温度压力流量设备及原理

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1、 温度、压力、流量设备及原理温度、压力、流量设备及原理 讲解人：讲解人：第一章 温度检测及仪表一、温度检测方法二、温度检测仪表温度检测的基本知识温度检测的基本知识 温度：反映物体冷热程度的物理量。 温度概念的建立及测量：以热平衡为基础 温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后会产生 热交换，换热结束后两个物体处于热平衡状态，则它们具有相同的温度。温标温标 摄氏温标 把标准大气压下的纯水冰水混合物定为0度，沸点定为100度，在0度和100度之间分成100等分，每一份为1摄氏度，符号为华氏温标规定在标准大气压下纯水的冰水混合物为32度，纯水的沸点为212度，将其180等分，每一份为1华氏度

2、，符号为。热力学温标 又称开尔文温标，单位为开尔文（K）国际实用温标 最新温标是1990年国际温标（ITS90）温度检测方式温度检测方式 测温元件与被测对象接触，经过换热后两者温度相等，（1）膨胀式温度计（2）热电效应温度计（3）热电阻温度计（4）其他原理的温度计非接触测温 测温元件不与被测物体接触，而是通过辐射能量进行热交换，有辐射能的大小来推算被测物体的温度。 （1）辐射式温度计（2）光电温度计（3）比色温度计（4）红外温度计应用膨胀原理测温双金属温度计的结构 双金属温度计是利用两种膨胀系数不同的金属片焊接在一起制成的测温元件，结构简单、牢固。 双金属片的一端为固定端，另一端为自由端。受热

3、后由于两种金属片的膨胀系数不同而使自由端产生弯曲变形，弯曲的程度与温度的高低成正比。 应用热电效应测温（热电偶）应用热电效应测温（热电偶） 测量原理两种不同的金属A和B构成闭合回路当两个接触端tt0时，回路中会产生热电势闭合回路电势闭合回路电势如果能使冷端温度t0固定,总电势就只与温度t成单值函数关系常见的标准热电偶常见的标准热电偶 分度表分度表热电势与热端温度之间关系热电势与热端温度之间关系 镍铬镊硅热电偶（K）分度表（ITS-90）参考端温度为0补偿导线法计算修正法 冷端恒温法 自动补偿法（补偿电桥法 ） 出现的问题出现的问题在实际的使用过程中，冷端温度t0往往不能维持在0，且受环境影响较

4、大，分度表对应的电势与实际输出电势之间存在误差，必须对冷端进行处理。解决方法补偿导线法补偿导线法导 线热电极长度有限，冷端受到被测温度变化的影响，把热电偶的冷端延伸到温度恒定或温度波动较小的地方，选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属。功 能 一、实现了冷端迁移 二、降低成本使用补偿导线应注意的问题补偿导线只能在规定的温度范围内，一般为（0100）与热电偶的电势相等或相近不同型号的热电偶所配用的补偿导线不同热电偶和补偿导线的两个接点处要保保持相同温度补偿导线分正负极，需分别与热电偶的正负极相连补偿导线的作用只是延伸热电偶的冷端，当冷端温度t00时，还需进行补偿与修正。设

5、：冷端温度恒为t0（t00）被测温度为t 修正公式 E（t,0）=E(t,t0)+E(t0,t)主要应用于实验室的测温，由于需要人工计算、查表，不能应用于生产过程的连续测温 计算修正法被测量温度t的热电势测量得出的热电势冷端t0的热电势自由端恒温法适用于实验室中精确测量和检定热电偶时使用俗称冰浴法自动补偿法（电桥补偿法）根据各类热电偶的型号选择配套的补偿电桥热电偶的结构形式工业热电偶示意图 1接线盒；2保险套管；3绝缘套管；4热电偶丝1.普通型装配式结构普通型装配式结构 通常由热电极、绝缘材料、保护套管和接线盒等主要部分构成。 绝缘材料通常采用带孔的高温陶瓷管，热电极从陶瓷管的孔中穿过，保护套

