1、第三章第三章 检测仪表与传感器检测仪表与传感器 第一节第一节 概述概述第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表第四节第四节 物位检测及仪表物位检测及仪表第五节第五节 温度检测及仪表温度检测及仪表第六节第六节 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第七节第七节 显示仪表显示仪表第一节第一节 概述概述 用来检测生产过程参数的技术工具称为用来检测生产过程参数的技术工具称为检测仪表检测仪表。用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表用来将这些参数转换为一定的便于传送的信号的仪表通常称为通常称为传感器传感器。当传感器的输出为单元组合仪表中规定
2、的标准信号时，当传感器的输出为单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为通常称为变送器变送器。l一、测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差 测量过程测量过程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。测量误差测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。tixx 绝对误差绝对误差0 xx000 xxxxyxi i：仪表指示值：仪
3、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l二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标%100max测量范围下限值测量范围上限值1.1.精确度（简称精度）精确度（简称精度）说明：仪表的测量误差可以用绝对误差说明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，仪表的绝仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的。因此，常说的“绝对误差绝对误差”指指的是绝对误差中的最大值的是绝对误差中的最大值maxmax。两大影响因素两大影响因素绝
4、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%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允%8.0%1002007004举例举例例例1某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对，校验该表时得到的最大绝对误差为误差为4，试确定该仪表的精度等级。，试确定该仪表的精度等级。解：该仪表的相对百分误差为解：该仪表的相对百分误差为 如果将该仪表的如果将该仪表的去掉去掉“”号与号与“”号，其数值为号，其数值为0.8。由于国。由于国家规定的精度等级中没有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
5、过了级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级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。级。仪表的仪表的允允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允允越小，表示越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及号及“”号，号，便可以用来确定仪表的精确度等级。便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有目前常用的精确度等级有0.0050.005，0.020.02，0.050.05，0.10.1，0.20.2，0.40.
6、4，0.50.5，1.01.0，1.51.5，2.52.5，4.04.0等。等。小结小结%7.0%100010007允例例2某台测温仪表的测温范围为某台测温仪表的测温范围为01000。根据工艺要求，温度指。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过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，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？满足以上要求？解：解：根据工艺上的要求，仪表的允许误差为根据工艺上的要求，仪表的允许误差为 如果将仪表的允许误差去掉如果将仪表的允许误差去掉“”号与号与“”号，其数值介于号，其数值介于0.51.0之间，如果选择精度等级为之间，如果选择精度等级为1.0级
7、的仪表，其允许的误差为级的仪表，其允许的误差为1.0，超过了工艺上允许的数值，故应选择，超过了工艺上允许的数值，故应选择0.5级仪表才能满足工级仪表才能满足工艺要求。艺要求。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。精确度越高。0.050.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在表，其精度大多在0.50.5以下。以下。仪表的精度
8、等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。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 根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，精度等级，情况是不一样的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；仪表的允许误差应该大于（至少等于）仪表校验所得的相对百分误差；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应该小于（至多根据工艺要求来选择仪表精度等级时，仪表的允许误差应
9、该小于（至多等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。等于）工艺上所允许的最大相对百分误差。小结小结%100测量范围下限值测量范围上限值最大绝对差值变差2.2.变差变差 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。图图3-1 3-1 测量仪表的变测量仪表的变差差3.3.灵敏度与灵
10、敏限灵敏度与灵敏限 仪表的灵敏度仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即的被测参数变化量的比值。即xS 式中，式中，S S为仪表的灵敏度；为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；为指针的线位移或角位移；x x为为引起引起所需的被测参数变化量。所需的被测参数变化量。仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。注意：上述指标仅适用于
11、指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。4.4.分辨率分辨率 对于数字式仪表，对于数字式仪表，分辨力分辨力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。的被测参数变化量。不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称为该表的不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称为该表的最最高分辨力高分辨力，也叫，也叫灵敏度灵敏度。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。分辨率与仪表的有效数字位数有关
12、。%100max仪表量程fi5.5.线性度线性度 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。仪表的输出与输入之间呈线性关系。图图3-2 线性度示意图线性度示意图6.6.反应时间反应时间 反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变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化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数
13、。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仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。态特性的好坏。l三、工业仪表的分类三、工业仪表的分类1.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；于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电现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。动仪表的安全使用。一般结构较复杂；易受温度
