建筑環(huán)境測量第4章課件

1、1 第四章 流體參數(shù)的測量 24.1壓力與壓差的測量4.2流速和流量的測量4.3液位的測量 主要內(nèi)容34.1 壓力與壓差的測量 一、概述 這里的壓力即物理學(xué)中的壓強,壓力是反映物質(zhì)狀態(tài)的一個重要參數(shù)，是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要工藝參數(shù)之一。 1、壓力的概念及單位 壓力是垂直作用在單位面積上的力。它的大小由兩個因素決定，即受力面積和垂直作用力的大小。其表達(dá)式為 (4-1)P壓力（Pa）F作用力（N） S作用面積（m2） 4國際單位制(SI)中定義1N的力垂直而均勻地作用在1m2面積上所形成的壓力為一個帕斯卡，簡稱帕，符號為Pa。目前，工程技術(shù)界廣泛使用的壓力單位主要有工程大氣壓、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、毫米汞柱、

2、毫米水柱等。工程大氣壓 即1kg力垂直而均勻地作用在1cm2面積上所產(chǎn)生的壓力，用千克力平方厘米表示，常記作千克力平方厘米,kgfcm2,符號為 at。標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 是指在緯度為45的海平面上，溫度為0時的平均大氣壓力。1atm=101325Pa，符號為 atm。毫米汞柱 即在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，溫度為0時1mm高的水銀柱所產(chǎn)生的壓力，符號為mmHg mmHg。毫米水柱 即在標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，溫度為4時1mm高的水柱所產(chǎn)生的壓力，符號為mmH2O。54.1 壓力與壓差的測量 常用的幾種壓力單位與帕之間的換算關(guān)系為：1kgfcm2 = 9.807104Pa1atm= 1.013105Pa1mmHg=

3、 1.332102Pa1mmH2O= 9.807Pa1MPa= 106Pa 6地面上的一切物體無不處在環(huán)境大氣壓力的作用下，只有絕對真空狀態(tài)才能使F真正等于0，以絕對真空為計值零點的壓力稱為絕對壓力。設(shè)計容器或管道的耐壓強度時，主要根據(jù)內(nèi)部流體壓力和外界環(huán)境大氣壓力之差而定，一般的壓力表監(jiān)視生產(chǎn)過程，也只檢測容器或設(shè)備內(nèi)外壓力之差，這個壓力差是相對值，是以環(huán)境大氣壓力為計值零點所得的壓力值，稱為相對壓力。各種普通壓力表的指示值都是相對壓力，所以相對壓力也稱為表壓力，簡稱表壓。環(huán)境大氣壓力完全由當(dāng)時當(dāng)?shù)乜諝庵闹亓λa(chǎn)生，與海拔高度和氣象條件有關(guān)，可以用專門的大氣壓力表測得，它的數(shù)值是以絕對真空

4、為計值零點得到的。因此，是絕對壓力。如果容器或管道里的流體壓力比外界環(huán)境大氣壓力低，表壓就為負(fù)值，這種情況下的表壓稱為真空度，亦即接近真空的程度。 72、壓力測量方法 平衡法 按照壓力的定義，通過直接測量單位面積所承受的垂直方向上的力的大小來檢測壓力。 如液柱式壓力計和活塞式壓力計。彈性法 彈性元件感受壓力后會產(chǎn)生彈性變形,形成彈性力,當(dāng)彈性力與被測壓力相平衡時,彈性元件變形的大小反映了被測壓力的大小。物理性質(zhì)法 一些物質(zhì)受壓后,它的某些物理性質(zhì)會發(fā)生變化,通過測量這種變化就能測量出壓力.據(jù)此原理制造出的各種壓力傳感器往往具有精度高、體積小、動態(tài)特性好等優(yōu)點,成為近年來壓力測量的一個主要發(fā)展方

5、向.其中,半導(dǎo)體壓阻式傳感器和壓電式傳感器發(fā)展得更為迅速。8二、平衡式壓力計 液柱式壓力計 彈性式壓力計 電氣式壓力計 壓力儀表的選用與校正 9液柱式壓力計測壓原理 液柱式壓力計是利用液柱所產(chǎn)生的壓力與被測壓力平衡，并根據(jù)液柱高度來確定被測壓力大小的壓力計。所用液體叫做封液，常用的封液有水、酒精、水銀等。常用的液柱式壓力計有U型管壓力計、單管壓力計和斜管微壓計。它們的結(jié)構(gòu)形式如圖所示 。U型管壓力計兩側(cè)壓力p1、p2與封液液柱高度之間h有如下關(guān)系 ：液柱式壓力計10當(dāng)1=2時，上式可簡化為：若1=2 ，且12 ，則有： 單管壓力計兩側(cè)壓力p1、p2 與封液液柱高度h2之間的關(guān)系為： 若F1F2

6、 ，且1 ， 則：斜管微壓計兩側(cè)壓力p1、p2和液柱長度L的關(guān)系可表示為液柱式壓力計11(a) (b) (c)液柱式壓力計(a) U型管壓力計；(b) 單管壓力計；(c) 斜管微壓計 液柱式壓力計12液柱式壓力計的測量誤差及其修正 環(huán)境溫度變化的影響 當(dāng)環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度時，封液密度、標(biāo)尺長度都會發(fā)生變化。由于封液的體膨脹系數(shù)比標(biāo)尺的線膨脹系數(shù)大12個數(shù)量級，因此對于一般的工業(yè)測量，主要考慮溫度變化引起的封液密度變化對壓力測量的影響，而精密測量時還需要對標(biāo)尺長度變化的影響進行修正。環(huán)境溫度偏離規(guī)定溫度（例如20）后，封液密度改變對壓力計讀數(shù)影響的修正公式為： 液柱式壓力計13 毛細(xì)管現(xiàn)象造成

7、的誤差 毛細(xì)管現(xiàn)象使封液表面形成彎月面，這不僅會引起讀數(shù)誤差，而且會引起液柱的升高或降低。這種誤差與封液的表面張力、管徑、管內(nèi)壁的潔凈度等因素有關(guān)，一般難以精確得到。在實際應(yīng)用時，常常通過加大管徑來減少毛細(xì)管現(xiàn)象的影響。一般要求：封液為酒精時管子內(nèi)徑d3mm，封液為水或水銀時d8mm。液柱式壓力計還存在刻度、讀數(shù)、安裝等方面的誤差。讀數(shù)時，眼睛應(yīng)與封液彎月面的最高點或最低點持平，并沿切線方向讀數(shù)。U型管壓力計和單管壓力計都要求垂直安裝，否則也將會帶來較大誤差。 液柱式壓力計14彈簧管壓力計膜片式壓力計與膜盒式壓力計 波紋管式壓差計 彈性壓力計的誤差及改善途徑 彈性式壓力計15彈簧管壓力計單圈彈