6、管的材料应具有耐高温、耐腐蚀、气密性好、机械强度高、热导率高等性能，目前有金属、非金属、金属陶瓷3类，其中不锈钢是常用的一种，可用于温度在900以下的场合。2.铠装热电偶铠装热电偶 铠装热电偶是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的组合体，可做的很细很长，可任意弯曲。 套管材料一般为铜、不锈钢或镍基高温合金等，热电极与套管间填满绝缘材料粉末，常用的绝缘材料为氧化镁、氧化铝等。 铠装热电偶特点：测量端热容小，动态响应快，机械强度高，广泛应用于工业部门。3.多点式热电偶多点式热电偶 适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于化肥合成塔、储存罐等装置

7、。4.防爆型热电偶防爆型热电偶 防爆型热电偶是利用间隙防爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，是爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆隔爆型热电偶的特点多种防爆形式，防爆性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；测温范围大；机械强度高，耐压性能好应用热电阻原理测温应用热电阻原理测温测量原理测量原理 ：导体或半导体的电阻值随温度变化 分类分类 一、金属热电阻（大多数具有正的热阻温度系数，温度升高电阻值增大，一般温度每升高1，电阻值约增加4%6%） 二、半导体热敏电阻（大多具有负温度系数，温度每

8、升高1，电阻约减少2%6%）金属电阻 要求：电阻温度系数大，工作范围内，物理和化学性质稳定，不易被介质腐蚀电阻随温度变化保持单值函数，最好是线性关系，复现性好，价格便宜。目前最广泛使用的是铂、铜材料。 （1）铂电阻（WZP） 测温范围：-200850，高温下只适合氧化气氛使用。 铂电阻阻值与温度的关系是一个典型非线性函数，一般工业用的 铂电阻值可以用下式表示： Rt= R0(1+At+Bt2) (0t850) Rt= R01+At+Bt2+Ct3(t-100) Rt为温度在t时铂电阻的电阻值；A、B、C为常数。 中国规定工业用的铂电阻R0=10和R0=100分度号为pt10和pt100 （2）

9、铜电阻（WZC） 测温范围：-50150。 铜电阻容易加工和提纯，线性较好，价格便宜。铜电阻的电阻值和温度关系可以表示为 Rt= R0（1+At+Bt2+Ct3) Rt为温度在t时铜电阻的电阻值；A、B、C为常数。 中国规定工业用铜电阻R0=50和R0=100分度号为Cu50和Cu100热电阻结构 热电阻包括：电阻体、结缘套管、接线盒 一般是将电阻丝绕在云母或石英、陶瓷、塑料等绝缘骨架上固定后套上保护套管，在电阻丝与套管之间填充导热材料。 热电阻结构形式：普通型、铠装型、铠装型 铠装热电阻与铠装热电偶相似防腐热电阻（外包覆聚四氟乙烯，适用于石油、化工各种腐蚀性介质中测温）端面热电阻（适用于测量

10、汽轮机轴瓦或其他机体表面温度）热电阻接线方式 热电阻的端子有三种不同的连接方式：二线式、三线式和四线式，二线式测量回路与传感器不太远的情况。在距离较远时，为消除引线电阻受环境温度影响造成的测量误差，需要采用三线式或四线式接法（a） (b) (c)温度变送器温度变送器 温度变送器的作用是将热电偶或热电阻输出的电势值或电阻值转换成统一标准信号，再送给其他元件组合仪表进行指示、记录或控制。图为使用温度变送器的温度检测系统组成图温度变送器组成测温系统测温元件的安装事项测温元件的安装事项插入深度要求（插入深度要求（ D为被测管道外径） 一般流体： D250mm 宜为70 D500mm 宜为300 D50

11、0mm 宜为D 高温高压蒸汽：D250mm 宜为100 mm 风烟煤粉管道：（1/3）D 绝缘要求绝缘要求 热电偶的绝缘要求：R1000M(用500V绝缘电阻表测量 Mm ) 热电阻的绝缘要求：R100M(用500V绝缘电阻表测量)插入方向要求插入方向要求 保证测温元件充分接触，最好是迎着被测介质流向插入，正交90也可，切勿与被测介质形成顺流测温元件安装注意事项测温元件安装注意事项 热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以避免积水或灰尘等接触不良，防止引入干扰信号， 检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。第二章 压力检测及仪表压力基本概念 1、是

