1、第第3章章过程控制过程控制检测仪表检测仪表 3.2 压力压力检测仪表检测仪表本章内容：3.3 流量流量检测仪表检测仪表3.4 液位液位检测仪表检测仪表3.1 温度温度检测仪表检测仪表3.13.1 温度检测仪表温度检测仪表 温度是表示物体冷温度是表示物体冷热程度的物理量。热程度的物理量。温度标志着物质内温度标志着物质内部大量分子无规则运动部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运表示物体内部分子热运动越剧烈。动越剧烈。低温低温高温高温模拟图：模拟图：在一个密闭的空间里，气在一个密闭的空间里，气体分子在高温时的运动速度比低温体分子在高温时的运动速度比低温时
2、快！时快！温度的数值表示方法称为温标温度的数值表示方法称为温标。规定了温度。规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。温度计的刻度均由温标确定。国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。从热力学温标等。从19901990年年1 1月月1 1日开始在全世界范日开始在全世界范围内采用围内采用19901990年国际温标，简称年国际温标，简称ITS-90ITS-90。它定义。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器
3、以及计算公式等。的标准仪器以及计算公式等。温标温标:几种温标的对比 正常体温正常体温为为37 C C，相当于华相当于华氏温度多氏温度多少度？少度？测温方法及其分类测温方法及其分类:温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、热电式、电阻式、压力式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。物物理理现现象象 体积热膨胀体积热膨胀电阻变化电阻变化温差电现象温差电现象导磁率变化导磁率变化电容变化电容变化压电效应压电效应超声波传播速度变化超声波传播速度变化物质物质 颜色颜色PN结电动势结电动势晶体管特性变化晶体管特性变化可控硅
4、动作特性变化可控硅动作特性变化热、光辐射热、光辐射种种类类铂测温电阻、热敏电阻铂测温电阻、热敏电阻热电偶热电偶BaSrTiO3陶瓷陶瓷石英晶体振动器石英晶体振动器超声波温度计超声波温度计示温涂料示温涂料 液晶液晶半导体二极管半导体二极管晶体管半导体集成电路温度传感器晶体管半导体集成电路温度传感器可控硅可控硅辐射温度传感器辐射温度传感器 光学高温计光学高温计1.气体温度计气体温度计 2.玻璃制水银温度计玻璃制水银温度计3.玻璃制有机液体温度计玻璃制有机液体温度计 4.双金属温度计双金属温度计5.液体压力温度计液体压力温度计 6.气体压力温度计气体压力温度计1 热铁氧体热铁氧体 2 Fe-Ni-C
5、u合金合金热膨胀原理测温热膨胀原理测温 测量原理测量原理物体受热时产生膨胀物体受热时产生膨胀 固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计 双金属温度计双金属温度计 液体膨胀式温度计液体膨胀式温度计 玻璃管温度计玻璃管温度计热电偶-双金属温度计双金属温度计双金属温度计1-指针；指针；2-表壳；表壳；3-金属保护管；金属保护管；4-指针轴；指针轴；5-双金属感温元件；双金属感温元件；6-固定端；固定端；7-刻度盘刻度盘双金属温度计双金属温度计结构结构各种热电偶各种热电偶各种压力式温度计压力式温度计结构压力式温度计结构1.热电偶温度计热电偶温度计 利用导体或半导体的利用导体或半导体的将温度的变将温度的变化转换
6、成电动势的变化。化转换成电动势的变化。即：当两种不同材料的导即：当两种不同材料的导体或半导体体或半导体A、B连接成一个闭合回路时，只要两连接连接成一个闭合回路时，只要两连接点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。测量端测量端参考端参考端热电极热电极A热电极热电极B1）工作原理：）工作原理：3.1 温度温度检测仪表检测仪表u热电效应热电效应 )(tABSu接触电势接触电势2）热电势产生过程：）热电势产生过程：当A、B接触时，两边自由电子密度不同，交界面上产生电子的相互扩散，若DADB时，A向B扩散的电子数 B向A扩散的电子数,导致A带正电荷
7、，B带负电荷，接触处产生的电场阻碍电子在B中的积累，最后达到平衡状态，此时电位差称为接触电势。),(0ttASu温差电势温差电势在两点处产生不同的接触电势，温度不同产生温差电势。AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB),(),()()(),(0000ttEttEtEtEttEBAABABABBANN)()()()(00tEtEtEtEBAABABAB3）回路中热电势的数学描述：）回路中热电势的数学描述：A、B为补为补偿导线偿导线4）热电偶冷端温度补偿热电偶冷端温度补偿u补偿导线法补偿导线法实际测温过程：将一端温度维持恒定（冷端，自由端），另一端插在需测温的地方（热端，工作端）
8、注：型号的第一个字母与配用热电偶的分度号对应；注：型号的第一个字母与配用热电偶的分度号对应；型号第二个字母型号第二个字母C-补偿型；补偿型；X-延长型。延长型。常用的几种补偿导线常用的几种补偿导线u不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同;u连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应电偶的正负极一一对应;u补偿导线连接端的工作温度不能超出补偿导线连接端的工作温度不能超出(0100),(0100),否否则会给测量带来误差。则会给测量带来误差。u热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度；热电偶和补偿导
9、线的两个接点处要保持同温度；u使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。使用补偿导线注意问题：使用补偿导线注意问题：镍铬镍铬-镍硅镍硅保温瓶内冰水保温瓶内冰水mV铜铜-铜镍铜镍t玻璃管内玻璃管内变压器油变压器油u冰浴法冰浴法u补偿电桥法补偿电桥法。测温度值的减少量，正确指示被的增加量当电势冷端温度升高时，时，桥路输出tEUEURUCxacxabsab,000,0,nABnABABtEttEtEu计算法计算法)()(),()()(),(00nABABnABABABABtEtEttEtEtEttE则由),(),(),(00ttEttEttEnABnAB
