分为基地式仪表和单元组合仪表分为基地式仪表和单元组合仪表 第一节第一节 概述概述 化化工工生生产产中中的的单单元元组组合合仪仪表表有有电电动动单单元元组组合合仪仪表表和和气气动动单单元元组组合合仪仪表表两两种种。国国产产的的电电动动单单元元组组合合仪仪表表简简称称DDZ仪表；气动单元组合仪表简称仪表；气动单元组合仪表简称QDZ仪表。仪表。注意注意 单单元元组组合合仪仪表表是是将将对对参参数数的的测测量量及及其其变变送送、显显示示、控控制制等等各各部部分分，分分别别制制成成能能独独立立工工作作的的单单元元仪仪表表（简简称称单单元元，例例如如变变送送单单元元、显显示示单单元元、

16、控控制制单单元元等等）。这这些些单单元元之之间间以以统统一一的的标标准准信信号号互互相相联联系系，可可以以根根据据不不同同要要求求，方方便便地地将将各各单单元元任任意意组组合合成成各各种种控控制制系系统统，适适用用性性和和灵活性都很好。灵活性都很好。23第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n一、压力单位及测量仪表一、压力单位及测量仪表压力压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）24第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或MPa）与过去的单位之间的关系，下面给出几种单位之间的换算关系表。2526压力单压力

17、单位位帕帕/Pa兆帕兆帕/MPa工程大气压工程大气压/(kgf/cm2)物理大气压物理大气压/atm汞柱汞柱/mmHg水柱水柱/mH2O（磅（磅/英寸英寸2）/（1b/in2）巴巴/bar帕帕1110106 61.01971010-5-59.8691010-6-67.5011010-3-31.01971010-4-41.4501010-4-411010-5-5兆帕兆帕110106 61 110.1979.8697.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程大工程大气压气压9.80710104 49.8071 10 0-2-210.9678735.610.00

18、14.220.9807物理大物理大气压气压1.013310105 50.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱汞柱1.333210102 21.33321010-4-41.35951010-3-31.31581010-3-310.01361.9341010-2-21.33321010-3-3水柱水柱9.80610103 39.8061 10 0-3-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951 10 0-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴11010

19、5 50.11.01970.9869750.110.19714.501表3-1 各种压力单位换算表第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表27p表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图3-4绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表28测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不

20、同，分为四类。1.1.1.1.液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 它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。按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点优点优点优点这类压力计结构简单、使用方便 缺点缺点缺点缺点 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表2.2.2.2.弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。3.3.3.3.电气式压力计电气式

21、压力计电气式压力计电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。29第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表4.4.4.4.活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。结构较复杂，价格较贵。30第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n二、弹性式压力计二、弹性式压力计31定义定义定义定义 弹性式压力计弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹

22、性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。优点优点优点优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表321.1.1.1.弹性元件弹性元件弹性元件弹性元件 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。图3-5 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件如图如图(a)(a)和和(b)(b)所示，所示，波纹管式弹性元件如如图图(e)(e)所示，所示，薄膜式弹性元件如图如图(c)(c)和和(d)(d)所示。所示。第二节第二节 压力检测及仪表压

23、力检测及仪表332.2.2.2.弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表 分分分分类类类类使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。管压力表。用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表基本测量原理基本测量原理基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的

24、空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。注意注意注意注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。34第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 在在化化工工生生产产过过程程中中，常常需需要要把把压压力力控控制制在在某某一一范范围围内内，即即当当压压力力低低于于或或高高于于给给定

25、定范范围围时时，就就会会破破坏坏正正常常工工艺艺条条件件，甚甚至至可可能能发发生生危危险险。这这时时就就应应采采用用带带有有报报警警或或控控制制触触点点的的压压力力表表。将将普普通通弹弹簧簧管管压压力力表表稍稍加加变变化化，便便可可成成为为电电接接点点信信号号压压力力表表，它它能能在在压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时，及及时时发发出出信信号号，以以提提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。警惕！警惕！警惕！警惕！35第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-7 电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点；3 绿灯；5 红灯

26、 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。36第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n三、电气式压力计三、电气式压力计定义定义定义定义电电气气式式压压力力计计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。37优点优点优点优点1.该仪表的测量范围较广测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自

27、动控制和报警，并可与工业控制机联用。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-8 电气式压力计组成方框图组成组成组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。38第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：1.1.1.1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 霍霍霍霍尔尔尔尔片片片片式式式式压压压压力力力力传传传传感感感感器器器器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹

