筆記化工儀表及自動化教材

目錄

第一篇過程測量儀表.........................................................1

第1章概述...............................................................1

一、儀表的分類......................................................2

二、自動化儀表的發(fā)展概況............................................2

三、測量過程........................................................2

四、測量誤差及性能指標..............................................3

第2章壓力測量及變送....................................................5

第一節(jié)概述............................................................5

第二節(jié)彈性式壓力計....................................................6

第三節(jié)壓力傳感器與變送器..............................................8

第四節(jié)壓力儀表選用、安裝與校驗......................................10

第3章物位測量及變送...................................................14

第一節(jié)概述...........................................................14

第二節(jié)浮力式液位計...................................................14

第三節(jié)差壓式液位計...................................................17

第四節(jié)其它物位計.....................................................19

第4章流量測量及變送...................................................20

第一節(jié)概述...........................................................20

第二節(jié)差壓式流量計...................................................21

第三節(jié)靶式流量計.....................................................25

第四節(jié)容積式流量計...................................................26

第五節(jié)轉子流量計.....................................................28

第5章溫度測量及變送...................................................29

第6章顯示儀表.........................................................29

第一篇過程測量儀表

第1章概述

生產過程自動化基本概念

在生產過程中，利用自動化儀表裝置來檢測、顯示、控制生產過程中的重要工藝參數，自動的維持生產過程的

正常進行，當工藝參數受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動的調回到規(guī)定的參數范圍內。

生產過程自動化系統(tǒng)分為以下幾類：

自動檢測系統(tǒng)、自動信號聯鎖保護系統(tǒng)、自動操作系統(tǒng)、自動調節(jié)系統(tǒng)。

自動調節(jié)系統(tǒng)：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)。

人工控制過程、自動控制過程。

如何替代人工調節(jié)，完成自動調節(jié)的功能。

自動控制方框圖：

如果是人工控制，那么人應該通過眼睛觀察液位是高于還是低于規(guī)定的液位，在根據大腦的分析得到是開大還是

關小閥門，在發(fā)出指令通過手來執(zhí)行關小還是開大閥門。

如果是自動控制的系統(tǒng)，通過檢測環(huán)節(jié)測量被測參數，通過測量變送器吧測量結果和給定值進行比較，在比較環(huán)

節(jié)把測量值Pv和給定值Sv進行比較，Dv=Sv-Pv,通過調節(jié)器來判斷Dv是大于。還是小于0,得到MV值，把MV

發(fā)送給執(zhí)行器，執(zhí)行器可以執(zhí)行對調節(jié)閥的開閉，從而完成對調節(jié)對象的調節(jié)。

四個方框分別代表控制系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)，它們的連接方式是信息流而不是物質流，信息的流動，是個理想的關系，

箭頭表示信息的流動方向。

這里可以了解一下自動控制系統(tǒng)是如何實現的。

這就是自動控制系統(tǒng)的方框圖。

一、儀表的分類

1.安儀表工作所需能源分類：氣動、電動、液動

（儀表需要對它提供能源才能工作。）

氣動儀表通過提供壓縮空氣，通常是0」4MPa的壓縮空氣；通過膨脹來做功。

液動通過液體液壓的方式來提供動力。

現在主要是電動儀表。

2.按系統(tǒng)組成結構分：基地式儀表、單元組合式儀表、組件組裝式儀表、分散綜合控制系統(tǒng)。

單元組合式：安裝功能來分組，把不同功能的儀表連接起來，各個模塊之間具有互換性，目前是一種比較主要

的形式。

組件組裝式儀表：通過插卡的形式放在計算機的總線槽里面。

綜合控制系統(tǒng)：可以替換以前很多多個單臺儀表組成的計算機控制系統(tǒng)，當前的主流。

3.按防爆能力分：普通型、隔爆型、安全火花型

主要是使用在化工企業(yè)中，

隔爆型：通過外殼和外界隔離。

安全火花型：又叫本安型，本質安全型。

二、自動化儀表的發(fā)展概況

基地式儀表階段

單元組合式儀表階段

很多現場儀表都是這樣的方式。

以微處理器為基本部分的控制裝置階段

重點：測量方法，測量儀表概念，測量誤差，儀表的性能指標

三、測量過程

1.測量過程

用一個已知量（單位）與被測量比較，收集信息的過程：

A=g*Ux

g：測量比值

UX:測量單位

測量過程就是一個信息的獲取的過程。

2.測量方法

a）根據測量方式分：

i直接測量一測量直接得到結果的測量；

ii間接測量一不能直接得到測量結果，須經過一定運算。

b）根據接觸方式分：

i接觸式測量：容易測得比較真實的測量值，往往需要測量元件放到介質里面，干擾介質，稍微影

響測量結果。

ii非接觸式測量（輻射式等等）：由于距離原因可能不太準確。

c）根據平衡方式:

