第三章过程检测仪表课件.ppt

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1、第3章,过程控制检测仪表,3.2 压力检测仪表,本章内容：,3.3 流量检测仪表,3.4 液位检测仪表,3.1 温度检测仪表,3.1 温度检测仪表,温度是表示物体冷热程度的物理量。 温度标志着物质内部大量分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，表示物体内部分子热运动越剧烈。,温度的数值表示方法称为温标。规定了温度的读数的起点（即零点）以及温度的单位。各类温度计的刻度均由温标确定。 国际上规定的温标有：摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。从1990年1月1日开始在全世界范围内采用1990年国际温标，简称ITS-90。它定义了一系列温度的固定点，测量和重现这些固定点的标准仪器以及计算公式等。,温标:,几

2、种温标的对比,正常体温为37 C ，相当于华氏温度多少度？,测温方法及其分类:,温度传感器按照用途可分为基准温度计和工业温度计；按照测量方法又可分为接触式和非接触式；按工作原理又可分为膨胀式、热电式、电阻式、压力式、辐射式等等；按输出方式分，有自发电型、非电测型等。,热膨胀原理测温,热电偶-双金属温度计,双金属温度计,1-指针；2-表壳；3-金属保护管；4-指针轴； 5-双金属感温元件；6-固定端；7-刻度盘,双金属温度计结构,各种热电偶,各种压力式温度计,压力式温度计结构,1. 热电偶温度计,利用导体或半导体的热电效应，将温度的变化转换成电动势的变化。即：当两种不同材料的导体或半导体A、B连

3、接成一个闭合回路时，只要两连接点温度不同，回路中就会产生热电动势，并产生电流。,1）工作原理：,3.1 温度检测仪表,热电效应,接触电势,2）热电势产生过程：,当A、B接触时，两边自由电子密度不同，交界面上产生电子的相互扩散，若DADB时，A向B扩散的电子数 B向A扩散的电子数,导致A带正电荷，B带负电荷，接触处产生的电场阻碍电子在B中的积累，最后达到平衡状态，此时电位差称为接触电势。,温差电势,在两点处产生不同的接触电势，温度不同产生温差电势。,3）回路中热电势的数学描述：,A、 B为补偿导线,4）热电偶冷端温度补偿,补偿导线法,实际测温过程：将一端温度维持恒定（冷端，自由端）， 另一端插在

4、需测温的地方（热端，工作端）,注：型号的第一个字母与配用热电偶的分度号对应； 型号第二个字母C-补偿型；X-延长型。,常用的几种补偿导线,不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同;连接补偿导线时要注意区分正负极，使其分别与热电偶的正负极一一对应;补偿导线连接端的工作温度不能超出(0100),否则会给测量带来误差。热电偶和补偿导线的两个接点处要保持同温度；使用补偿导线后，还需进行其他温度补偿和修正。,使用补偿导线注意问题：,冰浴法,补偿电桥法,计算法,测得的电势,分度表查得,27,基于热电阻原理测温是根据导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信号，从而达到测温的目的。,2.热电

5、阻温度计,对于500以下的中、低温度，热电偶难以实现精确测量。所以在测量中、低温度，通常用热电阻温度计来进行测量。,电阻温度系数要大；电阻率尽可能大，热容量要小；在测量范围内，应具有稳定的物理和化学性能和良好的复现性；电阻与温度的关系最好接近于线性；应有良好的可加工性，且价格便宜。,目前，应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。,热电阻材料,热电阻类型,金属热电阻,半导体热敏电阻,阻值温度关系：,阻值温度关系：,温度系数,A、B取决于半导体材料和结构参数,普通热电阻,热电阻结构,三线制与两线制的对比,1-热电阻感温元件；2、4-引线；3接线盒；5显示仪表；,热电阻的接法,3.2 压力检测仪表,三种压力

6、表示方法,绝对压力 pa表压力 p负压或真空度 ph,压力的表示方法,绝对压力是指物体所受的实际压力。,表压是指一般压力表所测得的压力，它是高于大气压力的绝对压力与大气压力之差，即,真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，有时也称为负压，即,由于各种工艺设备和检测仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，因此工程上通常采用表压或者真空度来表示压力的大小，一般的压力检测仪表所指示的压力也是表压或者真空度。,压力检测仪表,液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计,差压（压力）变送器,力平衡式压力变送器微位移式变送器智能差压（压力）变送器,根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度