12、指均匀垂直作用在单位面积上的力 F/S 2、单位： 帕斯卡，简称帕（pa） 工程上常用兆帕（Mpa） 在工程技术上，目前仍使用的压力单位还有： 工程大气压、物理大气压、巴、毫米汞柱和毫米水柱。 1pa=1N/m2=106pa 1工程大气压=1kg/cm2=9.80665104pa0.1Mpa3.表示方法 工程中压力的表示方式有：工程中压力的表示方式有： 表压、负压（真空度）、差压、绝对压力。 绝对压力： 物体所承受的实际压力，其零点为绝对真空。 表压力： 高于大气压力时的绝对压力与大气压力之差。 负压（真空度） 大气压力与低于大气压力的绝对压力值差。 工业中所用仪表的压力指示值大多数为表压和差

13、压。表压、绝对压力、负压（真空度）、差压之间的关系（1）液柱式压力检测 它是根据流体静力学原理，把北侧压力转换成液柱高度，多为玻璃管式。（2）弹性式压力检测 是根据弹性元件受力变形的原理将被测压力转换成弹性元件的位移，有弹簧管、膜片、波纹管。（3）电气式压力检测 是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量，如电阻、电荷量等。（4）活塞式压力检测 根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量，普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。 电厂生产中常用的为弹性式压力检测4.测压仪表的分类1.测量原理： 用弹性敏感元件作为压力敏感元件，把压力转换成弹性敏感元件的位移，弹

14、性敏感元件的位移可以通过传动机构带动指针直接指示被测压力，也可以用适当的转换元件把弹性敏感元件的位移变换成电信号输出。弹性式压力计弹簧管式弹性元件：单圈弹簧管、多圈弹簧管；薄膜式弹性元件：膜片、膜盒；波纹管式弹性元件：波纹管2.弹性元件 将截面为椭圆形的金属空心管弯成270圆弧形，顶端封口，当通入压力 后，它的自由端就会产生位移。 测压范围较宽，可高达1000MPa。（1）单圈弹簧管（2）多圈弹簧管为了在测低压时增加位移，可以将弹簧管制成多圈状。单圈弹簧管多圈弹簧管 用金属或非金属材料做成的具有弹性的圆片（有平膜片和波纹膜片）。在压力作用下，其中心产生变形位移，可测低压。（3）膜片膜 片（4）

15、膜盒将两张金属膜片沿周口对焊，内充硅油。使膜片增加强度。膜 盒位移最大，可测微压（1MPa）（5）波纹管波 纹 管电接点压力表 在普通弹簧管压力表的基础上稍填部件，便可成为电接点信号压力表。 增加两个报警针，上面分别装静止触点1和4，指示针上装动触点2。分别用软导线引至输出接线柱。 电接点压力表差压（压力）变送器 变送器的作用： 将液体、气体或蒸汽的压力、流量、液位等工艺参数转换成统一的标准信号，作为作为指示记录仪、运算器或调节器的输入信号，以实现对上述参数的显示、记录或自动控制变送器1.力平衡式差压变送器：基于力平衡原理工作2.电容式差压变送器：采用差动电容作为检测元件3.扩散硅式差压变送器

16、：采用硅杯压阻传感器作为敏感元件4.智能型差压（压力）变送器：增加微处理器电路力平衡式属于早期产品，下面主要介绍电容式和扩散硅式变送器力平衡式属于早期产品，下面主要介绍电容式和扩散硅式变送器 差压变送器的类型电容式变送器 电容式变送器 主要由隔离膜片、测量膜片、电容固定极板、绝缘体、引出电极等组成。 隔离膜片与被测介质接触，膜片1与3之间为一室，膜片2与3之间为另一室，两室各自封闭，内充硅油（或氟油），组成两室结构的单元。 被测压力PL和PH分别加于左右两个隔离膜片（1、2）上，经硅油将压力传送到测量膜片3上。在两侧压力差的作用下膜片可以产生微小的位移，在测量膜片左右，有两个用真空蒸发在玻璃凹