14、、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2.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。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。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。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号进行各种运算。可以根据需要对输入信号进行各种运算。执行器执行器 可以接受控制仪表的输出信号或
15、直接来自操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。作员的指令，对生产过程进行操作或控制。图图3-3 3-3 各类仪表的作用各类仪表的作用3.3.按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基地式仪表基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用
16、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 化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪化工生产中的单元组合仪表有电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表简称表两种。国产的电动单元组合仪表简称DDZDDZ仪表；气动单元组合仪表简称仪表；气动单元组合仪表简称QDZQDZ仪表。仪表。注意注意 单元组合仪表单元组合仪表是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分是将对参数的测量及其变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、
17、控制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。第二节第二节 压力检测及仪表压力检测及仪表l一、压力单位及测压仪表一、压力单位及测压仪表表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPa PaMPa61011 为了使大家了解国际单位制中的压
18、力单位（为了使大家了解国际单位制中的压力单位（Pa或或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。系表。压力压力单位单位帕帕/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 61 110.1979.86
19、97.50110103 31.019710102 21.45010102 210工程工程大气大气压压9.80710104 49.8071010-2-210.9678735.610.0014.220.9807物理物理大气大气压压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 39.8061010-3-30.10000.0967873.551
20、1.4220.09806（磅（磅/英寸英寸2）6.89510103 36.8951010-3-30.070310.0680551.710.703110.06895巴巴110105 50.11.01970.9869750.110.19714.501表表3-1 各各种压力单位换算表种压力单位换算表大气压力绝对压力表压pppp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。绝对压力大气压力真空度ppp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
21、负压或真空度来表示。图图3-43-4绝对压力、表压、负绝对压力、表压、负压（真空度）的关系压（真空度）的关系测压仪表按其转换原理的不同可分为四类。测压仪表按其转换原理的不同可分为四类。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。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。U形管压力计形管压力计单管压力计单管压力计 这类压力计结构简单、使用方便这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，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。测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压
22、力差。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、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。电流、频率等）来进行测量的仪表。它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换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。成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。测量精度很高，允许误差可小到测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。结构较复杂，价格较贵。结构较复杂，价格较贵。l二、弹性式压力计二、弹性式
23、压力计是利用各种形式的弹性元件，是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢具有结构简单、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固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。精度等优点。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。力。弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围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。不同时
24、，所用的弹性元件也不一样。图图3-5 弹性元件示意图弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元波纹管式弹性元件件薄膜式弹性元件薄膜式弹性元件 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单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。弹簧管压力表。用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。压力表、禁油的氧气压力表等。1弹簧管；弹簧管；2 拉拉杆；杆；3 扇形齿轮；扇形齿轮；4 中心齿轮；中心齿轮；5 指针；指针；6 面板；面板；7 游丝；游丝；8 调整调整螺丝；螺丝；9 接头接头 在化工生产过程中，常需要把压力控在化工生产
25、过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒操作人员注意或通过中间继电号，以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。器实现压力的自动控制。图图3-7 电接点信号压力表电
26、接点信号压力表1，4 静触点；静触点；2 动触点；动触点；3 绿灯；绿灯；5 红灯红灯 压力表指针上有动压力表指针上有动触点触点2 2，表盘上另有两根，表盘上另有两根可调节指针，上面分别可调节指针，上面分别有静触点有静触点1 1和和4 4。当压力。当压力超过上限给定数值时，超过上限给定数值时，2 2和和4 4接触，红色信号灯接触，红色信号灯5 5的电路被接通，红灯发的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给亮。若压力低到下限给定数值时，定数值时，2 2与与1 1接触，接触，接通了绿色信号灯接通了绿色信号灯3 3的电的电路。路。1 1、4 4的位置可根据的位置可根据需要灵活调节。需要灵活调节。l三
27、、电气式压力计三、电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。1.该仪表的该仪表的，分别可测，分别可测710-5Pa至至5102MPa的的压力，允许误差可至压力，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动控制和报警，并可与工业控制机联用。实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。图图3-8 电气式压力计组成方框图电气式压力计组成方框图 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所
