化工儀表及自動化第三章檢測儀表與傳感器

化工儀表及自動化第3章內容提要概述測量過程與測量誤差儀表的性能指標工業儀表的分類壓力檢測及儀表壓力單位及測壓儀表彈性式壓力計電氣式壓力計智能型壓力變送器壓力計的選用及安裝2化工儀表及自動化第3章內容提要流量檢測及儀表概述差壓式流量計轉子流量計橢圓齒輪流量計渦輪流量計電磁流量計漩渦流量計質量流量計流量測量儀表的選型3化工儀表及自動化第3章內容提要物位檢測及儀表概述差壓式液位變速器電容式物位傳感器核輻射物位計磁致伸縮式液位儀光纖式液位儀稱重式液罐計量儀物位流量測量儀表的選型4化工儀表及自動化第3章內容提要溫度檢測及儀表溫度檢測方法熱電偶溫度計熱電阻溫度計光纖溫度傳感器電動溫度變送器一體化溫度變送器智能式溫度變送器測溫元件的選用及安裝5化工儀表及自動化第3章模擬式顯示儀表自動電子電位差計自動電子平衡電橋數字式顯示儀表數字式顯示儀表的特點及分類數字式顯示儀表的基本組成新型顯示儀表無筆、無紙記錄儀虛擬顯示儀表內容提要6化工儀表及自動化第3章第一節概述

用來檢測這些參數的技術工具稱為檢測儀表。

用來將這些參數轉換為一定的便于傳送的信號的儀表通常稱為傳感器。

當傳感器的輸出為單元組合儀表中規定的標準信號時，通常稱為變送器。7化工儀表及自動化第3章一、測量過程與測量誤差

測量過程在實質上都是將被測參數與其相應的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現這種比較的工具。

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，即絕對誤差和相對誤差。

第一節概述8化工儀表及自動化第3章絕對誤差xi：儀表指示值,xt：被測量的真值由于真值無法得到

x：被校表的讀數值，x0：標準表的讀數值

相對誤差第一節概述9化工儀表及自動化第3章二、儀表的性能指標1.精確度（簡稱精度）說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差Δ來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值Δmax。

兩大影響因素絕對誤差和儀表的測量范圍相對百分誤差δ允許誤差第一節概述10化工儀表及自動化第3章

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。將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“％”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。小結第一節概述1.0,1.5,2.5,4.0高低Ⅰ級標準表Ⅱ級標準表工業用表0.005,0.002,0.050.1,0.2,0.4,0.511化工儀表及自動化第3章舉例例1某臺測溫儀表的測溫范圍為200~700℃，校驗該表時得到的最大絕對誤差為＋4℃，試確定該儀表的精度等級。解該儀表的相對百分誤差為

如果將該儀表的δ去掉“＋”號與“％”號，其數值為0.8。由于國家規定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。第一節概述12化工儀表及自動化第3章例2某臺測溫儀表的測溫范圍為0～1000℃。根據工藝要求，溫度指示值的誤差不允許超過±7℃，試問應如何選擇儀表的精度等級才能滿足以上要求？解根據工藝上的要求，儀表的允許誤差為

如果將儀表的允許誤差去掉“±”號與“％”號，其數值介于0.5～1.0之間，如果選擇精度等級為1.0級的儀表，其允許的誤差為±1.0％，超過了工藝上允許的數值，故應選擇0.5級儀表才能滿足工藝要求。第一節概述13化工儀表及自動化第3章儀表的精度等級是衡量儀表質量優劣的重要指標之一。

精度等級數值越小，就表征該儀表的精確度等級越高，也說明該儀表的精確度越高。0.05級以上的儀表，常用來作為標準表；工業現場用的測量儀表，其精度大多在0.5以下。

儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。舉例1.51.0如：第一節概述14化工儀表及自動化第3章

根據儀表校驗數據來確定儀表精度等級和根據工藝要求來選擇儀表精度等級，情況是不一樣的。根據儀表校驗數據來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應該大于（至少等于）儀表校驗所得的相對百分誤差；根據工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應該小于（至多等于）工藝上所允許的最大相對百分誤差。小結第一節概述15化工儀表及自動化第3章2.變差