i.平衡式：指零式，比如天平，一般是指零的。

ii.非平衡式：偏差式，比如通常情況下它是指令的有測量值變化時，他的指針是不指零的。

3.測量儀表

a）開環(huán)結構：

i.被測參數一檢測/變換一傳遞放大一顯示/變送

b）閉環(huán)結構：穩(wěn)定性，精確性高于開環(huán)結構。

i.增加反饋環(huán)節(jié)，提高儀表穩(wěn)定性、測量精度。

在顯示/變送之前把信號通過處理反饋給檢測/變換之前，進行分析控制。

各有優(yōu)缺點啦。

四、測量誤差及性能指標

1.測量誤差

誤差=測量值-真實值

誤差的分類：（按誤差的本身性質分）

系統(tǒng)誤差：指測量結果的一種固定或者有規(guī)律的偏移。測量結果的整體的偏移，往往由于儀器或者使用方法習慣

性的不當，或者儀器的固定的偏差；系統(tǒng)誤差的克服：把測量結果減去測量偏差值就可以克服這個系統(tǒng)誤差了。

隨機誤差：圍繞著一定的范圍在雜亂無章地變化的。平均值為0。外界偶然因素的干擾等等。

疏忽誤差：外界突然因素或者人操作的突然因素或者外界干擾，測量值遠遠偏離真實值，往往出現的情況較少。

系統(tǒng)誤差不可避免的。

隨機誤差可以取平均值。

疏忽誤差不要放入最終的數據處理。

用儀表儀器測量而得到的值。

誤差公理：任何測量過程都存在誤差；那么真實的值從哪里來的？

真實值：用標準值、理論值代替。用足夠精度的值來代替，是相對的，相對于其他的儀器來說已經十分精確了；

理論值從理論上的得到的值。

2.儀表性能指標：誤差及誤差計算

a）絕對誤差a、相對誤差r

i.絕對誤差：a=x-x0,x：測量值，x0：真實值（標準值）。有正負號,有單位。

ii.相對誤差：r=（x-xO）/XO*1OO%

b）引用誤差q允

i.測量絕對誤差與測量儀表量程值百分比。

Q=amax/L*100%

L=1上-1下，儀表量程，

上下分別表示儀表的測量上下限。

C）回差（變差）h

H=（X上-X下）/L*100%

X上：測量上行值。

X下：測量下行值。

注意：對同一個被測參數測量得到的不同結果。

變差產生原因：傳動機構間隙，彈性元件滯后。

股比

3.精度精度等級

a）精度（精確度）是精密度（系統(tǒng)誤差）和準確度（隨機誤差）的綜合。

b）精度是反映儀表性能優(yōu)劣的主要指標。

C）精度由qmax和h確定，儀表出廠要求

Q允>=41112*、q允>=h

Q允：儀表允許的引用誤差最大值。

Qmax：儀表實際的最大引用誤差，

Q允：去掉正負號和％就是精度。

精度等級：。。。。。0.40.51.01.52.5ooo

算出精度來之后，在根據國家規(guī)定的儀表的精度等級，來確定儀表的精度，比如如果4允=±1.3,那么應該確

定1.5的精度，因為這個儀表達不到1.0的等級，只能達到1.5的等級。數字越小那么精度越高。所以出廠的時候的

精度應該定位1.5。

4.靈敏度、靈敏限及分辨率

a）靈敏度：S=

b）靈敏限：輸入變化多少才允許輸出開始變化。

c）分辨率：通常指數字式儀表，也就是說，顯示的時候是以幾位數字顯示，最小數字是個位數1,單位

如果是帕斯卡，那么它的分辨率就是1帕斯卡了。

5.其他指標：反應時間、可靠性

a）例如：有一塊壓力表測量范圍為0?150Kpa,測量lOOKpa這一點，測得上行值為98Kpa,下行值為

lOlKpa,其余各點誤差均小于此點，問此壓力表的qmax、h和精度格式多少？

b）解：qmax===-1.33%

c）H=（98-101）/150*100%=-2.0%

d）精度智能定成2.5。

第2章壓力測量及變送

本章重點：壓力的單位、表示方法，彈簧管壓力表的結構及原理、選用、安裝和校驗，電容式差壓變送器和智

能式差壓變送器的簡單原理，變送器輸出值的計算。

第一節(jié)概述

一、壓力

壓力（壓強）P=F/A

標準單位：Pa、Kpa、Mpa

工程單位：巴bar,毫米水柱mmH2O、毫米汞柱mmhg、標準大氣壓ATM、工程大氣壓公斤等。

二、壓力表示方法

大氣壓：大氣自重產生的壓力；

表壓：以大氣壓作為它的基準；

絕壓：絕對真空作為基準。

真空度：低于大氣壓的壓力

關系式：

表壓=絕對壓力-大氣壓

真空度=大氣壓-絕對壓力

這里，我們測得的壓力值屬于表壓力，因為它的基準是大氣壓力，我們如果不說明那么測量的就是表壓，除非特

殊說明那么一般測量的就是表壓。

b）彈性元件式：彈簧管、膜片、膜盒、波紋管

c）電氣式（壓力一電量（R、V、I、C））

d）活塞式（校驗儀器），一般作為校驗儀器來生產的。

第二節(jié)彈性式壓力計

一、彈性元件

彈性式壓力計通過測量彈性元件受壓后所產生的彈性變形（即位移）來測量壓力。

常用的彈性元件：膜片、膜盒、波紋管、彈簧管。

用到的最多的是彈簧管。

膜片一般是圓形的上邊有一些一圈一圈的波紋。

o壓力作用在膜盒上。

波紋管，下邊有壓力，上邊有位移。

270s左右的單圈彈簧管，

多圈彈簧管就是很多圈的彈簧管了。

二、彈簧管壓力計

a）組成（結構）

彈簧管：截面是橢圓形的，扁平、中空，橫截面為橢圓形，一端固定，一端為自由端，弧度為270°,

銅、合金銅、長軸方向的彈力大于徑向的彈力,

橢圓的形狀趨于變形成近圓形，自由端變化角度的△=K*P,k彈性系數。

作用:感受壓力信號，并轉換為位移信號。

ii.齒輪、杠桿傳動機構:

1.作用：傳遞放大（一般兩級放大），改變調整螺釘8的位移，可調量程，（調放大倍數）。

iii.游絲：克服齒輪間的間隙，減少變差（說明變差產生原因）。

彈籬管壓力恚結構示意圖

指牡

變差產生的原因：行程和回程的嚙合齒輪的齒面不相同。

2.工作原理：

壓力”彈簧管一位移一一級放大（扇形齒輪）一二級放大（中心齒輪）一指示

第三節(jié)壓力傳感器與變送器

壓力測量：

就地指示：彈簧管壓力表

遠傳信號式：傳感器式、變送器（氣動、電動）

傳感器：能將飛變量被測參數按確定函數關系轉換成電量的設備/器件。

變送器:

（1）變送：將被測參數成比例轉換成標準統(tǒng)一信號，并能將統(tǒng)一信號有限距離的遠傳。

（2）可調量程：把同一參數不同的測量范圍轉換為成比例的統(tǒng)一信號。

a）統(tǒng)一信號：一般來說是4-20mADC的直流電流信號。

b）有0-10或者0-20MPa的測量范圍都轉換為4-20mA的直流信號。

C）一般來講，傳感器在前，傳感器的信號傳遞給變送器，傳感器測量參數，傳送電量，變

送器把電量成比例轉換成4-20mA的標準直流電流信號。

一、壓力傳感器

a）壓阻式、應變式、電容式、電感式、振動式。

二、氣動壓力（差壓）變送器，QBC

a）利用杠桿、噴嘴-擋板機構，氣動放大器、反饋機構、波紋管噴嘴-擋板機構，即將杠桿

的位移轉換成壓力。

b）利用力矩平衡原理

C）（Z\P）P測T-Ff-杠桿偏轉一擋板靠近噴嘴-P背壓T-P出f-指示f（反饋f）

三、電動差壓變送器DBC

a）將P測（4P測）轉化為電信號輸出。

P測（Z\P測）一Z\M、X-電容C.LR.V.f電信號（4?20mA）

雙槨氏宏壓變送器通過雙杠桿將分將轉化為1四,再將6

移成淘質壓器等機構轉換成電流4?20111A輸L

（1151）由容式差壓變送器是將差壓的變化轉化為電容

板的位移，從而使電容量發(fā)生變化，然后利用測量電路、

運算放大電路轉換成4?20mA輸出電流。

電容式智能差壓變送器是利用微處理器實現了自動調

零、調量程、自診斷等功能的一種新型變送器。

單元組合三型DDZ-W;