7、进行测量。,优点,这类压力计结构简单、使用方便,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。,1. 液柱式压力计,血压计,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,2. 弹性式压力计,膜 片受压力作用产生位移，可直接带动传动机构指示。但更多的是和其他转换元件合起来使用，通过膜片和转换元件把压力转换成电信号；波纹管的位移相对较大，一般可在其顶端安装传动机构，带动指针直接读数。其特点是灵敏高（特别是在低压区），常用于检测较低的压力（1.0106Pa），但

8、波纹管迟滞误差较大，精度一般只能达到1.5级；弹簧管结构简单、使用方便、价格低廉，它使用范围广，测量范围宽，可以测量负压、微压、低压、中压和高压，因此应用十分广泛。根据制造的要求，仪表精度最高可达0.15级。,弹性变形法,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,测量原理,式中 F轴向外力 S位移 C弹性元件的刚度系数,式中 A弹性元件承受压力的有效面积 P被测压力,弹性元件结构和特点,弹簧管自由端B的位移量一般很小，需要通过放大机构才能指示出来,为了加大弹簧管自由端的位移量，也可采用多圈弹簧管，其原理与单圈弹簧管相似。,单圈弹簧管压力表是工业现场使用最普遍的就地指示式压力检测仪表（也有电接点输出的

9、弹簧管压力表）,弹簧管压力计,弹簧管压力计,波纹管压力计,又叫折皱管式压力计,膜片式压力计,弹性敏感元件的一般特性（选）,弹性元件弹性形变I/O广义的力广义的位移常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件220V供电动态性能,弹性敏感元件的一般特性,常用的弹性敏感元件,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性

10、柔度（灵敏度）刚度刚度与测量,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性弹性滞后迟滞 迟滞误差,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性弹性后效,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性弹性后效,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性弹性后效与蠕变,弹性敏感元件的一般特性,弹性敏感元件的一般特性弹性材料的机械品质因素,它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。,3. 电气式压力计,利用转换元件（如某些机械和电气元件）直接把被测压力变换为电信号来进行测量的。,测量原理,1. 弹性元件

11、附加一些变换装置，使弹性元件自由端的位移量转换成相应的电信号，如电阻式、电感式、电容式、霍尔片式、应变式、振弦式等；,2. 非弹性元件组成的快速测压元件，主要利用某些物体的某一物理性质与压力有关，如压电式、压阻式、压磁式等。,电容式测压原理,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换。,测量原理,电容式压力传感器,典型的电容式压力传感器硅微机械电容式压力传感器（MEMS）,典型电容式压力传感器,-基于圆膜片的位移特性,电容式压力传感器原理,电容式压力传感器设计,圆平膜片几何结构参数的设计圆平膜片的半径与厚度

12、圆平膜片的边界隔离部分固定极板的设计输出电路,电容式压力传感器输出电路,差动电桥的实现非线性特性的影响,硅微机械电容式压力传感器(MEMS),敏感结构与工作原理,-基于方膜片的位移特性,方膜片的位移特性,方膜片的位移特性(上表面),应变片式测压原理,1敏感栅 2基片 3粘合剂 4引线 5覆盖片,敏感栅 直径为0.025mm左右的合金电阻丝基 底 绝缘覆盖层 保护,组成,霍尔式压力表,霍尔式压力表属于电气式压力表。测压原理：利用霍尔片式传感器（根据半导体材料的霍尔效应的原理）实现压力-位移-霍尔电势的转换。霍尔片：是一种半导体或化合物半导体转换元件。霍尔效应：把一块霍尔元件置于均匀磁场中，并使霍

13、尔片与磁感应强度B的方向垂直，在沿着霍尔片的左右两个纵向端面上通入恒定的控制电流I，则会在霍尔片的两个横向端面之间形成电位差VH，此电位差称为霍尔电势。,线性非均匀磁场,霍尔式压力表,弹簧管,霍尔片,K霍尔式压力传感器输出系数 自由端霍尔元件的位移量,磁钢,霍尔片 + 弹簧管,压电式测压原理,根据“压电效应”把被测压力变换为电信号的。,（a）单晶体,（b）剖面图,（c）X截割的石英片,它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。,优点,缺点,测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。,结构较复杂，价格较贵。,4. 活塞式压力计,活塞式压力计,