變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內進行正反行程（即被測參數逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，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。

圖3-1測量儀表的變差第一節概述16化工儀表及自動化第3章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，與引起這個位移的被測參數變化量的比值。即第一節概述

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所需的被測參數變化量。

儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發生動作的被測參數的最小變化量。通常儀表靈敏限的數值應不大于儀表允許絕對誤差的一半。

注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數字式儀表中，往往用分辨力表示。17化工儀表及自動化第3章4.分辨力

對于數字式儀表，分辨力是指數字顯示器的最末位數字間隔所代表的被測參數變化量。

不同量程的分辨力是不同的，相應于最低量程的分辨力稱為該表的最高分辨力，也叫靈敏度。通常以最高分辨力作為數字電壓表的分辨力指標。分辨率與儀表的有效數字位數有關。第一節概述五位半表頭18化工儀表及自動化第3章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際校準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系。

圖3-2線性度示意圖

式中，δf為線性度（又稱非線性誤差）；Δfmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。第一節概述19化工儀表及自動化第3章6.反應時間

反應時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數變化的品質指標。反應時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數。

儀表反應時間的長短，實際上反映了儀表動態特性的好壞。

儀表的反應時間有不同的表示方法

當輸入信號突然變化一個數值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩態值。

儀表的輸出信號由開始變化到新穩態值的63.2％（95％）所用的時間，可用來表示反應時間。第一節概述20化工儀表及自動化第3章三、工業儀表的分類1.按儀表使用的能源分類氣動儀表、電動儀表、液動儀表

以電為能源，信號之間聯系比較方便，適宜于遠距離傳送和集中控制；便于與計算機聯用；現在電動儀表可以做到防火、防爆，更有利于電動儀表的安全使用。

一般結構較復雜；易受溫度、濕度、電磁場、放射性等環境影響。

優點缺點常用第一節概述電動儀表的特點21化工儀表及自動化第3章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，并進行適當的轉換。

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?？刂苾x表

可以根據需要對輸入信號進行各種運算。

執行器

可以接受控制儀表的輸出信號或直接來自操作員的指令，對生產過程進行操作或控制。

第一節概述22化工儀表及自動化第3章圖3-3各類儀表的作用第一節概述23化工儀表及自動化第3章3.按儀表的組成形式分類

基地式儀表特點是將測量、顯示、控制等各部分集中組裝在一個表殼里，形成一個整體。這種儀表比較適于在現場做就地檢測和控制，但不能實現多種參數的集中顯示與控制。這在一定程度上限制了基地式儀表的應用范圍。分為基地式儀表和單元組合儀表

第一節概述24化工儀表及自動化第3章

單元組合儀表是將對參數的測量及其變送、顯示、控制等各部分，分別制成能獨立工作的單元儀表（簡稱單元，例如變送單元、顯示單元、控制單元等）。這些單元之間以統一的標準信號互相聯系，可以根據不同要求，方便地將各單元任意組合成各種控制系統，適用性和靈活性都很好。

第一節概述25化工儀表及自動化第3章第一節概述

化工生產中的單元組合儀表有電動單元組合儀表和氣動單元組合儀表兩種。國產的電動單元組合儀表簡稱DDZ儀表；氣動單元組合儀表簡稱QDZ儀表。注意

氣動單元組合儀表

電動單元組合儀表QDZ組合單元氣動DDZ組合單元電動標準信號：0.02-0.1MPa (20-100kPa)DDZ-Ⅱ

：0-10mA,0-2VDDZ-Ⅲ:4-20mA,1-5V26化工儀表及自動化第3章第二節壓力檢測及儀表一、壓力單位及測量儀表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）27化工儀表及自動化第3章