10、AB相减得：代入，得：将Ct 00测得的电势分度表查得27 基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的电阻值随电阻值随温度变化温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。达到测温的目的。T R热电阻热电阻2.热电阻热电阻温度计温度计 对于对于500以下的中、低温度，热电偶难以实现精以下的中、低温度，热电偶难以实现精确测量。所以在测量中、低温度，通常用热电阻温度计确测量。所以在测量中、低温度，通常用热电阻温度计来进行测量。来进行测量。u电阻温度系数要大；电阻温度系数要大；u电阻率尽可能大，热容量要小；电
11、阻率尽可能大，热容量要小；u在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性；u电阻与温度的关系最好接近于线性；电阻与温度的关系最好接近于线性；u应有良好的可加工性，且价格便宜。应有良好的可加工性，且价格便宜。目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。热电阻材料热电阻材料名称名称分度号分度号0时阻值时阻值/测温范围测温范围/主要特点主要特点铂铂 电电 阻阻Pt1010-200850精度高，稳定性好，性能可靠适精度高，稳定性好，性能可靠适用于中性或氧化性介质；电阻温用于中性或氧化性介质；电阻温度系数小
12、，价格昂贵。度系数小，价格昂贵。Pt100100-200850 铜铜 电电 阻阻Cu5050-50150 价格便宜，温度系数大，在测温价格便宜，温度系数大，在测温范围内电阻值和温度的变化呈线范围内电阻值和温度的变化呈线性关系，适用于无腐蚀介质，超性关系，适用于无腐蚀介质，超过过150易被氧化。易被氧化。Cu100100-50150u热电阻热电阻类型类型u金属热电阻金属热电阻u半导体热敏电阻半导体热敏电阻阻值温度关系：阻值温度关系：)(1 00ttRRt)(0tBtBteAR阻值温度关系：阻值温度关系：温度系数A、B取决于半导体材料和结构参数 保护保护 套管套管接线盒接线盒 连接连接 法兰法兰u
13、普通热电阻普通热电阻热电阻结构热电阻结构三线制与两线制的对比三线制与两线制的对比1-热电阻感温元件；热电阻感温元件；2、4-引线；引线；3接线盒；接线盒；5显示仪表；显示仪表；热电阻的接法热电阻的接法 3.2 压力检测仪表压力检测仪表pa绝对压力零线pphpa大气压p01.01325105Pa0appp0happp压力检测仪表压力检测仪表v液柱式压力计液柱式压力计v弹性式压力计弹性式压力计v电气式压力计电气式压力计v活塞式压力计活塞式压力计差压（压力）变送器差压（压力）变送器力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 根据流体静
14、力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。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。量较低压力、真空度或压力差。1.液柱式压力计液柱式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性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。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
15、、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力。可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。2.弹性式压力计弹性式压力计xpxpxpxpxpxxxxx 平薄膜 波纹膜 波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管弹性变形法弹性变形法 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件CSF 式中 F轴向外力 S位移 C弹性元件的刚度系数 APF 式中 A弹性元件承受压力的有效面积 P被测压力 PCAS S P弹性元件结构和特点弹性元件结构和特点弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿
16、轮接头游丝刻度盘调整螺钉弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性（选）弹性元件弹性元件弹性形变弹性形变 I/O 广义的力广义的力广义的位移广义的位移 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件真空膜合真空膜合弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常
17、用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件 220V供电供电 动态性能动态性能弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 常用的弹性敏感元件常用的弹性敏感元件弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 柔度（灵敏度）柔度（灵敏度）刚度刚度 刚度与测量刚度与测量dFdxS dxdFK 弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性滞后弹性滞后 迟滞迟滞 迟滞误差
18、迟滞误差弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性后效弹性后效与蠕变与蠕变弹性敏感元件的一般特性弹性敏感元件的一般特性 弹性敏感元件的弹性敏感元件的一般特性一般特性 弹性材料的机械品质因素弹性材料的机械品质因素CSEEQ2 它是通过机械和电