17、球面上的金属固定电极。当测量膜片向一侧位移时，它与两个固定电极间的电容一个增大，另一个减小，通过引出电极7测量这两个电容的变化便可知差压的数值。这样测量部分就把压力或差压等被测参数的变化转换成差动电容的变化。扩散硅式变送器 扩散硅压力传感器的结构扩散硅压力传感器的结构 连通介质工艺系统的高压腔和低压腔，它们之间的差压首先加到隔离膜片2、4上，通过封入液体（硅油）3再传送到半导体敏感元件5。由于压阻效应，半导体扩散电阻体的阻值发生变化，将它们接成电桥电路，取出信号并进行放大，可得到420mA的直流输出信号。压阻型传感器硅杯 硅杯杯状压敏元件，将弹性元件的变化值转变成电阻值的变化，当硅膜片上下两侧

18、出现压差时，膜片内部产生应力，材料的电阻率发生很大变化，使扩散电阻的阻值发生变化。扩散硅式压力变送器工作原理智能变送器 智能型压力（差压）变送器就是普通压力（差压）传感器的基础 上增加微处理器而形成的智能检测仪表。 特点： 1.可进行远程通信。 2.利用手持通讯器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择 和标定；其精度高，使用维护方便 3.通过编制各种程序，使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能，因而提高了变送器的精确度，简化了调整、校准与维护过程。智能变送器工作原理方框图可输出模拟与数字信号，具有双向通讯能力压力开关压力开关 压力开关类型： 按接触介质分：隔离式、非隔离式

19、安测量要求分：压差压力式开关、微压压力开关、电接点压力 开关压力开关原理图压力开关压力计的选用与安装压力计的选用与安装1.压力计的选用压力计的选用 （1）仪表类型的选用： 根据工艺要求正确选用仪表类型。 被测介质的性质 对腐蚀性较强的介质应使用不锈钢之类的弹性元件或敏感元件；对氧 气、乙炔等介质应选用专用的压力仪表； 对仪表输出信号的要求 对于之需要观察压力变化的仪表，应选用直接指示型仪表；若果需要将压力信号远传，可选用压力变送器。 使用的环境 对爆炸性较强的环境，在选用电气压力仪表时，应选择防爆型；对温度较高或较低的环境，应选择温度系数较小的敏感元件以及相应的变换元件。（2）仪表测量范围的确

20、定 测稳定压力时，最大工作压力不应超过测量上限的2/3； 测脉动压力时，最大工作压力不应超过测量上限的1/2； 测高压压力时，最大工作压力不应超过测量上限值的3/5； 一般被测压力的最小值不低于仪表满量程的1/3。 当被测压力变化范围大，最大和最小工作压力可能不能同时满足上述要求时，选择仪表量程应首先要满足最大工作压力条件。（3）仪表精度等级的选取 压力仪表的精度等级：一般分为0.005,0.02,0.03，0.05,0.1,0.16,0.2,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0，数值越小，其精度越高。 在满足工艺要求的前提下，应尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。（1）测压点的选

21、择： 选在直管段上； 取压点与流动方向垂直； 测液体压力时，取压点应在管道水平中线下部45范围内；测气体压力时应在管道水平中线上部45范围内；测蒸汽压力时应在管道水平中线上、下45范围内。（2）导压管敷设： 导压管粗细要合适，长度尽可能短； 导压管水平安装时应保证有1:101:20的坡度； 介质易冷凝或冻结时，必须保温伴热； 取压口至压力仪表之间应装设一、二次仪表阀，方便维护。 2.压力计的安装（3）压力计的安装压力仪表应安装在易观察和便于检修的地方。压力仪表要避免振动和高温的影响。测量水蒸气压力时，导压管要制成U形或环形管，形成冷凝水封，防止高温水蒸汽对弹性元件的影响，对腐蚀性介质，引压时要