28、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。装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压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性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。图图3-93-9 霍尔效应霍尔效应 可用下式表示可用下式表示 BIRUHH 式中，式中，U UH H为霍尔电势；为霍尔电势；R RH H为霍尔常为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；数，与霍尔片材料、几何形状有关；B B为磁感应强度；为磁感应强度；I I为控制电流的大小。为控制电流的大
29、小。一般一般I I为为3 320mA20mA，B B约为几千高斯，所得的霍尔电势约为几千高斯，所得的霍尔电势U UH H约为几十毫伏约为几十毫伏数量级。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。得多。将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧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，如图管压力传感器，如图3-103-10所示。所示。图图3-10 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器1弹簧管；弹簧管；2 磁钢；磁钢；3 霍尔片霍尔片 当被测压力引入后，在当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹
30、簧管被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。尔电势与被测压力成比例。利用这一电势即可实利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。现远距离显示和自动控制。利用电阻应变原理构成。电阻应变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。被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩当应变片产生压缩（拉伸）（拉伸）应变时，其阻值减小应变时，其阻值减小（增加）（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并
31、用毫伏计或再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，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。其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。图图3-11 应变片压力传感器示意图应变片压力传感器示意图1应变筒；应变筒；2 外 壳；外 壳；3密封膜片密封膜片 利用单晶硅的压阻效应而构成。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。传
32、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。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。图图3-12 3-12 压阻式压力传感器压阻式压力传感器1基座；基座；2单晶硅片；单晶硅片；3导环；导环；4螺母；螺母；5密封垫圈；密封垫圈；6等效电阻等效电阻 精度高、工作可靠、频率响应高、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；迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；便于实现显示数字化；便于实现显示数字化；可以测量压力
33、，稍加改变，可以测量压力，稍加改变，还还可以可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。测量差压、高度、速度、加速度等参数。是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力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。电流信号。图图3-13 电容式差压变送器原理图电容式差压变送器原理图11隔离膜片；隔离膜片；2 2，77固定电极；固定电极；33硅油；硅油；44测量测量膜片；膜片；55玻璃层；玻璃层；66底座；底座；88引线引线先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。先将压力
34、的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。电容式压力传感器电容式压力传感器11110iAACSSS 22220iAACSSS 21002210001/()1/()1/()1/()iiiiCCASSSSSKSCCASSSSS1iSKP2121221iiiiiCCKSK KPCC结论结论：1212iiiiCCCC(1)相对变化值 与被测差压 成线性关系。iP(2)与介电常数 无关,可大大减小温度对变送器的影响。(3)与 有关。愈小，灵敏度越高。0S0Sl四、智能型压力变送器四、智能型压力变送器是在普通压力或差压传感器的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。基础上增加微
35、处理器电路而形成的智能检测仪表。图图3-15 手持通信器的连接示意图手持通信器的连接示意图所用的手持通信器为所用的手持通信器为275275型，带型，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，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。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 1）组态）组态（2 2）测量范围的变更）测量范围的变更（3 3）变送器的校准）变送器的校准（4 4）自诊断）自诊断l五、压力计的选用及安装五、压
36、力计的选用及安装 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，分析，一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。例例3 3 某台往复式压缩机的出口压力范围为某台往复式压缩机的出口压力范围为25252828MPa，测量误差不得大于，测量误差不得大于1 1MPa。工艺上。工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一要求就地观察，并能高低限报警，试正确选用一台压力表，指出型号、精度与测量范围。台压力表，指出型号、精度与测量范围。解解由于往复式压缩机的出
37、口压力脉动较大，所以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，由本根据就地观察及能进行高低限报警的要求，由本章附录一，可查得选用章附录一，可查得选用YX-150-150型电接点压力表，测型电接点压力表，测量范围为量范围为0 06060MPa。MPapp562282max1316025 由于由于 ，故被测压力的最小值不低于满量程的，故被测压力的最小值不低于满量程的 1/31/3，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可，这是允许的。另外，根据测量误差的要求，可算得允许误差为算得允许误差为 所以，精度等级为所以，精度等级为1
38、.51.5级的仪表完全可以满足误级的仪表完全可以满足误差要求。至此，可以确定，选择的压力表为差要求。至此，可以确定，选择的压力表为YX-150YX-150型电接点压力表，测量范围为型电接点压力表，测量范围为0 060MPa60MPa，精度等级，精度等级为为1.51.5级。级。%67.1%100601 应能反映被测压力的真实大小。应能反映被测压力的真实大小。要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。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测量流动介质的压力时，应
39、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，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。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）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。部，使导压管内不积存气（液）体。导压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为6 61010mm，长度应尽可，长度应尽可能短，最长不得超过能短，最长不得超过5050m，以减少压力指示的迟缓。如超过，以减少压力指示的迟缓。如超过5050m，应选用能远距离传送的压力计。应选用能远距离传送的压力计。导压管水平安装时