28、性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。图3-9 霍尔效应 霍尔电势霍尔电势可用下式表示 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。3 39 9第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表注意注意注意注意 霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势UH，但两者都有一定限度，一般I为320mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势UH约为几十毫伏数量级。导体也有霍尔效应，不过它们的霍尔电势远比半导体的霍尔电势小得多。40第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器

29、，如图3-10所示。图3-10 霍尔片式压力传感器1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。4142第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表2.2.2.2.应变片压力传感器应变片压力传感器应变片压力传感器应变片压力传感器 应应变变片片式式压压力力传传感感器器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，

30、并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图3-11 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外 壳；3密封膜片第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表3.3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。工作原理工作原理43第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-

31、12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻特点特点特点特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。4 44 4第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表4.4.4.4.力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器力矩平衡式压力变送器 力力矩矩平平衡衡式式压压力力变变送送器器是一种典型的自平衡检测仪表，它利用负反馈的工作原理克服元件材料、加工工艺等不利因素的影响，使仪表具有较高的测量精度（一般为0.5级）、工作稳定可靠、线性好、不灵

32、敏区小等一系列优点。45举例举例举例举例以以DDZ-DDZ-型电动力矩平衡压力变送器为例型电动力矩平衡压力变送器为例 图3-13DDZ-型电动力矩平衡压力变送器示意图1测量膜片；2轴封膜片；3主杠杆；4矢量机构 5量程调整螺钉；6连杆；7副杠杆；8检测片（衔铁）；9差动变压器；10反馈动圈；11放大器；12调零弹簧；13永久磁钢 DDZ-型系列为直流24V供电，输出420mA（DC）,两线制，安全防爆。被测压力p作用在测量膜片1上，通过膜片的有效面积转变成集中力Fi，即 f为膜片的有效面积。（3-13）4 46 6第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及

33、仪表 该变送器是按力力矩矩平平衡衡原原理理工作的。根据主、副杠杆的平衡条件可以推导出被测压力p与输出信号I0的关系。当主杠杆平衡时，应有当主杠杆平衡时，应有（3-14）式中，、分别为Fi、F1离支点O1的距离。（3-15）将式（3-13）代入式（3-14），有式中,为一比例系数。47第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表而式中，、分别为F2及电磁反馈力 离支点O2的距离。将式（3-18）代入式（3-17），得（3-18）（3-17）（3-19）（3-16）联立式（3-16）与（3-19），得（3-20）式中，为转换比例系数。48第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表5.5.5.5.电容

34、式压力变送器电容式压力变送器电容式压力变送器电容式压力变送器 电电电电容容容容式式式式压压压压力力力力变变变变送送送送器器器器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。工作原理工作原理工作原理工作原理图3-14 电容式差压变送器原理图1隔离膜片；2，7固定电极；3硅油；4测量膜片；5玻璃层；6底座；8引线49先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构可以有效地保护测可以有效地保护测

35、量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达好，测量精度相应提高，可达0.20.2级。级。小结小结小结小结50第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n四、智能型压力变送器四、智能型压力变送器 智

36、智智智能能能能型型型型压压压压力力力力或或或或差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。可进行远程通信 利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。特点特点特点特点51第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表举例举例举例举例以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔以美国费希尔-罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的罗斯蒙特公司的3051C3051C型智能差压变型智能差压变型智能差压变型智能差压变送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工作原理。送器为例介绍其工

37、作原理。图3-15 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图52第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-16 手持通信器的连接示意图 3051C3051C3051C3051C型型型型智智智智能能能能差差差差压压压压变变变变送送送送器器器器所用的手持通信器为275型，带有键盘及液晶显示器。可以接在现场变送器的信号端子上，就地设定或检测，也可以在远离现场的控制室中，接在某个变送器的信号线上进行远程设定及检测。实现的功能实现的功能（1）组态（2）测量范围的变更（3）变送器的校准（4）自诊断53第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 要对智能型差压变送器每五年校验一次，智能型差压变送

38、器与手持通信器结合使用，可远离生产现场，尤其是危险或不易到达的地方，给变送器的运行和维护带来了极大的方便。注意注意注意注意54第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表n五、压力计的选用及安装五、压力计的选用及安装1.1.1.1.压力计的选用压力计的选用压力计的选用压力计的选用 压压力力计计的的选选用用应应根根据据工工艺艺生生产产过过程程对对压压力力测测量量的的要要求求，结结合合其其他他各各方方面面的的情情况况，加加以以全全面面的的考考虑虑和和具具体体的的分析，分析，一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用仪表类型的选用 仪表精度级的选取仪表精度级