為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關系，下面給出幾種單位之間的換算關系表。第二節壓力檢測及儀表28化工儀表及自動化第3章114.5010.197750.10.98691.01970.11×105巴0.0689510.703151.710.068050.070316.895×10-36.895×103（磅/英寸2）0.098061.422173.550.096780.10009.806×10-39.806×103水柱1.3332×10-31.934×10-20.013611.3158×10-31.3595×10-31.3332×10-41.3332×102汞柱1.013314.7010.3376011.03320.101331.0133×105物理大氣壓0.980714.2210.00735.60.967819.807×10-29.807×104工程大氣壓101.450×1021.0197×1027.501×1039.86910.19711×106兆帕1×10-51.450×10-41.0197×10-47.501×10-39.869×10-61.0197×10-51×1061帕巴/bar（磅/英寸2）/（lb/in2）水柱/mH2O汞柱/mmHg物理大氣壓/atm工程大氣壓/(kgf/cm2)兆帕/MPa帕/Pa壓力單位表3-1各種壓力單位換算表29化工儀表及自動化第3章p表P真P絕P絕大氣壓力線絕對壓力的零線在壓力測量中，常有表壓、絕對壓力、負壓或真空度之分。

當被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。圖3-4絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關系第二節壓力檢測及儀表30化工儀表及自動化第3章1.液柱式壓力計

它根據流體靜力學原理，將被測壓力轉換成液柱高度進行測量。

按其結構形式的不同

有U形管壓力計、單管壓力計等優點這類壓力計結構簡單、使用方便缺點

其精度受工作液的毛細管作用、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。

第二節壓力檢測及儀表測量壓力或真空度的儀表按照其轉換原理的不同，分為四類。31化工儀表及自動化第3章2.彈性式壓力計

它是將被測壓力轉換成彈性元件變形的位移進行測量的。

3.電氣式壓力計

它是通過機械和電氣元件將被測壓力轉換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。第二節壓力檢測及儀表32化工儀表及自動化第3章4.活塞式壓力計

它是根據水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉換成活塞上所加平衡砝碼的質量來進行測量的。優點缺點測量精度很高，允許誤差可小到0.05%～0.02%。結構較復雜，價格較貴。

第二節壓力檢測及儀表33化工儀表及自動化第3章二、彈性式壓力計定義

彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質壓力的作用下，使彈性元件受壓后產生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。優點

具有結構簡單、使用可靠、讀數清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優點。

可用來測量幾百帕到數千兆帕范圍內的壓力。

第二節壓力檢測及儀表34化工儀表及自動化第3章1.彈性元件

彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當測壓范圍不同時，所用的彈性元件也不一樣。圖3-5

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。第二節壓力檢測及儀表35化工儀表及自動化第3章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—調整螺絲；9—接頭彈簧壓力表第二節壓力檢測及儀表36化工儀表及自動化第3章基本測量原理

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生擴張變形。同時，使彈簧管的自由端B產生位移。輸入壓力p越大，產生的變形也越大。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點的位移量，就能反映壓力p的大小。注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機構才能指示出來。

第二節壓力檢測及儀表37化工儀表及自動化第3章

在化工生產過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內，即當壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發生危險。這時就應采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現壓力的自動控制。

警惕！第二節壓力檢測及儀表38化工儀表及自動化第3章

圖3-7

電接點信號壓力表1，4—靜觸點；2—動觸點；3—綠燈；5—紅燈

壓力表指針上有動觸點2，表盤上另有兩根可調節指針，上面分別有靜觸點1和4。當壓力超過上限給定數值時，2和4接觸，紅色信號燈5的電路被接通，紅燈發亮。若壓力低到下限給定數值時，2與1接觸，接通了綠色信號燈3的電路。1、4的位置可根據需要靈活調節。第二節壓力檢測及儀表39化工儀表及自動化第3章三、電氣式壓力計定義電氣式壓力計是一種能將壓力轉換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。

優點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.由于可以遠距離傳送信號，所以在工業生產過程中可以實現壓力自動控制和報警，并可與工業控制機聯用。

第二節壓力檢測及儀表40化工儀表及自動化第3章圖3-8電氣式壓力計組成方框圖組成

一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄儀以及控制器、微處理機等。第二節壓力檢測及儀表41化工儀表及自動化第3章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霍爾效應制成的，即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉換成霍爾電勢，從而實現壓力的測量。

