化工自動(dòng)化及儀表：第三章 檢測(cè)變送

1、第三章 檢測(cè)變送本章的主要內(nèi)容概述溫度檢測(cè)流量檢測(cè)壓力檢測(cè)液位檢測(cè)變送器3.1 概述在過(guò)程自動(dòng)化中要通過(guò)檢測(cè)元件獲取生產(chǎn)工藝變量，最常見(jiàn)變量是溫度、壓力、流量、物位（四大參數(shù)）。檢測(cè)元件又稱(chēng)為敏感元件、傳感器，它直接響應(yīng)工藝變量，并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與之成對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)（位移、電壓、電流、電阻、頻率、氣壓等）。 檢測(cè)元件的輸出信號(hào)種類(lèi)多，信號(hào)弱，一般都需要將其經(jīng)過(guò)變送器處理，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣信號(hào)（如420mA 或 010mA直流電流信號(hào) ,20100kPa氣壓信號(hào)）送往顯示儀表或控制器。 有時(shí)將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱(chēng)為檢測(cè)儀表, 或者將檢測(cè)元件稱(chēng)為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱(chēng)為二次儀

2、表。3.1.1 測(cè)量誤差測(cè)量誤差：檢測(cè)儀表獲得的被測(cè)值與實(shí)際被測(cè)變量真實(shí)值之差絕對(duì)誤差：儀表的指示值與被測(cè)量的真值之間的差值相對(duì)誤差（儀表引用誤差）：絕對(duì)誤差與儀表的量程之比允許誤差3.1.2 儀表性能指標(biāo)精確度（精度） 表示儀表測(cè)量結(jié)果的可靠程度。 儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差大小來(lái)劃分成若干等級(jí)的。儀表精度等級(jí)數(shù)值越小，說(shuō)明儀表測(cè)量準(zhǔn)確度越高。 精度等級(jí)：允許誤差去掉“”號(hào)及“%”后，系列化圓整后的數(shù)值。目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表的精度等級(jí)有：0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等儀表的精度等級(jí)以一定的符號(hào)形式表示在儀表標(biāo)尺板上

3、，如1.0外加一個(gè)圓圈或三角形。精度等級(jí)1.0，說(shuō)明該儀表允許誤差為1.0%。例1 某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，其最大絕對(duì)誤差為4 ，試確定該儀表的精度等級(jí)。解 儀表的最大允許誤差為這臺(tái)儀表的精度等級(jí)應(yīng)定為1.0級(jí)。例2 某臺(tái)測(cè)溫儀表的量程是600-1100，工藝要求該儀表指示值的誤差不得超過(guò)4 ，應(yīng)選精度等級(jí)為多少的儀表才能滿足工藝要求。只能選擇一臺(tái)允許誤差為0.5%，即精確度等級(jí)為0.5級(jí)的儀表，才能滿足工藝要求。解 根據(jù)工藝要求，儀表的最大允許誤差為 儀表精度與量程有關(guān)，量程是根據(jù)所要測(cè)量的工藝變量來(lái)確定的。 在儀表精度等級(jí)一定的前提下適當(dāng)縮小量程，可以減小測(cè)量誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)

4、確性。儀表量程的上限：Ymax: 4/33/2倍（被測(cè)變量） 波動(dòng)較大時(shí)：3/22倍（被測(cè)變量）下限：被測(cè)變量的值不低于全量程的1/3 (2) 變差 在外界條件不變的情況下，使用同一臺(tái)儀表對(duì)某一變量進(jìn)行正反行程測(cè)量時(shí)對(duì)應(yīng)于同一測(cè)量值所得的儀表讀數(shù)之間的差異。 注意：儀表的變差不能超出儀表的允許誤差。(3) 線性度 衡量?jī)x表實(shí)際特性偏離線性程度的指標(biāo)。 線性度差就要降低儀表精度。(4) 靈敏度和分辨率靈敏度：儀表的輸出變化量與引起此變化的輸入變化量的比值，即 靈敏度=Y/X對(duì)于模擬式儀表而言，Y是儀表指針的角位移或線位移。靈敏度反映了儀表對(duì)被測(cè)量變化的靈敏程度。分辨率（儀表靈敏限）：儀表輸出能分

