化化 工工 仪仪 表表主讲：任道凯目目 录录n第一章：概述第一章：概述u仪表的性能指标仪表的性能指标n第二章：压力检测及仪表第二章：压力检测及仪表u压力单位及测压仪表压力单位及测压仪表u弹性式压力计弹性式压力计u电气式压力计电气式压力计u智能型压力变送器智能型压力变送器n第三章：流量检测及仪表第三章：流量检测及仪表u差压式流量计差压式流量计u转子流量计转子流量计u椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计u涡轮流量计涡轮流量计u电磁流量计电磁流量计u漩涡流量计漩涡流量计n第四章：物位检测及仪表第四章：物位检测及仪表u概述概述u差压式液位变速器差压式液位变速器u电容式物位传感器电容式物位传感器u核辐射物位计核辐射物位计n第五章：第温度检测及仪表第五章：第温度检测及仪表u温度检测方法温度检测方法u热电偶温度计热电偶温度计u热电阻温度计热电阻温度计u电动温度变送器电动温度变送器第一章第一章 概述概述第一章第一章 概述概述n一、测量过程与测量误差一、测量过程与测量误差6 测测量量过过程程在实质上都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。 测测量量误误差差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。 第一章第一章 概述概述绝对误差xi：仪表指示值, xt：被测量的真值由于真值无法得到 x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值 相对误差7第一章第一章 概述概述n二、仪表的性能指标二、仪表的性能指标81. 1. 精确度（简称精度）精确度（简称精度）说说明明：仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差允许误差第一章第一章 概述概述 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小结小结9第一章第一章 概述概述例例1某台测温仪表的测温范围为-50200。根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过3，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足以上要求？解解根据工艺上的要求，仪表的允许误差为如果将仪表的允许误差去掉“”号与“”号，其数值介于1.01.5之间，如果选择精度等级为1.5级的仪表，其允许的误差为1.5，超过了工艺上允许的数值，故应选择1.0级仪表才能满足工艺要求。11第一章概述第一章概述12仪表的精度等级仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。举例举例1.51.0如：第一节第一节 概述概述2.2.变差变差 变变差差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的最大偏差。 图3-1 测量仪表的变差14注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则，应及时检修。第一章概述第一章概述153.3.灵敏度与灵敏限灵敏度与灵敏限 仪仪表表的的灵灵敏敏度度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。 仪仪表表的的灵灵敏敏限限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。 注注意意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。 第一章概述第一章概述4.4.分辨率分辨率 对于数字式仪表，分分辨辨力力是指数字显示器的最末位数字间隔所代表的被测参数变化量。 不同量程的分辨力是不同的，相应于最低量程的分辨力称为该表的最最高高分分辨辨力力，也叫灵灵敏敏度度。通常以最高分辨力作为数字电压表的分辨力指标。分辨率与仪表的有效数字位数有关。16第一节第一节 概述概述175.5.线性度线性度 线线性性度度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。 图3-2 线性度示意图 式式中中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。第一章概述第一章概述186.6.反应时间反应时间 反反应应时时间间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的反应时间有不同的表示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的63.2（95）所用的时间，可用来表示反应时间。第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表n一、压力单位及测量仪表一、压力单位及测量仪表压力压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。压力压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）24第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表27p表P真P绝P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。图3-4绝对压力、表压、负压（真空度）的关系第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表28测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。1.1.1.1.液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计液柱式压力计 它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。 按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同按其结构形式的不同 有U形管压力计、单管压力计等 优点优点优点优点这类压力计结构简单、使用方便 缺点缺点缺点缺点 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。 第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表2.2.2.2.弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。例如弹簧管压力计、波纹管压力计及膜式压力计。3.3.3.3.电气式压力计电气式压力计电气式压力计电气式压力计 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。例如各种压力传感器和压力变送器。29第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表4.4.4.4.活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计活塞式压力计 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。 优点优点优点优点缺点缺点缺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。 30第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表n二、弹性式压力计二、弹性式压力计31定义定义定义定义 弹性式压力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。 优点优点优点优点 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表321.1.1.1.弹性元件弹性元件弹性元件弹性元件 弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。 图3-5 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件如图如图(a)(a)和和(b)(b)所示，所示，波纹管式弹性元件如如图图(e)(e)所示，所示，薄膜式弹性元件如图如图(c)(c)和和(d)(d)所示。所示。第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表332.2.2.2.弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表弹簧管压力表 分分分分类类类类使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。力表、禁油的氧气压力表等。 1弹簧管；2拉杆；3扇形齿轮；4中心齿轮；5指针；6面板；7游丝；8调整螺丝；9接头弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表弹簧压力表第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表基本测量原理基本测量原理基本测量原理基本测量原理 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 注意注意注意注意：弹簧管自由端B的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。 