c）1151電容式壓力變送器，試講差壓的變化轉化為電容板的位移，從而使電容量發(fā)生變化,

然后利用測量電路、運算放大電路轉換成4-20mA的輸出。電容式智能差壓變送器是利

用微處理器實現了自動調零，調量程、自診斷等功能的一種新型變送器。

四、變送器輸出值的計算

a）變送器的統(tǒng)一信號：0.14MPa

i.QDZ氣動變送器輸出的統(tǒng)一信號為：0.02?（MMPa

ii.DDZ電動差壓變送器輸出的統(tǒng)一信號為：0?10mA、4?20mA

b)輸出值計算通用式：

輸出（1出或P/

=（被測參數值-變送器測量下限）/變送器量程又輸出量程+信號起始值

例如:一臺DDZ-W差壓變送器，測量范圍2.5?lOMPa,當所測壓力為5MPa時，輸出是多

少？

注意:默認DDZ-W輸出的標準范圍是4?20mA的標準電流信號。

I出==9.33mA

第四節(jié)壓力儀表選用、安裝與校驗

壓力表的選用

a）型號

i.Y-IOOJOO指表盤直徑。遠距離可以大一點150,如果有空間限制或者近距離觀察，可以使用50mm

的表盤直徑。

ii.YA-100,測量含氨氣的介質。因為一般的壓力表使用銅或者合金銅，氨對同或者合金銅有腐蝕性，

所以銅介質的彈簧管會被腐蝕或者穿孔，所以含氨氣的壓力表應該使用不銹鋼的壓力表。

iii.Y0-50Q指的是氧用壓力表，氧用，小壓力表，專用的YO,不能夠在彈簧管的連接頭上沾油脂，

如果氧氣和油脂接觸會發(fā)生危險。所以YO的壓力表的彈簧管的接頭處不會沾有油脂。一般的壓

力表可能在螺紋連接的地方涂油油脂，氧用壓力表沒有油脂，防止了氧和油脂接觸時發(fā)生危險。

iv.從介質、觀察、安裝三個方面選擇壓力表的型號。

b）量程

i.壓力平穩(wěn)：P量=P測*1.5,波動范圍大P量=P測*2.0,下限選?。簻y量值大于1/3量程。

ii.量程靠級：0~1.0,1.6,2.5,4,6,10*10的n次方MPa

iii.避免壓力表超限而損壞，也不能讓壓力表的示值一直處于壓力表的低壓力范圍，這樣會使壓力表

的測量精度偏低，一般測量值最小不能小于壓力表的1/3的量程。實際上就是在量程的1/3?2/3

的中間區(qū)域來使用壓力表，可以獲得不較好的精度，也可以防止測量值超限。當然如果波動較大

那么也可能是在"3?1/2的測量范圍等等。選擇好了量程以后，必須到量程的系列里面選擇量

程值，就是量程值要標準化。P測=1.8MPa,P量=2.5MPa、

c）精度選擇

i.求引用誤差，靠精度等級（往高精度靠）

H.精度的選擇的話，主要要考慮的問題就是引用誤差，引用誤差的求取，根據選表和誤差要求選擇：

例如：假設現在測量比較穩(wěn)定的壓力測量范圍，0.8MPa要求，誤差不大于±0.02MPa;要求選擇

壓力表的精度量程。

iii.解答：0.8兆帕因為穩(wěn)定所以0.8*1.5=12兆帕，位于1.0?1.6兆帕之間,所以選擇0?1.6兆帕，

驗證下限問題，1.6/3=0.5333<0.8兆帕所以測量值在1/3以上，2/3以下的區(qū)域，所以這個量程的

選擇是合適的。這樣過程就比較完整了；現在可以求取引用誤差了，量程。?1.6,q允=±

0.02/1.6-0*100%=±1.25%,根據精度等級序列，有1.0和1.5的級別，應該選擇1.5的級別。、

iv.注意：如果出廠的時候那么不可以標注1.0,如果標注1.0那么儀表實際是達不到精度要求的，但

是如果選用上，我們應該選用精度1.0的精度的儀表以滿足我忙的對儀表1.25的精度要求。

a）測管道靜壓應該避開壓力擾動處（比如阻力架的后面，管道彎頭、截止閥門、彎頭等等離開有一定的

距離，有一定的穩(wěn)定的時間）、保證測量管路內為單相流體，引壓管道單相（氣相或者液相，不能混

相）流體，如果液體中混有有氣體，容易壓縮或者膨脹，如果氣體中混有液體，容易造成一段附加的

壓力，都會造成壓力測量的不真實。

b）開孔：壓力穩(wěn)定處，即不要有閥，彎頭等阻力件。應該離開一定距離。

c）方位：液體在管道下方45度區(qū)域取壓（不要在正下方避免雜物的堵塞）；氣體在管道上方（不易存在

積液的問題）力坤才1波、俾加涮目笞E

d）開孔

e）引壓管路、口徑很小例如6mm的直徑，避免雜質進入，保證單相，避免壓力測量的不準，有一定的

傾斜度。

f）壓力表的安裝：比如高溫、腐蝕、高粘度不能夠讓介質壓力直接接觸壓力表的彈簧管，防止彈簧管的

性能的改變，高粘度可能進去出不了，堵塞。這些情況，可以使用，高粘度，腐蝕性，易結晶等介質

應加隔離罐，罐隔離液。

校驗

a）校驗的目的是已確認經過一定時間的使用壓力表是不是還適合繼續(xù)使用。

b）校驗是被校儀表與標準儀表在相同條件下的比較過程。

c）標準表：根據被校表進行選擇，要求標準表的允許絕對誤差不得超過1/3的被校表允許絕對誤差，標

準表的量程應比被校表兩個車大一檔。（0-1.00-1.6等各個檔位，）

d）校驗步驟：

e）利用壓力發(fā)生器，產生壓力，使被校表壓力指示為一個定值后讀取標準表示值，在被校表量程范圍內

均勻取五個點，包括起始和終點，若起點不準，可調整指針，若終點不準（滿量程）不準，可調準傳

動放大杠桿上螺釘的位置，一般要求測出上行、下行值然后記錄數據，進行誤差計算，并得出結論。

f）可以使用標準祛碼校驗和標準表校驗進行比對。標準表檢驗通過手輪加壓和減

g）必須完成上行和下行值的校驗過程。假碳碼就是上行的校驗過程，減碳碼就是下行的校驗過程。至少

要五個點或者更多。標準碳碼的校驗過程不裝標準表。

h）標準表的檢驗方法需要安裝標準表，通過旋轉手輪來加壓和減壓獲得上行和下行值。操作工程中要十

分小心的，搖桿操作的過程很容易超過，如果超過了測量點在吧手輪到過來旋轉得到那個點那么得到

的不是上行值而是下行值這是十分需要注意的地方，如果超過過多了可以反向旋轉較多的距離在重新

正向旋轉才能得到上行值。

i)