8、簧管壓力計，由彈簧管、齒輪傳動機構(gòu)、指針、刻度盤等部分組成 彈簧管是彈簧管壓力計的主要元件。彎曲的彈簧管是一根空心管，其自由端封閉，固定端與儀表的外殼固定連接，并與管接頭相通。彈簧管的橫截面呈橢圓形或扁圓形。當(dāng)它的內(nèi)腔通入被測壓力后，在壓力作用下發(fā)生變形。由于短軸方向與彈簧管圓弧形的徑向一致，變形使自由端向管子伸直的方向移動，產(chǎn)生管端位移量，通過拉桿帶動齒輪傳動機構(gòu)，使指針相對于刻度盤轉(zhuǎn)動。當(dāng)變形引起的彈性力與被測壓力產(chǎn)生的作用力平衡時，變形停止，指針指示出被測壓力值。16(a)(b)(c) (d)彈簧管及其橫截面(a) 單圈彈簧管；(b) 盤旋多圈彈簧管；(c) S形彈簧管；(d) 螺旋多圈

9、彈簧管 單圈彈簧管壓力計1-彈簧管；2-固定端；3-接頭；4-拉桿；5-扇形齒輪；6-中心齒輪；7-指針；8-游絲 17單圈彈簧管自由端的位移量不能太大，一般不超過25mm。為了提高彈簧管的靈敏度，增加自由端的位移量，可采用S形彈簧管或螺旋形彈簧管。齒輪傳動機構(gòu)的作用是把自由端的線位移轉(zhuǎn)換成指針的角位移，使指針能明顯地指示出被測值。它上面還有可調(diào)螺釘，用以改變連桿和扇形齒輪的鉸合點，從而改變指針的指示范圍。轉(zhuǎn)動軸處裝著一根游絲，用來消除齒輪嚙合處的間隙。傳動機構(gòu)的傳動阻力要盡可能小，以免影響儀器的精度。單圈彈簧管壓力表的精度，普通的是14級，精密的是0.10.5級。測量范圍0109Pa。為了保

10、證彈簧管壓力表的正確指示和能長期使用，應(yīng)使儀表工作在正常允許的壓力范圍內(nèi)。對于波動較大的壓力，儀表的示值應(yīng)經(jīng)常處于量程范圍的1/2附近；被測壓力波動小，儀表示值可在量程范圍的2/3左右，但被測壓力值一般不應(yīng)低于量程范圍的1/3。另外，還要注意儀表的防振、防爆、防腐等問題，并應(yīng)定期校驗。18三、電氣式壓力計壓阻式壓力傳感器 電容式壓力傳感器 霍爾壓力變送器 19壓阻式壓力傳感器電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形，它的幾何尺寸和電阻率都會發(fā)生變化，從而引起電阻值變化。若電阻絲的長度為l，截面積為A，電阻率為，電阻值為R，則有： ，設(shè)在外力作用下，電阻絲各參數(shù)的變化相應(yīng)為dl，dA，d ，dR，對上式求

11、微分并除以R，可得電阻的相對變化：對于金屬材料，電阻率的相對變化d / 較小。影響電阻相對變化的主要因素是幾何尺寸的相對變化dL/L和dA/A 。對半導(dǎo)體材料， dL/L和dA/A兩項的值很小， d / 為主要的影響因素。 20物質(zhì)受外力作用，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象叫壓阻效應(yīng)。利用壓阻效應(yīng)測量壓力的傳感器叫壓阻式壓力傳感器。自然界中很多物質(zhì)都具有壓阻效應(yīng)，但以半導(dǎo)體晶體的壓阻效應(yīng)較明顯，常用的壓阻材料是硅和鍺。一般意義上說的壓阻式壓力傳感器可分兩種類型一類是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成粘貼式的應(yīng)變片，作為測量中的變換元件，與彈性敏感元件一起組成粘貼型壓阻式壓力傳感器，或叫應(yīng)變式壓力傳感器；另一類

12、是在單晶硅基片上用集成電路工藝制成擴散電阻，此基片既是壓力敏感元件，又是變換元件，這類傳感器叫做擴散型壓阻式壓力傳感器，通常也簡稱作壓阻式壓力傳感器或固態(tài)壓力傳感器。21電容式壓力傳感器 電容器的電容量由它的兩個極板的大小、形狀、相對位置和電介質(zhì)的介電常數(shù)決定。 當(dāng)一個極板固定不動，另一個極板感受壓力，并隨著壓力的變化而改變極板間的相對位置，電容量的變化就反映了被測壓力的變化。這是電容式壓力傳感器的工作原理。平板電容器的電容量為： 若電容的動極板感受壓力產(chǎn)生位移d，則電容量將隨之改變，其變化量為:當(dāng).A確定之后,可以通過測量電容量的變化得到動極板的位移量,進而求得被測壓力的變化。電容式壓力傳感

13、器的工作原理正是基于上述關(guān)系。當(dāng)d/d1時,電容量的變化量與位移增量成近似的線性關(guān)系: 22為了保證電容式壓力傳感器近似線性的工作特性,測量時必須限制動極板的位移量。為了提高傳感器的靈敏度和改善其輸出的非線性,實際應(yīng)用的電容式壓力傳感器常采用差動的形式,即使感壓動極板處于兩個靜極板之間,當(dāng)壓力改變時,一個電容的電容量增加,另一個的電容量減少,靈敏度可提高一倍,而非線性也可大為降低。電容式壓力壓差傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、所需輸入能量小、沒有摩擦、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、過載能力強、自熱影響極小、能在惡劣環(huán)境下工作等優(yōu)點，近年來受到了廣泛重視。影響其測量精度的主要因素是線路寄生電容、電纜電容和溫度、濕度

14、等外界干擾。這正是過去長時間限制了它的應(yīng)用的主要原因。集成電路技術(shù)的發(fā)展和新材料新工藝的進步，已使上述因素對測量精度的影響大大減少，為電容式壓力傳感器的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。電容式壓力傳感器 23霍爾壓力變送器 霍爾壓力變送器是利用霍爾效應(yīng)，把壓力作用下所產(chǎn)生的彈性元件的位移信號轉(zhuǎn)變成電勢信號，通過測量電勢來得到壓力。如圖所示，把半導(dǎo)體單晶薄片置于磁場中，當(dāng)在晶片的橫向上通以一定大小的電流I時，在晶片的縱向的兩個端面上將出現(xiàn)電勢VH，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢稱霍爾電勢，這個半導(dǎo)體薄片稱霍爾片。 24霍爾效應(yīng) 霍爾壓力變送器 25霍爾壓力變送器當(dāng)霍爾片中流過電流I時，電子受磁場力的作用發(fā)

15、生偏轉(zhuǎn)，在霍爾片縱向的一個端面上造成電子積累而形成負(fù)電性，而在另一端面上因缺少電子呈正電性，于是在霍爾片縱向出現(xiàn)了電場，電場力阻止電子的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)磁場力與電場力相平衡時，電子積累達(dá)到了動態(tài)平衡，這時就建立了穩(wěn)定的霍爾電勢VH 。 KH霍爾元件靈敏度，由霍爾片材料、結(jié)構(gòu)尺寸決定的常數(shù) 霍爾電勢VH與B、I成正比，改變B、I可改變VH 。霍爾電勢一般為幾十毫伏數(shù)量級。26霍爾壓力變送器霍爾壓力變送器1-管接頭；2-基座；3-膜盒；4-推桿；5-杠桿；6-霍爾元件；7-磁鐵 27霍爾壓力變送器霍爾片直接與彈性元件的位移輸出端相聯(lián)系，彈性元件是一個膜盒，當(dāng)被測壓力發(fā)生變化時，膜盒頂端推桿將產(chǎn)生位移，推動