19、气元件将被测压力转换成电量（如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。电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。3.电气式压力计电气式压力计 利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。测压力变换为电信号来进行测量的。测量原理1.1.弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端弹性元件附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；等；2
20、.2.非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压电式、压阻式、压磁式压磁式等等。v电容式电容式测压原理测压原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量电容器的电容量，然后通过测量电容量C C便可以知道被便可以知道被测压力的大小，从而实现压力测压力的大小，从而实现压力-电容转换。电容转换。dC定极板弹性元件动极板被测压力 测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电电容器极板间绝缘介质的介电 常
21、数，常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，两平行板之间的距离，m C电容量，电容量，F电容式压力传感器电容式压力传感器 典型的电容式压力传感器 硅微机械电容式压力传感器（MEMS）典型电容式压力传感器典型电容式压力传感器-基于圆膜片的位移特性基于圆膜片的位移特性电容式压力传感器电容式压力传感器原理原理电容式压力传感器电容式压力传感器设计设计电容式压力传感器电容式压力传感器输出电路输出电路硅微机械电容式压力传感器硅微机械电容式压力传感器(MEMS)敏感结构与工作原理-基于方膜片的位移特性基于方膜片的位移特性方膜片的位移特性方膜片的位移特性
22、方膜片的位移特性方膜片的位移特性(上表面上表面)v应变片式测压原理应变片式测压原理 l543211敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 llKRR敏感栅敏感栅 直径为直径为0.025mm0.025mm左右的合金电阻左右的合金电阻丝丝基基 底底 绝缘绝缘覆盖层覆盖层 保护保护位移、力、力矩、位移、力、力矩、加速度、压力加速度、压力应变 弹性敏感元件 外力作用被测对象表面产生微小机械变形应变片敏感栅随同变形电阻值发生相应变化 应变片组成v霍尔式压力表霍尔式压力表 霍尔式压力表属于电气式压力表。霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导测压原理：利用霍尔片式传感器（根
23、据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移位移-霍尔电势的转换。霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍尔片与磁感应强度磁场中，并使霍尔片与磁感应强度B B的方向的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流通入恒定的控制电流I I，则会在霍尔片的两，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差个横向端面之间形成电位差V VH H，此电位差称，此电位差称为霍尔电势。为霍尔
24、电势。线性非均匀磁场 IBKVHHv霍尔式压力表霍尔式压力表 弹簧管霍尔片KxVH K霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量磁钢霍尔片+弹簧管v压电式测压原理压电式测压原理 根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。（a）单晶体（b）剖面图（c）X截割的石英片 xxxAKPQ 受力面积 作用在受力面积上的压力压电常数 电荷数 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转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。换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
25、杂，价格较贵。结构较复杂，价格较贵。4.活塞式压力计活塞式压力计电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）差压（压力）变送器差压（压力）变送器 作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器差压变送器 力平衡式变送器力平衡式变送器 位移平衡式变送器位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为0 010mADC10mADC DDZ-DDZ-型仪表为型仪表为4 420mADC20mADC20100KPa力平衡式压力变送器力平衡式压力变送器 1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片）4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧
26、10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁）13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧 测量机构杠杆机构检测放大 机构反馈 机构v力平衡式变送器力平衡式变送器主杠杆 211lFlFMiiPAFi矢量机构将F1分解成F2和F3，tgFF12tgPAllFi212副杠杆平衡：ffLFlFlF00320IKFff002310FKllPKllAtgllIffffl1l4l3l0lfl2F1F3F2FfF0HMFi5481214v微位移式变送器微位移式变送器 I0 测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等.测量原理:将被测压力的变化转换成电