34第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表 在在化化工工生生产产过过程程中中，常常需需要要把把压压力力控控制制在在某某一一范范围围内内，即即当当压压力力低低于于或或高高于于给给定定范范围围时时，就就会会破破坏坏正正常常工工艺艺条条件件，甚甚至至可可能能发发生生危危险险。这这时时就就应应采采用用带带有有报报警警或或控控制制触触点点的的压压力力表表。将将普普通通弹弹簧簧管管压压力力表表稍稍加加变变化化，便便可可成成为为电电接接点点信信号号压压力力表表，它它能能在在压压力力偏偏离离给给定定范范围围时时，及及时时发发出出信信号号，以以提提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。 警惕！警惕！警惕！警惕！35第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-7 电接点信号压力表1，4静触点；2动触点；3绿灯；5红灯 压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调章指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调章。 36第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表n三、电气式压力计三、电气式压力计定义定义定义定义电电气气式式压压力力计计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。 37优点优点优点优点1.该仪表的测量范围较广测量范围较广，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可至0.2；2.由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。 第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-8 电气式压力计组成方框图组成组成组成组成 一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。 38第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：几种常见的传感器或变送器：1.1.1.1.霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器 霍霍霍霍尔尔尔尔片片片片式式式式压压压压力力力力传传传传感感感感器器器器是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。 图3-9 霍尔效应 霍尔电势霍尔电势可用下式表示 式中，UH为霍尔电势；RH为霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B为磁感应强度；I为控制电流的大小。 3 39 9第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如图3-10所示。 图3-10 霍尔片式压力传感器1弹簧管；2磁钢；3霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。4142第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表2.2.2.2.应变片压力传感器应变片压力传感器应变片压力传感器应变片压力传感器 应应变变片片式式压压力力传传感感器器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。 图3-11 应变片压力传感器示意图1应变筒；2外 壳 ；3密封膜片第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表3.3.压阻式压力传感器压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。 采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。 当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。 工作原理工作原理43第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表图3-12 压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻特点特点特点特点 精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单； 便于实现显示数字化； 可以测量压力，稍加改变，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。 4 44 4JF202系列压阻式压力传感器系列压阻式压力传感器第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表4.4.4.4.电容式压力变送器电容式压力变送器电容式压力变送器电容式压力变送器 电电电电容容容容式式式式压压压压力力力力变变变变送送送送器器器器是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。 工作原理工作原理工作原理工作原理图3-14 电容式差压变送器原理图1隔离膜片；2，7固定电极；3硅油；4测量膜片；5玻璃层；6底座；8引线49先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 电容式压力变送器电容式压力变送器第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表 电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构电容式差压变送器的结构可以有效地保护测可以有效地保护测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片，当差压过大并超过允许测量范围时，测量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易量膜片将平滑地贴靠在玻璃凹球面上，因此不易损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了损坏，过载后的恢复特性很好，这样大大提高了过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有过载承受能力。与力矩平衡式相比，电容式没有杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性杠杆传动机构，因而尺寸紧凑，密封性与抗振性好，测量精度相应提高，可达好，测量精度相应提高，可达0.20.2级。级。 小结小结小结小结50第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n一、概述一、概述 介介介介质质质质流流流流量量量量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。 流量大小流量大小流量大小流量大小：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 总量总量总量总量：在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。定义定义定义定义63第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表1.1.1.1.速度式流量计速度式流量计速度式流量计速度式流量计 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。例例如如压压差差式式流流量量计计、转转子子流量计、电磁流量计、涡轮流量计等流量计、电磁流量计、涡轮流量计等2.2.2.2.容积式流量计容积式流量计容积式流量计容积式流量计 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。例如椭圆齿轮流量计、活塞式流量计等 3.3.3.3.质量流量计质量流量计质量流量计质量流量计 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。 65分类第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n二、差压式流量计二、差压式流量计 差差差差压压压压式式式式（也也也也称称称称章章章章流流流流式式式式）流流流流量量量量计计计计是基于流体流动的章流原理，利用流体流经章流装置时产生的压力差而实现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的章流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。 