16、帶有霍爾片的杠桿，霍爾片在由四個磁極構(gòu)成的線性不均勻磁場中運動，使作用在霍爾元件上的磁場變化。同時，輸出的霍爾電勢也隨之變化。當(dāng)霍爾片處于兩對磁極中間對稱位置時，霍爾片總的輸出電勢等于0。當(dāng)在壓力的作用下使霍爾片偏離中心平衡位置時，霍爾元件的輸出電勢隨位移(壓力)的變化呈線性變化。由圖可見，被測壓力等于0時，霍爾片處于中心平衡位置。當(dāng)輸入壓力是正壓時，霍爾片向上運動；當(dāng)輸入壓力是負(fù)壓時，霍爾片向下運動，此時輸出的霍爾電勢正負(fù)也隨之發(fā)生相應(yīng)變化。 28四、壓力儀表的選用與校正 壓力表的選擇 壓力表的安裝 壓力表的校驗 291、壓力表的選擇選擇壓力表應(yīng)根據(jù)被測壓力的種類(壓力、負(fù)壓或壓差)、被測介

17、質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)和用途(標(biāo)準(zhǔn)、指示、記錄和遠(yuǎn)傳等)以及生產(chǎn)過程所提出的技術(shù)要求，同時應(yīng)本著既滿足測量準(zhǔn)確度又經(jīng)濟的原則，合理地選擇壓力表的型號、量程和精度等級。 目前我國規(guī)定的精度等級，標(biāo)準(zhǔn)儀表有0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.35級；工業(yè)儀表有0.5，1.0，1.5，2.5，4.0級等。選用時應(yīng)按被測參數(shù)的測量誤差要求和量程范圍來確定。 301、壓力表的選擇為了保護壓力表,一般在被測壓力較穩(wěn)定的情況下,其最高壓力值不應(yīng)超過儀表量程的23;為了保證實際測量的精度,被測壓力最小值不應(yīng)低于儀表量程的l3。對某些特殊的介質(zhì),如氧氣、氨氣等則有專用的壓力表。在測量一般介質(zhì),壓力在

18、4.0104Pa04.0104Pa時，宜選用膜盒式壓力表；壓力在40kPa以上時，宜選用彈簧管壓力表或波紋管壓力表；壓力在-1.013105Pa02.4106Pa時，宜選用真空壓力表；壓力在-1.013105Pa0Pa時，選用彈簧管真空表 312、壓力表的安裝 彈性式壓力計、壓差計在安裝時必須滿足以下要求：取壓管口應(yīng)與工質(zhì)流速方向垂直,與設(shè)備內(nèi)壁平齊,不應(yīng)有凸出物和毛刺。測點要選擇在其前后有足夠長的直管段的地方,以保證儀表所測得的是介質(zhì)的靜壓力。防止儀表傳感器與高溫或有害的被測介質(zhì)直接接觸。測量高溫蒸汽壓力時，應(yīng)加裝冷凝盤管；測量含塵氣體壓力時，應(yīng)裝設(shè)灰塵捕集器；對于有腐蝕性的介質(zhì)，應(yīng)加裝充有

19、中性介質(zhì)的隔離容器；測量溫度高于60的介質(zhì)時，一般加環(huán)形圈(又稱冷凝圈)。 32彈性式壓力計、壓差計安裝圖(a) 低壓測壓管路布置：1-管道;2-取壓管;3-三通截斷閥;4-法蘭接口;5-壓力計(b) 中壓測壓管路布置：1-壓力計；2-管道；3-螺旋管；4-三通截斷閥(c) 高壓測壓管路布置：1-壓力計；2-三通截斷閥；3-螺旋管；4-截止閥 332、壓力表的安裝取壓口的位置.測量氣體介質(zhì)時，一般位于工藝管道上部；測量蒸汽時，則應(yīng)位于工藝管道的兩側(cè)偏上的位置，這樣既可以保持測量管路內(nèi)有穩(wěn)定的冷凝液，同時又可以防止工藝管道底部的固體介質(zhì)進入測量管路和儀表；測量液體時，應(yīng)位于工藝管道的下部，以使液

20、體內(nèi)析出的少量氣體順利地返回工藝管道，而不進入測量管和儀表。取壓口與壓力表之間應(yīng)加裝隔離閥,以備檢修壓力表用。水平敷設(shè)的壓力信號導(dǎo)管應(yīng)有3的坡度，以便排除導(dǎo)管內(nèi)的積水(當(dāng)被測介質(zhì)為氣體時)或積汽(當(dāng)被測介質(zhì)為水時)。信號導(dǎo)管內(nèi)徑一般為6mm10mm，長度則一般不超過50m，這樣可以減少測量滯后的影響。343、壓力表的校驗 常用校驗壓力表的標(biāo)準(zhǔn)儀器為活塞式壓力計，如圖所示。它的精度等級有0.02級、0.05級和0.2級，可用來校準(zhǔn)0.25級精密壓力表，亦可校準(zhǔn)各種工業(yè)用壓力表，被校壓力的最高值有0.6MPa、6MPa、60MPa三種。 35活塞式壓力計是利用靜力平衡原理工作的，它由壓力發(fā)生系統(tǒng)(

21、壓力泵)和測量活塞兩部分組成。通過手搖泵10， 使系統(tǒng)升壓，從而改變工作液的壓力。此壓力通過油缸4內(nèi)的工作液作用在活塞5上。在活塞5上面的托盤7上放有砝碼6。當(dāng)活塞5下端面受到壓力作用所產(chǎn)生的向上頂?shù)牧εc活塞5、托盤7及砝碼6的總重力相平衡時，則活塞5被穩(wěn)定在某一平衡位置上，此時力的平衡關(guān)系為： 得到 當(dāng)活塞5底面的有效面積A一定時，由上式可以方便而準(zhǔn)確地由平衡時所加砝碼的重量求出被測壓力值P。 3、壓力表的校驗363、壓力表的校驗校驗步驟為在測量范圍內(nèi)均勻選取34個檢驗點，一般應(yīng)選在顯示儀表刻度明顯的整數(shù)點上。均勻增壓至刻度上限，保持上限壓力3分鐘，然后均勻降至零壓，主要觀察指示有無跳動、停

22、止或卡塞現(xiàn)象。單方向增壓至校驗點后讀數(shù)，輕敲表殼后再讀數(shù).用同樣的方法增壓至每一校驗點進行校驗。然后再單方向緩慢降壓至每一校驗點進行校驗。計算出被校表的基本誤差、變差、零位和輕敲位移等。37活塞式壓力計1-油杯；2-針閥；3-進油閥；4-油缸；5-活塞；6-砝碼；7-托盤；8-接口；9-導(dǎo)管；10-手搖泵；11-調(diào)平螺釘；12-架體 384.2 流速和流量的測量 流速和流量測量的基本概念 測量流速常用的儀表及方法 測量流量常用的儀表及方法 39一、流速和流量測量的基本概念 1、氣流速度測量氣流速度是建筑環(huán)境與設(shè)備工程中流體運動狀態(tài)的重要參數(shù)之一。流速對建筑環(huán)境與設(shè)備工程的安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行具有

