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1、仪表工培训资料 目目 录录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识自动化仪表作为一类专门的仪表，最早出现于20世纪40年代初。用以满足石油、化工、电力等工业对自动化的需要。较早出现气动仪表，价格便宜，结构简单，具有本安防爆性能，曾长期处于优势地位。从60年代后，由于电动仪表的技术进步，出现了本安仪表，由于电信号传输处理方便，特别是容易和工业控制计算机配合使用，实现生产过程的全盘自动化。因此，基本替代了气动仪表。仪表专业的基本概念自动化仪表概述自动化仪表概述目前我们所有仪表都采用国际统一的420mA DC标准信号，供电大都是24V DC。优点：

2、安全防爆、减少损耗、节省能量；有利于识别仪表断电、断线等故障；为现场变送器实现两线制提供了可能。两线制：仪表的供电和信号传输共用，两根导线既用于仪表供电，又用于信号传输。本安仪表：限制仪表工作中产生的能量，即使出现故障也不会引爆爆炸性环境中的爆炸性物质。仪表专业的基本概念自动化仪表信号标准自动化仪表信号标准根据能源分：气动、电动、液动、核能等根据组合：基地式、单元式、综合控制根据安装：现场、盘装、架装根据是否可引入计算机：智能、非智能根据仪表信号形式：模拟仪表、数字仪表最通用的分类是按仪表在测量与控制系统中的作用进行划分：检测仪表、显示仪表、调节仪表、执行器 仪表专业的基本概念自动化仪表分类自

3、动化仪表分类按功能按被测变量按工作原理或结构形式按能源其它检测仪表压力液柱式、弹性式、电气式电、气温度电偶、电阻、辐射、流量节流、转子、靶式、涡电、气物位浮力、静压、声波、光学、辐射电、气成分PH值、色谱、氧分析、红外电、核显示模拟和数字电、气指示和记录调节仪表自力式电、气组装式可编程式电执行器执行机构薄膜工、活塞、长行程、其它电、气、液阀直通、套筒、蝶阀、偏心旋转、三通直线、对数、抛物线、快开仪表分类表 仪表专业的基本概念检测环节:是检出元件或传感器，直接感受被测变量，并将它变换成适于测量的信号形式。转换放大环节:对信号进行转换、放大等处理，并传送给显示部分进行 指示或记录。显示部分:就地指

4、示型仪表、单元组合型仪表、数字式显示仪表 检测仪表组成：仪表专业的基本概念检测过程及误差检测过程及误差检测过程：被测参数经过能量形式的转换，得到便于测量的信号形式，然后与相应的测量单位进行比较，由指针位移或数字形式显示出来。检测误差：测量值和真实值之间的差值误差误差产生的原因产生的原因：选用的仪表精确度有限，实验手段不够完善、环境中存在各种干扰因素，以及检测技术水平的限制等原因.仪表专业的基本概念仪表专业的基本概念误差误差分类分类定义定义特点特点产生原因产生原因系统误差相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化有一定规律，可以确定规律后加以校正或补偿，便可以消除或

5、减小检测仪表本身不完善、使用仪表的方法不正确、测量者固有的不良习惯。随机误差相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小、符号均为无规律变化，又称偶然误差变化难以预测，无法修正测量过程中某种尚未认识的或无法控制的各种随机因素（如空气扰动、噪声、电磁场等）所引起的综合结果疏忽误差明显地歪曲测量结果的误差，又称粗差无任何规律可循操作者的粗心（如读错、算错等）、不正确操作、实验条件的突变或实验状况未达到要求而测试。检测仪表的基本技术性能指标仪表的性能指标，主要有： 精度 灵敏度与灵敏限 回差1精度 检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一般用一系列误差来衡量。 由于真值无法得到，一般将精度较高

6、的标准表的示值作为真值，称为约定真值。 仪表专业的基本概念检测仪表的基本技术性能指标引用误差引用误差( (相对百分误差相对百分误差) ) %100%1000 xxx标尺下限值标尺上限值 引用误差 仪表量程仪表专业的基本概念检测仪表的基本技术性能指标检测仪表的基本技术性能指标精度等级精度等级按仪表工业规定，去掉最大引用误差的“”号和“%”号，称为仪表的精度等级，目前已系列化。 1.51.50.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5， 1.0，1.5，2.5，4.0精度等级符号仪表专业的基本概念例例1 1 有两台测温仪表，它们的测温范围分别为有两台测温仪表，它们的测温范围分别为

