常用儀表的結(jié)構(gòu)和測量原理

會計(jì)學(xué)1常用儀表的結(jié)構(gòu)和測量原理概述

一、儀表的作用

儀表是人們在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)展起來的一種技術(shù)工具。在工業(yè)生產(chǎn)中，作為“耳目”與“手足”，可以使人們更有效、更準(zhǔn)確地觀察和操縱生產(chǎn)設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動化。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第1頁/共43頁

二、測量儀表的分類按所測參數(shù)不同，可分為壓力測量儀表、流量測量儀表、溫度測量儀表、液位測量儀表和成分分析儀等。按儀表指示方式的不同，分為指示型儀表、記錄型儀表、遠(yuǎn)傳型儀表等。按儀表能源的不同分類。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第2頁/共43頁一、壓力及測量單位定義：垂直均勻作用于單位面積上的力。單位：壓力的法定單位是帕斯卡，簡稱“帕”。符號：“Pa”

它表示在1平方米的面積上均勻垂直作用1牛頓的力，牛頓的符號是“N”，即：壓力測量中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第3頁/共43頁即：

帕所表示的壓力值較小，工程上還經(jīng)常使用兆帕(MPa)、千帕（kPa)兩種壓力單位。

除此之外，以前使用的壓力單位有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、工程大氣壓、毫米汞柱、毫米水柱等。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第4頁/共43頁

壓力的表示方法有絕對壓力、表壓力和負(fù)壓力。

大氣壓力Pa是指空氣的重力作用在地球的表面所產(chǎn)生的壓力。

絕對壓力P是指物體所受的實(shí)際壓力。工程上所用的壓力指示值，多為表壓或真空度(負(fù)壓)。表壓、真空度是流體的絕對壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮合啾容^而得出的相對壓力值。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第5頁/共43頁

表壓力P也叫正壓力，是壓力表所指示的壓力，等于高于大氣壓力的絕對壓力與大氣壓力之差。即：負(fù)壓力也叫真空度，是真空表所指示壓力，它等于大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之差。即：

因?yàn)閴毫Ρ硗ǔＪ翘幱诖髿庵?，本身就承受著大氣壓力，所以壓力表所測壓力為表壓或負(fù)壓。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第6頁/共43頁

二、壓力測量儀表分類測壓儀表根據(jù)轉(zhuǎn)換原理的不同可分為

1)液柱壓力計(jì)，它是根據(jù)流體力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量，例如Ｕ型管壓力計(jì)。

2)彈性式壓力計(jì)，它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量。例如彈簧管壓力表。

3)電氣式壓力計(jì)，它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成各種電量進(jìn)行測量，例如電容式1151壓力變送器。

4）活塞式壓力計(jì)。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第7頁/共43頁三、彈性式壓力計(jì)

彈性式壓力計(jì)是利用各種彈性原件，將所測壓力轉(zhuǎn)變成一定的彈性變形量，通過測量彈性變形量的大小來測量壓力的大小。

彈性式壓力計(jì)中最常用的是單圈彈簧管壓力表。

彈性式壓力計(jì)的彈性原件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、波紋管等。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第8頁/共43頁彈性式壓力測量元件測壓原理：是利用彈性元件在被測壓力作用下產(chǎn)生彈性變形的原理來度量被測壓力的。當(dāng)彈性元件受壓力作用時(shí)會產(chǎn)生變形，于是輸出位移或力；再把位移或力通過一定的元件轉(zhuǎn)換成電量信號。彈性元件的特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，價(jià)格便宜，測壓范圍寬，被測壓力低至幾帕，高達(dá)數(shù)百兆帕都可使用，測量精度也較高，在目前的測壓儀表中占有統(tǒng)治地位。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第9頁/共43頁

彈簧管式壓力表是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的一種測壓儀表，并以單圈彈簧管為最多。彈簧管式壓力表可以直接測量蒸汽、油、水和氣體等介質(zhì)的表壓力、負(fù)壓和絕壓，其測量范圍為10-4～103MPa。

——缺點(diǎn)是不適宜動態(tài)測量。

——優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，操作安全可靠。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第10頁/共43頁1一彈簧管；2一拉桿；3一扇形齒輪；4--中心齒輪；5一指針；6一面板；7一游絲8一調(diào)整螺針；9一接頭彈簧管式壓力表的結(jié)構(gòu)中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第11頁/共43頁彈簧管式壓力表的工作原理中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第12頁/共43頁

2）壓阻式壓力傳感器壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成的。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴(kuò)散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴(kuò)散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第13頁/共43頁

壓阻式壓力傳感器具有精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、滯后小、尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，可以適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件，便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化。壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測量壓力，稍加改變，就可以用來測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第14頁/共43頁

擴(kuò)散硅壓力變送器檢測部件的原理結(jié)構(gòu)如圖(a)所示。它的感壓元件叫做擴(kuò)散硅應(yīng)變片。其電阻布置如圖(b)所示、杯內(nèi)腔承受被測壓力p，杯的外側(cè)為大氣壓力。如用來測量差壓，則分別接p1及p2。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第15頁/共43頁

