儀表及自動(dòng)化

測量儀表篇儀表及自動(dòng)化主要內(nèi)容第一章檢測儀表基礎(chǔ)知識(shí)概述儀表的性能指標(biāo)工業(yè)儀表的分類第二章壓力檢測及儀表概述彈性式壓力計(jì)電氣式壓力計(jì)智能型壓力變送器第三章流量檢測及儀表概述差壓式流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)旋進(jìn)流量計(jì)渦輪流量計(jì)電磁流量計(jì)超聲波流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)第四章物位檢測及儀表概述直讀式液位計(jì)差壓式液位變速器電容式物位傳感器雷達(dá)式物位傳感器核輻射物位計(jì)第五章溫度檢測及儀表溫度檢測方法膨脹式溫度計(jì)壓力式溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)第六章軸系檢測儀表概述旋轉(zhuǎn)機(jī)械基本參數(shù)的檢測監(jiān)測器系統(tǒng)第七章在線分析儀表樣品處理系統(tǒng)工業(yè)色譜儀在線氧含量分析儀在線紅外線分析儀在線水質(zhì)分析儀第一章檢測儀表基礎(chǔ)知識(shí)

檢測元件：又稱為敏感元件、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)。

檢測儀表

將檢測元件、變送器及顯示裝置的統(tǒng)稱，或者將檢測元件稱為一次儀表，將變送器和顯示裝置稱為二次儀表。

信號(hào)傳送：4~20mA(0~20mA、0-10mA)；20~100kPa1、概述檢測儀表的作用執(zhí)行器工藝過程檢測儀表控制儀表給定值偏差被控變量測量值單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)方塊圖檢測儀表是化工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。其作用就是獲取生產(chǎn)過程中化工變量的信息。檢測參數(shù)包括：溫度（T）、壓力（P）、流量（F）、物位（L）、成分（A）檢測系統(tǒng)的組成敏感元件被檢測量自動(dòng)檢測系統(tǒng)圖電子測量電路輸出單元標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)

測量誤差指由儀表讀得的被測值與被測量真值之間的差距。通常有兩種表示方法，即絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。

絕對(duì)誤差是指儀表指示值x與被測量的真值x0之間的差值，即△=│x一x0│

相對(duì)誤差即儀表引用誤差，它是絕對(duì)誤差與測量標(biāo)尺范圍之比.±(X—X0)δ=-------------------------×100％標(biāo)尺上限一標(biāo)尺下限2、儀表的性能指標(biāo)(1).精確度（簡稱精度）說明

儀表的測量誤差可以用絕對(duì)誤差Δ來表示。但是，儀表的絕對(duì)誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)不相同。因此，常說的“絕對(duì)誤差”指的是絕對(duì)誤差中的最大值Δmax。兩大影響因素絕對(duì)誤差和儀表的測量范圍相對(duì)百分誤差δ允許誤差舉例

某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對(duì)誤差為＋4℃，試確定該儀表的精度等級(jí)。解該儀表的相對(duì)百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“＋”號(hào)與“％”號(hào)，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級(jí)中沒有0.8級(jí)儀表，同時(shí)，該儀表的誤差超過了0.5級(jí)儀表所允許的最大誤差，所以，這臺(tái)測溫儀表的精度等級(jí)為1.0級(jí)。

儀表的δ允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的δ允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對(duì)百分誤差去掉“±”號(hào)及“％”號(hào)，便可以用來確定儀表的精確度等級(jí)。目前常用的精確度等級(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)是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。精度等級(jí)數(shù)值越小，就表征該儀表的精確度等級(jí)越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級(jí)以上的儀表，常用來作為標(biāo)準(zhǔn)表；工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。

儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表面板上。舉例1.51.0如：(2).變差

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對(duì)被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小）測量時(shí)，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差。

測量儀表的變差(3).靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個(gè)位移的被測參數(shù)變化量的比值。即

式中，S為儀表的靈敏度；Δα為指針的線位移或角位移；Δx為引起Δα所需的被測參數(shù)變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對(duì)誤差的一半。注意：上述指標(biāo)僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨力表示。

(4).重復(fù)性重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動(dòng)時(shí)所得標(biāo)定特性曲線不一致的程度。若標(biāo)定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。