7、01000100和和100300100300，校验表时得到它们的最大绝对误差均为校验表时得到它们的最大绝对误差均为22，试确定这两台仪表的精，试确定这两台仪表的精度等级。度等级。%1%1001003002%2%1000100221解 这两台仪表的最大引用误差分别为一台仪表的精度等级为2.5级，而另一台仪表的精度等级为1级。仪表专业的基本概念例例2 2 某台测温仪表的工作范围为某台测温仪表的工作范围为05000500，工艺要求测温时测量误差不，工艺要求测温时测量误差不超过超过44，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？，试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求？解解 根据工艺要求，仪表的最大引用

8、误差为根据工艺要求，仪表的最大引用误差为 应选择应选择0.50.5级的仪表才能满足要求级的仪表才能满足要求%8 . 0%10005004max仪表专业的基本概念灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 灵敏度 表示仪表对被测参数变化反应的能力，是指仪表达到稳态表示仪表对被测参数变化反应的能力，是指仪表达到稳态 后输出增量与输入增量之比，即后输出增量与输入增量之比，即 S S仪表的灵敏度仪表的灵敏度 yy仪表输出变量的增量仪表输出变量的增量 xx仪表输入变量的增量仪表输入变量的增量 数字式仪表常用分辨力来表示灵敏度。数字式仪表常用分辨力来表示灵敏度。 分辨力是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对

9、应的物理量分辨力是指数字仪表在最低量程上最末位数字改变一个字时所对应的物理量数值，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力。数值，它反映了数字仪表能够检测到的被测参数中最小变化的能力。灵敏限灵敏限 指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化量。指引起仪表指针发生可见变化的被测参数的最小变化量。 xyS仪表专业的基本概念回差在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反在外界条件不变的情况下，当被测参数从小到大（正行程）和从大到小（反行程）时，同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的最大行程）时，同一输入的两个相应输出值常常不相等。两者绝对值之差的

10、最大值和仪表量程之比的百分数称为回差，也称变差。值和仪表量程之比的百分数称为回差，也称变差。反行程反行程正行程正行程max被测参数被测参数仪表示值仪表示值仪表专业的基本概念 目目 录录 仪表专业的基本概念常见仪表的工作原理现场问题的分析判断实际操作的注意事项控制系统的基础知识温度检测的基本知识温度检测的基本知识温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过 程相联系。温度测量：温度不能直接测量，只能利用物质的某些特性与温度 之间的关系，实现间接测量。温度测量建立在热平衡基础上。温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会产生 导热换热，换热结束后两物体处于热平衡状态，则它们具

11、 有相同的温度。测量方法：接触式测温和非接触式测温常见仪表的工作原理接触式测温 温度敏感元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等。 (1) 膨胀式温度计 (2) 热电阻温度计 (3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计直观、可靠，测量仪表也比较简单特点特点非接触测温 温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。 (1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计：特点特点不与被测物体接触，不破坏原有的温度场。精度一般不高。常见仪表的工作原理应用热膨胀原理测温应用热膨胀原理测温 测量原理物体受热时产生膨胀 液体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计 玻璃管温度

12、计玻璃管温度计 双金属温度计双金属温度计常见仪表的工作原理应用热电效应测温应用热电效应测温 测量原理两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端 T T0时，回路中会产生热电势热电势由两种材料的接触电势和单一材料的温差电势决定热电极热电极常见仪表的工作原理闭合回路总电势 AB )(0tAB),(0ttB),(0ttA)(tAB),()(),()(),(0000ttttttttAABBABAB)()(0ttABAB常见仪表的工作原理 分分 度度 表表如果能使冷端温度t0 固定，则总电势就只与温度t成单值函数关系 CtttABAB)(),(0分度表-热电势与热端温度之间 关系列成表格注：热电势与热

13、端温度之间注：热电势与热端温度之间 关系是非线性关系是非线性常见仪表的工作原理 补偿导线 问题引出问题引出 解决方法解决方法热电偶冷端暴露于空间，受环境温度影响热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响把热电偶的冷端延伸到远离被测对象且温度比较稳定的地方造成浪费造成浪费选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属导线补偿导线其一实现了冷端迁移；其二是降低了成本。 功功 能能常见仪表的工作原理不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同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补偿导线连接端的工作温度不能超出（0100），否则会给测量带来误差。 使用补偿导线注意问