66第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表1.1.1.1.章流现象与流量基本方程式章流现象与流量基本方程式章流现象与流量基本方程式章流现象与流量基本方程式（1 1 1 1）章流现象）章流现象）章流现象）章流现象 流体在有章流装置的管道中流动时，在章流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为章章流流现现象象。 章流装置包括章流件和取压装置。章流装置包括章流件和取压装置。67第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表图3-18 孔板装置及压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在章流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。注意注意注意注意68第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表（2 2 2 2）章流基本方程式）章流基本方程式）章流基本方程式）章流基本方程式 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。 可以看出可以看出可以看出可以看出流量与压力差P的平方根成正比。 69-流量系数；-膨胀矫正系数；F0 截流装置的开孔截面积。第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表2.2.2.2.标准章流装置标准章流装置标准章流装置标准章流装置 国内外把最常用的章流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准章流装置”。 标准化的具体内容包括章流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。 70第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表文丘里管文丘里管文丘里管文丘里管第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表优点优点优点优点缺点缺点缺点缺点标准孔板应用广泛，结构简单，安装方便，适用于大流量的测量流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管压力损失较孔板小结构比较复杂，不易加工74第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表 标准章流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体，而且流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。 虽然章流装置对管道直径小于50mm，低雷诺数的流体的测量精度不高，而转子流量计则特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。 75第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n三、转子流量计三、转子流量计841.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理 以压降不变，利用章流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变章流面积的流量测量方法。图3-27 转子流量计的工作原理图第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表862.2.2.2.电远传式转子流量计电远传式转子流量计电远传式转子流量计电远传式转子流量计 它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。 （1 1 1 1）流量变送部分）流量变送部分）流量变送部分）流量变送部分 图3-28 差动变压器结构第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表88（2 2 2 2）电动显示部分）电动显示部分）电动显示部分）电动显示部分图3-29 LTD系列电远传转子流量计第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n四、椭圆齿轮流量计四、椭圆齿轮流量计(容积式流量计容积式流量计)981.1.1.1.工作原理工作原理工作原理工作原理图3-30 椭圆齿轮流量计结构原理2.2.2.2.使用特点使用特点使用特点使用特点 适用于高黏度介质的流量测量。 测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。 椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。 椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。 第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n五、涡轮流量计五、涡轮流量计99图3-31涡轮流量计1涡轮；2导流器；3磁电感应转换器；4外壳；5前置放大器优点优点优点优点 安装方便。 测量精度高，可耐高压。 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。 缺点缺点缺点缺点 一般应加过滤器。 安装时，前后要有一定的直管段。 第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n六、电磁流量计六、电磁流量计100能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。 图3-32 电磁流量计原理图感应电势的方向由右手定则判断，大小由下式决定 （3-43）而（3-44）将式（4-44）代入式（4-43），得第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表注意注意注意注意 只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。 101第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n七、漩涡流量计七、漩涡流量计 精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、章能效果明显。 图3-33卡曼涡街102 漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。流量的仪表。第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表 热敏检测法热敏检测法 电容检测法电容检测法 应力检测法应力检测法 超声检测法超声检测法漩涡频率的检测方法漩涡频率的检测方法图3-34 圆柱检出器原理图1空腔；2圆柱棒；3导压孔；4铂电阻丝；5隔墙满足hL0.281时，则所产生的涡街是稳定的。由圆柱体形成的卡曼漩涡，其单侧漩涡产生的频率为103F-单侧漩涡产生频率；v-流体平均流速；d-圆柱体直径；St-斯特劳哈尔系数。漩涡流量计漩涡流量计第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表n一、概论一、概论3几个概念几个概念几个概念几个概念液位 料位液位计 界位计按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为按其工作原理分为直读式物位仪表 差压式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表光学式物位仪表第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表n二、差压式液位变送器二、差压式液位变送器4工作原理工作原理工作原理工作原理图3-39 差压液位变送器原理图图3-40 压力表式液位计第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表将差压变送器的一端接液相，另一端接气相因此 当被测容器是敞口的，气相压力为大气压时，只需将差压变送器的负压室通大气即可。若不需要远传信号，也可以在容器底部安装压力表，如图3-40所示。5第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表n三、电容式物位传感器三、电容式物位传感器1.1.1.1.测量原理测量原理测量原理测量原理图3-45 电容器的组成1内电极；2外电极两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量两圆筒间的电容量C C当当 D D 和和 d d 一定时，电容量一定时，电容量 C C 的大小与的大小与极板的长度极板的长度 L L 和介质的介电常数和介质的介电常数 的乘积的乘积成比例。成比例。 10通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。 第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表2.2.2.2.