重復(fù)性示意圖(5).線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。線性度示意圖式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準(zhǔn)曲線對(duì)于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計(jì)算）。3、工業(yè)儀表的分類(1).按儀表使用的能源分類氣動(dòng)儀表、電動(dòng)儀表、液動(dòng)儀表電動(dòng)儀表的優(yōu)點(diǎn)以電為能源，信號(hào)之間聯(lián)系比較方便，適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用；現(xiàn)在電動(dòng)儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動(dòng)儀表的安全使用。

電動(dòng)儀表的缺點(diǎn)一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環(huán)境影響。(2).按信息的獲得、傳遞、反映和處理的過程分類

檢測儀表

作用是獲取信息，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。

顯示儀表

作用是將由檢測儀表獲得的信息顯示出來。

集中控制裝置

包括各種巡回檢測儀、巡回控制儀等。控制儀表

可以根據(jù)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算。執(zhí)行器

可以接受控制儀表的輸出信號(hào)或直接來自操作員的指令，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行操作或控制。

各類儀表的作用(3).按儀表的組成形式分類

基地式儀表特點(diǎn)是將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個(gè)表殼里，形成一個(gè)整體。這種儀表比較適于在現(xiàn)場做就地檢測和控制，但不能實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應(yīng)用范圍。

分為基地式儀表和單元組合儀表

單元組合儀表是將對(duì)參數(shù)的測量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)互相聯(lián)系，可以根據(jù)不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng)，適用性和靈活性都很好。

第二章壓力檢測及儀表1、概述壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）壓力單位帕/Pa兆帕/MPa工程大氣壓/(kgf/cm2)物理大氣壓/atm汞柱/mmHg水柱/mH2O（磅/英寸2）/（1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501各種壓力單位換算表p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對(duì)壓力的零線在壓力測量中，常有表壓、絕對(duì)壓力、負(fù)壓或真空度之分。

當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時(shí)，一般用負(fù)壓或真空度來表示。絕對(duì)壓力、表壓、負(fù)壓（真空度）的關(guān)系測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。(1).液柱式壓力計(jì)

它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進(jìn)行測量。

按其結(jié)構(gòu)形式的不同

有U形管壓力計(jì)、單管壓力計(jì)等

優(yōu)點(diǎn)這類壓力計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便缺點(diǎn)

其精度受工作液的毛細(xì)管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。

(2).彈性式壓力計(jì)

它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的。

(3).電氣式壓力計(jì)

它是通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進(jìn)行測量的儀表。(4).活塞式壓力計(jì)

它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較貴。

2、彈性式壓力計(jì)定義

彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。優(yōu)點(diǎn)

具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價(jià)格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點(diǎn)?？捎脕頊y量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。

(1).彈性元件

彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣。彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。(2).彈簧管壓力表

分類使用的測壓元件

單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。

用途普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。

1—彈簧管；2—拉桿；3—扇形齒輪；4—中心齒輪；5—指針；6—面板；7—游絲；8—調(diào)整螺絲；9—接頭彈簧壓力表基本測量原理

單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭９上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴(kuò)張變形。同時(shí)，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小。

在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。這時(shí)就應(yīng)采用帶有報(bào)警或控制觸點(diǎn)的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制。(3)電接點(diǎn)式壓力表電接點(diǎn)信號(hào)壓力表1，4

—靜觸點(diǎn)；2

—?jiǎng)佑|點(diǎn)；3

—綠燈；5

—紅燈

壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2，表盤上另有兩根可調(diào)節(jié)指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過上限給定數(shù)值時(shí)，2和4接觸，紅色信號(hào)燈5的電路被接通，紅燈發(fā)亮。若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，2與1接觸，接通了綠色信號(hào)燈3的電路。1、4的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。3、電氣式壓力計(jì)定義電氣式壓力計(jì)是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行傳輸及顯示的儀表。優(yōu)點(diǎn)1.該儀表的測量范圍較廣，分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2％；

2.由于可以遠(yuǎn)距離傳送信號(hào)，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實(shí)現(xiàn)壓力自動(dòng)控制和報(bào)警，并可與工業(yè)控制機(jī)聯(lián)用。

電氣式壓力計(jì)組成方框圖組成

一般由壓力傳感器、測量電路和信號(hào)處理裝置所組成。常用的信號(hào)處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機(jī)等。