14、电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）,差压（压力）变送器,作用：将各种物理量转换成统一的标准信号,差压变送器 力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）,DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC,20100KPa,力平衡式压力变送器,1低压室 2高压室 3测量元件（膜盒、膜片） 4轴封膜片 5主杠杆 6过载保护片 7静压调整螺钉 8矢量机构 9零点迁移弹簧 10平衡锤 11量程调整螺钉 12检测片（衔铁） 13差动变压器 14副杠杆 15放大器 16反馈动圈 17永久磁钢 18电源 19负载 20调零弹簧,力平衡式变送器,主杠杆,矢量机构将F1

15、分解成F2和F3，,副杠杆平衡：,微位移式变送器,I0,测量部分包括电容膜盒、高低压室及法兰组件等. 测量原理: 将被测压力的变化转换成电容量的变化。,填充液（硅油）,智能差压（压力）变送器,在普通压力传感器上增加微处理器,其特点： 具有远程通讯的功能 依靠手操通信器，用户可在现场或控制室设定变送器各种参数 使用维护方便 长期稳定工作，每5年才需校检一次。,以3051C 为例： 组成：传感膜头：被测压力- A/D转换-数字信号 电子线路板：对信号进行修正，线性化处理-D/A转换- 420mA信号,A/D转换器,温度传感器,电容传感器,传感膜头内存 修正系数 膜头信号,微处理器传感器线性化重设量

16、程诊断工程单位通信,电子板内存量程值变送器组态信息,D/A转换,数字通信,本机量程和零点调整,手操器,传感膜头,电子线路板,420mA,3051C型智能变送器原理图,压力测量仪表的选用,仪表种类和型号的选择 工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 化工自控设计技术规定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的1/2 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选择,有一台空压机的缓冲罐，其

17、工作压力变化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。,例题,解,空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40 MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,3.3 流量检测仪表,机泵、压缩机的出口流量常常是生产装置的负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控

18、制提供依据。同时，为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质流量（液体、气体和蒸汽等）是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。,流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。 累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。 质量流量(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：(kg/s) 体积流量(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体积。（工作状态下）单位：（m3/s ）,流量的基本概念,体积流量(Qn)：折算到标准的压力和温度下的体积流量。（标准状态下） 流量的国际单位

19、是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的还有吨/小时（t/h）、千克/小时（kg/h）、立方米/小时（m3/h）等；总量的国际单位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的总量单位还有吨（t）。,对于气体，密度受温度、压力变化影响较大，如在常温常压附近，温度每变化10，密度变化约为3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。 因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力。为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流量换算成标准状态下（温度为20，压力为101325Pa）的体积流量，用符号Qn表示，单位符号为Nm3/s。,1 差压式流量变送器（工业应用最广泛） 2 靶式

20、流量计3 转子流量计4 椭圆齿轮流量计5 涡街流量计 6 涡轮流量计 7 电磁流量计 8 质量流量计,差压式（也称节流式）流量变送器（图3-1）是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前生产中测量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由节流装置产生的压差信号，通过差压流量变送器转换成相应的标准电信号，以供显示、记录或控制用。,1 差压式流量变送器,图3-1 差压式（也称节流式）流量变送器外形图,节流装置是差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。机组控制常用的节流元件有孔板、文丘里管。 它们的结构形式、相对尺寸、技术要求、

21、管道条件和安装要求等均已标准化，故又称标准节流元件，如图3-2所示。,1） 节流装置,图3-2 标准节流元件 (a) 孔板 (b)文丘里管,在管道中流动的流体具有动压能和静压能，在一定条件下这两种形式的能量可以相互转换，但参加转换的能量总和不变。用节流元件测量流量时，流体流过节流装置前后产生压力差p(p=p1-p2)，且流过的流量越大，节流装置前后的压差也越大，流量与压差之间存在一定关系，这就是差压式流量传感器测量原理。,2） 测量原理,图3-3 孔板前后流体的速度与压力的分布图,图3-3为节流件前后流速和压力分布情况，图中充分地反映了能量形式的转换。由于流动是稳定不变的，即流体在同一时间内通