14、题使用补偿导线注意问题常见仪表的工作原理 问题引出问题引出 冷端温度补偿热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0时的热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。 解决方法解决方法0恒温法 冷端温度修正法 仪表机械零点调整法 补偿电桥法 常见仪表的工作原理 0恒温法适用于实验室中的精确测量和检定热电偶时使用常见仪表的工作原理冷端温度修正法 设：冷端温度恒为t0（t00）被测温度为 t 修正公式修正公式)0 ,(),()0 ,(00tEttEt冷端 t0的热电势测量得出的热电势 被测温度 t 的热电势 仪表机械零点调整法 将显示仪表的机械零点调至t0处，相当于在输入热电偶热

15、电势之前就给显示仪表输入了电势E(t0, 0) 常见仪表的工作原理由分度表查得 E (20,0 ) = 0.113 mv 则 E (t, 0) = E (t, t0)+E (t0, 0) = 7.32 + 0.113 = 7.434 mv 再查分度表得其对应的被测温度t = 808例用S型热电偶测温，热电偶的冷端温度t0=20，测得热电势为7.32 mv，求被测对象的实际温度t 。解常见仪表的工作原理 使用补偿电桥注意问题根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥 注意补偿温度的起点 在20平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到20 在0平衡，须把显示仪表的机械零点预先调整到0补偿是相对的，有一定

16、误差常见仪表的工作原理 为保证热电偶的正常工作，热电偶的两极之间以及与保护套管之间都需要良好的电绝缘，而且耐高温、耐腐蚀和冲击的外保护套管也是必不可少的。1. 普通型装配式结构2. 柔性安装型铠装结构常见仪表的工作原理应用热电阻原理测温 导体或半导体的电阻值随温度变化 测量原理在0630.74范围内，金属铂的电阻值与温度的关系为 T R热电阻热电阻在-50180范围内，金属铜的电阻值与温度的关系为)1 (0tRRt1 320CtBtAtRRt温度0时的电阻值 温度t时的电阻值 常见仪表的工作原理热电阻温度计热电阻温度计 应用于-200600范围内的温度测量 热电阻电阻体（最主要部分）绝缘套管接

17、线盒热电阻的材料要求：电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小，在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。常见仪表的工作原理 铂电阻电阻率较大，电阻-温度关系呈非线性，但测温范围广，精度高，且材料易提纯，复现性好工业用铂电阻分度号为Pt100和Pt10 铜电阻电阻值与温度的关系几乎呈线性，电阻温度系数也较大，而且其材料易提纯，价格比较便宜，但缺点是在100以上易被氧化工业用铜热电阻的分度号为Cu50和Cu100 热敏电阻（负温度系数热敏电阻 NTC ）电阻温度系数约为铂电阻的49倍，且本身电阻值较高。半导体热敏电阻的电阻-温度

18、特性呈非线性，并且稳定性和互换性差。常见仪表的工作原理常见仪表的工作原理插入深度要求测量端应有足够的插入深度，应使保护套管的测量端超过管道中心线510mm。流体流动方向流体流动方向插入方向要求保证测温元件与流体充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90也可，但切勿与被测介质形成顺流。常见仪表的工作原理压力检测方法压力检测方法v液柱测压法v弹性变形法v电测压力法压力检测仪表压力检测仪表v弹簧管压力表v霍尔式压力表v差压（压力）变送器力平衡式压力变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器主要内容主要内容常见仪表的工作原理压力的基本概念压力的基本概念垂直而均匀地作用在单位面积上的力 式中压力（P

19、a） 均匀垂直作用力（N） 受力面积（m2）SF1Pa = 1*10-3KPa = 1*10-6MPa单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa” 常见仪表的工作原理压力的几种表示形式压力的几种表示形式被测压力通常可表示为绝对压力、表压、负压（或真空度） 表压（正压）绝对压力的零线大气压力线绝对压力绝对压力真空度常见仪表的工作原理压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 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hh12211p1p2h2P0h1h211p200 常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、斜管压力表和活塞式压力表等。 测量原理测量原理液柱测压法液柱测压法常见仪