圖3-9霍爾效應

霍爾電勢可用下式表示

式中，UH為霍爾電勢；RH為霍爾常數，與霍爾片材料、幾何形狀有關；B為磁感應強度；I為控制電流的大小。第二節壓力檢測及儀表幾種常見的傳感器或變送器：1.霍爾片式壓力傳感器

42化工儀表及自動化第3章注意

霍爾電勢與磁感應強度和電流成正比。提高B和I值可增大霍爾電勢UH，但兩者都有一定限度，一般I為3～20mA，B約為幾千高斯，所得的霍爾電勢UH約為幾十毫伏數量級。

導體也有霍爾效應，不過它們的霍爾電勢遠比半導體的霍爾電勢小得多。第二節壓力檢測及儀表43化工儀表及自動化第3章

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，如圖3-10所示。

圖3-10霍爾片式壓力傳感器1—彈簧管；2—磁鋼；3—霍爾片

當被測壓力引入后，在被測壓力作用下，彈簧管自由端產生位移，因而改變了霍爾片在非均勻磁場中的位置，使所產生的霍爾電勢與被測壓力成比例。

利用這一電勢即可實現遠距離顯示和自動控制。第二節壓力檢測及儀表44化工儀表及自動化第3章2.應變片壓力傳感器

應變片式壓力傳感器利用電阻應變原理構成。電阻應變片有金屬和半導體應變片兩類，被測壓力使應變片產生應變。當應變片產生壓縮（拉伸）應變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應變片式壓力計。圖3-11應變片壓力傳感器示意圖1—應變筒；2—外殼；3—密封膜片第二節壓力檢測及儀表45化工儀表及自動化第3章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而構成。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。當壓力發生變化時，單晶硅產生應變，使直接擴散在上面的應變電阻產生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應的電壓輸出信號。工作原理第二節壓力檢測及儀表46化工儀表及自動化第3章圖3-12壓阻式壓力傳感器1—基座；2—單晶硅片；3—導環；4—螺母；5—密封墊圈；6—等效電阻特點

精度高、工作可靠、頻率響應高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結構簡單；

便于實現顯示數字化；

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。第二節壓力檢測及儀表47化工儀表及自動化第3章4.電容式壓力變送器

電容式壓力變送器是一種開環檢測儀表，具有結構簡單、過載能力強、可靠性好、測量精度高等優點，其輸出信號是標準的4～20mA（DC）電流信號。

工作原理圖3-14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換為電容量的變化，然后進行測量。

第二節壓力檢測及儀表48化工儀表及自動化第3章

電容式差壓變送器的結構可以有效地保護測量膜片，當差壓過大并超過允許測量范圍時，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過載后的恢復特性很好，這樣大大提高了過載承受能力。電容式沒有杠桿傳動機構，因而尺寸緊湊，密封性與抗振性好，測量精度相應提高，可達0.2級。小結第二節壓力檢測及儀表49化工儀表及自動化第3章四、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上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。可進行遠程通信

利用手持通信器，可對現場變送器進行各種運行參數的選擇和標定；其精確度高，使用與維護方便。特點第二節壓力檢測及儀表50化工儀表及自動化第3章舉例以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖3-153051C型智能差壓變送器（4～20mA）方框圖第二節壓力檢測及儀表51化工儀表及自動化第3章圖3-16手持通信器的連接示意圖

3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器。可以接在現場變送器的信號端子上，就地設定或檢測，也可以在遠離現場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設定及檢測。實現的功能（1）組態（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準（4）自診斷

第二節壓力檢測及儀表52化工儀表及自動化第3章

要對智能型差壓變送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結合使用，可遠離生產現場，尤其是危險或不易到達的地方，給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。注意第二節壓力檢測及儀表53化工儀表及自動化第3章五、壓力計的選用及安裝1.壓力計的選用

壓力計的選用應根據工藝生產過程對壓力測量的要求，結合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析，一般考慮以下幾個問題。