27、容量的变化。填充液（硅油）固定电极可动电极P1转换放大单元 P2电容式压力传感器隔离膜片v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 在普通压力传感器上增加微处理器,其特点：具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作，每5年才需校检一次。以3051C 为例：组成：传感膜头：被测压力-A/D转换-数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换-420mA信号A/D转换器 温度传感器 电容传感器传感膜头内存 修正系数 膜头信号微处理器传感器线性化重设量程诊断工程单位通信电子板内存量程值变送器组态信息D/A转换数字通信本机量
28、程和零点调整手操器传感膜头电子线路板 420mA3051C型智能变送器原理图压力测量仪表的选用压力测量仪表的选用 仪表种类和型号的选择仪表种类和型号的选择 工艺要求工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 仪表量程的确定仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3；被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3 仪表精度等级的选择仪表精度等级的选择 有一台空压机的缓冲罐，
29、其工作压力变化范围为13.516 MPa，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。例题解空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力PaPP322162max根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40 MPa。31405.13PaPa检验量程下限检验量程下限被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。仪表量程选择仪表量程选择最大引用误差最大引用误差%2%100408.0所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。3.3 流量检测仪表流量检测仪表 机
30、泵、压缩机的出口流量常常是生产装置的机泵、压缩机的出口流量常常是生产装置的负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控制提供依据。同时，为制。以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质流量（液体、气体和蒸汽等）是控制生产过程达流量（液体、气体和蒸汽等）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。的一个
31、重要参数。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。质量流量质量流量(M)(M)：单位时间内流过某截面的流体的质：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：量。单位：(kg/s)(kg/s)体积流量体积流量(Q)(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体单位时间内流过某截面的流体的体积。积。（工作状态下）（工作状态下）单位：单位：（m m3 3/s/s）体积流量体积流量(Q(Q
32、n n)：折算到标准的压力和温度下的体折算到标准的压力和温度下的体积流量。积流量。（标准状态下）（标准状态下）流量的国际单位是千克流量的国际单位是千克/秒秒（kg/skg/s）、立方、立方米米/秒秒（m m3 3/s/s）。此外，常用的还有吨。此外，常用的还有吨/小时小时（t/ht/h）、千克、千克/小时小时（kg/hkg/h）、立方米、立方米/小时小时（m m3 3/h/h）等；总量的国际单位是千克（等；总量的国际单位是千克（kgkg）、立）、立方米（方米（m m3 3）。此外，常用的总量单位还有吨（）。此外，常用的总量单位还有吨（t t）。）。对于气体，密度受对于气体，密度受温度、压力温度
33、、压力变化影响较大，变化影响较大，如在常温常压附近，温度每变化如在常温常压附近，温度每变化1010，密度变化，密度变化约为约为3%3%；压力每变化；压力每变化10kPa10kPa，密度约变化，密度约变化3%3%。因因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力。和压力。为了便于比较，常将在工作状态下测得为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流量换算成的体积流量换算成标准状态下（温度为标准状态下（温度为2020，压，压力为力为101325Pa101325Pa）的体积流量，用符号）的体积流量，用符号Q Qn n表示，单表示，单位符号为位符号为NmNm
34、3 3/s/s。1 1 差压式流量变送器差压式流量变送器（工业应用最广泛）（工业应用最广泛）2 2 靶式流量计靶式流量计 3 3 转子流量计转子流量计 4 4 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计 5 5 涡街流量计涡街流量计 6 6 涡轮流量计涡轮流量计 7 7 电磁流量计电磁流量计 8 8 质量流量计质量流量计 差压式（也称节流式）流量变送器差压式（也称节流式）流量变送器（图（图3-13-1）是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流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装置时产生的压力差压力差而实现流量测量的。它是目而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟，最常用的方法之一