20、表的工作原理压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 将被测压力转换成弹性元件变形的位移 测量原理测量原理P 弹簧管式弹性元件P 膜片式弹性元件弹性变形法弹性变形法常见仪表的工作原理弹性元件结构和特点常见仪表的工作原理 弹簧管压力表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表弹簧管拉杆指针中心齿轮扇形齿轮接头游丝刻度盘调整螺钉常见仪表的工作原理 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。 测量原理测量原理1. 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，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等； 2. 非弹性元件组成的快速测压元件，

21、主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。电测压力法电测压力法常见仪表的工作原理压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表v电容式测压原理 采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。 dC定极板弹性元件动极板被测压力 测量原理测量原理 电容器极板间绝缘介质的介电 常数，F/m A电容器两平行板覆盖的面积，m2 d两平行板之间的距离，m C电容量，F常见仪表的工作原理压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表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。（a）单晶

22、体）单晶体 （b）剖面图）剖面图 （c）X截割的石英片截割的石英片 xxxAKPQ 受力面积受力面积 作用在受力面积上的压力作用在受力面积上的压力压电常数压电常数 电荷数电荷数常见仪表的工作原理v应变片式测压原理应变片式测压原理 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表l l543211敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片 llKRR敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝基 底 绝缘覆盖层 保护位移、力、力矩、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 应变片组成组成常见仪表的工作原理电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）

23、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 力平衡式变送器 位移平衡式变送器气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表） DDZ-型仪表为010mADC DDZ-型仪表为420mADC20100KPa常见仪表的工作原理压力检测仪表压力检测仪表 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表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 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

24、20调零弹簧 测量机构测量机构杠杆机构杠杆机构检测放大检测放大 机构机构反馈反馈 机构机构常见仪表的工作原理压力检测仪表 v微位移式变送器 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表I0（1）测量部分 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常见仪表的工作原理压力检测仪表压力检测仪表 v智能差压（压力）变送器智能差压（压力）变送器 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表 在普通压力传感器上增加微处理器在普通压力传感器上增加微处理器 特点：具有远程通讯的功能特点：具有远程通讯

25、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 使用维护方便使用维护方便 长期稳定工作，每长期稳定工作，每5 5年才需校检一次年才需校检一次。以以3051C 3051C 为例：为例： 组成：传感膜头：被测压力组成：传感膜头：被测压力- A/D- A/D转换转换-数字信号数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A-D/A转换转换- 4- 420mA20mA信号信号常见仪表的工作原理压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表A/D转换器转换器 温度温度传感器传感器 电容电容传感器传感

26、器传感膜头内存传感膜头内存 修正系数修正系数 膜头信号膜头信号微处理器微处理器传感器线性化传感器线性化重设量程重设量程诊断诊断工程单位工程单位通信通信电子板内存电子板内存量程值量程值变送器组态信息变送器组态信息D/A转换转换数字数字通信通信本机量程和本机量程和零点调整零点调整手操器手操器传感膜头传感膜头电子线路板电子线路板 420mA3051C3051C型智能变送器原理图型智能变送器原理图常见仪表的工作原理压力测量仪表的选用 压力检测方法及仪表压力检测方法及仪表仪表种类和型号的选择 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 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场

27、环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性 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 常见仪表的工作原理例题分析1.某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察，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。 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 P1=Pmax2=282=56(MPa) 根据就地观察及能进行高低限报警的要求，选用YX-1

28、50型电接点压力表，测量范围为060MPa。 常见仪表的工作原理例题分析316025 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。%67. 1%100601常见仪表的工作原理例题分析2. 如果某反应器最大压力为0.6MPa，允许最大绝对误差为0.02MPa。现用一台测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为01.0

29、MPa，准确度为1.5级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解：对于测量范围为01.6MPa，准确度为1.5级的压力表，允许的最大绝对误差为 1.61.5% = 0.024(MPa)常见仪表的工作原理例题分析 因为此数值超过了工艺上允许的最大绝对误差数值,所以是不合格的。对于测量范围为01.0MPa，准确度亦为1.5级的压力表,允许的最大绝对误差为 1.01.5% = 0.015(MPa) 因为此数值小于工艺上允许的最大绝对误差,故符合对测量准确度的要求,可以采用。 该例说明了选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值是不适宜的。 常见仪表的工作原理流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表流

30、量检测方法及仪表流量检测方法及仪表v应用容积法检测流量（腰轮流量计）v应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计)v应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计)v应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计)v应用超声波检测流量(超声波流量计)本节主要内容本节主要内容常见仪表的工作原理体积流量的测量方法 （1）容积法：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，以排出流体固定容积数来计算流量。椭圆齿轮流量计、旋转活塞式流量计和刮板流量计。受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 （2）速度法：这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得流体的体积流量。 较宽的