5、辨和響應(yīng)的最小輸入變化量。分辨率是靈敏度的一種反映。對(duì)于數(shù)字式儀表而言，分辨率就是數(shù)字顯示器最末位數(shù)字間隔代表被測(cè)量的變化與量程的比值。(5) 動(dòng)態(tài)誤差 由于儀表動(dòng)作的慣性延遲和測(cè)量傳遞滯后，當(dāng)被測(cè)量突然變化后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能準(zhǔn)確顯示出來(lái)而造成的誤差。3.2 溫度檢測(cè)3.2.1 溫度檢測(cè)方法3.2.2 熱電偶3.2.3 熱電阻3.2.4 熱電偶、熱電阻的選用3.2.1 溫度檢測(cè)方法按測(cè)溫元件是否與被測(cè)對(duì)象接觸分為： 接觸式：非接觸式：接觸式：測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象接觸，依靠傳熱和對(duì)流進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)溫精度較高。缺點(diǎn)：由于測(cè)溫元件與被測(cè)對(duì)象必須經(jīng)過(guò)充分的熱交換且達(dá)到平衡后才能

6、測(cè)量，這樣容易破壞被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)，同時(shí)帶來(lái)測(cè)溫過(guò)程的延遲現(xiàn)象，不適于測(cè)量熱容量小的對(duì)象、極高溫的對(duì)象、處于運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象。不適于直接對(duì)腐蝕性介質(zhì)測(cè)量。非接觸式：測(cè)溫元件不與被測(cè)對(duì)象接觸，而是通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱交換，或測(cè)溫元件接收被測(cè)對(duì)象的部分熱輻射能，由熱輻射能大小推出被測(cè)對(duì)象的溫度。優(yōu)點(diǎn)：從原理上講測(cè)量范圍從超低溫到極高溫，不破壞被測(cè)對(duì)象溫度場(chǎng)。非接觸式測(cè)溫響應(yīng)快，對(duì)被測(cè)對(duì)象干擾小，可用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的被測(cè)對(duì)象和有強(qiáng)電磁干擾、強(qiáng)腐蝕的場(chǎng)合。缺點(diǎn)：容易受到外界因素的干擾，測(cè)量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格比較昂貴。 3.2.2 熱電偶(1) 測(cè)溫原理熱電效應(yīng)熱電偶的“中間導(dǎo)體定律”熱電偶回路中接入第三種

7、導(dǎo)體后，只要該導(dǎo)體兩端溫度相同，熱電偶回路中所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)與沒(méi)有接入第三種導(dǎo)體時(shí)熱電偶所產(chǎn)生的總熱電勢(shì)相同；如果回路中接入更多種導(dǎo)體時(shí)，只要同一導(dǎo)體兩端溫度相同，也不影響熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)值。因此熱電偶回路可以接入各種顯示儀表、變送器、連接導(dǎo)線。分度表：當(dāng)0=0時(shí)， 與溫度對(duì)應(yīng)的數(shù)值表。（非線性）分度號(hào)：與分度表所對(duì)應(yīng)的熱電偶的代號(hào)。常用工業(yè)熱電偶(2) 補(bǔ)償導(dǎo)線 解決參比端溫度的恒定問(wèn)題。補(bǔ)償導(dǎo)線要求：價(jià)格便宜，0100范圍內(nèi)的熱電性質(zhì)與要補(bǔ)償?shù)臒犭娕嫉臒犭娦再|(zhì)幾乎完全一樣(3) 熱電偶參比端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償原理：工作端溫度，參比端0，熱電勢(shì)為因此參比端溫度補(bǔ)償方法： 計(jì)算法冰浴法機(jī)械調(diào)零法

8、（動(dòng)圈表調(diào)零法），等級(jí)1.0以上補(bǔ)償電橋法：利用參比端溫度補(bǔ)償器 用鎳鉻-鎳硅（K）熱電偶測(cè)溫，熱電偶參比端溫度o =20，測(cè)得的熱電勢(shì)E（，o）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV, 則E（，0）= E（，20）+ E（20，0） =32.479 + 0.798=33.277 mV再反查K分度表，得實(shí)際溫度是800。計(jì)算法舉例：3.2.3 熱電阻金屬熱電阻測(cè)溫原理是基于導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的變化而變化的特性。 常用熱電阻： 銅電阻和鉑電阻熱電阻通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用。直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中的-200C500C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固