一、溫度及溫度測量

溫度是表示物體冷熱程度的物理量。溫度的測量是通過間接測量實(shí)現(xiàn)的。一般是利用不同物體之間的熱交換間接測量的。溫度測量儀表有接觸式測量和非接觸式測量兩種方式。溫度測量中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第16頁/共43頁

溫度測量儀表的分類：

1.測溫儀表按測量范圍分為兩種，一種是溫度計(jì)，測量溫度在550℃

以下；另一種是高溫計(jì)，測量溫度在550℃

以上；

2.按測量方法分為接觸式測溫儀表和非接觸式測溫儀表；

3.按工作原理分為膨脹式溫度計(jì)、壓力表式溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第17頁/共43頁

二、溫標(biāo)用來衡量溫度高低的尺度叫溫標(biāo)。溫標(biāo)是用數(shù)值表示溫度的一種方法。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)零點(diǎn)和測量溫度的基本單位，各種溫度計(jì)的刻度分度均由溫標(biāo)確定。

1.攝氏溫標(biāo)

它的單位是攝氏度，用符號“℃”表示。規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃,從0℃到100℃間劃分為100等分，每一等分為1攝氏度。第18頁/共43頁

2.華氏溫標(biāo)測量單位是華氏度，用符號“F”表示，物體的溫度符號一般用“t”表示。它規(guī)定水的凝固點(diǎn)為32華氏度，沸點(diǎn)為212華氏度，其間劃分為180等份，每一等份為一華氏度。歐美國家經(jīng)常使用華氏溫標(biāo)。它與攝氏溫標(biāo)的換算關(guān)系為：中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第19頁/共43頁

3.國際實(shí)用溫標(biāo)是以熱力學(xué)溫標(biāo)為基礎(chǔ)的一種溫標(biāo)。物理學(xué)認(rèn)為-273.15℃時(shí)，理想氣體的分子停止運(yùn)動，即分子熱運(yùn)動的動能等于零，這個(gè)溫度叫作熱力學(xué)溫度。熱力學(xué)溫標(biāo)的單位是“開”(開爾文)，用符號“K”表示，使用熱力學(xué)溫標(biāo)時(shí)，物體的溫度符號用“T”表示。熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的不同之處，在于起點(diǎn)溫度的規(guī)定不同，兩者的溫度間隔是相同的。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第20頁/共43頁兩種溫標(biāo)的換算關(guān)系如下：

我國法定的溫度計(jì)量單位是熱力學(xué)溫標(biāo)開爾文，即K，也可以用攝氏溫標(biāo)，即℃。一般溫度計(jì)標(biāo)的溫度單位是℃，使用時(shí)可用上式換算。第八采油廠培訓(xùn)站中國石油第21頁/共43頁

三、膨脹式溫度計(jì)

1.雙金屬溫度計(jì)（固體膨脹式溫度計(jì)）

采用膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片，迭焊在一起制成螺旋形感溫元件，并置于金屬保護(hù)套管中，一端固定在套管底部，稱為固定端，另一端連接在一根細(xì)軸上，稱為自由端，細(xì)軸上安裝有指針用以指示溫度。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第22頁/共43頁

是基于放在一密封容器內(nèi)的工作物質(zhì)隨溫度而發(fā)生體積或壓力變化的原理而制成的。壓力表式溫度計(jì)的工作物質(zhì)可以是液體、氣體和蒸汽，其結(jié)構(gòu)由溫包、毛細(xì)管和測量儀表三部分組成。2、壓力式溫度計(jì)

使用時(shí)將溫包置于被測介質(zhì)中，當(dāng)被測介質(zhì)溫度變化時(shí)，溫包內(nèi)的物質(zhì)的體積或壓力隨之變化，此變化經(jīng)毛細(xì)管傳遞到彈簧管，彈簧管自由端位移，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動指針指示相應(yīng)的溫度值。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第23頁/共43頁

四、熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)的測溫范圍很廣，可測量生產(chǎn)過程中0～1600℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。這類儀表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫準(zhǔn)確可靠、便于遠(yuǎn)傳、自動記錄和集中控制，因而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。

中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第24頁/共43頁

1、測量原理熱電偶溫度計(jì)是基于熱電效應(yīng)這一原理測量溫度的。它是將兩種不同金屬導(dǎo)體的一端焊接在一起構(gòu)成熱電極，焊接的一端作為熱端，另一端作為冷端。1-熱電偶；2-連接導(dǎo)線；3-顯示儀表。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第25頁/共43頁

測量時(shí)將熱電偶的熱端置于被測溫度場中，冷端處于環(huán)境溫度下，由于熱電偶冷熱兩端的溫度不同，在熱電偶上將產(chǎn)生與冷熱兩端的溫度差大小有關(guān)的熱電勢，測量時(shí)若保持冷端溫度不變，熱電偶的熱電勢就是所測溫度的單值函數(shù)。這樣，測出熱電勢E的大小，就可知道所測溫度的大小。