注意：如果起點不準，調準指針的時候要使用取針器取下來不能使用手，防止損壞指針。如果終點（滿

量程）不準可以調整扇形齒輪的螺釘位置，一般要求測量出上行、下行值然后記錄數據，進行誤差計

算，并得出結論。

第3章物位測量及變送

重點：物位概念，恒浮力式、變浮力式物位計的結構、原理及適用場合，差壓式物位計的原理及實際使用中應

注意的問題：遷移。

第一節(jié)概述

這三個具體的概念：

液位一氣液界面，

界面一兩種不同液體撿的接觸面，當然這兩種不同液體不相溶或者過一段時間可以出現分界面的兩種液體。

料位（面）一固體的容高，固體粉末或者顆粒狀的物料，比如水泥等等

注意：如果罐子，可能有進口，有出口，罐已經滿了，可能溢出，如果已經抽完了，還繼續(xù)抽可能導致罐的倒

塌，。所以對罐的液位或者料位的檢測是十分重要的。

物位計類型：

1、直讀式液位計

Ph

利用連通器的原理，有玻璃管，玻璃板，磁翻板液位計；戲曲"站址o由于玻璃管不能承受一定的壓力和溫度，

使用有機玻璃板，玻璃板式還可以加上鋼架可以承受一定的溫度和壓力。

磁翻板式，利用直讀式，的連通器的原理，連通器里面放入浮球具有NS極的磁性的浮球，浮球上下移動可以吸

附翻板翻轉，也可以讀取液位。應該是一長排翻板。

2、浮力式：恒浮力式、變浮力式。例如浮標跟隨液面上下移動，恒浮力式。當物體浸入液體的體積不同受到

的力不同可以得到不同的信號。

3、差壓式物位計

4、其他物位計：輻射式，核輻射或者射電輻射，超聲波式，光電式。雷達式，射頻導納式等。都有非接觸式

的性質，射頻導納式接觸式的儀表。

5、還有電容式，實際應用中還是有用處的。

6、概述的內容就到這里吧。

第二節(jié)浮力式液位計

一、恒浮力式

a）自動跟蹤式

i.恒浮力式是指維持浮力不變，浮標一直漂浮在液面上，浮標隨著液面的高低變化，浮標位置的變

化通過傳遞機構傳出容器外，則可進行指示，或其他轉換。

ii.油罐區(qū)有時用自動跟蹤式液位計，而塔板上常用的是浮球式液位計?？梢栽黾訕顺?，從而可以指

示浮標的位置，這里標尺應該是倒立的，數值自上而下越來越大。

iii.自恒系統(tǒng)容易受到摩擦力的影響，滑輪這個系統(tǒng)實際中的利用價值并不是十分理想。

iv.現在一般做成自動跟蹤式液位計，有一個跟蹤動力機構。電動機纏繞滾筒，通過一定的檢測機構

檢測浮標在液體里面的浸沒程度的變化，浸沒程度減小了那么液位下降，則動力機構提供動力，

使浮標跟著液位下降重新達到先前的浸沒程度。當然通過檢測器來檢測浮標的浸沒位置。這樣可

以做到0.01%的檢測，量程可以做到0-15m的量程，適合大罐的檢測。煉油廠的大罐或者儲罐的

檢測。

b）浮球式

i.空心金屬球由連桿連至容器外，轉動點在容器壁上，連桿另一端有平衡重錘來維持平衡，液位的

變化帶動連桿的轉動，轉動的角度轉化為刻度指示，亦可以將傳動通過一定的機構轉換成電（氣）

信號遠傳。

ii.特點：浮球式液位計適用于溫度、粘度較高，而壓力不太高的密閉容器內的液體介質的液位測量。

iii.當然也有外浮球式，外浮球式不宜適用于粘度高的液體或者容易結晶的液體，要保證內外液體的

流動性。

二、變浮力式液位計

a）浸沒于液體中物體隨浸沒程度的變化而使之水導的浮力發(fā)生變化，檢測出浮力的變化則可知液位高度,

屬于這種液位計的有浮筒式液位計。

b）當沉筒不浸沒于液體時，彈簧被壓縮至最短位量；

c）液體浸沒沉筒，彈簧受力F=W-F浮，變小，彈簧上移，帶動差動變壓器中鐵芯的移動，變壓器有不

平衡電壓輸出，電壓經整理放大，轉化為統(tǒng)一信號輸出。

圖2“-2變浮力法液位

測后原理

d)把液位的變化轉化成為浮力的變化，連接的一個鐵芯,

鐵芯位于差動變壓器的輸入輸出線圈之間。原邊加交流電壓，付邊可以產生交流電壓，付邊反相繞線

差動變壓器

圈，e=el-e2,el=e2e=0,

如果鐵芯不在對稱點的位置時，磁通量不會對稱，鐵芯如果往上偏，則el>e2,如果鐵芯往下偏則el<e2；

所以可以進行位移檢測了，位移的量是十分小的。E1不等于e2的時候就會有電壓輸出。這樣輸出電

壓就可以和液位之間建立聯系。

e)液位一彈簧的位移—x—e。

i.浮筒式液位計量程：決定于沉筒的長度。低于和高于浮筒我們都不能測量液位。

H.浮筒式液位計只能測量輕，凈介質。如果是粘度大或者臟的東西，浮筒表面會粘附一些粘稠的物

質，影響測量。測量只應該是偏小的。

iii.浮筒式液位計的輸出信號不僅與液位高度有關，還與被測介質密度有關(浮力與液體密度有關)，

因此當所測介質密度變化時，必須進行密度修正。

iv.儀表都有零點和量程調整，這兩個調整，量程調整相當于密度調整，

第三節(jié)差壓式液位計

、工作原理

a)P=,側壓力的液位。用差壓變送器來測量。

H

b)喇用液柱所產生的靜壓。

使用及遷移

a）敞口容器液位測量

變送器正壓室接取壓口，負壓室通大氣即可。

口液面壓力和大氣壓力一樣所以可以省略圖中打叉的管線。負壓的引壓管路可以不接的，可以直

接通大氣。只接下方的正壓管路就可以。

H.如果變送器與最低液位處于同一水平位置上，則變送器的輸出反映真實情況，此時不用調整。

iii.如果變送器不于容器最低液面處于同一水平位置時，當變送器低于最低液面，則必須進行正遷移。

iv.正常情況下是輸出信號4?20mA,如果不做正遷移，因為初始值不是OMPa,所以輸出電信號不

是從4mA開始的而是大于4mAo所以要把初始電壓調到4mAo

b）密閉容器

i.注意：不管是不凝氣還是可凝氣都必須把氣相壓力引入，氣相為不凝氣時，不用加隔離罐。

H.氣相為可凝氣時，如果隨著溫度的變化等等，h那里會呀液柱變化導致負壓不穩(wěn)定，必須加隔離

罐，隔離罐充入隔離液。凝液會導致負壓引壓管中壓力變化，即使液位最高時變送器輸出扔小于

最小值，必須進行負向調整，使的當H=0時輸出最小。

區(qū)=Cl+?