9、體表面溫度。半導(dǎo)體熱敏電阻測(cè)溫原理是基于某些半導(dǎo)體材料的電阻值隨溫度的變化而變化的特性。NTC型：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，多數(shù)是此類(lèi) PTC型：正溫度系數(shù)熱敏電阻，用于位式溫度檢測(cè) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、體積小、熱慣性小。缺點(diǎn)：非線性嚴(yán)重、互換性差、測(cè)溫范圍窄3.2.4 熱電偶、熱電阻的選用(1)選用原則：較高溫度熱電偶 中低溫區(qū)熱電阻一般以500為分界，但不絕對(duì)在中低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，對(duì)測(cè)量?jī)x表放大器和抗干擾要求很高。由于參比端溫度變化不易得到完全補(bǔ)償，在較低溫度區(qū)內(nèi)引起的相對(duì)誤差就很突出。另外，還應(yīng)注意工作環(huán)境，如環(huán)境溫度、介質(zhì)性質(zhì)（氧化性、還原性、腐蝕性）等，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)套

10、管、連接導(dǎo)線等。(2)安裝(1)選擇有代表性的測(cè)溫點(diǎn)位置，測(cè)溫元件有足夠的插入深度(2)熱電偶或熱電阻的接線盒的出線孔應(yīng)朝下，以免積水及灰塵等造成接觸不良，防止引入干擾信號(hào)。(3)檢測(cè)元件應(yīng)避開(kāi)熱輻射強(qiáng)烈影響處。要密封安裝孔，避免被測(cè)介質(zhì)溢出或冷空氣吸入而引入誤差。(3)使用熱電偶：參比端溫度補(bǔ)償補(bǔ)償導(dǎo)線的極性不能接反分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致在與采用補(bǔ)償電橋法進(jìn)行參比端溫度補(bǔ)償?shù)膬x表（如電子電位差計(jì)、溫度變送器等）配套測(cè)溫時(shí)，熱電偶的參比端要與補(bǔ)償電阻感受相同溫度。熱電阻：分度號(hào)應(yīng)與配接的變送、顯示儀表分度號(hào)一致金屬熱電阻采用三線制接法 所謂三線制接法，就是從現(xiàn)場(chǎng)的金屬熱電阻兩

11、端引出三根材質(zhì)、長(zhǎng)短、粗細(xì)均相同的連接導(dǎo)線，其中兩根導(dǎo)線被接入相鄰兩對(duì)抗橋臂中，另一根與測(cè)量橋路電源負(fù)極相連。由于流過(guò)兩橋臂的電流相等，因此當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，兩根連接導(dǎo)線因阻值變化而引起的壓降變化相互抵消，不影響測(cè)量橋路輸出電壓的大小。3.3 流量檢測(cè)瞬時(shí)流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體的數(shù)量累積流量（總流量）：在某一時(shí)段內(nèi)流過(guò)流體的總和，即瞬時(shí)流量在某一時(shí)段的累積量流量表示方法質(zhì)量流量qm 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的質(zhì)量，其單位為kg/s工作狀態(tài)下的體積流量qv 單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某截面的流體的體積，其單位為m3/s qm=qv或qv=qm/ 是流體密度標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量qvn 氣體是

12、可壓縮的，qvn就是折算到標(biāo)準(zhǔn)的壓力和溫度狀態(tài)下的體積流量。在儀表計(jì)量上多數(shù)以20及1個(gè)物理大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。3.3.1流量檢測(cè)的主要方法（1）測(cè)體積流量（2）測(cè)質(zhì)量流量測(cè)體積流量的方法容積法（又稱(chēng)直接法）在單位時(shí)間內(nèi)以標(biāo)準(zhǔn)固定體積對(duì)流動(dòng)介質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)行度量，以排出流體的固定容積數(shù)來(lái)計(jì)算流量。容積法受流體流動(dòng)狀態(tài)影響較小，適用于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體?；谌莘e法的流量檢測(cè)儀表橢圓齒輪流量計(jì)腰輪流量計(jì)皮膜式流量計(jì)。速度法（又稱(chēng)間接法）先測(cè)出管道內(nèi)的平均流速，再乘以管道截面積求得流體的體積流量。速度法可用于各種工況下的流體的流量檢測(cè)，但由于是利用平均流速計(jì)算流量，因此受管路條件影響較大，流動(dòng)

13、產(chǎn)生的渦流以及截面上流速分布不對(duì)稱(chēng)等都會(huì)影響測(cè)量精度。差壓式 （節(jié)流式）利用節(jié)流件前后的差壓和流速關(guān)系，通過(guò)差壓值獲得流體的流速；電磁式 導(dǎo)電流體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)大小與流體的平均流速成正比；旋渦式 流體在流動(dòng)中遇到一定形狀的物體會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，旋渦釋放的頻率與流速成正比；渦輪式 流體作用在置于管道內(nèi)部的渦輪上使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在一定流速范圍內(nèi)與管道內(nèi)流體的流速成正比；聲學(xué)式 根據(jù)聲波在流體中傳播速度的變化得到流體的流速；熱學(xué)式 利用加熱體被流體的冷卻程度與流速的關(guān)系來(lái)檢測(cè)流速。 基于速度法的流量檢測(cè)儀表節(jié)流式流量計(jì)靶式流量計(jì)彎管流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)電磁流量計(jì)旋渦流