23、重要意義。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種測量氣流速度的方法也越來越多，目前常用方法有畢托管測速、熱電風(fēng)速儀測速、激光多普勒流速儀測速等。40畢托管測速是利用了氣流的速度和壓力的關(guān)系，對上圖所示的畢托管，根據(jù)不可壓縮氣體穩(wěn)定流動的伯努利方程，流體參數(shù)在同一流線上有如下關(guān)系：可見，只要測出總壓和靜壓，或者總壓和靜壓的壓力差，便可求出流速?？紤]實際測量條件與理想狀態(tài)的不同，必須根據(jù)畢托管的結(jié)構(gòu)特征和幾何尺寸等因素，按下式進行速度校正：實際工程中，采用上式計算流速一般可滿足要求. KP畢托管速度校正系數(shù)。對于S型畢托管， KP=0.83-0.87;對于標(biāo)準(zhǔn)畢托管KP=0.96左右。412、流量測量 在工

24、業(yè)生產(chǎn)過程中，流體在一定時間內(nèi)通過某一定管道截面的流體數(shù)量，稱作流量。有瞬時流量和累積流量之分。所謂瞬時流量，是指在單位時間內(nèi)流過管道或明渠某一截面的流體的量。它的單位根據(jù)不同的流量測量原理和實際需要，有下列三種表示方法。質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)通過的流體的質(zhì)量，用M表示，單位為kgs。重量流量：單位時間內(nèi)通過的流體的重量，用W表示，單位為Ns。體積流量：單位時間內(nèi)通過的流體的體積，用Q表示，單位為m3s。 422、流量測量所謂累積流量，是指在某一時間間隔內(nèi)，流體通過的總量。該總量可以用該段時間間隔內(nèi)的瞬時流量對時間的積分而得到，所以也叫積分流量。流量測量可以直接為生產(chǎn)提供所消耗的能源數(shù)量，以便于

25、經(jīng)濟核算，也可以將流量信號作為控制信號，例如利用蒸汽鍋爐的蒸汽信號控制鍋爐給水以維持汽包水位穩(wěn)定等。還可以通過測量水或蒸汽的流量作為收費依據(jù)，以完善和加強企業(yè)的管理。 43工業(yè)上常用的流量計，按其測量原理分為以下四類:差壓式流量計 主要利用管內(nèi)流體通過節(jié)流裝置時,其流量與節(jié)流裝置前后的壓差有一定的關(guān)系。如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置等。速度式流量計 主要利用管內(nèi)流體的速度來推動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪的轉(zhuǎn)速和流體的流速成正比。如葉輪式水表和渦輪流量計等。容積式流量計 主要利用流體連續(xù)通過一定容積后進行流量累計的原理。如橢圓齒輪流量計和腰輪流量計。其它類型流量計 如基于電磁感應(yīng)原理的電磁流量計、渦街流量計等 44二、測量

26、流速常用的儀表及方法 畢托管測量流速熱線風(fēng)速儀451、畢托管測量流速畢托管是傳統(tǒng)的測量流速的傳感器，與差壓儀表配合使用，可以測量被測流體的壓力和差壓，間接測量被測流體的流速。用畢托管測量流體的流速分布以及流體的平均流速是十分方便的。另外，如果被測流體及其截面是確定的，還可以利用畢托管測量流體的體積流量或質(zhì)量流量。畢托管至今仍是被廣泛應(yīng)用的流速測量儀表。畢托管有多種形式，其結(jié)構(gòu)各不相同。 461、畢托管測量流速圖是一種基本型畢托管（動壓測量管）的結(jié)構(gòu)圖。它是一個彎成90的同心管，主要由感測頭、管身及總壓和動壓引出管組成。感測頭端部呈橢圓形，總壓孔位于感測頭端部，與內(nèi)管連通，用來測量總壓。在外管表

27、面靠近感測頭端部的適當(dāng)位置上有一圈小孔，稱為靜壓孔，是用來測量靜壓的。標(biāo)準(zhǔn)畢托管一般為這種結(jié)構(gòu)型式。標(biāo)準(zhǔn)畢托管測量精度較高，使用時不需要再校正，但是由于這種結(jié)構(gòu)型式的靜壓孔很小，在測量含塵濃度較高的空氣流速時容易被堵塞，因此，標(biāo)準(zhǔn)畢托管主要用于測量清潔空氣的流速，或?qū)ζ渌Y(jié)構(gòu)型式的畢托管及其它流速儀表進行標(biāo)定。 47基本型畢托管結(jié)構(gòu)圖 測高含塵氣流畢托管S型畢托管；(b) 直型畢托管 481、畢托管測量流速S型畢托管和直型畢托管也是常用的畢托管，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它們分別由兩根相同的金屬管組成，感測頭端部作成方向相反的兩個開口。測定時，一個開口面向氣流，用來測量總壓，另一個開口背對氣流，用來測量

28、靜壓。S型畢托管和直型畢托管可用于測量含塵濃度較高的氣體流速。由于標(biāo)準(zhǔn)畢托管有一個90的彎角，測定厚壁風(fēng)道的空氣流速時使用標(biāo)準(zhǔn)畢托管很不方便，因而可以使用S型畢托管或直型畢托管。 491、畢托管測量流速用標(biāo)準(zhǔn)畢托管、S型畢托管、直型畢托管測風(fēng)速，往往需要測出多點風(fēng)速而得到平均風(fēng)速，可見是很不方便的。如果使用如下圖所示的動壓平均管測量平均風(fēng)速則十分方便。這種測量平均風(fēng)速的思路是把風(fēng)道截面分成若干個面積相等的部分，選取合適的測點位置，測出各個小面積的總壓力值，然后取若干個小面積的總壓力平均值作為整個測量截面上的平均總壓力。動壓平均管是在取壓管中間插入一根取總壓力平均值的導(dǎo)管，在取壓管適當(dāng)?shù)奈恢蒙祥_

29、若干個總壓孔，總壓孔朝著氣流方向，取壓管中測量總壓力的導(dǎo)管取壓孔開在管道軸線位置，并朝著氣流方向。靜壓導(dǎo)管安裝在總壓取壓管(笛形管)下游側(cè)，并靠近總壓取壓管，靜壓導(dǎo)管取壓口背向氣流方向。有的靜壓取壓孔開在笛形管上游1D(管道內(nèi)徑)處管壁上(圖4-14)。利用動壓平均管測出被測流體的總壓力與靜壓力之差，便可得到流體的平均速度。50笛型動壓平均管 511、畢托管測量流速 使用畢托管測流體速度應(yīng)注意以下幾點：當(dāng)流速較低時，動壓很小，使用二次儀表很難準(zhǔn)確地指示此動壓值，因此對使用畢托管測量流速的下限有規(guī)定：要求畢托管總壓力孔直徑上的流體雷諾數(shù)大于200。S型畢托管由于測端開口較大，在測量低流速時，受渦