口十*%

u

一RFY》k

2f般保證

以保證小于。的。

iv.這種調整成為遷移，遷移實際上是零點的調整，對變送器的量程沒有改變遷移時框藝調整遷移彈

簧。

v如何判斷要進行何種遷移呢？

VI當液位最低時，△P=P+-P-=O五遷移

vii當。。。。＜0時負遷移

viii當。。。。＞0時正遷移

ix令H=0來判斷如何遷移，那么遷移量是多少呢？就是△Pmin。

法蘭式差壓式液位計

a)主要用于腐蝕性或含懸浮顆粒、粘度大、易凝等介質的測量。

b)法蘭式液位計的前一輛與變送器安裝高度無關，而且總是負遷移。

d)通過引壓管路引進去，如果有懸浮顆粒那么不適合使用引壓管路，還有就是粘度太大的液體也不適合

使用引壓管路，容易堵塞，這里就適合使用法蘭式差壓式液位計。彈性膜片，往里充滿了硅油，使用

毛細管，毛細管里也是充滿硅油，壓力到了彈性膜片不用再流入毛細管，通過毛細管和毛細管內的硅

油傳遞壓力。

第四節(jié)其它物位計

電容式物位計

a）采用圓筒形電容器原理進行工作。

b）圓筒形電容器電容：

利用電容與介電常數、電機長度的關系，采取合適的傳感器形式，可以進行物位測量。

R92-3-1電容式物

考慮用于導電介質與不到電解質的電容式物位傳感器的區(qū)別。位M雇爆理

極板電容，兩個極板構成的電容,o外電極和內電極構成。當量直徑，R/r

再取對數，相當于兩個電極之間的距離。

如果是不導電介質那么可以直接放入電極，形成電容，c與介質的介電常數有關還介質常數有關。內電極是裸

露的內電極。外電極利用容器的外壁。上面由氣相構成的介電常數構成co,下面有介質構成的電容Cl,C就是co

和Cl的并聯，并聯的結果就是?=€21+0）=2,通過對C值的測量得到物位。

如果是導電介質，那么不能形成電容。必須使用復合電極，中間是一個極板，外圍包裹絕緣層，絕緣層介電常

數，代替裸露的電極，這時再充入導電介質構成的電容發(fā)生了變化，利用中間的電極和導電介質和外壁構成的電容。

半徑之比，這時R發(fā)生了變化，需要注意的地方，R是絕緣層的半徑。

二、核輻射物位計

a）利用的射線的穿透能力。例如罐區(qū)，腐蝕性的或者危險的，不希望使用浮筒或者浮球的接觸式測量，

不需要任何的內部的裝置。

b）射線強度按指數規(guī)律衰減，其關系為：

式中：---介質對射線的吸收系數；

H——介質層的厚度；

I--穿過介質后的射線強度。

透容器穿過介質，接收器包含探測器，可以探測到強度I,進行前置放大，因為信號可能十分小。再

進行指示。

d）有好多種：自動跟蹤式，穿透式、帶補嘗式

超聲波式物位計

a）利用范圍十分廣泛，檢測和非檢測的領域都有應用。

b）檢測領域：無損探傷的領域，就是簡單的例子，一個生產的零件或者一個大型的鋼結構，它的部件在

大型設備，內部如果存在缺陷，日后可能有安全隱患的，這個內部微小的缺陷可能使設備在日后擴大

斷裂，這里可以進行無損傷的探傷，這里不能損害部件，那樣是沒有意義的，不損害的同時可以探索

部件損害的位置和大小，通過耦合是超聲波進入部件內部，碰到缺陷的時候，有一些反射，分析超聲

波的的特征，可以檢測損傷的性質。

C）測量材料厚度、超聲波流量計、物位計、濃度計、硬度計、溫度計、壓力計、超聲診斷儀、血流計、

測距離。汽車可以加倒車雷達，比如超聲波測距離。還有超聲波清灰，鍋爐內部的結垢，可以很容易

實現結垢的；超聲波焊接技術。

d）設超聲探頭至物位的垂直距離為H,由發(fā)射到接收所經歷的時間為t,超聲波在介質中傳播的速度為

V,則存在如下關系，發(fā)射超聲波是脈沖的形式，發(fā)射和等待，探頭一般是用壓電晶體做的發(fā)射完了

就可以接收，它是兩用的可以發(fā)射也可以接收，從發(fā)射開始到收到的時間記為3速度已知。

e）H=l/2Vt0發(fā)射到收到距離的一般就是液位的實際高度，從機理上講是十分簡單的，但是實際上是十

分復雜的,V容易受到外界的影響，不同的介質V的大小不一樣的，受密度和溫度的影響的,V=f（e*T）,

現在使用的時候還是要考慮這些因素的。浮力式差壓式電容式，雷達式，用的相當多的一種形式，雷

達式和超聲波形式類似，一般安裝在液面的上面，發(fā)射雷達波，雷達測得的是液面上表面到雷達的距

離，測得的是空高。

f）現在雷達不僅可以測得空高，還可以測得的界面，不同密度的液體的界面也可以測得。一種微波的雷

達波Ghz的頻率十分的高。

四、其他物位計：雷達式、光電式、射頻導納式等等。

第4章流量測量及變送

重點：流量的表示方法、單位，各種流量儀表的原理、結構、特點和實際使用場合，標準節(jié)流裝置，轉子流量

計的刻度修正。

第一節(jié)概述

一、流量

a）流量是物料平衡和控制的主要手段。計量、成本和產量核算等等這樣的問題，使用場合是十分廣泛的。

普通生活到生產當中的檢測，對外貿易的流體流量的檢測。如果牽扯到貿易交接的過程，或者說銷售，