35、。前生产中测量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由通常是由节流装置产生的压差信号节流装置产生的压差信号，通过差压流，通过差压流量变送器转换成相应的标准电信号，以供显示、量变送器转换成相应的标准电信号，以供显示、记录或控制用。记录或控制用。图图3-1 3-1 差压式（也称节流式）流量变送器外形图差压式（也称节流式）流量变送器外形图 节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测节流装置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。机机组控制常用的节流元件有孔板、文丘里管。组控制常用的节流元件有孔板、文丘里管。它们的它们的结构形式、
36、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装结构形式、相对尺寸、技术要求、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流元件，如图要求等均已标准化，故又称标准节流元件，如图3-23-2所示。所示。图图3-2 3-2 标准节流元件标准节流元件 (a)(a)孔板孔板 (b)(b)文丘里管文丘里管 在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。但参加转换的能量总和不变。用节流元件测量流用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差量时，流体流过节流装置前后产生压力差
37、p p(p p=p p1-1-p p2)2)，且流过的流量越大，节流装置，且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大，前后的压差也越大，流量与压差之间存在一定关流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。系，这就是差压式流量传感器测量原理。图图3-33-3为节流件前后流速和压力分布情况，图为节流件前后流速和压力分布情况，图中充分地反映了能量形式的转换。中充分地反映了能量形式的转换。由于流动是稳由于流动是稳定不变的，即流体在同一时间内通过管道截面定不变的，即流体在同一时间内通过管道截面A A和和节流件开孔截面节流件开孔截面A A0 0的流体量应相同，这样通过截的流体量应相同，这样
38、通过截面面A A0 0的流速必然比通过截面的流速必然比通过截面A A时快。在流速变化的时快。在流速变化的同时，流体的动压能和静压能也发生变化，根据同时，流体的动压能和静压能也发生变化，根据能量守恒定律，因而在孔板前后出现了静压差。能量守恒定律，因而在孔板前后出现了静压差。通过测量此静压差便可以求出流量。通过测量此静压差便可以求出流量。流量方程式为流量方程式为：流量公式中的流量公式中的流量系数流量系数与节流装置的结构与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于
39、标准节流装置，准节流装置，值可直接从有关手册中查出。值可直接从有关手册中查出。节流装置节流装置是将被测流体的流量值变换成差压是将被测流体的流量值变换成差压信号信号p p，节流装置输出的差压信号由压力信号管，节流装置输出的差压信号由压力信号管路输送到差压变送器（或差压计）。路输送到差压变送器（或差压计）。由流量基本方程式可以看出，由流量基本方程式可以看出，被测流量与差压被测流量与差压p p成平方根关系，成平方根关系，对于直接配用差压计显示流量对于直接配用差压计显示流量时，流量标尺是非线性的，为了得到线性刻度，时，流量标尺是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。如差压流量变送可加
40、开方运算电路或加开方器。如差压流量变送器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成线性关系。显示仪表则显示流量的大小。线性关系。显示仪表则显示流量的大小。要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点：必须做到以下几点：（1 1）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。（2 2）在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度密度与设计时的密度与设计时
41、的密度c c不相同，这时必须对示不相同，这时必须对示数进行修正。数进行修正。（3 3）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。仪表。（4 4）节流装置应正确安装。节流装置应正确安装。（5 5）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安装差压信号管路，差相一致，这就需要正确安装差压信号管路，信信号管路安装举例号管路安装举例(如下如下)：a)a)垂直管道差压仪表在管道下方垂直管道差压仪表在管道下方 b)b)差
42、压仪表在管道上方差压仪表在管道上方 图图3-4 3-4 清洁液体时安装示意图清洁液体时安装示意图a)a)垂直管道差压仪表在管道下方垂直管道差压仪表在管道下方 b)b)差压仪表在管道上方差压仪表在管道上方图图3-5 3-5 清洁干气体时的安装图示意图清洁干气体时的安装图示意图 图图3-6 3-6 测量蒸汽时的安装图示意图测量蒸汽时的安装图示意图 图图3-7 3-7 测量洁净湿气体时的安装图示意图测量洁净湿气体时的安装图示意图 在流体通过的管道中，垂直于流动方向插上在流体通过的管道中，垂直于流动方向插上一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，经杠杆系统产
43、生力矩。力矩与流量的平方近似成经杠杆系统产生力矩。力矩与流量的平方近似成正比。正比。靶式流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮靶式流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。固体的液体。图图3-8 3-8 靶式流量计靶式流量计 浮子流量计浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，又称测量的体积流量仪表，又称转子流量计。转子流量计。在美国、在美国、日本常称作变面积流量计（日本常称作变面积流量计（Variable Area Variable Area FlowmeterFl