儀表類型的選用

儀表精度級的選取

儀表測量范圍的確定

第二節壓力檢測及儀表54化工儀表及自動化第3章舉例

例3某臺往復式壓縮機的出口壓力范圍為25～28MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。

解由于往復式壓縮機的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為根據就地觀察及能進行高低限報警的要求，由本章附錄一，可查得選用YX-150型電接點壓力表，測量范圍為0～60MPa。第二節壓力檢測及儀表55化工儀表及自動化第3章

由于，故被測壓力的最小值不低于滿量程的

1/3，這是允許的。另外，根據測量誤差的要求，可算得允許誤差為所以，精度等級為1.5級的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點壓力表，測量范圍為0～60MPa，精度等級為1.5級。

第二節壓力檢測及儀表56化工儀表及自動化第3章1.壓力計的安裝

（1）測壓點的選擇

應能反映被測壓力的真實大小。①要選在被測介質直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。②測量流動介質的壓力時，應使取壓點與流動方向垂直，取壓管內端面與生產設備連接處的內壁應保持平齊，不應有凸出物或毛刺。③測量液（氣）體壓力時，取壓點應在管道下（上）部，使導壓管內不積存氣（液）體。第二節壓力檢測及儀表57化工儀表及自動化第3章（2）導壓管鋪設

①導壓管粗細要合適，一般內徑為6～10mm，長度應盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應選用能遠距離傳送的壓力計。②導壓管水平安裝時應保證有1:10～1:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。③當被測介質易冷凝或凍結時，必須加設保溫伴熱管線。④取壓口到壓力計之間應裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應裝設在靠近取壓口的地方。第二節壓力檢測及儀表58化工儀表及自動化第3章（3）壓力計的安裝①壓力計應安裝在易觀察和檢修的地方。②安裝地點應力求避免振動和高溫影響。第二節壓力檢測及儀表59化工儀表及自動化第3章③測量蒸汽壓力時，應加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸[圖3-17（a）］；對于有腐蝕性介質的壓力測量，應加裝有中性介質的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質密度ρ2大于和小于隔離液密度ρ1的兩種情況。圖3-17壓力計安裝示意圖１—壓力計；２—切斷閥門；３—凝液管；４—取壓容器第二節壓力檢測及儀表60化工儀表及自動化第3章④壓力計的連接處，應根據被測壓力的高低和介質性質，選擇適當的材料，作為密封墊片，以防泄漏。⑤當被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應按Δp＝±Hρg進行修正。式中H為高度差，ρ為導壓管中介質的密度，g為重力加速度。⑥為安全起見，測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應向墻壁或無人通過之處，以防發生意外。第二節壓力檢測及儀表61化工儀表及自動化第3章一、概述

介質流量是控制生產過程達到優質高產和安全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參數。

流量大?。簡挝粫r間內流過管道某一截面的流體數量的大小，即瞬時流量?？偭浚涸谀骋欢螘r間內流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內的累計值。定義第三節流量檢測及儀表62化工儀表及自動化第3章第三節流量檢測及儀表質量流量M體積流量Q如以t表示時間，則流量和總量之間的關系是

流量計：測量流體流量的儀表。計量表：測量流體總量的儀表。

63化工儀表及自動化第3章1.速度式流量計

以測量流體在管道內的流速作為測量依據來計算流量的儀表。2.容積式流量計

以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目作為測量依據來計算流量的儀表。3.質量流量計

以測量流體流過的質量M為依據的流量計。質量流量計分直接式和間接式兩種。分類第三節流量檢測及儀表64化工儀表及自動化第3章二、差壓式流量計

差壓式（也稱節流式）流量計是基于流體流動的節流原理，利用流體流經節流裝置時產生的壓力差而實現流量測量的。

通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節流裝置和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。第三節流量檢測及儀表65化工儀表及自動化第3章1.節流現象與流量基本方程式（1）節流現象

流體在有節流裝置的管道中流動時，在節流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現象稱為節流現象。