22、过管道截面A和节流件开孔截面A0的流体量应相同，这样通过截面A0的流速必然比通过截面A时快。在流速变化的同时，流体的动压能和静压能也发生变化，根据能量守恒定律，因而在孔板前后出现了静压差。通过测量此静压差便可以求出流量。,流量方程式为 ： 流量公式中的流量系数与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，值可直接从有关手册中查出。 节流装置是将被测流体的流量值变换成差压信号p，节流装置输出的差压信号由压力信号管路输送到差压变送器（或差压计）。,由流量基本方程式可以看出，被测流量与差压p成平方根关系，对于直接配用差压计显示流量时，

23、流量标尺是非线性的，为了得到线性刻度，可加开方运算电路或加开方器。如差压流量变送器带有开方运算，变送器的输出电流就与流量成线性关系。显示仪表则显示流量的大小。 要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点：,（1）差压变送器的压差和显示仪表的流量标尺有若干种规格，选择时应与节流装置孔径匹配。 （2）在测量蒸汽和气体流量时，常遇到工作条件的密度与设计时的密度c不相同，这时必须对示数进行修正。（3）显示仪表刻度通常是线性的，测量值（差压信号）要经过开方运算进行线性化处理后再送显示仪表。,（4）节流装置应正确安装。 （5）接至差压变送器的压差应该与节流装置前后压差相一致，这就需要正确安

24、装差压信号管路，信号管路安装举例(如下)：, 被测流体为清洁液体时，导压管路安装方式如图3 - 4 所示。,a)垂直管道差压仪表在管道下方 b) 差压仪表在管道上方 图3-4 清洁液体时安装示意图, 被测流体为清洁的干燥气体时，导压管路安装方式如图3 - 5 所示 ：,a)垂直管道差压仪表在管道下方 b) 差压仪表在管道上方图3-5 清洁干气体时的安装图示意图, 被测流体为蒸汽时，导压管路安装如图3 - 6所示。,图3-6 测量蒸汽时的安装图示意图, 被测流体为洁净湿气体时，导压管路安装如图 3 - 7 所示。,图3-7 测量洁净湿气体时的安装图示意图,返回,在流体通过的管道中，垂直于流动方向

25、插上一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，经杠杆系统产生力矩。力矩与流量的平方近似成正比。 靶式流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。,2 靶式流量计,图3-8 靶式流量计,返回,浮子流量计是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降，改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表，又称转子流量计。在美国、日本常称作变面积流量计（Variable Area Flowmeter）。 转子流量计利用流体节流作用测量流体的体积流量。结构有锥管和浮子。转子流量计的特点：结构简单，直观；使用维护方便；压力损失小。,3 转子流量计,工作原理：,如图所示，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙

26、3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时， 浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮,图3-9 工作原理,子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。,金属转子流量计 金属浮子流量计的流量检测元件是由一根自下向上扩大的垂直锥形管和一个沿着锥管轴上下移动的浮子组所组成。,3-10 金属转子流量计,返回,信号转换 转子流量计根据显示方式的不同可分为两类：直接指示型的转子流量计电远传转子流量计,转子流量计,LZ系列金属管浮子流量计,转子流量计

27、的特点 主要适用于中小管径、较低雷诺数的中小流量的检测；结构简单，使用方便，工作可靠，仪表前直管段长度要求不高；基本误差约为仪表量程的12%，量程比可达101；易受工作介质密度，粘度，纯净度等影响,注意节流孔板与转子的区别： a.恒压降 b.变截面,该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）和计数机构组成。 测得旋转频率就可求得体积流量。,4 椭圆齿轮流量计,图3-11 椭圆齿轮流量测量示意图,返回,旋涡流量计又称涡街流量计，其测量方法基于流体力学中的卡门涡街原理。把一个旋涡发生体（如圆柱体、三角柱体等非流线型对称物体）