14、量計(jì)渦輪流量計(jì)超聲流量計(jì)。測(cè)質(zhì)量流量方法直接法 直接測(cè)量質(zhì)量流量，如科里奧利力式流量計(jì)、量熱式流量計(jì)、角動(dòng)量式流量計(jì)等間接法測(cè)出流體的體積流量，以及密度（或溫度和壓力），經(jīng)過(guò)運(yùn)算求得質(zhì)量流量。主要有壓力溫度補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)具有精度不受流體的溫度、壓力、密度、粘度等變化影響的優(yōu)點(diǎn)3.3.2速度式流量計(jì)（1）節(jié)流裝置應(yīng)用最廣泛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，適應(yīng)性較廣，能測(cè)量各種工況下的流體流量，且已標(biāo)準(zhǔn)化而不需要單獨(dú)標(biāo)定。但是量程比小，即范圍狹窄，最大流量與最小流量之比為3:1，壓力損耗較大，刻度為非線性。節(jié)流裝置包括孔板、噴嘴和文丘里管孔板流體在管內(nèi)流動(dòng)，經(jīng)過(guò)節(jié)流孔時(shí)，通道截面積突然變小，流

15、速加大，由于在總的能量中動(dòng)能增大，勢(shì)必導(dǎo)致靜壓力的下降。流量越大，壓力降低得越多，再經(jīng)過(guò)一段距離后，流速又回到原來(lái)的數(shù)值，壓力也有所回升，但因有阻力損失，所以恢復(fù)不到原來(lái)的數(shù)值。當(dāng)節(jié)流裝置形狀一定，測(cè)壓點(diǎn)位置也一定時(shí)，根據(jù)測(cè)得的壓差就可以求出流量。孔板的測(cè)壓點(diǎn)選取有兩種標(biāo)準(zhǔn)方式：一種是緊鄰著孔板，稱(chēng)為角接法；另一種是離開(kāi)孔板上下游各一英寸，稱(chēng)為一英寸法蘭接法。壓差p=p1-p2與qv或qm有如下關(guān)系流量的檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)節(jié)流裝置前后壓差p，其壓差經(jīng)導(dǎo)壓管接到差壓變送器，同時(shí)配有顯示儀表將流量指示出來(lái)要使儀表的指示值與實(shí)際流量相符：差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標(biāo)尺有若干種規(guī)格，選擇時(shí)應(yīng)與節(jié)流裝

16、置孔徑匹配。在測(cè)量蒸汽和氣體流量時(shí)，常遇到工作條件的密度與設(shè)計(jì)時(shí)的密度c不相同，這時(shí)必須對(duì)示數(shù)進(jìn)行修正顯示儀表刻度通常是線性的，差壓信號(hào)要經(jīng)過(guò)開(kāi)方運(yùn)算進(jìn)行線性化處理后再送顯示儀表節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝正確安裝差壓信號(hào)管路（2）靶式流量計(jì)在流體通過(guò)的管道中，垂直于流動(dòng)方向插上一塊圓盤(pán)形的靶。流體通過(guò)時(shí)對(duì)靶片產(chǎn)生推力，經(jīng)杠桿系統(tǒng)產(chǎn)生力矩與流量的平方近似成正比。靶式流量計(jì)適用于測(cè)量粘稠性及含少量懸浮固體的液體。 （3）轉(zhuǎn)子流量計(jì)根據(jù)轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的高度來(lái)測(cè)量流量。利用流體通過(guò)轉(zhuǎn)子和管壁之間的 間隙時(shí)產(chǎn)生的壓差來(lái)平衡轉(zhuǎn)子的重量，流量越大，轉(zhuǎn)子被托得越高，使其具有更大的環(huán)隙面積，也即環(huán)隙面積隨流量變化，所以