40、应保证有导压管水平安装时应保证有1:101:101:201:20的倾斜度，以利的倾斜度，以利于积存于其中之液体（或气体）的排出。于积存于其中之液体（或气体）的排出。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。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。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。测量蒸汽压力时，应测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触汽直接与测压元件接触 图图3-3-1717（a）；对于有腐蚀性介
41、）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，右图（性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度表示了被测介质密度2 2大于大于和小于隔离液密度和小于隔离液密度1 1的两种的两种情况。情况。图图3-17 压力计安装示意图压力计安装示意图压力计；压力计；切断阀门；切断阀门；凝液管；凝液管；取压容器取压容器 压力计应安装在易观察和检修的地方。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。安装地点应力求避免振动和高温影响。压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质压力计的连接处，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
42、防泄漏。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高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进进行修正。式中行修正。式中H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度，g为为重力加速度。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，以防发生意的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。外。第三节第三节 流量检测及仪表流量检测及仪表l一、概述一、概述是控
43、制生产过程达到优质高产和安全生产以及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。进行经济核算所必需的一个重要参数。单位时间内流过管道某一截面的流体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。数量的大小，即瞬时流量。在某一段时间内流过管道的流体流量的总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。和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流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量的仪表 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测
44、量依据来计算流量的仪表。测量依据来计算流量的仪表。以测量流体流过的质量以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。量计分直接式和间接式两种。分分类类MQQM或如以如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是表示时间，则流量和总量之间的关系是 ttMdtMQdtQ00,总总 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体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流现象。l二、差压式流量计二、差压式流量计 是基于流体流动是基于流体流动的节流原理，利用流体流
45、经节流装置时产生的压力的节流原理，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。差而实现流量测量的。图图3-17 3-17 孔板装置及压力、流速分布图孔板装置及压力、流速分布图 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。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。pFMpFQ101022要知道流量与压差的确切关系，关键在于要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。的取值。流量与压力差流量与压力差PP的平方根成正比。的平方根成正比。国内外把
46、最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为准化，并称为“标准节流装置标准节流装置”。标准化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、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。取压方法、使用条件等。孔板孔板 喷嘴喷嘴 文丘里管文丘里管 标准孔板是最为简单和典型的标准孔板是最为简单和典型的标准节流装置标准节流装置。标准孔板及其安装方法标准孔板及其安装方法3.取压方式取压方式不同的节流装置应采用不同的取压方式。不同的节流装置应采用不同的取压方式。标准孔板的取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压标准孔板的
47、取压方式有角接取压、法兰取压和径距取压（D-D/2取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压。取压），其中角接取压又分环室取压和单独钻孔取压。流流向向流流向向流流向向环室取压环室取压 单独钻孔取压单独钻孔取压 法兰取压法兰取压 标准孔板的几种取压方式标准孔板的几种取压方式 法兰取压法兰取压环室取压环室取压单独钻孔取压单独钻孔取压1-1角接取压；角接取压；2-2法兰取压；法兰取压；3-3径距取压；径距取压；4-4缩流取压；缩流取压；5-5管接取压管接取压 由节流装置、差压引由节流装置、差压引压导管及差压计（或差压压导管及差压计（或差压变送器）等组成。变送器）等组成。l节流装置是将被测流体的流
48、量值变节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信号换成差压信号pp，由压力信号管，由压力信号管路输送到差压变送器路输送到差压变送器(或差压计或差压计)。l被测流量与差压被测流量与差压pp成平方根关系，成平方根关系，是非线性的，为了得到线性刻度，是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。可加开方运算电路或加开方器。l流量变送器带有开方运算，变送器流量变送器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成线性关系。的输出电流就与流量成线性关系。l显示仪表显示流量的大小。显示仪表显示流量的大小。不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更要注
49、意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保证差压要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量精度。式流量计有足够的实际测量精度。被测流体工作状态的变动。被测流体工作状态的变动。节流装置安装不正确。节流装置安装不正确。孔板入口边缘的磨损。孔板入口边缘的磨损。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象。导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象。差压计安装或使用不正确。差压计安装或使用不正确。图图3-20 3-20 测量液体流量测量液体流量时的取压点位置时的取压点位置 图图3-21 3-21 测量液体流量时的连接图测量液体流量时的连接图11节流装置；节流装置；22引压导管；引压
50、导管；33放空阀；放空阀；44平衡阀；平衡阀；55差压变送器；差压变送器；66贮气罐；贮气罐；77切断阀切断阀图图3-22 3-22 测量气体流量时的连接图测量气体流量时的连接图11节流装置；节流装置；22引压导管；引压导管；33差压变送器；差压变送器；44贮液罐；贮液罐；55排放阀排放阀图图3-23 3-23 测量蒸汽流量的连接图测量蒸汽流量的连接图11节流装置；节流装置；22凝液罐；凝液罐；33引压导管；引压导管；44排放阀；排放阀；55差压差压变送器；变送器；66平衡阀平衡阀图图3-24 3-24 差压计阀组安装示意图差压计阀组安装示意图1 1，22切断阀；切断阀；33平衡阀平衡阀图图3