幾種常見的傳感器或變送器：(1).霍爾片式壓力傳感器

霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量。

將霍爾元件與彈簧管配合，就組成了霍爾片式彈簧管壓力傳感器，如下圖所示。

霍爾片式壓力傳感器1—彈簧管；2

—磁鋼；3

—霍爾片

當(dāng)被測壓力引入后，在被測壓力作用下，彈簧管自由端產(chǎn)生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置，使所產(chǎn)生的霍爾電勢與被測壓力成比例。利用這一電勢即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離顯示和自動(dòng)控制。(2).應(yīng)變片壓力傳感器

應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時(shí)，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級(jí)電勢輸出，并用毫伏計(jì)或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計(jì)。

應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1—應(yīng)變筒；2—外殼；3—密封膜片(3).壓阻式壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。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(hào)。壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導(dǎo)環(huán)；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻特點(diǎn)精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單；便于實(shí)現(xiàn)顯示數(shù)字化；

可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。(4).電容式壓力變送器

電容式壓力變送器是一種開環(huán)檢測儀表，具有結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強(qiáng)、可靠性好、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，其輸出信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA（DC）電流信號(hào)。

工作原理電容式差壓變送器原理圖1—隔離膜片；2，7—固定電極；3—硅油；4—測量膜片；5—玻璃層；6—底座；8—引線先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進(jìn)行測量。

4、智能型壓力變送器

智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表?？蛇M(jìn)行遠(yuǎn)程通信

利用手持通信器，可對(duì)現(xiàn)場變送器進(jìn)行各種運(yùn)行參數(shù)的選擇和標(biāo)定；其精確度高，使用與維護(hù)方便。

特點(diǎn)第三章流量檢測及儀表1、概述介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過程達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。

流量大?。簡挝粫r(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。

總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。質(zhì)量流量M體積流量Q如以t表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是

流量計(jì)：測量流體流量的儀表。計(jì)量表：測量流體總量的儀表。

速度式流量計(jì)

以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。

容積式流量計(jì)

以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表。質(zhì)量流量計(jì)

以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。2、差壓式流量計(jì)

差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。

通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。（1）節(jié)流現(xiàn)象

流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

節(jié)流裝置包括節(jié)流件和取壓裝置?？装逖b置及壓力、流速分布圖

要準(zhǔn)確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會(huì)改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點(diǎn)及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。（2）節(jié)流基本方程式

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的?？梢钥闯鲆懒髁颗c壓差的確切關(guān)系，關(guān)鍵在于α的取值。流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

（3）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。

標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。孔板斷面示意圖如左圖，標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)尺寸和公差、粗糙度等都有詳細(xì)規(guī)定。

舉例

其中d／D應(yīng)在0.2～0.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h＝（0.005～0.02）D；總厚度H＜0.05D；錐面的斜角α＝30°～45°等等，需要時(shí)可參閱設(shè)計(jì)手冊。

舉例標(biāo)準(zhǔn)孔板采用角接取壓法和法蘭取壓法，標(biāo)準(zhǔn)噴嘴為角接取壓法。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法分為角接取壓法法蘭取壓法環(huán)式取壓結(jié)構(gòu)1—管道法蘭；2—環(huán)室；3—孔板；4—夾緊環(huán)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)孔板應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用于大流量的測量流體經(jīng)過孔板后壓力損失大，當(dāng)工藝管道上不允許有較大的壓力損失時(shí)，便不宜采用。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管壓力損失較孔板小結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104～105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。

節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個(gè)差壓信號(hào)還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計(jì)，以便顯示出流量的數(shù)值。3、轉(zhuǎn)子流量計(jì)（1）工作原理

以壓降不變，利用節(jié)流面積的變化來測量流量的大小，即轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理圖⑵轉(zhuǎn)子流量計(jì)結(jié)構(gòu)①玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由玻璃錐形管、轉(zhuǎn)子和支撐結(jié)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)子根據(jù)不同的測量范圍及不同介質(zhì)(氣體或液體)可分別采用不同材料制成不同形狀。流量示值刻在錐形管上②金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)的錐形管采用金屬材料制成，其流量檢測原理與玻璃管轉(zhuǎn)子流量計(jì)相同。金屬管轉(zhuǎn)子流量計(jì)有就地指示型和電氣信號(hào)遠(yuǎn)傳型兩種金屬管浮子流量計(jì)（3）電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適合于遠(yuǎn)傳，進(jìn)行顯示或記錄。

LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。

差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原理若將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鐵芯一起運(yùn)動(dòng)，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)3、橢圓齒輪流量計(jì)98（1）工作原理橢圓齒輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理通過橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量（2）使用特點(diǎn)

適用于高黏度介質(zhì)的流量測量。測量精度較高，壓力損失較小，安裝使用也較方便。橢圓齒輪流量計(jì)的入口端必須加裝過濾器。橢圓齒輪流量計(jì)的使用溫度有一定范圍。橢圓齒輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本較高。4、渦街流量計(jì)卡門渦街原理流體流經(jīng)非流線型柱體時(shí)，柱體后部兩側(cè)會(huì)由旋渦分離而產(chǎn)生渦街。渦街是兩列平行等距的旋渦列，兩列旋渦成錯(cuò)排，旋轉(zhuǎn)方向相反。旋渦的縱向間距相同，列間距與同列旋渦間距的比值是一個(gè)常數(shù)：h/L=0.281，與柱體斷面形狀、流體種類、流速無關(guān)。旋渦發(fā)生體壓電探頭dVfD漩渦流量計(jì)是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表?？ㄩT渦列(a)圓柱渦列；(b)三角柱渦列

漩渦頻率可以有多種檢測方法。其原理是將力學(xué)量通過力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等方法，最后轉(zhuǎn)換成電信號(hào)檢測出來。力學(xué)方法-應(yīng)變檢測熱學(xué)方法-直接檢測交變環(huán)流超聲渦街5、旋進(jìn)流量計(jì)流體振蕩型流量計(jì)基于旋渦進(jìn)動(dòng)原理工作原理旋進(jìn)流量計(jì)的外觀旋進(jìn)流量計(jì)結(jié)構(gòu)剖面圖渦街流量計(jì)與旋進(jìn)流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)比渦街流量計(jì)與旋進(jìn)流量計(jì)外觀對(duì)比6、渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)1—渦輪；2—導(dǎo)流器；3—磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器；4—外殼；5—前置放大器優(yōu)點(diǎn)安裝方便。測量精度高，可耐高壓。反應(yīng)快，可測脈動(dòng)流量。輸出信號(hào)為電頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。缺點(diǎn)一般應(yīng)加過濾器。安裝時(shí)，前后要有一定的直管段。

7、電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)原理圖測量原理和結(jié)構(gòu)

電磁流量計(jì)是基于法拉第電磁感應(yīng)原理制成的一種流量計(jì)，其測量原理如圖8-30所示。當(dāng)被測導(dǎo)電流體在磁場中沿垂直于磁力線方向流動(dòng)而切割磁力線時(shí)，在對(duì)稱安裝在流通管道兩側(cè)的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此電勢與流速成正比。只能用來測量導(dǎo)電液體的流量，且導(dǎo)電率要求不小于水的導(dǎo)電率，不能測量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍數(shù)的放大器，會(huì)造成測量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且易受外界電磁場的干擾。使用中要注意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時(shí)要遠(yuǎn)離一切磁源。不能有振動(dòng)。注意不同襯里的電磁流量計(jì)8、超聲波流量計(jì)

超聲波測流量的作用原理有傳播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、相關(guān)法、流速—液面法等多種方法。超聲流量計(jì)分類1.按測量原理分類:渡越時(shí)間差法、多普勒頻移法2.按結(jié)構(gòu)方式分類:直接式、外卡式、插入式外卡式渡越時(shí)間差法測速原理9、質(zhì)量流量計(jì)質(zhì)量流量計(jì)分為直接式和間接式質(zhì)量流量計(jì)直接質(zhì)量流量計(jì)分為熱式質(zhì)量流量計(jì)哥氏力質(zhì)量流量計(jì)等（1）熱式流量計(jì)直接式流量計(jì)

根據(jù)傳熱規(guī)律

為流體的定壓比熱兩點(diǎn)溫度差

熱式質(zhì)量流量計(jì)示意圖

測量原理科氏力流量計(jì)測量原理科氏力流量計(jì)的測量原理是基于流體在振動(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。質(zhì)量流量（2）科氏力流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)能夠直接測量質(zhì)量流量，不受流體物性（密度、黏度等）的影響，測量精度高；測量值不受管道內(nèi)流場影響，沒有上、下游直管段長度的要求；可測各種非牛頓流體以及黏滯和含微粒的漿液。