17、一般稱(chēng)為面積法。它較多地利用于中、小流量的測(cè)量，有配以電遠(yuǎn)傳或氣遠(yuǎn)傳發(fā)信器的類(lèi)型。 （4）渦輪流量計(jì)根據(jù)渦輪的旋轉(zhuǎn)速度隨流量變化來(lái)測(cè)量流量。當(dāng)渦輪受到流體沖擊而旋轉(zhuǎn)時(shí)，在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生脈動(dòng)電勢(shì)，獲得與流量成正比的脈沖頻率信號(hào)作為流量測(cè)量信息，再根據(jù)脈沖累計(jì)數(shù)可得知總量。精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，壓力損失較小，但是流體必須不含污物及固體雜質(zhì)，以減少磨損和防止渦輪被卡。適宜于測(cè)量比較潔凈而粘度又低的液體流量。（5）電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)定律。導(dǎo)電液體在磁場(chǎng)中作垂直方向流動(dòng)切割磁力線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E 。感應(yīng)電勢(shì)與流速成正比。感應(yīng)電勢(shì)由管道兩側(cè)的兩根電極引出。特點(diǎn)：測(cè)量管內(nèi)無(wú)活動(dòng)及節(jié)流部件，是一段光滑直

18、管，因此阻力損失極小。被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電性液體，最低導(dǎo)電率大于20s/cm，而且被測(cè)介質(zhì)中不應(yīng)有較多的鐵磁性物質(zhì)及氣泡。（6）旋渦流量計(jì)（渦街流量計(jì)）基于流體力學(xué)中的卡門(mén)渦街原理 f = St v / d 在一定的雷諾數(shù)Re范圍內(nèi)，體積流量qv與旋渦的頻率f成線性關(guān)系。只要測(cè)出旋渦的頻率f就能求得流過(guò)流量計(jì)管道流體的體積流量 qv = f / K 量程比寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)件，檢測(cè)元件不接觸被測(cè)流體，具有測(cè)量精度高、應(yīng)用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。（7）超聲波流量計(jì)根據(jù)聲波在靜止流體中的傳播速度與流動(dòng)流體中的傳播速度不同而工作的。當(dāng)聲速和傳播距離L已知時(shí)，測(cè)出時(shí)差就能測(cè)出流體流速，進(jìn)而求出流量。

19、 特點(diǎn)是不接觸測(cè)量，超聲波換能器可以安裝在管道外壁。特別適合于大口徑管道的液體流量檢測(cè)。但是流速沿管道的分布情況將影響測(cè)量結(jié)果，而且與雷諾數(shù)有關(guān)，因此測(cè)量結(jié)果還需要修正。 3.3.3容積式流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)液體通過(guò)時(shí)利用進(jìn)出口壓差產(chǎn)生力矩使兩個(gè)橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)一周排出一定量液體，測(cè)得旋轉(zhuǎn)頻率就可求出體積流量，其累計(jì)數(shù)即為總量。適用于測(cè)量高粘度液體介質(zhì)，它對(duì)摻有機(jī)械物的雜質(zhì)非常敏感，因?yàn)檫@些雜質(zhì)易磨損齒輪，故需安裝過(guò)濾器。3.3.4 質(zhì)量流量計(jì)（1）科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理基于流體在振動(dòng)管中流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力（2）量熱式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量原理基于流體中熱傳遞和熱轉(zhuǎn)移與流體

20、質(zhì)量流量的關(guān)系。（3）間接式質(zhì)量流量計(jì)在測(cè)量體積流量的同時(shí)測(cè)量被測(cè)流體密度，再將體積流量和密度結(jié)合起來(lái)求得質(zhì)量流量。3.3.5 流量?jī)x表的選用儀表選型步驟如下 ：明確是否真有必要安裝流量?jī)x表。如果只是希望知道流體是否在管道中流動(dòng)和大致的數(shù)量值，則選用廉價(jià)的流量指示器即可。 確定要安裝流量測(cè)量?jī)x表進(jìn)行初選。對(duì)候選儀表，從儀表性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素方面進(jìn)行綜合比較分析。逐步淘汰不合適的候選儀表，直至最終留下一種合適的儀表作為選中儀表。 流量計(jì)選型考慮因素 儀表性能方面精確度，重復(fù)性，線性度，范圍度，壓力損失，上、下限流量，信號(hào)輸出特性，響應(yīng)時(shí)間流體特性方面流體壓力，溫度，密度