44、owmeter）。）。转子流量计转子流量计利用流体节流作用测量流体的体利用流体节流作用测量流体的体积流量。结构有锥管和浮子。转子流量计的积流量。结构有锥管和浮子。转子流量计的特点：特点：结构简单，直观；使用维护方便；压力损失小。结构简单，直观；使用维护方便；压力损失小。图图3-9 3-9 工作原理工作原理 金属转子流量计金属转子流量计 金属浮子流量计的流量金属浮子流量计的流量检测元件是由一根自下检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。移动的浮子组所组成。3-10 3-10 金属转子流量计金属转子流量计 信号转换信号
45、转换 转子流量计根据显示方式的不同可分为两类：直接指示型的转子流量计 电远传转子流量计LZ系列金属管浮子流量计系列金属管浮子流量计 转子流量计的特点转子流量计的特点 主要适用于中小管径、较低雷诺数的中小流量的检测；结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；基本误差约为仪表量程的12%，量程比可达101；易受工作介质密度，粘度，纯净度等影响注意节流孔板与转子的区别：a.恒压降 b.b.变截面 该流量计系直读累积式流体流量计，是由装该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴
46、器）和计数口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）和计数机构组成。机构组成。测得旋转频率就可求得体积流量。测得旋转频率就可求得体积流量。图图3-11 3-11 椭圆齿轮流量测量示意图椭圆齿轮流量测量示意图 旋涡流量计又称涡街流量计，其测量方法基旋涡流量计又称涡街流量计，其测量方法基于流体力学中的卡门涡街原理。把一个旋涡发生于流体力学中的卡门涡街原理。把一个旋涡发生体（如圆柱体、三角柱体等非流线型对称物体）体（如圆柱体、三角柱体等非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过旋涡发生体时会在垂直插在管道中，当流体绕过旋涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋涡，形成涡列，且左其左右两侧后方交替产生旋涡，
47、形成涡列，且左右两侧旋涡的旋转方向相反。这种涡列就称为卡右两侧旋涡的旋转方向相反。这种涡列就称为卡门涡街。门涡街。图图3-12 3-12 旋涡流量计测量原理图旋涡流量计测量原理图 在一定的雷诺数在一定的雷诺数ReRe范围内，体积流量范围内，体积流量qvqv与旋与旋涡的频率涡的频率f f成线性关系。只要测出成线性关系。只要测出旋涡的频率旋涡的频率f f就就能求得流过流量计管道流体的体积流量能求得流过流量计管道流体的体积流量qv qv。旋涡流量计的输出信号是与流量成正比的脉旋涡流量计的输出信号是与流量成正比的脉冲频率信号或标准电流信号，可以远距离传输，冲频率信号或标准电流信号，可以远距离传输，而且
48、输出信号与流体的温度、压力、密度、成分而且输出信号与流体的温度、压力、密度、成分、粘度等参数无关。该流量计量程比宽，结构简、粘度等参数无关。该流量计量程比宽，结构简单，无运动件，具有测量精度高、应用范围广、单，无运动件，具有测量精度高、应用范围广、使用寿命长等特点。使用寿命长等特点。漩涡频率的检测有很多，一般与漩涡发生体形状有关：热电丝圆柱体 热敏电阻三角柱 压电元件组合式 超声波检测元件三角柱 涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成漩涡频率的检测漩涡频率的检测在三角柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的压力波在三角
49、柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的压力波动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其变化频率与旋涡产生的动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。频率相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。(1)电容检测法电容检测法常用涡街频率检测方法：常用涡街频率检测方法：在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡引在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡引起的压力变化作用在杆端而形成弯矩，使压电元件出现相应的电荷。此法技术起的压力变化作用在杆端而形成弯矩，使压电元
50、件出现相应的电荷。此法技术上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。(2)应力检测法应力检测法(3)热敏检测法热敏检测法 在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两侧，中心位置有一根在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两侧，中心位置有一根细铂丝，它被加热到比所测流体温度略高细铂丝，它被加热到比所测流体温度略高10左右，并保持温左右，并保持温度恒定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过度恒定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过空腔将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变空腔将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变化频率与旋涡产生