缺點(diǎn)它的阻力損失較大；零點(diǎn)不穩(wěn)定；管路振動(dòng)會(huì)影響測量精度。105科氏力質(zhì)量流量計(jì)間接式質(zhì)量流量計(jì)（1）測量體積流量Q的儀表與密度計(jì)配合渦輪流量計(jì)與密度計(jì)配合（2）測量ρQ2的儀表與密度計(jì)配合差壓流量計(jì)與密度計(jì)配合（3）測量ρQ2的儀表與測量Q的儀表配合

差壓流量計(jì)與渦輪流量計(jì)配合第四章物位檢測及儀表1、概論按其工作原理分類

物位是指存放在容器或工業(yè)設(shè)備中物料位置和高度，包括液位、料位和界面。液體介質(zhì)的液面(氣液分界面)高度稱為液位，兩種密度不同且互不相溶的液體的分界面稱為界面，固體粉末或顆粒狀物質(zhì)的堆積高度稱為料位。液位、界面及料位的測量統(tǒng)稱為物位測量。直讀式液位儀表

利用連通器原理測量液位，如玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)等浮力式物位儀表利用浮力原理測量液位或界位，有恒浮力式和變浮力式兩種。反射式物位儀表利用超聲波、微波在液面反射信號(hào)行程或不同相界面之間的反射特性間接測量液位，如雷達(dá)式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)等。射線式物位檢測放射性同位素所放出的射線穿過被測介質(zhì)時(shí)，因被其吸收而減弱，被吸收的程度與物位有關(guān)。利用這種方法可實(shí)現(xiàn)物位的非接觸式檢測。靜壓式物位儀表利用流體靜力學(xué)原理測量液位，測量結(jié)果受液體密度影響很大電氣式物位儀表將物位的變化轉(zhuǎn)換為某些電量的變化，實(shí)現(xiàn)物位檢測。一般把由敏感元件做成的桿狀電極置于被測介質(zhì)中，則電極之間的電氣參數(shù)，如電阻、電容等，隨物位的變化而改變。這種方法既可用于液位檢測，也可用于料位檢測。如電極式、電阻式、電容式、電感式、磁致伸縮式等物位測量儀表部屬于此類。直讀式液位計(jì)是直接觀察液面位置的儀表，利用連通器原理工作。（1）玻璃管液位計(jì)主要有玻璃管式液位計(jì)、玻璃板式液位計(jì)兩種。下圖分別為玻璃管液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)的結(jié)構(gòu)及測量原理示意圖。2、直讀式液位計(jì)

玻璃管液位計(jì)結(jié)構(gòu)和原理圖（2）玻璃板液位計(jì)玻璃板液位計(jì)由厚鋼化玻璃板、金屬壓框和連通閥構(gòu)成。玻璃板液位計(jì)外形和原理示意圖3、浮力式液位計(jì)

浮力式液位計(jì)主要用于液位測量和界面測量。浮力式液位計(jì)有恒浮力式液位計(jì)、變浮力式液位計(jì)兩類。恒浮力式液位計(jì)利用浮子隨液位的升降來反映液位變化。恒浮力式液位計(jì)又可分為浮標(biāo)式和浮球式液位計(jì)，它的結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，維護(hù)也比較方便。浮子式液位計(jì)浮子鋼帶式液位計(jì)編碼鋼帶液位計(jì)浮球式液位計(jì)浮球液位控制器變浮力式液位計(jì)是利用浮筒所受浮力隨液位、界面高度變化實(shí)現(xiàn)液位測量，常稱為浮筒（沉筒）式液位計(jì)。分類（1）浮子式液位計(jì)浮子式液位計(jì)原理圖

（2）浮子鋼帶式液位計(jì)浮子鋼帶式液位計(jì)原理圖（3）編碼鋼帶液位計(jì)

編碼鋼帶液位計(jì)是在浮子式液位計(jì)的基礎(chǔ)上改進(jìn)制成的。通過在連接鋼帶上打孔編碼，用光電變送器轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼信號(hào)輸出，因此又稱為光電液位計(jì)。編碼鋼帶式液位計(jì)的結(jié)構(gòu)圖