液位的检测液位的检测液位的检测液位的检测3-46 非导电介质的液位测量1内电极；2外电极；3绝缘套；4流通小孔当液位为零时，仪表调整零点，其零点的电容为 对非导电介质液位测量的电容式液位传感器原理如下图所示。当液位上升为H时，电容量变为电容量的变化为11第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表 电容量的变化与液位高度H成正比。该法是利用被测介质的介电系数与空气介电系数0不等的原理进行工作，（-0）值越大，仪表越灵敏。电容器两极间的距离越小，仪表越灵敏。 结论结论结论结论12第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表3.3.3.3.料位的检测料位的检测料位的检测料位的检测 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。1金属电极棒；2容器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测量左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。料位的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为电容量变化与料位升降的关系为13图3-47 料位检测电容式物位位变送器电容式物位位变送器第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表优点优点优点优点 电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 缺点缺点缺点缺点 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。 应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。发生变化这种情况。14第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表n四、核辐射物位计四、核辐射物位计射线的透射强度随着通过介质层厚度的增加而减弱通过介质层厚度的增加而减弱，具体关系见式（3-63）。可知其强度呈指数规律衰减。I-I-穿过介质后的射线强度穿过介质后的射线强度图3-48 核辐射物位计示意图1辐射源；2接受器特点特点特点特点 适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。 可在高温、烟雾等环境下工作。 但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。15第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n一、温度检测方法一、温度检测方法 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。 分分类类按测量范围按测量范围按测量范围按测量范围 按用途按用途按用途按用途 高温计、温度计标准仪表、实用仪表 按工作原理按工作原理按工作原理按工作原理 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计 按测量方式按测量方式按测量方式按测量方式 接触式与非接触式 18第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表测温方式测温方式测温方式测温方式温度计种类温度计种类温度计种类温度计种类 测温范围测温范围测温范围测温范围 优点优点优点优点 缺点缺点缺点缺点 接接触触式式测测温温仪仪表表膨膨胀胀式式玻璃液体玻璃液体 -50-50600600结构简单，使用方便，测量准确，结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量的测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传限制，易碎，不能记录远传 双金属双金属-80 -80 600600结构紧凑，牢固可靠结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有限精度低，量程和使用范围有限 压压力力式式液体液体气体气体蒸汽蒸汽-30 -30 600600-20 -20 350350 0 0 250250结构简单，耐震，防爆能记录、报结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后大精度低，测温距离短，滞后大 热热电电偶偶铂铑铂铑- -铂铂镍铬镍铬- -镍镍硅硅镍铬镍铬- -考考铜铜0 0 16001600-50 -50 10001000-50 -50 600600测温范围广，精度高，便于远距离、测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段测需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低量精度较低 热热电电阻阻铂铂铜铜-200 -200 600600 -50 -50 150150测量精度高，便于远距离、多点、测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温度不能测高温，需注意环境温度的影响的影响 非接非接触式触式测温测温仪表仪表辐辐射射式式辐射式辐射式光学式光学式比色式比色式400 400 20002000700 700 32003200900 900 17001700测温时，不破坏被测温度场测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件会低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度影响测温准确度 红红外外线线光电探测光电探测热电探测热电探测0 0 35003500200 200 20002000测温范围大，适于测温度分布，不测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难易受外界干扰，标定困难 表表表表3-3 3-3 3-3 3-3 常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点常用温度计的种类及优缺点19第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表1.1.1.1.膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计膨胀式温度计图3-50 双金属片图3-51 双金属温度信号器201双金属片；2调章螺钉；3绝缘子；4信号灯膨胀式温度计是膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。的性质而制成的。WTZ、WTQ系列压力式温度计系列压力式温度计双金属片式温度计双金属片式温度计第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表212.2.2.2.压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计 它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。图3-52 压力式温度计结构原理图 1传动机构；2刻度盘； 3指针；4弹簧管；5连杆；6接头；7毛细管；8温包；9工作物质 应用压力随温度的变化来测温的仪表叫应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计压力式温度计压力式温度计压力式温度计。 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表3.3.3.3.辐射式温度计辐射式温度计辐射式温度计辐射式温度计 辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计辐射式高温计是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。目前是基于物体热辐射作用来测量温度的仪表。目前主要用于测量高于主要用于测量高于800800的温度。的温度。压力式温度计的压力式温度计的压力式温度计的压力式温度计的构造构造构造构造由以下三部分组成由以下三部分组成由以下三部分组成由以下三部分组成 温包 毛细管 弹簧管（或盘簧管） 22第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n二、热电偶温度计二、热电偶温度计23热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。图3-53 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计热电偶温度计由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。 1.1.1.1.