中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第26頁/共43頁

五、熱電阻溫度計(jì)

1、熱電阻溫度計(jì)的測溫原理熱電阻溫度計(jì)是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化的原理制成的，當(dāng)測出金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值時(shí)，就可以獲得與之對應(yīng)的溫度值。

由感溫元件熱電阻、顯示儀表和連接導(dǎo)線組成。使用時(shí)將熱電阻置于被測溫的介質(zhì)中，介質(zhì)溫度的變化引起熱電阻的電阻值變化，此變化通過顯示儀表指示出被測溫度。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第27頁/共43頁普通型熱電阻的結(jié)構(gòu)

熱電阻由電阻體、絕緣管、保護(hù)套管、接線盒四部分組成。1-引出線孔；2-引線孔螺母；3-鏈條；4-蓋子；5-接線柱；6-密封圈；7-接線盒；8-接線座；9-保護(hù)套管；10-絕緣管；11-引出線；12-電阻體中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第28頁/共43頁液位測量一、直讀式液位計(jì)這類儀表中主要有玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等，這類液位計(jì)是利用連通器原理進(jìn)行液位測量的。主要用在加熱爐、分離器等的容器上。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第29頁/共43頁

二、浮力式液位計(jì)這類液位計(jì)是利用浮力原理工作的。分為兩種：一是恒浮力式液位計(jì)，如浮標(biāo)式、浮球式、磁浮子液位計(jì)；另一種是變浮力式液位計(jì)，如浮筒式液位計(jì)。

中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第30頁/共43頁磁浮子液位計(jì)中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第31頁/共43頁流量測量

一、流量測量的重要性在石油、天然氣開采過程中，石油、天然氣、水等流體是在管道中處于不斷的流動狀態(tài)。這時(shí)需要對介質(zhì)的流量進(jìn)行測量和控制，以確保安全、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)；同時(shí)，流量測量也是進(jìn)行貿(mào)易、經(jīng)濟(jì)核算需要的重要參數(shù)。石油、天然氣的計(jì)量以總量計(jì)量為主，計(jì)量方法有兩類：質(zhì)量法和體積法。質(zhì)量法的計(jì)量單位為噸，通常我國原油計(jì)量用質(zhì)量法；體積法的計(jì)量單位為立方米，國外用桶或加侖，我國天然氣計(jì)量用體積法。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第32頁/共43頁二、流量的概念和單位

瞬時(shí)流量單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面積的流體數(shù)量叫流量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量兩種方法表示。

體積流量：單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面積的流體體積數(shù)量為體積流量。天然氣流量常用體積流量來表示，其法定單位為m3/s，m3/h，m3/d等。質(zhì)量流量：單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面積的流體質(zhì)量數(shù)量為質(zhì)量流量。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第33頁/共43頁

一定質(zhì)量天然氣的體積與所處的溫度、壓力有關(guān)，當(dāng)天然氣的溫度、壓力發(fā)生變化時(shí)、天然氣的體積隨之發(fā)生變化，那么體積流量也發(fā)生變化。有關(guān)法規(guī)規(guī)定：天然氣流量計(jì)量用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量來計(jì)量。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是指壓力為101.325kPa，溫度為293.15K的氣體狀態(tài)。

2.累積流量一段時(shí)間流經(jīng)管道截面的流體的數(shù)量的總和，也叫總量。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第34頁/共43頁

三、流量測量儀表的分類測量流量的儀器或儀表叫做流量計(jì)。用于測量流量的流量計(jì)種類很多，根據(jù)測量原理的不同分為三類：

1.速度式流量計(jì)常用的主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板差壓式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、臨界速度流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)等。

2.容積式流量計(jì)以計(jì)量總量為主。

3.質(zhì)量式流量計(jì)是一種正在發(fā)展中的流量計(jì)。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第35頁/共43頁四、差壓式流量計(jì)

目前現(xiàn)場常用孔板差壓流量計(jì)進(jìn)行天然氣流量的測量。

1、結(jié)構(gòu)及測量原理差壓流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓信號管路及差壓顯示儀表（或微機(jī)處理機(jī)）三部分組成。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第36頁/共43頁被測流體的流量經(jīng)節(jié)流裝置轉(zhuǎn)換為差壓信號，再通過信號管路傳至差壓顯示儀表，從而進(jìn)行流量顯示。在天然氣采輸生產(chǎn)中，廣泛使用的節(jié)流元件是標(biāo)準(zhǔn)孔板的環(huán)室節(jié)流裝置。中國石油第八采油廠培訓(xùn)站第37頁/共43頁

五、旋進(jìn)旋渦智能流量計(jì)

在測量天然氣流量時(shí)，由于氣體的密度受溫度壓力參數(shù)的影響較大，一般在常溫附近溫度每變化lO℃密度變化約為3％，而在常壓附近，壓力每變化0.01MPa密度變化約為9%。因而要準(zhǔn)確測量天然氣的