天然氣，燃油柴油或者汽油銷售，這里要求非常高，越高越好，計量的場合，不同的場合有不同的要

求。

b）流量：流經某一截面流體的數量。

c）瞬時流量：單位時間內流過某一截面的流體數量（瞬時量）。

i.體積流量：；標準單位是；一般使用。

ii,質量流量：；t/h噸每小時，或者.kg/h。

d）積累流量：某一段時間內流體總和。比如是一天24h或者一年，或者一個班8h的累計。

二、流量儀表分類

a）速度式（V*S）:差壓式、轉子式、靶式、電磁式、渦輪式

b）容積式：羅茨、橢圓齒輪、刮板

i.哪些方法可以測量速度呢，差壓，轉子，靶式，電磁式，渦輪等等都可以測量速度，或者把速度

轉換成電量或者力，渦輪轉化成扭矩，等效成測量速度。

H.容積式的體積流量計，，相當于機器或者人利用固定的體積的容器，記憶一定時間有多少次標準

容積被裝滿過，就是用標準容積去量取流體流過的多少。精度取決于標準容積的大小，標準容積

越小精度越高。即，最小的測量單位越小。

iii.速度式和容積式都屬于體積式，第三種屬于質量式。如果直接測質量和體積流量，體積流量容易

受到介質溫度和壓力影響，質量流量是一個恒量不受壓力的影響，精度和效果比體積效果好，質

量流量計有更高的濃度，質量流量計比體積式流量計一般價格貴10倍左右。

c）質量式：實際中用的比較少。。這是第一節(jié)概述的內容了。

i.直接（熱式、補嘗式，振動式）

ii.間接式：測Q-M。

第二節(jié)差壓式流量計

發(fā)展歷史最悠久，利用經驗最豐富的一種流量計，經驗數據已經十分完善的，歷史上講，曾經占有70%的范圍，

現在大不如以前了，現在許多新型的流量計比他效果要好，現在它估計占有20?30%了。

差壓式流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用節(jié)流裝置前后的差壓與流量的關系來測量流量，速度產生差壓,

利用差壓反推速度，和流量。

差壓式流量計的組成：

1.節(jié)流裝置：（節(jié)流體，前后取壓管）作用：將V-ZXP。速度轉換成壓差，在反推速度。

2.三閥組及引壓管：引壓

3.差壓計（差壓變送器）：信號輸出

4.流速轉換成前后差壓，引出差壓，引壓管路還有配套的東西，對差壓進行測量，把差壓轉換

成流速和流量。

一、節(jié)流原理和流量方程

a）節(jié)流現象分析：

i.流體在管內流動時具有動壓能（V）和靜壓能（P）,兩種能量在一定條件下互相轉化，但綜合不變。

ii.節(jié)流裝置是在管道中能使流體產生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱。

iii.什么是節(jié)流元件？

iv.改變管道中流體流通面積的元件。

v.當在管道中放量一孔板作為節(jié)流元件時，管道中的流體情況如下：沒有固定形式的阻力元件的話，很

難獲得流量和差壓之間的關系看，一般使用固定形式的節(jié)流元件，來獲得一定的關系。

Vi.節(jié)流孔板的結構，中間開一個孔，一流體的方向是圖中的

箭頭所示的方向，一般是不銹鋼做成的薄板，圓筒狀后邊有個喇叭口的節(jié)流元件。

Vii.截面I:流速VI,靜壓Pl';

viii.流體流過時有一個收縮通過后有一個擴張的過程，這個過程中取3個代表性的截面，1是流體開始收

縮的位置，2截面表示收縮面積最小的地方，3表示流速重新恢復到滿管的時候，

ix.假設第一個截面，動壓能和靜壓能相互轉化，1截面以后管壁處的流體在孔板的地方已經被擋住了，

速度在阻礙的作用轉換成靜壓力的升高，逐漸靠近孔板的過程中管壁一周壓力慢慢抬高；

x.流速慢慢收縮的過程中，管道中任何一個截面的流量是相等的，根據我們的定律，截面最小的地方，

或者在收縮的過程中，速度逐漸增大，截面最小的地方速度是最高的。流速能能量必須從別的地方

轉換過來，智能從靜壓力轉換過來，在截面最小的地方，管心處的靜壓力不斷降低，管壁處的靜壓

力增高；流速在逐漸收縮的過程中，截面2取在下游的某個位置上。

二體沒有分流,

xi.流體流動的連續(xù)性方程。Vb5%只能從這里通過。截面積的變化導

致流蘇的變化。這里恢復到V3的時候V1=V3,速度可以完

全恢復，但是壓力不能完全恢復，差壓是怎么形成的呢？截面積最小的地方流速是最高的。由管壁

到管子中心靜壓力逐漸降低的。靜壓力轉換成動壓能。由于收縮具有一定的慣性，所以收縮的面積

最小的地方在孔板孔的下游的一定距離的位置，而不是孔板上，所以根據流速的變化最小截面的位

置是變化的。有能量的損失。結果就是孔板前后的差壓的形成，差壓和流量有固定的方程。

VSi電保,

截面.1：流速V,、靜壓P［；弓布

管峨處動壓能（部芬J轉花為靜壓能，靜

壓力上升到PpPl大于流束中心的壓力，兇

此流束收縮，根據流動連續(xù)性方程，流束中

心流速增大，而靜壓力逐漸減?。芰渴睾悖?