39、的选取仪表精度级的选取仪表精度级的选取 仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定仪表测量范围的确定55第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表举例举例举例举例 例例3 3 某某台台往往复复式式压压缩缩机机的的出出口口压压力力范范围围为为25252828MPa，测测量量误误差差不不得得大大于于1 1MPa。工工艺艺上上要要求求就就地地观观察察，并并能能高高低低限限报报警警，试试正正确确选选用用一一台台压压力力表，指出型号、精度与测量范围。表，指出型号、精度与测量范围。解解由于往复式压缩机的出口压力脉动较大，所以选择仪表的上限值为 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一

40、，可查得选用YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa。56第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表 由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为 所以，精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150型电接点压力表，测量范围为060MPa，精度等级为1.5级。57第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表2.2.2.2.压力计的安装压力计的安装压力计的安装压力计的安装 （1 1 1 1）测压点的选择）测压点的选择）测压点的选择）测压点的选择应能反映被测压力的真实大小。要选在被测介质直

41、线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。58第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表（2 2 2 2）导压管铺设）导压管铺设）导压管铺设）导压管铺设 导压管粗细要合适，一般内径为610mm，长度应尽可能短，最长不得超过50m，以减少压力指示的迟缓。如超过50m，应选用能远距离传送的压力计。导压管水平安装时应保证有1:101:20的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出

42、。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。59第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表（3 3）压力计的安装）压力计的安装）压力计的安装）压力计的安装压力计应安装在易观察和检修的地方。安装地点应力求避免振动和高温影响。60第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图3-17（a）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。图3-17 压力计安装示意图压力计；切断阀

43、门；凝液管；取压容器61第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。62第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表n一、概述一、概述 介介介介质质质质流流流流量量量量是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。流量大小流量大小流量大小流量

44、大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。总量总量总量总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。定义定义定义定义63第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表质量流量质量流量质量流量质量流量MM体积流量体积流量体积流量体积流量Q Q如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 流量计流量计流量计流量计：测量流体流量的仪表。计量表计量表计量表计量表：测量流体总量的仪表。64第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表1.1.1.1.速度式流量计速度式流量计速度式流量计速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。2.2

45、.2.2.容积式流量计容积式流量计容积式流量计容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。3.3.3.3.质量流量计质量流量计质量流量计质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。65分类第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表n二、差压式流量计二、差压式流量计 差差差差压压压压式式式式（也也也也称称称称节节节节流流流流式式式式）流流流流量量量量计计计计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差

46、压计以及显示仪表所组成。66第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表1.1.1.1.节流现象与流量基本方程式节流现象与流量基本方程式节流现象与流量基本方程式节流现象与流量基本方程式（1 1 1 1）节流现象）节流现象）节流现象）节流现象 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节节流流现现象象。节流装置包括节流件和取压装置。节流装置包括节流件和取压装置。67第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表图3-18 孔板装置及压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管

47、壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。注意注意注意注意68第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表（2 2 2 2）节流基本方程式）节流基本方程式）节流基本方程式）节流基本方程式 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。可以看出可以看出可以看出可以看出要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。流量与压力差P的平方根成正比。69第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表2.2.2.2.标准节流装置标准节流装置标准节流装置

48、标准节流装置 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。70第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表图3-19 孔板断面示意图如如左左图图，标标准准孔孔板板对对尺尺寸寸和和公公差差、粗粗糙糙度等都有详细规定。度等都有详细规定。举例举例举例举例 其中dD应在0.20.8之间；最小孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚度h（0.005 0.02）D；总 厚 度 H0.05D；锥面的斜角3045等等，需要时可参阅设计手册。71举例举例举例举例第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表标准

49、孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴为角接取压法。我国规定我国规定我国规定我国规定标准节流装置取压方法角接取压法法兰取压法分为图3-20 环式取压结构1管道法兰；2环室；3孔板；4夹紧环72第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 环室取压法能得到较好的测量精度，但是加工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量精度仍难保证。所所以以，在现场使用时，为了加工和安装方便，有时不用环室而用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。73第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点标准孔板应用广泛，结构简单，安装方便，适用于大流量的测量

50、流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管压力损失较孔板小结构比较复杂，不易加工74第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体，而且流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。75第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表3.3.3.3.差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差 在现场实际应