節流裝置包括節流件和取壓裝置節流件有孔板、噴嘴、文丘里管等。第三節流量檢測及儀表66化工儀表及自動化第3章圖3-18孔板裝置及壓力、流速分布圖

要準確測量出截面Ⅰ、Ⅱ處的壓力有困難，因為產生最低靜壓力p2′的截面Ⅱ的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節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系，與測壓點及測壓方式的選擇是緊密相關的。注意第三節流量檢測及儀表67化工儀表及自動化第3章（2）節流基本方程式

流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關系的基本流量公式。它是根據流體力學中的伯努利方程和流體連續性方程式推導而得的?？梢钥闯鲆懒髁颗c壓差的確切關系，關鍵在于α的取值。α與節流裝置形式、節流孔面積與管道面積之比、取壓方式、Re等有關；流量與壓力差ΔP的平方根成正比。

ΔP是計算流量的關鍵數據，與取壓方法有關，我國規定的標準節流裝置取壓方法為角接取壓法和法蘭取壓法。第三節流量檢測及儀表68化工儀表及自動化第3章

流量系數α與Re的關系69化工儀表及自動化第3章2.標準節流裝置

國內外把最常用的節流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標準化，并稱為“標準節流裝置”。

標準化的具體內容包括節流裝置的結構、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。第三節流量檢測及儀表70化工儀表及自動化第3章圖3-19孔板斷面示意圖如左圖，標準孔板對尺寸和公差、粗糙度等都有詳細規定。舉例

其中d／D應在0.2～0.8之間；最小孔徑應不小于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，需要時可參閱設計手冊。第三節流量檢測及儀表71化工儀表及自動化第3章舉例標準孔板采用角接取壓法和法蘭取壓法，標準噴嘴為角接取壓法。

我國規定標準節流裝置取壓方法角接取壓法法蘭取壓法分為圖3-20環式取壓結構1—管道法蘭；2—環室；3—孔板；4—夾緊環第三節流量檢測及儀表標準節流裝置取壓方法法蘭取壓法標準節流裝置取壓方法72化工儀表及自動化第3章

環室取壓法能得到較好的測量精度，但是加工制造和安裝要求嚴格，如果由于加工和現場安裝條件的限制，達不到預定的要求時，其測量精度仍難保證。

所以，在現場使用時，為了加工和安裝方便，有時不用環室而用單獨鉆孔取壓，特別是對大口徑管道。第三節流量檢測及儀表73化工儀表及自動化第3章結構比較復雜，不易加工壓力損失較孔板小標準噴嘴和標準文丘里管流體經過孔板后壓力損失大，當工藝管道上不允許有較大的壓力損失時，便不宜采用。應用廣泛，結構簡單，安裝方便，適用于大流量的測量標準孔板缺點優點第三節流量檢測及儀表74化工儀表及自動化第3章

標準節流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數在104～105以上的流體，而且流體應當清潔，充滿全部管道，不發生相變。并在節流裝置前后有足夠長的直管段。

節流裝置將管道中流體流量的大小轉換為相應的差壓大小，但這個差壓信號還必須由導壓管引出，并傳遞到相應的差壓計，以便顯示出流量的數值。導壓管的安裝要求與“壓力檢測變送儀表”中導壓管的要求一樣。第三節流量檢測及儀表節流元件的安裝方向，可以垂直也可以水平，但對流向有一定要求。75化工儀表及自動化第3章3.差壓式流量計的測量誤差

在現場實際應用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達10％～20％。

不僅需要合理的選型、準確的設計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計有足夠的實際測量精度。

注意第三節流量檢測及儀表76化工儀表及自動化第3章誤差產生的原因被測流體工作狀態的變動。節流裝置安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現象差壓計安裝或使用不正確第三節流量檢測及儀表77化工儀表及自動化第3章

導壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質，導壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。