22、加中性介质隔离装置。当压力仪表不在测压点同一水平面，且被测介质为液体时，则要考虑液柱高度对测量值的影响。压力表的连接处应加密封垫片，一般低于80及2MPa时，用石棉纸板或铝板，温度及压力高时，用退火紫铜或铅垫。对于特殊介质的测量，要特别注意安全，如测氧气压力时要防止油类、有机化合物与氧气接触；测量乙炔压力时，严禁有铜与之接触。第三章 流量测量（1）流量测量方法和分类 流量的定义：流量是流体在单位时间内通过管道或设备某横截面处的数量，又称瞬时流量。 瞬时流量有质量流量和体积流量之分。 （1）流量范围（2）量程与量程比（3）允许误差和精度等级（4）压力损失 压力损失的大小是流量仪表选型的一个重要技

23、术指标。压力损失小，流体能消耗小，反之则能耗大，经济效益相对降低。故希望流量计的压力损失越小越好。 1.流量仪表的准要技术参数2.流量计量中常用的物性参数（1）流体的密度（2）流体的粘度 同一流体的粘度随流体的温度和压力而变化，通常温度上升，粘度下降，而气体粘度上升。（3）热膨胀率 流体温度变化1时其体积的相对变化率。（4）压缩系数 流体温度不变，所受压力变化时，其体积的变化率。（5）雷诺数 是一个惯性力和粘性力之比的无量纲量。3.流量计的工作原理（1）电磁流量计 电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律，在与测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当导电液体沿测量管轴线运

24、动时，导电液体作切割磁力线运动残生感应电势，电势由电极检出。电磁流量计结构图电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在工业管道上，它将管道内的液体体积流量值线性变换成电势信号，并传送至转换器，转换器将信号进行放大，并转换成与流量信号成正比的标准电流信号输出，进行显示、累积、调节控制。一体式电磁流量计 分体式电磁流量计（2）超声波流量计 超声波脉冲在上下游两侧传感器间来回传播，由于上下游传播速度不同，产生时间差，根据时差大小测出流量。 传播时间技术是用一对传感器，每个传感器都发送和接收超声波信号并穿过流体。当流体流动时，向下游方向传播时间比向上游传播时间短。时差与流体速度成正比，

25、测出时差即测出流量与方向。超声波流量计工作原理图超声波测量仪表的准确度几乎不受被测流体的温度、压力、粘度、密度等参数的影响。(3)涡街流量计 在特定流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速由确定的比例关系，依据这种原理的流量计为涡街流量计。 在流体中设置旋涡发生体，从旋涡发生体两侧交替地产生有规律的旋涡，这种漩涡称为卡曼旋涡。 涡街流量计的组成 1.单旋涡发生体 2. 双、多旋涡发生体 旋涡发生体是检测器的主要部件，它与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性密切相关，对它的要求如下 （1）能控制旋涡在旋涡发生体轴线方向上同步分离； （2）在较宽的雷诺数范围内，

26、有稳定的旋涡分离点。 （3）能产生强烈的涡街，信号的信噪比高； （4）形状和结构简单，便与加工和几何形状标准化，以及各种检测元件的安装和组合； （5）材质应满足流体性质的要求，耐腐蚀、耐磨损、耐温度变化； （6）固有频率在涡街信号频带外。（4）差压式流量计 当充满圆管的流体流经管道内部安装的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差，该压力差通过差压计检出，流体的体积流量或质量与与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。差压流量计节流元件前后压力和流速变化情况 差压式流量计由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换和流量显示）组成。通常以检测件形式

27、对差压流量计分类，如孔板流量计、文丘里流量计、匀速管流量计等。文丘利管孔 板4.流量计的选型 正确地选择仪表的规格，也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环。应特别注意静压及耐温的选择。仪表的静压即耐压程度，应稍大于被测介质的工作压力，一般取1.25倍，以保证保证不发生泄漏或意外。 量程范围的选择，主要是仪表刻度上限的选择。小了，容易过载，损坏仪表；大了，有碍准确度。一般选为实际运行中最大流量值的12.1.3倍。（5）流量计的安装 安装在管道介质流动平稳的直管段，直管段应满足不同形式流量计的要求，如超声波流量计要求满足流量计前大于等于10倍的直管段，流量计后大于等5倍的直管段。现场环境温度不应高于仪表的正常工作温度，环境湿度在10%90%范围内,应避免振动和防止电磁干扰,安装地点方便维护，仪表要接地防止干扰。谢 谢!