21、，粘度，潤(rùn)滑性，化學(xué)性質(zhì)，磨損，腐蝕，結(jié)垢，臟污，氣體壓縮系數(shù)，等熵指數(shù)，比熱容，熱導(dǎo)率，聲速，導(dǎo)熱系數(shù)，多相流，脈動(dòng)流安裝條件方面管道布置方向，流動(dòng)方向，上下游管道長(zhǎng)度，管道口徑，維護(hù)空間，管道振動(dòng)，接地，電源，氣源，輔屬設(shè)備（過(guò)濾，消氣），防爆環(huán)境條件方面環(huán)境溫度，濕度，安全性，電磁干擾，維護(hù)空間經(jīng)濟(jì)因素方面購(gòu)置費(fèi)，安裝費(fèi)，維修費(fèi)，校驗(yàn)費(fèi)，使用壽命，運(yùn)行費(fèi)（能耗），備品備件3.4壓力檢測(cè)3.4.1 壓力單位和壓力檢測(cè)方法壓力的單位在工程上，壓力定義為垂直均勻地作用于單位面積上的力，用符號(hào)p表示。在國(guó)際單位制中定義1牛頓力垂直作用于1平方米面積上所形成的壓力為1帕斯卡（簡(jiǎn)稱(chēng)“帕”，符號(hào)Pa）

22、。目前雖然規(guī)定帕斯卡為法定計(jì)量單位，但其他一些壓力單位還在普遍使用。壓力的表示方法壓力有三種表示方法，即絕對(duì)壓力、表壓力、負(fù)壓或真空度絕對(duì)壓力是指物體所受的實(shí)際壓力。表壓力是指一般壓力儀表所測(cè)得的壓力，它是高于大氣壓力的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差，即p表壓=p絕對(duì)壓力 - p大氣壓力 真空度是指大氣壓與低于大氣壓的絕對(duì)壓力之差，是負(fù)的表壓（負(fù)壓），即 p真空度= p大氣壓力 - p絕對(duì)壓力 組成部件一覽FMB70與S型壓力儀表一樣，為模塊化設(shè)計(jì):主電子模塊顯示模塊傳感器 (p, dp & CONTITE)端子板3.4.1.3 壓力的檢測(cè)方法（1）彈性力平衡方法基于彈性元件的彈性變形特性進(jìn)行測(cè)量。彈

23、性元件受到被測(cè)壓力作用而產(chǎn)生變形，而因彈性變形產(chǎn)生的彈性力與被測(cè)壓力相平衡。測(cè)出彈性元件變形的位移就可測(cè)出彈性力。此類(lèi)壓力計(jì)有彈簧管壓力計(jì)、波紋管壓力計(jì)、膜式壓力計(jì)等。（2）重力平衡方法主要有活塞式和液柱式?；钊綁毫τ?jì)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行測(cè)量的，測(cè)量精度高，測(cè)量范圍寬，性能穩(wěn)定可靠，一般作為標(biāo)準(zhǔn)型壓力檢測(cè)儀表來(lái)校驗(yàn)其他類(lèi)型的測(cè)壓儀表。液柱式壓力計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測(cè)量的，最典型的是U型管壓力計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且讀數(shù)直觀。（3）機(jī)械力平衡方法 其原理是將被測(cè)壓力變換成一個(gè)集中力，用外力與之平衡，通過(guò)測(cè)量平衡時(shí)的外力來(lái)得到被測(cè)壓力。機(jī)械力平衡方

24、法較多用于壓力或差壓變送器中，精度較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（4）物性測(cè)量方法基于在壓力作用下測(cè)壓元件的某些物理特性發(fā)生變化的原理，如電氣式壓力計(jì)、振頻式壓力計(jì)、光纖壓力計(jì)、集成式壓力計(jì)等。3.4.2常用壓力檢測(cè)儀表3.4.2.1 彈性式壓力表根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生的變形與壓力大小有確定關(guān)系的原理工作。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)壓范圍廣（0103MPa），是目前生產(chǎn)過(guò)程中使用最廣泛的壓力表。常見(jiàn)的測(cè)壓用彈性元件主要是膜片、波紋管和彈簧管。3.4.2.2 壓力傳感器壓力傳感器是指能夠檢測(cè)壓力并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置，能夠滿足自動(dòng)化系統(tǒng)集中檢測(cè)顯示和控制的要求。當(dāng)壓力傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)一部變換成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)時(shí)，又將它稱(chēng)

25、為壓力變送器。應(yīng)變片式：壓電式：壓阻式：電容式：集成式：（1）應(yīng)變片式壓力傳感器應(yīng)變片是由金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料制成的電阻體, 基于應(yīng)變效應(yīng)工作。在電阻體受到外力作用時(shí)，其電阻阻值發(fā)生變化，相對(duì)變化量為半導(dǎo)體材料應(yīng)變片的靈敏度比金屬應(yīng)變片的靈敏度大，但受溫度影響較大。 應(yīng)變片一般要和彈性元件結(jié)合在一起使用，將應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，在彈性元件受壓變形的同時(shí)應(yīng)變片也發(fā)生應(yīng)變，其電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電橋輸出測(cè)量信號(hào)。應(yīng)變片式壓力傳感器測(cè)量精度較高，測(cè)量范圍可達(dá)幾百兆帕。（2）壓電式壓力傳感器當(dāng)某些材料受到某一方向的壓力作用而發(fā)生變形時(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上就產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷

26、；當(dāng)壓力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。壓電材料種類(lèi)較多，有石英晶體、人工制造的壓電陶瓷，還有高分子壓電薄膜等。1-絕緣體 2-壓電元件3-殼體 4-膜片（3）壓阻式壓力傳感器壓阻元件是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻。它是基于壓阻效應(yīng)工作的，即當(dāng)它受壓時(shí)，其電阻值隨電阻率的改變而變化。常用的壓阻元件有單晶硅膜片以及在N型單晶硅膜片上擴(kuò)散P型雜質(zhì)的擴(kuò)散硅等，也是依附于彈性元件而工作。（4）電容式壓力傳感器其測(cè)量原理是將彈性元件的位移轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將測(cè)壓膜片作為電容器的可動(dòng)極板，它與固定極板組成可變電容器。當(dāng)被測(cè)壓力變化時(shí)，由于測(cè)壓膜片的彈性變形產(chǎn)生位

27、移改變了兩塊極板之間的距離，造成電容量發(fā)生變化。（5）集成式壓力傳感器它是將微機(jī)械加工技術(shù)和微電子集成工藝相結(jié)合的一類(lèi)新型傳感器，有壓阻式、微電容式、微諧振式等形式。將差壓、靜壓和溫度同時(shí)測(cè)出，再送入微機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后就可以得到修正后的被測(cè)差壓值、靜壓值和溫度值。3.4.3 壓力表的選用壓力表的選用主要包括儀表型式、量程范圍、精度和靈敏度、外形尺寸以及是否還需要遠(yuǎn)傳和其他功能，如指示、記錄、報(bào)警、控制等。選用的依據(jù)如下：(1) 必須滿足工藝生產(chǎn)過(guò)程要求，包括量程和精度；(2) 考慮被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，如溫度、壓力、粘度、腐蝕性、易燃易爆程度等；(3) 注意儀表安裝使用時(shí)所處的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件，如環(huán)

28、境溫度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等。 3.5物位檢測(cè)物位包括三個(gè)方面：（1）液位，指設(shè)備或容器中液體介質(zhì)液面高低；（2）料位，指設(shè)備或容器中塊狀、顆粒狀或粉末狀固體堆積高度；（3）界位，指兩種液體（或液體與固體）分界面的高低。生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常需要對(duì)物位檢測(cè)，主要目的是監(jiān)控生產(chǎn)的正常和安全運(yùn)行，保證物料平衡。物位儀表 Level Measurement電容式物位儀表Capacitive Level Measurement音叉式限位開(kāi)關(guān)Vibration Level Limit Switches超聲波物位儀Ultrasonic Level Measurement微波式物位儀Microwave Level Mea

29、surement靜壓式液位計(jì)Hydrostatic Level Measurement伽瑪射線Radiometric Level Measurement重錘式物位儀Elec.-Mech. Level Measurement差壓式物位儀Differential-Pressure Level Transmitter3.5.1物位檢測(cè)方法（1）直讀式 這種方法最簡(jiǎn)單也最常見(jiàn)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)在設(shè)備容器上開(kāi)一些窗口或接旁通玻璃管液位計(jì)，用于直接觀察液位的高低。該方法準(zhǔn)確可靠，但只能就地指示，容器壓力不能太高。（2）靜壓式 根據(jù)流體靜力學(xué)原理，靜止介質(zhì)內(nèi)某一點(diǎn)的靜壓力與介質(zhì)上方自由空間壓力之差同該

30、點(diǎn)上方的介質(zhì)高度成正比。因此通過(guò)壓差來(lái)測(cè)量液體的液位高度。基于這種方法的液位計(jì)有差壓式、吹氣式等。（3）浮力式 利用浮子高度隨液位變化而改變，或液體對(duì)沉浸于液體中的沉筒的浮力隨液位高度而變化的原理而工作。前者稱(chēng)恒浮力法，后者稱(chēng)變浮力法?；谶@種方法的液位計(jì)有浮子式、浮筒式、磁翻轉(zhuǎn)式等。（4）機(jī)械接觸式 通過(guò)測(cè)量物位探頭與物料面接觸時(shí)的機(jī)械力實(shí)現(xiàn)物位的測(cè)量。主要有重錘式、音叉式、旋翼式等。（5）電氣式 將敏感元件置于被測(cè)介質(zhì)中，當(dāng)物位變化時(shí)，其電氣性質(zhì)如電阻、電容、磁場(chǎng)等會(huì)相應(yīng)改變。這種方法既適用于測(cè)量液位，又適用于測(cè)量料位。主要有電接點(diǎn)式、磁致伸縮式、電容式、射頻導(dǎo)納式等。（6）聲學(xué)式 利用超