30、流和氣流不均勻性的影響，靈敏度下降，因此一般不宜測量小于3ms的流速。在測量時，如果管道截面較小，由于相對粗糙度(KD)的增大和插入畢托管的擾動的相對增大，使測量誤差增大，因此，一般規(guī)定畢托管直徑與被測管道直徑(內(nèi)徑)之比不超過 0.02。管道內(nèi)壁絕對粗糙度K與管道直徑(內(nèi)徑)D之比,即相對粗糙度KD不大于0.01。管道內(nèi)徑一般應(yīng)大于100mm。521、畢托管測量流速S型畢托管(或其他畢托管)在使用前必須用標(biāo)準(zhǔn)畢托管進行校正，求出它的校正系數(shù)。校正方法是在風(fēng)洞中以不同的速度分別用標(biāo)準(zhǔn)畢托管和被校畢托管進行對比測定，兩者測得的速度值之比，稱為被校畢托管的校正系數(shù)。使用時應(yīng)使總壓孔正對著流體的流動

31、方向，并使其軸線與流體流速方向一致，否則會引起測量誤差。532、熱線風(fēng)速儀 熱線風(fēng)速儀分恒電流式和恒溫度式兩種。把一個通有電流的帶熱體置入被測氣流中，其散熱量與氣流速度有關(guān)，流速越大，對流換熱系數(shù)越大，帶熱體單位時間內(nèi)的散熱量就越多。若通過帶熱體的電流恒定，則帶熱體所帶的熱量一定。帶熱體溫度隨其周圍氣流速度的提高而降低，根據(jù)帶熱體的溫度測量氣流速度，這就是目前普遍使用的恒電流式熱線風(fēng)速儀的工作原理。若保持帶電體溫度恒定，通過帶熱體的電流勢必隨其周圍氣流速度的增大而增大，根據(jù)通過帶熱體的電流測風(fēng)速，這就是恒溫度式熱線風(fēng)速儀的工作原理。54熱線風(fēng)速儀工作原理圖(a) 恒流式熱線風(fēng)速儀分；(b) 恒

32、溫式熱線風(fēng)速儀 552、熱線風(fēng)速儀圖(a)恒電流式熱線風(fēng)速儀測量電路中，當(dāng)熱線感受的流速為零時，測量電橋處于平衡狀態(tài)，即檢流計指向零點，此時，電流表的讀數(shù)為I0。當(dāng)熱線被放置到流場中后，由于熱線與流體之間的熱交換，熱線的溫度下降，相應(yīng)的阻值RW也隨之減小，致使電橋失去平衡，檢流計偏離零點。當(dāng)檢流計達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，調(diào)節(jié)與熱線串聯(lián)于同一橋臂上的可變電阻Ra，直至其增大量等于RW的減小量時，電橋重新恢復(fù)平衡，檢流計回到零點，電流表也回到原來的讀數(shù)I0(即電流保持不變)。這樣，通過測量可變電阻Ra的改變量可以得到RW的數(shù)值，進而確定被測流速。 562、熱線風(fēng)速儀圖(b)所示的恒溫度式熱線風(fēng)速儀測量電路

33、中，其工作方式與前述恒流式的不同之處在于，當(dāng)熱線因感受流速而出現(xiàn)溫度下降時，電阻減小，電橋失去平衡；調(diào)節(jié)可變電阻Ra，使Ra減小以增加電橋的供電電壓，增大電橋的工作電流，即加大熱線的加熱功率，促使熱線溫度回升，阻值RW增大，直至電橋重新恢復(fù)平衡，從而通過熱線電流的變化來確定風(fēng)速。 在上述兩種熱線風(fēng)速儀中，恒電流式熱線風(fēng)速儀是在變溫狀態(tài)下工作的，測頭容易老化，使性能不穩(wěn)定，且熱慣性影響測量靈敏度，產(chǎn)生相位滯后。因此，現(xiàn)在的熱線風(fēng)速儀大多采用恒溫度式 。572、熱線風(fēng)速儀工程中常采用的測速儀還有葉輪式機械風(fēng)速計，螺旋槳風(fēng)速計，光纖旋槳測速計及激光多普勒測速儀等。葉輪式風(fēng)速計利用支持在框架上的葉輪的

34、轉(zhuǎn)速測量風(fēng)速，測量時，將測量風(fēng)速的葉輪旋轉(zhuǎn)面與風(fēng)向保持垂直位置，根據(jù)指針讀得的轉(zhuǎn)數(shù)和計時器測得的時間算出風(fēng)速。螺旋槳風(fēng)速計測量時將螺旋槳對準(zhǔn)風(fēng)向，螺旋槳與交流發(fā)電機連接，當(dāng)風(fēng)使螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，交流發(fā)電機將與風(fēng)速成正比的螺旋槳轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號，用以指示風(fēng)速。與傳統(tǒng)的建筑環(huán)境與設(shè)備工程領(lǐng)域的測速管和熱線風(fēng)速儀相比，激光多普勒測速儀的工作原理是利用多普勒效應(yīng)進行流速測量，是一種非接觸測量技術(shù)，不干擾流場，具有一切非接觸測量所具有的優(yōu)點。58三、測量流量常用的儀表及方法 差壓式流量計 容積式流量計渦輪式流量計 電磁流量計 渦街流量計 轉(zhuǎn)子流量計 超聲波流量計 光纖流量計59（一）差壓式流量計1.差壓式流

35、量計工作原理 差壓式流量計也叫節(jié)流式流量計，它是利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生壓力差的原理來實現(xiàn)流量測量的。這種流量計是目前工業(yè)中測量氣體、液體和蒸汽流量最常用的儀表。差壓式流量計主要有節(jié)流裝置、差壓計、顯示儀和信號管路四部分組成。 60（一）差壓式流量計下圖中所示為在裝有標(biāo)準(zhǔn)孔板的水平管道中，當(dāng)流體流經(jīng)孔板時的流束及壓力分布情況。當(dāng)連續(xù)流動的流體遇到安插在管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，由于節(jié)流件的截面積比管道的截面積小，形成流體流通面積的突然縮小，在壓頭作用下流體的流速增大，擠過節(jié)流孔，形成流束收縮。在擠過節(jié)流孔后,流速又由于流通面積的變大和流束的擴大而降低。與此同時,在節(jié)流裝置前后的管壁處的流體靜壓力產(chǎn)

36、生差異,形成靜壓力差p,p=p1-p2 ,此即節(jié)流現(xiàn)象。也就是說節(jié)流裝置的作用在于造成流束的局部收縮，從而產(chǎn)生壓差。并且流過的流量愈大，在節(jié)流裝置前后所產(chǎn)生的壓差也就越大，因此可通過測量壓差來指示流體流量的大小 。61節(jié)流裝置工作原理圖 62（一）差壓式流量計管道截面、處流體的絕對壓力分別為p1、p2、 p3 ,各截面流體的平均流速分別為v1、v2、 v3 。圖中點劃線所示為管道中心處的靜壓力，實線為管壁處靜壓力。以上分析可得如下結(jié)論，節(jié)流裝置造成流束的局部收縮；產(chǎn)生靜壓力差p ；由于局部收縮形成渦流區(qū)引起流體能量損失，造成不可恢復(fù)的壓力損失。63（一）差壓式流量計2、流量方程 根據(jù)節(jié)流現(xiàn)象及