28、垂直插在管道中，当流体绕过旋涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生旋涡，形成涡列，且左右两侧旋涡的旋转方向相反。这种涡列就称为卡门涡街。,5 涡街流量计,图3-12 旋涡流量计测量原理图,在一定的雷诺数Re范围内，体积流量qv与旋涡的频率f成线性关系。只要测出旋涡的频率f就能求得流过流量计管道流体的体积流量qv 。 旋涡流量计的输出信号是与流量成正比的脉冲频率信号或标准电流信号，可以远距离传输，而且输出信号与流体的温度、压力、密度、成分、粘度等参数无关。该流量计量程比宽，结构简单，无运动件，具有测量精度高、应用范围广、使用寿命长等特点。,返回,漩涡频率的检测有很多，一般与漩涡发生体形状有关：热电

29、丝圆柱体热敏电阻三角柱压电元件组合式超声波检测元件三角柱涡街流量计由涡街流量传感器和流量显示仪表两部分构成,漩涡频率的检测,在三角柱的两侧面各有相同的弹性金属膜片，内充硅油，旋涡引起的压力波动，使两膜片与柱体间构成的电容产生差动变化。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故检测由电容变化频率可推算出流量。,(1) 电容检测法,常用涡街频率检测方法：,在三角柱中央或其后部插入嵌有压电陶瓷片的杆，杆端为扁平片，产生旋涡引起的压力变化作用在杆端而形成弯矩，使压电元件出现相应的电荷。此法技术上比较成熟，应用较多，已有系列化产品。,(2) 应力检测法,(3) 热敏检测法 在圆柱体下端有一段空腔，被隔板分成两

30、侧，中心位置有一根细铂丝，它被加热到比所测流体温度略高10左右，并保持温度恒定。产生旋涡引起的压力变化，流体向空控内流动，穿过空腔将铂丝上的热量带走，铂丝温度下降，电阻值变小。其变化频率与旋涡产生的频率相对应，故可通过测量铂丝阻值变化的频率来推算流量。,(4) 超声检测法 在柱体后设置横穿流体的超声波束，流体出现旋涡将使超声波由于介质密度变化而折射或散射，使收到的声信号产生周期起伏，经放大得到相应于流量变化的脉冲信号。,涡街频率的检测方法（热阻丝）,圆柱体表面开有导压孔，与圆柱体内部空腔相通空腔由隔板分成两部分，在隔板的中央部分有小孔，在小孔中装有检测流体流动的铂电阻丝,涡街流量计的特点,精度

31、高0.21.0%。量程比100：120：1。几乎不受流体性质变化的影响结构简单。频率输出，便于数字化测量，f与v成正比。,涡街流量计,6 涡轮流量计,在流体流动的管道内，安装一个可以自由转动的叶轮，当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮旋转。流体的流速越高，动能就越大，叶轮转速也就越高。在规定的流量范围和一定的流体粘度下，转速与流速成线性关系，因此，测出叶轮的转速或转数，就可确定流过管道的流体流量和总量。,涡轮流量传感器结构示意图,1、一个设计和加工精良的涡轮转子2、流体推动涡轮转子3、一副电磁脉冲发生器,涡轮流量计安装方便，磁电感应转换器与叶片之间不需密封和齿轮传动机构，因而测量精度高，可耐高压

32、，静压可达50MPa。由于基于磁电感应转换原理，故反应快，可测脉动流量。输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。,应用特点：,精度较高0.5级，常作标准表。量程比较大10：1。适用于清洁介质（一般要装过滤器）。周围不能有强磁场。介质的密度、粘度变化对测量结果有影响。反应迅速，可测脉动流量。,涡轮流量计,在进行流量测量时，如果被测介质具有导电性，则可以使用电磁流量计来测量。,7 电磁流量计,图3-14 电磁流量计原理图,（1）工作原理及组成 电磁流量计是依据法拉第电磁感应定律来测量流量的。 由电磁感应定律可知，导体在磁场中切割磁力线时，便会产生感应电势。同理，当导电的液体在磁场中作垂直于磁力线

33、方向的流动而切割磁力线时，也会产生感应电势。见电磁流量计原理图，将一个直径为D的管道放在一个均匀磁场中，并使之垂直于磁力线方向。管道由非导磁材料制,成，如果是金属管道，内壁上要装有绝缘衬里。当导电液体在管道中流动时，便会切割磁磁力线。如果在管道两侧各插入一根电极，则可以引出感应电势。其大小与磁场、管道和液体流速有关，由此不难得出流体的体积流量与感应电势的关系为：,式中 E感应电势； B磁感应强度； D管道内径。,所以，只要测出感应电势E，就可知道被测流量Q 的大小。实际应用中多采用交流磁场，以消除介质的极化影响。（2）电磁流量计的使用特点 a.测量管道内没有可动部件或突出于管内的部件，所以几乎