31、聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來(lái)檢測(cè)物位，可以檢測(cè)液位和料位。（7）射線式 放射線同位素所放出的射線（如射線等）穿過(guò)被測(cè)介質(zhì)時(shí)會(huì)被介質(zhì)吸收而減弱，吸收程度與物位有關(guān)。（8）光學(xué)式 利用物位對(duì)光波的遮斷和反射原理工作，光源有激光等。（9）微波式 利用高頻脈沖電磁波反射原理進(jìn)行測(cè)量，相應(yīng)有雷達(dá)液位計(jì)。在物位檢測(cè)中，有時(shí)需要對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，時(shí)刻關(guān)注物位的變化；而有時(shí)僅需要測(cè)量物位是否達(dá)到上限、下限或某個(gè)特定的位置，這種定點(diǎn)測(cè)量用的儀表被稱(chēng)為物位開(kāi)關(guān)，常用來(lái)監(jiān)視、報(bào)警及輸出控制信號(hào)。物位開(kāi)關(guān)有浮球式、電學(xué)式、超聲波式、射線式、振動(dòng)式等，其工作原理與相應(yīng)的物位計(jì)工作原理相同。3.

32、5.2常用物位檢測(cè)儀表（1）差壓式液位計(jì)利用靜壓原理來(lái)測(cè)量 : P= PB - PA =hg在使用差壓式液位計(jì)實(shí)際測(cè)量時(shí)，要注意零液位與檢測(cè)儀表取壓口（差壓式液位計(jì)的正壓室）保持同一水平高度，否則會(huì)產(chǎn)生附加的靜壓誤差。但是現(xiàn)場(chǎng)往往由于客觀條件的限制不能做到這一點(diǎn)，因此必須進(jìn)行量程遷移和零點(diǎn)遷移。液位測(cè)量的正遷移為了使液位的滿量程和起始值仍能與差壓變送器的輸出上限和下限相對(duì)應(yīng)，就必須克服固定差壓gh0的影響，采用零點(diǎn)遷移就可實(shí)現(xiàn)。取壓口低于容器底部所以： 在無(wú)遷移情況下，實(shí)際測(cè)量范圍是0（h0g +hmaxg） 當(dāng)h=0時(shí)，P= h0g，因此P020KPa 。 為了遷移掉h0g，即在h=0時(shí)仍然

33、使P0=20KPa ，可以調(diào)整儀表的遷移彈簧張力。遷移彈簧張力抵消了h0g在正壓室內(nèi)產(chǎn)生的力，達(dá)到正遷移的目的。 由于gh00，所以稱(chēng)為正遷移。 量程遷移后，測(cè)量范圍為0hmaxg，再通過(guò)零點(diǎn)遷移，使差壓式液位計(jì)的測(cè)量范圍調(diào)整為h0g（h0g +hmaxg）。 液位測(cè)量的負(fù)遷移當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，差壓變送器的正、負(fù)壓室之間就需要裝隔離罐，如果隔離液的密度為1 (1 )，則介質(zhì)有腐蝕性時(shí)所以：對(duì)比無(wú)遷移情況，P多了一項(xiàng)壓力-（h1- h0）1g，它作用在負(fù)壓室上，稱(chēng)之為負(fù)遷移量。當(dāng)h=0時(shí)，P= -(h1- h0)1g ，因此P01時(shí)，3.8.1變送器量程遷移和零點(diǎn)遷移在實(shí)際使用中由于測(cè)量要求或測(cè)量條件發(fā)生變化，需要根據(jù)輸入信號(hào)的下限值和上限值調(diào)整變送器的零點(diǎn)和量程。（1）量程遷移量程遷移目的是使變送器輸出信號(hào)的上限值Ymax（即標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)上限值，輸出滿度值）與測(cè)量范圍的上限值Xmax相對(duì)應(yīng)。（2）零點(diǎn)遷移使變送器輸出信號(hào)的下限值Ymin（即標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信號(hào)下限值）