（4）浮球式液位計(jì)浮球式液位計(jì)浮球液位控制器的外形及結(jié)構(gòu)圖（5）浮筒式液位計(jì)浮筒式液位計(jì)的實(shí)物圖

扭力管平衡的浮筒測量原理圖

4、差壓式液位變送器工作原理差壓液位變送器原理圖壓力表式液位計(jì)差壓式液位計(jì)是根據(jù)流體靜力學(xué)原理工作的。由流體靜力學(xué)原理可知，一定高度的液體介質(zhì)作用于底面積上，所產(chǎn)生的靜壓力與液體高度有關(guān)。差壓式液位計(jì)是通過測量液位高度所產(chǎn)生的靜壓力來實(shí)現(xiàn)液位測量的。

△P=P1-P2=Hρg

5、電容式物位傳感器（1）.測量原理電容器的組成1—內(nèi)電極；2—外電極兩圓筒間的電容量C當(dāng)D和d一定時(shí)，電容量C的大小與極板的長度L和介質(zhì)的介電常數(shù)ε的乘積成比例。

通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。

（2）.液位的檢測1內(nèi)電極、2外電極、3絕緣套、4流通小孔非導(dǎo)電介質(zhì)液位測量導(dǎo)電介質(zhì)的液位測量1內(nèi)電極、2絕緣套管、3虛假液位；4容器（3）.料位的檢測

用電容法可以測量固體塊狀顆粒體及粉料的料位。由于固體間磨損較大，容易“滯留”，可用電極棒及容器壁組成電容器的兩極來測量非導(dǎo)電固體料位。1—金屬電極棒；2—容器壁左圖所示為用金屬電極棒插入容器來測量料位的示意圖。

電容量變化與料位升降的關(guān)系為料位檢測（4）電容式液位傳感器的類型6、雷達(dá)式物位傳感器

雷達(dá)式液位計(jì)是一種采用微波技術(shù)的液位檢測儀表。雷達(dá)式液位計(jì)示意圖雷達(dá)波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時(shí)間t由下式確定由于故常用雷達(dá)式液位計(jì)示結(jié)構(gòu)7、核輻射物位計(jì)射線的透射強(qiáng)度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱。核輻射物位計(jì)示意圖1—輻射源；2—接受器特點(diǎn)

適用于高溫、高壓容器、強(qiáng)腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位?？稍诟邷?、煙霧等環(huán)境下工作。但由于放射線對(duì)人體有害，使用范圍受到一些限制。第五章溫度檢測及儀表1、溫度檢測方法溫度不能直接測量，只能借助于冷熱不同物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量。分類按測量范圍

按用途

高溫計(jì)、溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)儀表、實(shí)用儀表

按工作原理

膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)

按測量方式

接觸式與非接觸式

測溫方式溫度計(jì)種類測溫范圍／℃優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)接觸式測溫儀表膨脹式玻璃液體-50～600結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量準(zhǔn)確，價(jià)格低廉測量上限和精度受玻璃質(zhì)量的限制，易碎，不能記錄遠(yuǎn)傳雙金屬-80～600結(jié)構(gòu)緊湊，牢固可靠精度低，量程和使用范圍有限壓力式液體氣體蒸汽-30～600-20～3500～250結(jié)構(gòu)簡單，耐震，防爆能記錄、報(bào)警，價(jià)格低廉精度低，測溫距離短，滯后大熱電偶鉑銠-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-考銅0～1600-50～1000-50～600測溫范圍廣，精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動(dòng)控制需冷端溫度補(bǔ)償，在低溫段測量精度較低熱電阻鉑銅-200～600-50～150測量精度高，便于遠(yuǎn)距離、多點(diǎn)、集中測量和自動(dòng)控制不能測高溫，需注意環(huán)境溫度的影響非接觸式測溫儀表輻射式輻射式光學(xué)式比色式400～2000700～3200900～1700測溫時(shí)，不破壞被測溫度場低溫段測量不準(zhǔn)，環(huán)境條件會(huì)影響測溫準(zhǔn)確度紅外線光電探測熱電探測0～3500200～2000測溫范圍大，適于測溫度分布，不破壞被測溫度場，響應(yīng)快易受外界干擾，標(biāo)定困難常用溫度計(jì)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)2.膨脹式溫度計(jì)雙金屬片雙金屬溫度信號(hào)器1雙金屬片、2調(diào)節(jié)螺釘、3絕緣子、4信號(hào)燈膨脹式溫度計(jì)是基于物體受熱時(shí)體積膨脹的性質(zhì)而制成的。3.壓力式溫度計(jì)它是根據(jù)在封閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體的飽和蒸汽受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度。壓力式溫度計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖

1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2刻度盤；3指針；4彈簧管；5連桿；6接頭；7毛細(xì)管；8溫包；9工作物質(zhì)應(yīng)用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表叫壓力式溫度計(jì)。

4、熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。熱電偶溫度計(jì)測溫系統(tǒng)示意圖1—熱電偶；2—導(dǎo)線；3—測量儀表熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶；測量儀表；連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線。熱電偶示意圖（1）熱電現(xiàn)象及測溫原理

熱電現(xiàn)象接觸電勢形成的過程熱電偶原理及電路圖左圖閉合回路中總的熱電勢或熱電偶名稱代號(hào)分度號(hào)熱電極材料測溫范圍/℃新舊正熱電極負(fù)熱電極長期使用短期使用鉑銠30-鉑銠6鉑銠10-鉑鎳鉻-鎳硅鎳鉻-銅鎳鐵-銅鎳銅-銅鎳WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2--CK鉑銠30合金鉑銠10合金鎳鉻合金鎳鉻合金鐵銅鉑銠6合金純鉑鎳硅合金銅鎳合金銅鎳合金銅鎳合金300～1600-20～1300-50～1000-40～800-40～700-400～300180016001200900750350工業(yè)用熱電偶（2）常用熱電偶的種類（3）熱電偶的結(jié)構(gòu)①普通型熱電偶熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電極絕緣管保護(hù)套管接線盒②鎧裝熱電偶

由金屬套管、絕緣材料（氧化鎂粉）、熱電偶絲一起經(jīng)過復(fù)合拉伸成型，然后將端部偶絲焊接成光滑球狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度快、使用方便、可彎曲、氣密性好、不怕振、耐高壓等。③表面型熱電偶

專門用來測量物體表面溫度的一種特殊熱電偶。優(yōu)點(diǎn)反應(yīng)速度極快、熱慣性極小。

④快速熱電偶測量高溫熔融物體一種專用熱電偶。5、熱電阻溫度計(jì)在中、低溫區(qū)，一般是使用熱電阻溫度計(jì)來進(jìn)行溫度的測量較為適宜。

熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻（感溫元件），顯示儀表（不平衡電橋或平衡電橋）以及連接導(dǎo)線所組成。圖3-64熱電阻溫度計(jì)對(duì)于呈線性特性的電阻來說，其電阻值與溫度關(guān)系如下式

熱電阻溫度計(jì)適用于測量-200～+500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。（1）.測溫原理利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應(yīng)）來進(jìn)行溫度測量的。

鉑電阻

在0～650℃的溫度范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為由實(shí)驗(yàn)求得

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝10Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)分度號(hào)為Pt100。（2）.工業(yè)常用熱電阻銅電阻

金屬銅易加工提純，價(jià)格便宜；它的電阻溫度系數(shù)很大，且電阻與溫度呈線性關(guān)系；在測溫范圍為-50～+150℃內(nèi)，具有很好的穩(wěn)定性。

在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即

工業(yè)上常用的鉑電阻有兩種，一種是R0＝50Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu10。另一種是R0＝100Ω，對(duì)應(yīng)的分度號(hào)為Cu100。（３）.熱電阻的結(jié)構(gòu)普通型熱電阻

主要由電阻體、保護(hù)套管和接線盒等主要部件所組成。熱電阻的支架形狀(已繞電阻絲)鎧裝熱電阻

將電阻體預(yù)先拉制成型并與絕緣材料和保護(hù)套管連成一體。

薄膜熱電阻

將熱電阻材料通過真空鍍膜法，直接蒸鍍到絕緣基底上。第五章軸系檢測儀表1、概述石油化工企業(yè)使用著大量大型的傳動(dòng)設(shè)備，如透平、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等。這些大型機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到生產(chǎn)裝置的安全。從而進(jìn)一步關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了確保大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，減少非正常停車，節(jié)約的維修費(fèi)用，對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)必須進(jìn)行監(jiān)測。通過對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和評(píng)估，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障早期制定