31、使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测，利用平均流速计算流量，管路条件的影响大，流动产生涡流以及截面上流速分布不对称等都会给测量带来误差。 常见仪表的工作原理 质量流量的测量方法（1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 利用孔板和定量泵组合实现的差压式检测方法； 利用同轴双涡轮组合的角动量式检测方法； 应用麦纳斯效应的检测方法 基于科里奥利力效应的检测方法。（2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质量流量。 qv2检测元件和检测元件的组合； qv检测元件和检测元件的组合； qv2检测元件和qv检测元件的组合。常见仪表的工作原理应用容积法检

32、测流量 单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据 测量原理测量原理0nVV 设：V0计量室的容积 n转子的旋转次数则则排出的流体总量 根据转子的形状分为：椭圆齿轮流量计（液体型） 腰轮流量计（气体型和液体） 刮板式流量计（液体型）常见仪表的工作原理腰轮流量计腰轮流量计测量原理测量原理腰形轮每转动一周，就把转子与壳体之间所构成的具有一定容积的计量室流体的四倍体积，从流入口送到流出口。 04nVV 计量室体积腰轮转速体积流量常见仪表的工作原理流量检测方法及仪表流量检测方法及仪表 腰轮流量计腰轮流量计 腰轮流量计是一种容积式流量测量仪表，用以测量封闭管中流体的体积流量。 就地显示累积流量，并有远传

33、输出接口，与相应的光电式电脉冲转换器和流量积算仪配套，可进行远程测量，显示和控制。 精度高，重复性好，范围度大，对流量计前后直管段要求不高。 适用较高粘度流体，流体粘度变化对示值影响较小。 适用无腐蚀性能的流体，如原油，石油制品 (柴油，润滑油等)。 腰轮流量计 常见仪表的工作原理应用动压能和静压能转换应用动压能和静压能转换的原理检测流量的原理检测流量 节流元件附近流速和压力分布情况节流元件附近流速和压力分布情况 检测原理检测原理当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流

34、量的大小。基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）常见仪表的工作原理差压式流量计 测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流历史悠久、技术成熟、应用最广泛。节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强， 几乎能测量各种工况下的流量。差压式流量计差压式流量计 孔板引压管差压计常见仪表的工作原理差压式流量计分类表 分类原则 分 类 类 型 按产生差压的作用原理分类1）节流式；2）动压头式；3）水力

35、阻力式；4）离心式；5）动压增益式；6）射流式按结构形式分类1）标准孔板；2）标准喷嘴；3）经典文丘里管；4）文丘里喷嘴；5）锥形入口孔板；6）1/4圆孔板；7）圆缺孔板；8）偏心孔板；9）楔形孔板；10）整体（内藏）孔板；11）线性孔板；12）环形孔板；13）道尔管；14）罗洛斯管；15）弯管；16）可换孔板节流装置；17）临界流节流装置按用途分类1）标准节流装置；2）低雷诺数节流装置；3）脏污流节流装置；4）低压损节流装置；5）小管径节流装置；6）宽范围度节流装置；7）临界流节流装置；常见仪表的工作原理 差压式流量计组成差压式流量计组成节流装置：安装于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量

36、成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。常见仪表的工作原理 标准节流元件标准节流元件 标准孔板结构简单，安装方便，适合大流量的测量结构简单，安装方便，适合大流量的测量标准喷嘴标准文丘里管结构复杂，压力损失比孔板小结构复杂，压力损失比孔板小常见仪表的工作原理 环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式 标准孔板的几种取压方式 取压方式取压方式常见仪表的工作原理选用考虑要点 安装条件方面 流件前后有必要直管段长度 引压管线 仪表性能方面(1) 精确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失流体特性方面 流体物性参

37、数的确定 (2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等环境条件方面常见仪表的工作原理应用改变流通面积的方法检测流量应用改变流通面积的方法检测流量 变面积式测量方法示意图变面积式测量方法示意图 检测原理检测原理锥形管-由下往上逐渐扩大管转子-阻力件 组成组成当流体自下而上流经锥形管与转子之间的环形流通面积时，由于受到流体的冲击，转子便要向上运动。 常见仪表的工作原理物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表 物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位容器中的液体介质的高低料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续生