37、原理，流量方程式以伯努利方程式和流體流動的連續(xù)性方程為依據(jù)。為簡化問題，先假定流體是理想的，求出理想流體的流量基本方程式，然后再考慮到實際流體與理想流體的差別，加以適當(dāng)?shù)男拚?，獲得適用于實際流體的流量基本方程式。不可壓縮流體的體積流量其基本方程式為： 64（一）差壓式流量計不可壓縮流體的質(zhì)量流量基本方程式為： 流量系數(shù)，與節(jié)流件的面積比，取壓方式，流體性質(zhì)有關(guān)；。A0節(jié)流件的開孔面積；流體的密度；p= p1-p2，節(jié)流件前后的壓力差 可壓縮流體的流量基本方程式為：流體膨脹系數(shù)，可壓縮流體0， f ,所以修正系數(shù)簡化為：96（七）超聲波流量計 超聲波流量計的測量原理它利用超聲波在流體中的傳播特性

38、來測量流體的流速和流量，最常用的方法是測量超聲波在順流與逆流中的傳播速度差。兩個超聲換能器P1和P2分別安裝在管道外壁兩側(cè)，以一定的傾角對稱布置。超聲波換能器通常采用鋯鈦酸鉛陶瓷制成。在電路的激勵下，換能器產(chǎn)生超聲波以一定的入射角射入管壁，在管壁內(nèi)以橫波形式傳播，然后折射入流體，并以縱波的形式在流體內(nèi)傳播，最后透過介質(zhì)，穿過管壁為另一換能器所接收。兩個換能器是相同的，通過電子開關(guān)控制，可交替作為發(fā)射器和接收器。97超聲波流量計方框圖 98（七）超聲波流量計設(shè)流體的流速為v，管道內(nèi)徑為D，超聲波束與管道軸線的夾角為，超聲波在靜止的流體中傳播速度為v0，則超聲波在順流方向傳播頻率f1為：超聲波在逆

39、流方向傳播頻率f2為 99（七）超聲波流量計故順流與逆流傳播頻率差為：由此得流體的體積流量Q為：對于一個具體的流量計，、D是常數(shù)，而qv與f成正比，故測量頻率差f可算出流體流量。100（七）超聲波流量計.超聲波流量計的使用超聲波流量計可用來測量液體和氣體的流量，比較廣泛地用于測量大管道液體的流量或流速。它沒有插入被測流體管道的部件，故沒有壓頭損失，可以節(jié)約能源。超聲波流量計的換能器與流體不接觸，對腐蝕很強的流體也同樣可準(zhǔn)確測量。 而且換能器在管外壁安裝，故安裝和檢修時對流體流動和管道都毫無影響。超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度一般為12，測量管道液體流速范圍一般為0.5ms5ms。 101（八）光纖流

40、量計1.光纖差壓式流量計 光纖差壓式流量計也是一種利用流體流動的節(jié)流現(xiàn)象進行流量測量的儀表，光纖傳感技術(shù)用來檢測節(jié)流元件前后的差壓p。工作原理：在節(jié)流元件前后分別安裝了一組敏感膜片和Y形光導(dǎo)，膜片受到流體壓力的作用而產(chǎn)生位移，Y形光導(dǎo)則是一種光纖位移傳感器，它根據(jù)輸入輸出光強的相對變化測量膜片位移的大小。在這種傳感器布置方式中，每一膜片的位移與其所受的流體壓力成正比，亦即膜片1與膜片2的相對位移與節(jié)流元件前后的差壓p成正比。因此，通過測量兩膜片的相對位移可以得到節(jié)流差壓p。測得p后，就可以利用流量方程式(4-21)求出被測流量。 102光纖差壓式流量計 103（八）光纖流量計2.光纖膜片式流量

41、計 工作原理：直接把流量信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟て系奈灰菩盘?，即流量越大，膜片受力而產(chǎn)生的向內(nèi)撓曲變形位移越大，通過膜片位移量的測量就可以確定被測流量的大小。這種流量計中膜片位移的測量同樣采用Y形光纖傳感器。一般膜片可采用鋼或銅等材料，為增加反射光強度，膜片內(nèi)側(cè)可鍍鉻或銀。膜片的厚度根據(jù)流量的測量范圍設(shè)計，一般在0.05mm0.2mm之間。 104光纖膜片式流量計1-膜片；2-引線孔；3-光電元件；4-光源；5-Y形光導(dǎo) 105渦街發(fā)生原理圖(a) 圓柱形渦街發(fā)生體；(b) 三棱柱形渦街發(fā)生體 1064.3 液位的測量液位是指開口容器或密封容器中液體介質(zhì)液面位置的高低，用來測量液位的儀表稱為液位計。液位

42、測量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中具有重要地位。通過液位測量可確定容器里的液體的數(shù)量，連續(xù)監(jiān)視或調(diào)節(jié)容器內(nèi)流入和流出物料的平衡，使之保持在一定的高度，以保證生產(chǎn)的質(zhì)量、產(chǎn)量、經(jīng)濟、安全和環(huán)保。目前常用的測量方法有，直讀法、浮力法、差壓法、電容法、核輻射法、超聲波法以及激光法、微波法等。這里只介紹應(yīng)用較為廣泛的浮力式、差壓式、電氣式液位計的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用。1074.3 液位的測量浮力法液位測量浮子式液位計 浮筒式液位計 差壓法液位測量電氣法液位測量 電容式液位計電接點液位計 聲學(xué)法液位測量108一、浮力法液位測量 浮力式物位檢測的基本原理是通過測量漂浮于被測液體面上的浮子(也稱浮標(biāo))隨液面變化而產(chǎn)生的位

43、移檢測液位；或利用沉浸在被測液體中的浮筒(也稱沉筒)所受的浮力與液位的關(guān)系檢測液位。前者為恒浮力式檢測，一般稱浮子式液位計。后者為變浮力式檢測，一般稱浮筒式液位計。1091、浮子式液位計 浮子式液位計測量原理：將液面上的浮子用繩索連接并懸掛在滑輪上，繩索的另一端掛有平衡重錘，利用浮子所受重力和浮力之差與平衡重錘的重力相平衡的原理，使浮子漂浮在液面上。其平衡關(guān)系為： W1浮子的重力； F 浮力； W2重錘的重力。110浮子式液位計測量原理1-浮子；2-繩索；3-重錘；4-刻度尺 1111、浮子式液位計當(dāng)液位上升時，浮子所受浮力F增加，則W1-Fx，H=h，從而被測液位可表示為： 由上式可知，當(dāng)液

44、位變化時，使浮筒產(chǎn)生位移，其位移量x與液位高度成正比關(guān)系。因此變浮力物位檢測方法實質(zhì)上就是將液位轉(zhuǎn)換成敏感元件浮筒的位移變化?？蓱?yīng)用信號變換技術(shù)進一步將位移轉(zhuǎn)換成電信號，配上顯示儀表在現(xiàn)場或控制室進行液位指示和控制。是在浮筒的連桿上安裝一鐵芯，可隨浮筒一起上下移動，通過差動變壓器使輸出電壓與位移成正比關(guān)系，從而檢測液位。常用的浮筒式液位計有的還將浮筒所受的浮力通過扭力管變換成扭力管的角位移，由變送器把角位移轉(zhuǎn)換為電信號，指示液位。 116二、差壓法液位測量 1、利用靜壓差測量液位的原理靜壓式液位檢測方法是根據(jù)液柱靜壓與液柱高度成正比的原理來實現(xiàn)的。其原理如圖4-31所示，根據(jù)流體靜力學(xué)原理可得