34、没有压力损失，可以测量各种腐蚀性液体以及带有悬浮颗粒的浆液。b.输出电流与介质流量呈线性关系，且不受液体物,理性质（温度、压力、粘度、密度）或流动状态 的影响。流速的测量范围大。 c.一般精度为0.5 级到1.5级。 d.被测介质必须是导电液体，导电率一般要求不小于水的导电率。不能测量气体、蒸气及石油制品等的流量。e.信号较弱，满量程时只有2.58mV ，抗干扰能力差。电源电压的波动会引起磁场强度的变化，从而影响到测量信号的准确性。,返回,（1）直接式质量流量传感器科里奥利质量流量传感器 科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时， 处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制

35、成的一种直接式质量流量传感器。然而，通过旋转运动产生科里奥利力实现起来比较困难，目前的传感器均采用振动的方式来产生，下图是科里奥利质量流量传感器结构原理图。 ,8 质量流量计,3-15 科里奥利质量流量传感器结构原理图,流量传感器的测量管道是两根两端固定平行的U形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里,奥利力，使测量管两侧产生方向相反的扭曲。位于U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测扭曲量以求得质量流量。 当管道充满流体时，流体也成为转动系的组成部分，流体密度不同，管道的振动频率会因此而有所改变，而密度与频率有一个固定的非线性关系，因

36、此科里奥利质量流量传感器也可测量流体密度。,流量计的种类很多，以上介绍的是机组设备常用的几种。随着工业生产自动化水平的提高，许多新的流量测量方法也日益被人们重视和采用，例如超声波、激光、X 射线及核磁共振等逐渐应用到工业生产中，成为目前较新的流量测量技术。,返回,其它流量计,弯管流量计超声波流量计冲板式流量计,弯管流量计,流体流过弯曲管道时，因流向改变，产生惯性离心力，弯管外侧压力Pg，会高于其内侧的压力Pd，形成压差P(PPgPd),原理,流量实用方程为下：,或,弯管流量计属于差压式流量测量系统，是利用流体离心力原理测量管道内介质流量的仪表，可用于测量气体（焦炉煤气、高炉煤气等干湿气体），蒸

37、汽，液体各种介质。弯管流量计由传感器，转换器压差变送器及一些管道阀门组成，当流量测量需要温度、压力补偿时还应配备压力变送器、温度变送器。弯管流量计测量范围宽，重现性精度高，无附加压力损失，现场免维护，运行费用低，可实现温压实时补偿。,MLW-2000系列弯管流量计,超声波流量计,声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度不同。超声波的接收和发射称换能器，换能器既可兼作声波的收和发，也可以分开进行。当前封闭管道用USF主要是传播时间法和多普勒效应法,F1发射的超声波先到达 T1,1) 频率差法 F1、F2 是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接

38、收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲 。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f 2的频率差 f与被测流速v成正比 。,F2,F1,此法是通过测量顺流和逆流时超声脉冲的重复频率差去测量流速。在单通道法中脉冲重复频率是在一个发射脉冲被接收器接收之后，立即发射出一个脉冲，这样以一定频率重复发射，对于顺流和逆流重复发射频率为：,多普勒效应是当声源和目标之间有相对运动，会引起声波在频率上的变化

39、，这种频率变化正比于运动的目标和静止的换能器之间的相对速度。,2）多普勒法,多普勒法是利用声学多普勒原理确定流体流量,多普勒效应是奥地利物理学家 Christian Doppler 1842年发现的，通过运动火车的鸣笛声音的高低与火车的速度有关系,当单色光束入射到运动体上某点时，光波在该点被运动体散射，散射光频率与入射光频率相比，产生了正比于物体运动速度的频率偏移，称为多普勒频移。,例：多普勒流量计测污水管道内的流体流量，若流体流速为12，发送的声波和流体的流向夹角为45，发射波的频率为1MHz，超声波在水中的速度为1482，求发射和接收信号之间的频率差？,已知：流体的流速（可视为散射质点的流