38、产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。 物位的基本概念物位的基本概念常见仪表的工作原理物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用浮力原理检测物位应用静压原理检测物位 应用超声波反射检测物位物位检测方法常见仪表的工作原理物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用浮力原理检测应用浮力原理检测物位物位利用漂浮于液面上的浮标或浸没于液体中的浮筒对液位进行测量的。当液位变化时，前者产生相应的位移，而所受到的浮力维持不变，后者则发生浮力的变化。因此，只要检测出浮标的位移或浮筒所受到的浮力的变化，就可以知道液位的高低。

39、 恒浮力法液位测量示意图恒浮力法液位测量示意图 测量原理常见仪表的工作原理密闭容器密闭容器：测量容器底部压力，除与液面高度有关外，还与液面上部介 质压力有关，其关系为应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位压力表测量液位原理压力表测量液位原理 通过液柱静压的方法对液位进行测量的。敞口容器：多用直接测量容器底部压力的方法。如图所示，测压仪表通过导压管与容器底部相连，由测压仪表的压力指示值，便可推知液位的高度 。 其关系为式中 P测压仪表指示值 H液位的高度液体的密度g重力加速度gHPgHPPABgHPPPAB 式中 PA、PB分别是液面上部介质压力和液面以下H深度的液体压力。常见仪表的工作原理差

40、压变送器测量液位时的零点迁移问题（重点）特征：差压变送器的正压室取压口正好与容器的最低液位（Hmin=0）处于同一水平位置。作用于变送器正、负压室的差压P与液位高度H的关系为P=Hg。当H =0时，正负压室的差压P=0，变送 器输出信号为4mA当H= Hmax时，差压Pmax=gHmax， 变送器的输出信号为20 mA，无迁移无迁移常见仪表的工作原理ghhgHPPP2121)(物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表负迁移负迁移 差压变送器的正、负压室的压力分别为 ghgHPP211气 ghPP22气正、负压室的压差为当被测液位H=0时，P=-（h2-h1）2g0，从而使变送器在H=0时输出电流大

41、于4 mA；H=Hmax时，输出电流大于20 mA。常见仪表的工作原理应用静压原理检测物位应用静压原理检测物位（a）无迁移 （b）负迁移 （c）正迁移0500042020007000P (Pa)-20003000I0(mA)某压力变送器的测量范围：05000Pa， 固定差压 =2000Paghh212)(常见仪表的工作原理物位检测方法及仪表物位检测方法及仪表应用超声波反射应用超声波反射检测物位检测物位根据超声波从发射到接收反射回波的时间间隔大小与被测介质高度成比例关系的原理，实现液位测量的。测量时由置于容器底部的超声波探头向液面与气体的分界面发射超声波，经过时间t后，便可接收到从界面反射回来的

42、回波信号。 测量原理测量原理根据传声介质的不同可以分为：液介式、气介式、固介式三种。vtH21 V-超声波在液体中的传播速度H -从探头至界面的距离（被测介质物位高度）T -超声波从探头发射至液面反射回来的时间常见仪表的工作原理超声波物位计 超声波物位计由超声波发射、接收器（探头）及显示仪表组成。超声波物位计原理框图超声波物位计原理框图 超声波物位计的原理 物位计以微处理机8031单片机为核心，进行超声波的发射、接收控制和数据处理，具有声速温度补偿功能及自动增益控制功能。常见仪表的工作原理自动成份分析仪表自动成份分析仪表 按原理分类: 1. 热导式; 2. 热磁式; 3.磁压式; 4. 磁机械

43、式; 5. 氧化锆式; 6.电化学式;7.红外线; 8.工业酸度计; 9.工业电导仪; 10.溶解氧；11.密度计; 12.有毒气体报警器; 13.色谱仪;14.质谱仪。 按测量介质分类：1.气体分析；2.液体分析。常见仪表的工作原理自动成份分析仪表组成 被测介质采样处理单元 组分的解析与分离单元 检测器和传感器 信号处理单元 信号显示单元 数据处理及数据库常见仪表的工作原理自动成份分析仪表特点自动成份分析仪表特点 在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，有三个显著的特点： 第一，过程分析仪器必须有自动取样和试样预处理系统； 第二，过程分析仪器必须是完全自动化的，即完全实现自动检测和自动控制； 第