山丁慣性作用，流束的設小收縮面積處位于

截面II：V2最大，「2最小：

然后流體逐漸恢復到充滿全管，壓力

恢復到P》流速為V3（V3=V。，P3<Pi摩擦導致

壓力損失。

流體施經孔板時的壓力

行流結果：孔板前后的壓差△P=P「Pz和雙速變化情況

b）流量基本方程（能量守恒）

i.由伯努利方連續(xù)性方程得:

（二）流量基本方程_C4r—

由伯努利和連續(xù)性方程得：*=h_'P.

Ao：孔板開孔面積V―〃

e：流體膨脹系數（液體=1,氣體〉1）

C：流系數

P：流體密度

△P：孔板前后差壓

P：直徑比=d/D

7

實用流量公式：7^=0.003999dy/Appx

151M立：Q：m3/hd：urnp；Kg/m3AP：Pa

山流量方防芮流量與差壓的平方根成正比.

是質量流量。D:管徑，d:孔板開孔直徑?？装逶O計號以后比值是一定的。

這里是一個開放的關系，非線性的關系。

二、標準節(jié)流裝置

a）根據實踐經驗和實驗資料，將節(jié)流裝置：孔板、噴嘴、文丘里管等進行標準化GB-1993較新的國標。，稱

之為“標準節(jié)流元件”，他們的結構、尺寸和技術條件都有統(tǒng)一的標準，可根據實際需要按統(tǒng)一的標準

進行設計、加工和安裝，不必再經單獨標定，即可投入使用，精度可達L5級。

b）標準節(jié)流裝置包括取壓方式，常用有以下方式：噴嘴的形式如下：它有一定的彎曲的弧線，流體的壓力損

失可以減小，加工難度加大。文丘里管第二個圖，起碼有三個部分，收縮段喉部，還有個擴散部分，有

的還有四個部分、五個部分等等。

ii.角接取壓接：取壓位置緊靠節(jié)流件前后端面，適用于孔板和噴嘴。

iii.1英寸法蘭取壓：距節(jié)流件前面端面1英寸（25.4mm）處取壓開口，適用于孔板。

c）還有一些變化，例如，單獨鉆孔和環(huán)室取壓都屬于角接取壓。換式取壓孔板一圈做一個外圓一圈的壓力都

」工

取壓，單獨去孔只是一個點的壓力，不如環(huán)形取壓效果好。.

差壓計

a）差壓變送器

i,流量一孔板—變送器—

H.現在一般都用差壓變送器，測出差壓來。還有雙波紋管差壓計，智能就地顯示。取壓出來有兩個截止

閥，中間有個平衡閥，等等等構成三閥組。三閥組的的作用防止差壓變送器單向受壓，如果要投入

使用，不能保證同時打開，靜壓比差壓較大，容易導致差壓變送器的損壞。打開平衡閥，保證兩邊

的壓力同時進入避免單向受壓。

iii.附帶的問題：變送器測量差壓的，但是流量的值可差壓是一個開方的關系，那么刻度如何表示呢，兩

個刻度，一個是線性的刻度。指針根據4?20mA,來顯示，整個刻度時線性的刻度，指示的值是差

壓值。另外一個刻度不等分，這個是開方的刻度。50%差壓接近70%的流量。最右端應該都是100%。

b）雙波紋管差壓計

i.不需要電源或氣源，可用于就地顯示。

ii.變送器的刻度：線性（等百分）與非線性刻度（開方）49%AP一――70%

第三節(jié)靶式流量計

差壓式流量計對于高粘度介質的測量不理想（引壓管線易堵），可以用靶式流量計，靶式流量計可直接裝于管

道中。

靶式流量計利用動壓原理。受到三個作用力。

1、流體對靶的直接沖擊力，即流體的動壓力。

2、由于靶對流體的節(jié)流作用，在靶前后兩側產生的靜壓力壓差。

3、流體對靶的粘滯摩擦力。

4、綜合1、2、3所得到的的公式是：流體作用在靶上的力：阻力系數。：靶面積。

5、高粘度介質或者含有顆粒的介質，差壓時流量計效果不好，靶式流量計可以解決這個問題，直接安裝在管

道內部。如圖：具有靶片，支點、杠桿構成?？梢詼y量杠桿一端的力的測量知道流量的大小。節(jié)流的元件

和孔板的不一樣，這里四周是流通面積，中間是節(jié)流裝置。上游的壓力高于下游的壓力。

流晨方程川以表示為：％=-4〃=4.512K”

K?：流星系數，山實驗確定

F：流體作用于靶上的力.

靶式流量計的轉換部分與用壓交送卷一樣。

靶式流量計特點：

適用丁-高粘度、低宙諸值及含顆粒的介質測審：

調零點不方便（加裝旁路管）。

6、A0是環(huán)形的流通面積。靶式流量計可以做成氣動的也可以做成電動的。

7、特點：適合于高粘度低雷諾值。