40、速） ，发射和接收声波与流体的流动方向的夹角 ，超声波在静止水中的传播速度， ，发射超声波的频率 。故多普勒超声波流量计的频移 为,解 多普勒超声波流量计的频移公式为,斜插式安装,多普勒流量计,冲量式质量流量计 冲量式质量流量计用于测量自由落下的固体粉料的质量流量。冲量式流量计由冲量传感器及显示仪表组成。冲量传感器感受被测介质的冲力，经转换、放大等处理后输出与质量流量成比例的标准信号，其工作原理如图所示。,1冲板； 2冲板轴；3物料； 4输送机,3.4 液位检测仪表,物位测量(Level Measuring),物位液位料位界面,液位测量应用例,玻璃液位计(Tubular gage glass)

41、,玻璃液位计应用实例,磁翻板液位计,磁翻板液位计,浮力式液位计,浮球液位计,UFB系列磁浮球液位变送器,BW25浮筒液位计,根据阿基米德原理进行液位测量的液位计。可用于测量开口和压力容器内的液位，尤其适合在高温高压条件下使用,浮子杠杆液位计,变浮力液位计,浮子钢带液位计(Float and tape),带远传信号的浮球钢带液位计,静压式液位计,差压式液位变送器,1.工作原理 2.零点迁移问题,差压液位计,电容式液位计,（被测介质为导电介质）,电容式液位计,电容式液位计原理,超声液位计,超声液位计,反射式,超声液位计,阻尼式、遮断式,类似原理液位计：核辐射式、激光式、雷达式、光电式、红外式,智能

42、雷达液位仪,成分测量（analyzer）（选）,气体成分分析仪液体成分分析仪酸碱度分析仪表密度计湿度计、水分仪粘度计尘量计、烟量计及雾量计石油产品的成分及特性测定仪表金属分析仪器,热导式气体分析仪,不同的气体，其导热系数是不同的(见表）。在热传导过程中，不同，则热传导的速度不同。混合气体的总导热系数等于各组分导热系数的平均值。,热导式气体分析仪,热导式分析仪原理,热导池（测量室）,热导池常见结构：双臂分流式单臂分流式单臂扩散式,热导式分析仪参比室作用,参比室的作用：减少环境温度对测量的影响。测量室内臂温度T变化，测量室电阻丝R1、R3电阻值变化，参比室电阻丝R2、R4电阻值同样变化，测量电桥输

43、出V0不变。,红外气体分析仪,不同组分对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性,红外气体分析仪测量原理,伯朗贝尔定律：I 随介质的浓度和厚度按指数规律衰减。选择适合所测组分对应波长的红外光源。测量透出光强，用BB定律换算组分浓度。,红外气体分析仪结构原理,色谱分析仪,混合物在色谱柱中的分离作用。移动相是液态的称为液相色谱；移动相是气态的则称为气相色谱。,色谱分析仪分离过程,色谱分析仪典型色谱峰图,色谱分析仪工艺流程原理,在线分析仪表,工业色谱分析仪,硫含量分析仪,在线分析仪表,氧气分析仪,在线分析仪表,红外气体分析仪,在线分析仪表硫化氢在线分析仪 露点仪,成份测量,练习：利用热导式气体分析仪可以

44、在线检测下列哪个参数 ？a. 混合气体温度； b. 混合气体流量c. 混合气体色谱 d. 混合气体组分,成份测量,练习：利用热导式气体分析仪可以在线检测下列哪个参数 ？a. 混合气体温度； b. 混合气体流量c. 混合气体色谱 d. 混合气体组分答：d,液位测量,练习：当仪表安装高度与容器最低液位不在同一水平位置上时，静压式液位测量读数需要正迁移修正。下列哪个为正确的修正公式 ？a. p = Hg + h b. p = Hghc. p = （Hh）g d. p = （Hh）g,液位测量,练习：当仪表安装高度与容器最低液位不在同一水平位置上时，静压式液位测量读数需要正迁移修正。下列哪个为正确的修正公式 ？a. p = Hg + h b. p = Hghc. p = （Hh）g d. p = （Hh）g 答： c,