44、三，过程分析仪器的精度可以低些，但是必须保证能实现长期运行的稳定性。常见仪表的工作原理取样和预处理系统取样和预处理系统 过程分析仪器出现的同时，就出现了取样预处理系统。 取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求，而且要受生产过程恶劣条件的严格制约。 预处理系统制造难度不高，但设计难度很高。 常见仪表的工作原理预处理系统的作用和组成预处理系统的作用和组成n预处理系统作用是将取样气加以处理，以满足仪器对样气的要求。预处理系统包括过滤（除尘、除机械杂质）、压力调节（减压或抽引）、温度调节（降温或升温）、有害或干扰成分处理（除油雾、水分、腐蚀性介质等）、流量调节等。

45、辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等。常见仪表的工作原理取样点选择取样点选择n洁净有代表性样气，不能选择层流、涡流或空气漏人；尽可能满足仪器对样气要求（温度、湿度、含尘量、压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量短）；易燃易爆剧毒介质采样时，应考虑安全取样和环境保护措施；便于保养维护；取样点流速应接近平均流速，圆形截面管道应靠近圆心1/3半径范围内，不能靠近管壁 。常见仪表的工作原理预处理系统的设计原则和依据预处理系统的设计原则和依据n保证一定的反应速度要求。（反应滞后不超过60秒）合理的保存信息。样气要有代表性，组分浓度不致发生变化。

46、达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后选择合理净化方式。样气要有一定的温度、压力、流量，特别是对堵塞使样气中断应采取措施，绝不能让分析器降低要求去适应粗糙的取样预处理系统。尽可能排除各种可能发生的干扰因素。选择与该流程相适应的部件和结构材料。（是否有腐蚀性）常见仪表的工作原理红外线气体分析仪红外线气体分析仪 红外光是一种比可见光线波长长，比微波的波长短的电磁波，红外分析仪通常使用的红外线波长范围为210m(紫外线分析波长180-330nm)，红外线分析仪只能对各组分气体中的某一种成分进行分析。常见仪表的工作原理工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收程度与被测气

47、体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量E,只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种分子才能吸收红外光线的辐射能。特点：1.能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子（惰性气体）和双原子气体（氢、氧、氮等）。2.测量范围宽：上限可到100%下限可到几个ppm3.灵敏度高4.测量精度高5.反应快：一般在10秒内6.有良好的选着性常见仪表的工作原理热导式气体分析仪热导式气体分析仪 是出现最早，种类较多，应用较广的一类在线分析仪器，常用

48、于分析混合气体中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含量。 常见仪表的工作原理n工作原理：基于不同气体具有不同的导热系数，混合气体的导热系数随其组分的百分含量而变化这一物理特性来分析某一组分的百分含量。热导分析仪检测室常见仪表的工作原理常见仪表的工作原理n采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检测气体热导率。参比臂、内充参比气体，被测气体流过工作臂、，电桥各臂通稳定电流加热至一定温度，当被测气体浓度与参比气体浓度一样时，各桥臂温度一样，电阻值相等，电桥平衡。当被测气体浓度变化，气体热导率改变，工作臂的温度和阻值随之改变，电桥失去平衡产生电信号输出。常见仪表的工作原理 1000

49、C部分气体的相对热导率 Air: 1 H2: 7.130 N2: 0.998 O2: 1.015 CO2: 0.614 NH3: 0.897 Ar: 0.658 CO: 0.964 SO2: 0.344 CH4: 1.318常见仪表的工作原理氧含量分析仪在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质，其含量必须控制在特定界限内。在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。 常见仪表的工作原理1.磁力机械式氧分析2.磁性压力式氧分析仪3.热磁式氧分析仪4.氧化锆式氧分析仪5.电化学原电池式氧分析仪6.新型燃料电池传感器氧分

50、析仪n按工作原理分类：常见仪表的工作原理n磁力机械式氧分析仪1.磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪，是利用氧的顺磁性原理（法拉第原理）。2.氧分子在磁场中有很强的顺磁性，是区分氧气与样气中其他气体成分的有效手段。3.氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑铃球组成，哑铃球周围环绕有一根铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬垂在磁场中，正中装有一个小反射镜。常见仪表的工作原理4.当哑铃周围有氧分子时，在磁场作用下，氧分子被磁场吸引而形成一定的压力差，推动哑铃球体发生偏转。5.氧浓度越高，偏转角度越大。6.由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统测出这一偏转并转换成电信号。7.该信号由放大器放大后，