45、， 式中：PA容器中液體表面的靜壓； PB容器中液體底部的靜壓； H 液柱的高度； 液體的密度。 g重力加速度當(dāng)容器為敞口時，則為大氣壓，上式變?yōu)?117二、差壓法液位測量在測量過程中，如果液體密度為常數(shù)，則在密閉容器中兩點的壓差p與液面高度H成正比；而在敞口容器中則P與H成正比，也就是說測出P和p就可以知道敞口容器或密閉容器中的液位高度。HpApB靜壓式液位計原理 118二、差壓法液位測量(1)壓力表測量液位計 壓力計式液位計用來測量敞口容器中的液位高度，原理為：測壓儀表通過取壓導(dǎo)管與容器底部相連，由測壓儀表的指示值便可知道液位的高度。用此法進行測量時，要求液體密度為常數(shù)，否則將引起誤差。另

46、外，壓力儀表實際指示的壓力是液面至壓力儀表入口之間的靜壓力，當(dāng)壓力儀表與取壓點(零液位)不在同一水平位置時，應(yīng)對其位置高度差而引起的固定壓力進行修正。 119壓力式液位計(a) 壓力表測液位；(b) 法蘭式壓力變送器測液位1-容器；2-壓力表；3-法蘭；4-變送器 120二、差壓法液位測量(2)法蘭式壓力變送器液位計 圖 (b)是用法蘭式壓力變送器測量液位的原理圖，由于容器與壓力表之間用法蘭將管路連接，故稱“法蘭液位計”。對于粘稠液體或有凝結(jié)性的液體，為避免導(dǎo)壓管堵塞，可采用法蘭式壓力變送器和容器直接相連。其在導(dǎo)壓管處加有隔離膜片，導(dǎo)壓管內(nèi)充入硅油，借助硅油傳遞壓力。 121二、差壓法液位測量

47、(3)壓差式液位計 在對密閉容器液位進行測量時，容器下部的液體壓力除與液位高度有關(guān)外，還與液面上部介質(zhì)壓力有關(guān)。在這種情況下，可以用測量差壓的方法來獲得液位，如圖示。差壓液位計指示值除與液位高度有關(guān)外，還與液體密度和差壓儀表的安裝位置有關(guān)。無論是壓力檢測法還是差壓檢測法都要求取壓口(零液位)與檢測儀表的入口在同一水平高度，否則會產(chǎn)生附加靜壓誤差。但是，在實際安裝時不一定能滿足這個要求。如地下儲槽，為了讀數(shù)和維護的方便，壓力檢測儀表不能安裝在所謂零液位處的地方；采用法蘭式差壓變送器時，由于在從膜盒至變送器的毛細(xì)管中充以硅油，無論差壓變送器在什么高度，一般均會產(chǎn)生附加靜壓。在這種情況下，可通過計算

48、進行校正，更多的是對壓力(差壓)變送器進行零點調(diào)整，使它在只受附加靜壓（靜壓差）作用時輸出為“0”，這種方法稱為“量程零點遷移”。122壓差式液位計原理(a) 無遷移；(b) 負(fù)遷移；(c) 正遷移 123二、差壓法液位測量無遷移無遷移差壓變送器測量液位原理如圖 (a)所示，將差壓變送器的正、負(fù)壓室分別與容器下部和上部的取壓點相連通，被測液體的密度為1，則作用于變送器正、負(fù)壓室的差壓為p=H1g。當(dāng)液位H在范圍0Hmax內(nèi)變化時，對應(yīng)的p在范圍0pmax內(nèi)變化，變送器輸出Ip在量程上下限間相應(yīng)變化 .124二、差壓法液位測量負(fù)遷移如圖 (b)所示,在實際應(yīng)用中，為防止容器內(nèi)液體和氣體進入變送器

49、取壓室造成管線堵塞或腐蝕，以及保持負(fù)壓室液柱高度恒定，在變送器正、負(fù)壓室與取壓點之間分別裝有隔離罐，并充以密度為2的隔離液，(通常2 1)，這時正、負(fù)壓室的壓差為：P1、P2 正、負(fù)壓室的壓力；1 、2 被測液體及隔離液的密度；h1、h2 最低液位及最高液位至變送器的高度； P0 容器中氣相壓力；125二、差壓法液位測量當(dāng)H=0時，P=-(h2-h1)2 g ，輸出壓力為負(fù)值，而且實際工作中，往往22，所以當(dāng)最高液位時，負(fù)壓室的壓力也要大于正壓室的壓力，使變送器的輸出為負(fù)值，這樣就破壞了變送器輸出IP與液位之間的正常關(guān)系。在變送器量程符合要求的條件下，調(diào)整變送器上的遷移彈簧，使變送器在H=0，

50、 P=-(h2-h1)2 g時，變送器輸出IP為量程下限；在H=Hmax，最大差壓為Pmax=Hmax1g-(h2-h1)2 g時，變送器輸出IP為量程上限，這樣就實現(xiàn)了變送器輸出與液位之間的正常關(guān)系。稱為負(fù)遷移量。 126正遷移圖 (c)所示的測量裝置中，變送器的安裝位置與最低液位不在同一水平面上，變送器的位置比最低液位低h，這時液位高度H與壓差之間的關(guān)系為可見，當(dāng)H=0時， P=h1 g ，變送器輸出IP大于量程下限；當(dāng)H=Hmax時，對應(yīng)的差壓Pmax=(Hmax+h)1 g ，變送器輸出IP大于儀表量程上限。在變送器量程符合要求的條件下，調(diào)整變送器遷移彈簧，使變送器在H=0 ， P=h

51、1 g時，變送器輸出IP為量程下限；使變送器在H=Hmax ， Pmax=(Hmax+h)1 g時，變送器輸出IP為儀表量程上限，從而實現(xiàn)了變送器輸出與液位之間的正常關(guān)系。Z+=h1 g稱為正遷移量。127cpIPZ-Z+差壓變送器遷移示意圖 (a) 無遷移；(b) 正遷移；(c) 負(fù)遷移 128二、差壓法液位測量正、負(fù)遷移實質(zhì)上是通過遷移彈簧改變變送器的零點，即同時改變量程的上、下限，而量程的大小不變。129二、差壓法液位測量2、高位水箱的液位測量在液位計系統(tǒng)中接入一個U形管壓差計，便可將液位計接到比容器位置低得多的場所進行液位測量或監(jiān)控。、圖中所示為鍋爐中測量鍋筒水位的水位計工作原理圖。這

52、種水位計可以安裝到位置比鍋筒低得多的運行人員操作臺上進行鍋筒水位監(jiān)控。測量系統(tǒng)由凝結(jié)箱、膨脹室、低地位水位計和連接管等組成。低地位水位計及其旁邊的連接管形成一形管壓差計。在凝結(jié)箱中，由于蒸汽凝結(jié)，所以存在水位，但由于凝結(jié)水過多時能溢流到鍋筒水容積中去，所以凝結(jié)箱中水位總保持恒定。凝結(jié)箱液面上壓力相同，但管路中存在三種密度不同的液體，即爐水(密度1)、凝結(jié)水(密度2)及U形管；壓差計中的重液(密度3)。凝結(jié)箱右邊垂直管中的液體由于保溫作用，其密度等于爐水密度 1130高位水箱水位測量原理圖 131二、差壓法液位測量在正常工況下，低地位水位計中的流體是靜止的，作用在A點左面和右面的壓力應(yīng)相等，據(jù)此