圖3-21測量液體流量時的取壓點位置圖3-22測量液體流量時的連接圖1—節流裝置；2—引壓導管；3—放空閥；4—平衡閥；5—差壓變送器；6—貯氣罐；7—切斷閥第三節流量檢測及儀表78化工儀表及自動化第3章a)取壓點應該位于節流裝置的下半部，與水平線夾角α為0°～45°。b)引壓導管最好垂直向下，如條件不許可，導壓管亦應下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。c)在引壓導管的管路中，應有排氣的裝置。①測量液體的流量時，應該使兩根導壓管內都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導壓管內的液體密度相等。第三節流量檢測及儀表79化工儀表及自動化第3章②測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。

a)取壓點應在節流裝置的上半部。b)引壓導管最好垂直向上，至少亦應向上傾斜一定的坡度，以使引壓導管中不滯留液體。

c)如果差壓計必須裝在節流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-23所示。③測量蒸汽的流量時，要實現上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度的影響。常見的接法見圖3-24所示。第三節流量檢測及儀表80化工儀表及自動化第3章圖3-23測量氣體流量時的連接圖1—節流裝置；2—引壓導管；3—差壓變送器；4—貯液罐；5—排放閥圖3-24測量蒸汽流量的連接圖1—節流裝置；2—凝液罐；3—引壓導管；4—排放閥；5—差壓變送器；6—平衡閥第三節流量檢測及儀表81化工儀表及自動化第3章差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。

由引壓導管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，構成三閥組，如圖3-25所示。

測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進入差壓計）的介質流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-26所示。第三節流量檢測及儀表82化工儀表及自動化第3章圖3-25差壓計閥組安裝示意圖1，2—切斷閥；3—平衡閥圖3-26隔離罐的兩種形式第三節流量檢測及儀表83化工儀表及自動化第3章三、轉子流量計1.工作原理

以壓降不變，利用節流面積的變化來測量流量的大小，即轉子流量計采用的是恒壓降、變節流面積的流量測量方法。圖3-27轉子流量計的工作原理圖第三節流量檢測及儀表84化工儀表及自動化第3章轉子流量計中轉子的平衡條件是（3-25）由式（3-25）可得根據轉子浮起的高度就可以判斷被測介質的流量大小或將式（3-26）代入上兩式，得或（3-26）第三節流量檢測及儀表85化工儀表及自動化第3章2.電遠傳式轉子流量計

它可以將反映流量大小的轉子高度h轉換為電信號，適合于遠傳，進行顯示或記錄。

LZD系列電遠傳式轉子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。

（1）流量變送部分

圖3-28差動變壓器結構第三節流量檢測及儀表86化工儀表及自動化第3章轉換原理

若將轉子流量計的轉子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉子隨流量變化的運動帶動鐵芯一起運動，那么，就可以將流量的大小轉換成輸出感應電勢的大小。第三節流量檢測及儀表87化工儀表及自動化第3章（2）電動顯示部分圖3-29LTD系列電遠傳轉子流量計第三節流量檢測及儀表88化工儀表及自動化第3章3.轉子流量計的指示值修正

轉子流量計的流量標尺上的刻度值，對用于測量液體來講是代表20℃時水的流量值，對用于測量氣體來講則是代表20℃，0.10133MPa壓力下空氣的流量值。所以，在實際使用時，要根據具體情況進行修正。（1）液體流量測量時的修正（3-31）第三節流量檢測及儀表89化工儀表及自動化第3章如果被測介質的黏度與水的黏度相差不大，可近似認為Φ是常數，則有（3-32）整理后得（3-34）（3-33）第三節流量檢測及儀表90化工儀表及自動化第3章同理可導得質量流量的修正公式為當采用耐酸不銹鋼作為轉子材料時，ρt＝7.9g/cm3，水的密度ρw＝1g/cm3，代入（3-34）與式（3-36）得（3-35）（3-36）（3-37）（3-38）第三節流量檢測及儀表91化工儀表及自動化第3章當介質密度ρf變化時，密度修正系數KQ、KM的數值見下表。

0.7641.5292.000.8591.2451.451.0460.9440.900.7711.5041.950.8721.2201.401.0730.9120.850.7781.4771.900.8841.1931.351.1020.8820.800.7851.4531.850.8971.1651.301.1340.8510.750.7921.4271.800.9111.1391.251.1700.8190.700.8001.4011.750.9271.1111.201.2110.7870.650.8091.3761.700.9431.0841.151.