热电偶热电偶热电偶热电偶图3-54 热电偶示意图第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表24（1 1 1 1）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理）热电现象及测温原理图3-55 热电现象图3-56 接触电势形成的过程图3-57 热电偶原理及电路图左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表注意注意 如果组成热电偶回路的两种导体材料相同，则无论两接点温度如何，闭合回路的总热电势为零；如果热电偶两接点温度相同，尽管两导体材料不同，闭合回路的总热电势也为零；热电偶产生的热电势除了与两接点处的温度有关外，还与热电极的材料有关。也就是说不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的。 25第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表28（2 2）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求工业上对热电极材料的要求温度每增加温度每增加时所能产生的热电势要大，而时所能产生的热电势要大，而且热电势与温度应尽可能成线性关系；且热电势与温度应尽可能成线性关系；物理稳定性要高；物理稳定性要高；化学稳定性要高；化学稳定性要高；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；材料组织要均匀，要有韧性，便于加工成丝；复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保复现性好，便于成批生产，而且在应用上也可保证良好的互换性。证良好的互换性。 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表29热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬- -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铁铁- -铜镍铜镍铜铜- -铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2- - -CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-400300300180018001600160012001200900900750750350350表表表表3-4 3-4 3-4 3-4 工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶工业用热电偶第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表30（3 3）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶图3-59 热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表32 铠装热电偶铠装热电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。 优点优点反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。 表面型热电偶表面型热电偶 利用真空镀膜法将两极材料镀在绝缘基底上的薄膜利用真空镀膜法将两极材料镀在绝缘基底上的薄膜热点偶，专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电热点偶，专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。 扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶图3.3WRNM-203型圆柱表面热电偶型圆柱表面热电偶第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶, ,整个热偶元件的尺寸很小。整个热偶元件的尺寸很小。33热电偶、热电阻的选用热电偶、热电阻的选用(1)选用原则：较高温度热电偶 中低温区热电阻一般以500为分界，但不绝对原因有两点：(1)在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。(2)由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n三、热电阻温度计三、热电阻温度计44 在在500500以下中、低温区，一般是使用热电阻温度计来以下中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。进行温度的测量较为适宜。 热电阻温度计热电阻温度计是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。 图3-64第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。气体、蒸汽及固体表面的温度。1.1.1.1.测温原理测温原理测温原理测温原理 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）来进行温度测量的。（电阻温度效应）来进行温度测量的。 45第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表2.2.2.2.工业常用热电阻工业常用热电阻工业常用热电阻工业常用热电阻作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是：作为热电阻的材料一般要求是： 电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性。 46第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表47（1 1）铂电阻）铂电阻在0650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为由实验求得 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R010，对应分，对应分度号为度号为Pt10。另一种是。另一种是R0100，对应分度号为，对应分度号为Pt100。 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表48（2 2）铜电阻）铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50+150内，具有很好的稳定性。 在-50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为Cu10。另一种是R0100，对应的分度号为Cu100。第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表49. . . .热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构热电阻的结构（1 1 1 1）普通型热电阻）普通型热电阻）普通型热电阻）普通型热电阻 主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。图3-65 热电阻的支架形状(已绕电阻丝)（2 2 2 2）铠装热电阻）铠装热电阻）铠装热电阻）铠装热电阻 将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。 （3 3 3 3）薄膜热电阻）薄膜热电阻）薄膜热电阻）薄膜热电阻 将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。无固定装置热电阻固定螺纹式热电阻活动法兰式热电阻固定螺纹锥式热电阻固定螺纹管接头式热电阻活络管接头式热电阻图3.8防喷式铠装热电阻扁接插式铠装热电阻防水式铠装热电阻圆接插式铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻图3.10第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n四、测温元件的安装四、测温元件的安装61（1）在测量管道温度时，应保证测温元件与流体充分接触，以减少测量误差。见图3-73。 （2）测温元件的感温点应处于管道中流速最大处。 （3）测温元件应有足够的插入深度，以减小测量误差。见图3-74。 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表图3-73 测温元件安装示意图之一图3-74 测温元件安装示意图之二62第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表63（4）若工艺管道过小（直径小于80mm），安装测温元件处应接装扩大管，如图3-75所示。 （5）热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，以避免雨水或其他液体、脏物进入接线盒中影响测量，如图3-76所示。 （6）为了防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处。 （7）测温元件安装在负压管道中时，必须保证其密封性，以防外界冷空气进入，使读数降低。 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表图3-75 小工艺管道上测温元件安装示意图图3-76 热电偶或热电阻安装示意图64