53、可得： g重力加速度；R最高水位時，水位計中水位和膨脹室中的水位差?；喩鲜剑?32在上式中，爐水密度1可根據(jù)鍋筒中壓力確定， 1等于相應(yīng)于鍋筒壓力下的飽和水密度； 2因管外無絕熱材料，可取為室溫下的水的密度； 3為未知值，其值應(yīng)保證使鍋筒中水位降低值h等于低地位水位計中的液位降低值h。由于式(4-50)中值也為未知值，所以尚需列出一個方程式來求解和值。當(dāng)鍋筒水位降低值時，要求低地位水位計中的液位也降低值。此時，膨脹室中水位將從上升值(見圖4-35)。凝結(jié)箱右面垂直管內(nèi)的水位由于和鍋筒是一個連通器，也將降低h值。在鍋筒水位降低h值條件下，再根據(jù)A點右面及左面壓力相等可得下式： 133二、差壓法

54、液位測量設(shè)低地位水位計的橫截面積為f1，膨脹室的橫截面積為f2，則可列出下列幾何關(guān)系式： (4-52)由式(4-50)、(4-51)、(4-52)可得： (4-53)上式表明，在設(shè)計低地位水位計時，U形管壓差計中灌注的重液密度3 ，不是任意值，而應(yīng)根據(jù)f1 /f2 、 1 、 2 、 4及算出。當(dāng)水位計系統(tǒng)確定后， f1 /f2比值已確定，則3主要和1有關(guān)，亦即和鍋筒壓力有關(guān)。鍋爐低地位水位計的重液可用三溴甲烷和苯配制而成。 134三、電氣法液位測量 1、電容式液位計 電容式液位傳感器是利用被測物的介電常數(shù)與空氣(或真空)不同的特點來進行檢測的，電容式物位計由電容式物位傳感器和檢測電容的測量線

55、路組成。、它適用于各種導(dǎo)電、非導(dǎo)電液體的液位或粉狀料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測量和指示，也可以和電動單元組合儀表配套使用，以實現(xiàn)液位的自動記錄、控制和調(diào)節(jié)。由于它的傳感器結(jié)構(gòu)簡單，沒有可動部分，因此應(yīng)用范圍較廣。 135三、電氣法液位測量（1）測量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器如圖4-36所示，在液體中插入一根帶聚四氟乙烯絕緣套管的不銹鋼電極，由于液體是導(dǎo)電的，容器和液體可看作為電容器的一個電極，插入的金屬電極作為另一電極，絕緣套管為中間介質(zhì)，三者組成圓筒電容器。當(dāng)液位高度為H=0，即容器內(nèi)的實際液位低于非測量區(qū)h時，圓筒電容器的電容量C0為： 0聚四氟乙烯絕緣套管和容器內(nèi)氣

56、 體的等效介電常數(shù)； L 液位測量范圍；D0容器內(nèi)徑； d 不銹鋼電極直徑 136三、電氣法液位測量導(dǎo)電液體的電容式液位測量1-導(dǎo)電液體；2-容器；3-不銹電極；4-絕緣套 137三、電氣法液位測量當(dāng)液位高度為H時，圓筒電容器的電容量C為：所以，當(dāng)容器內(nèi)液位高度由零變化到H時，圓筒電容器的電容變化量C為：（4-55）聚四氟乙烯絕緣套管的介電常數(shù)D聚四氟乙烯絕緣套管的外徑 （4-56）138三、電氣法液位測量通常，D0D，0，上式中第二項比第一項小得多，可以忽略不計。則: 當(dāng)電極確定后，為定值，上式可寫為 :可見，當(dāng)電極確定后， 、D、 d 為定值，傳感器的電容變化量與液位的變化量呈線性關(guān)系。測

57、出電容變化量就可求出被測液位。且絕緣套管的介電常數(shù)較大， D/ d較小時，傳感器的靈敏度較高。值得注意的是，如果液體是粘滯介質(zhì)，當(dāng)液位下降時，由于電極套管上仍粘附一層被測介質(zhì)，會造成虛假的液位示值，使儀表所顯示的液位比實際液位高。 （4-56）（4-57）139三、電氣法液位測量(2)測量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 當(dāng)測量非導(dǎo)電液體，如輕油、某些有機液體等的液位時，可采用兩根同軸裝配，彼此絕緣的不銹鋼管構(gòu)成同軸套管筒形電容器，兩根不銹鋼管分別作為圓筒形電容器的內(nèi)外電極。液位的變化導(dǎo)致圓筒形電容器的內(nèi)外電極間介質(zhì)的變化，從而引起電容量的變化，利用這一特性可以測量液位變化。如圖4-37所示，外套

58、管上有孔，以便被測液體能自由地流進或流出。 當(dāng)被測液位H=0時，兩電極間的介質(zhì)是空氣，電容器的電容量為：(4-58) 140圖4-37非導(dǎo)電液體的電容式液位測量1-非導(dǎo)電液體；2-容器；3-不銹鋼外管；4-不銹鋼內(nèi)管；5-絕緣套 141三、電氣法液位測量當(dāng)液位高度為H時，兩電極間上下部的介質(zhì)分別是空氣和被測液體，圓筒電容器的電容量C為：(4-59) 被測液體的介電常數(shù) 所以，當(dāng)容器內(nèi)液位高度由零變化到H時，圓筒電容器的電容變化量C為： (4-60) 可見，當(dāng)電極確定后， 、D、 d 、為定值，傳感器的電容變化量與液位的變化量呈線性關(guān)系。測出電容變化量就可求出被測液位。 142三、電氣法液位測量

59、2、電接點液位計 由于密度和所含導(dǎo)電介質(zhì)的數(shù)量不同，液體與其蒸汽在導(dǎo)電性能上往往存在較大的差別，電接點液位計正是利用這一差別進行液位檢測的，通過液體汽、液相電阻的不同來指示液位高低。電接點液位計的基本組成和工作原理如圖4-38所示。為了便于測點的布置，被測液位通常由測量筒2引出，電接點則安裝在測量筒上。電接點由兩個電極組成，一個電極裸露在測量筒中，它與測量筒的筒壁之間用絕緣子隔開；另一個電極為所有電接點的公共接地極，它與金屬測量筒的筒壁接通。 143三、電氣法液位測量當(dāng)液體浸沒電接點時，由于液體的電阻率較低，電接點的兩電極通過液體導(dǎo)通，相應(yīng)的指示燈亮；而處在蒸汽中的電接點因蒸汽的電阻率很大而不能導(dǎo)通，相應(yīng)的指示燈不亮。因此，液位的高低決定了亮燈數(shù)目的多少?；蛘叻催^來說，亮燈數(shù)目的多少反映了液位的高低。 根據(jù)顯示方式的不同，相應(yīng)地有電接點氖燈液位計、電接點雙色液位計和數(shù)字式電接點液位計。但是，無論采用哪種顯示方式，均無法準(zhǔn)確指示位于兩相鄰電接點之間