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1、上海第二工业大学 宋海辉过程控制Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表2概概 述述一、一、 测量的基本知识测量的基本知识u （一）测量过程（一）测量过程n测量：用专用工具将测量：用专用工具将被测量被测量与基准单位进行比较的过程与基准单位进行比较的过程.n测量实质：将被测量经一次或多次信号能量形式的变换和测量实质：将被测量经一次或多次信号能量形式的变换和传递，最终获得便于和基准单位比较的信号能量形式，再通传递，最终获得便于和基准单位比较的信号能量形式，再通过指针位移或数字符号等将比较结果显示出来。过指针位移或数字符号等将比较结
2、果显示出来。u（二）测量误差（二）测量误差n测量误差测量误差:测量值与真实值之间的差值。测量值与真实值之间的差值。 2Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表3二、检测仪表的基础知识二、检测仪表的基础知识u（一）检测仪表的分类（一）检测仪表的分类n1根据敏感元件与被测介质根据敏感元件与被测介质是否接触是否接触n2按精度等级的不同按精度等级的不同接触式检测仪表接触式检测仪表非接触式检测仪表非接触式检测仪表标准仪表标准仪表范型仪表范型仪表实用仪表实用仪表3按使用场合不同按使用场合不同标定室仪表标定室仪表实验室仪表实验室仪表现场仪表
3、现场仪表4.按被测变量分类按被测变量分类压力检测仪表压力检测仪表物位检测仪表物位检测仪表流量检测仪表流量检测仪表温度检测仪表温度检测仪表成分分析仪表成分分析仪表概 述3Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表4检测变送及仪表4.1.1 温度检测一、温度检测的基本概念一、温度检测的基本概念u（一）温度的基本概念（一）温度的基本概念n温度温度是表征物体冷热程度的物理量。它反映了物体分子作是表征物体冷热程度的物理量。它反映了物体分子作无规则热运动平均动能的大小。无规则热运动平均动能的大小。n温度测量温度测量不能直接测量，只能间接测量
4、。不能直接测量，只能间接测量。u温度测量的方法温度测量的方法n（1）冷热不同的物体之间的热交换）冷热不同的物体之间的热交换n（2）物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加）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的测量。以间接的测量。4Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表5一、温度检测的基本概念一、温度检测的基本概念（二）测温仪表的分类（二）测温仪表的分类1.按测温范围来分按测温范围来分2.按工作原理分按工作原理分3.按感温元件和被测介质接触与否按感温元件和被测介质接触与否高温计：测量高温计：测量60
5、0以上温度的仪表以上温度的仪表温度计：测量温度计：测量600以下温度的仪表以下温度的仪表膨胀式温度计膨胀式温度计热电偶温度计热电偶温度计热电阻温度计热电阻温度计压力式温度计压力式温度计辐射高温计辐射高温计光学高温计光学高温计接触式温度计接触式温度计非接触温度计非接触温度计5Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表6一、温度检测的基本概念一、温度检测的基本概念测温方式温度计名称简单原理及常用测温范围优点缺点接触式热膨胀玻璃温度计液体受热时体积膨胀100600价廉、精度较高、稳定性好易破损，只能安装在易观察的地方双金属温度计金属受
6、热时线性膨胀50600示值清楚、机械强度较好精度较低压力式温度计温包内的气体或液体因受热而改变压力50600价廉、最易就地集中检测毛细管机械强度差，损坏后不易修复热电阻热电阻温度计导体或半导体的电阻值随温度而改变200600测量准确，可用于低温或低温差测量和热电偶相比，维护工作量大振动场合容易损坏热电势热电偶温度计两种不同金属导体接点受热产生热电势501600测量准确，和热电阻相比安装维护方便不易损坏，需要补偿导线，安装费用较高非接触式热辐射光学高温计加热体的亮度随温度高低而变化7003200测温范围广，携带使用方便价格便宜只能目测，必须熟练才能测得比较准确的数据光电高温计加热体的颜色随温度高
7、低而变化502000反应速度快测量较准确构造复杂，价格高，读数麻烦辐射高温计加热体的辐射能量随温度高低而变化502000反应速度快误差较大6Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表7液体膨胀式温度计酒精式酒精式水银式水银式膨胀式温度计膨胀式温度计7Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表8热电偶温度计热电偶温度计结构：括热电偶、显示仪表、导线结构：括热电偶、显示仪表、导线n热电偶热电偶-测温元件；测温元件；n显示仪表显示仪表-检测热电偶产生的热电势信号，可以采
8、用动检测热电偶产生的热电势信号，可以采用动圈式仪表，也可以用圈式仪表，也可以用ER180系列等其他仪表；系列等其他仪表；n导线导线 连接热电偶和显示仪表，补偿导线连接热电偶和显示仪表，补偿导线1热电偶的测温原理（热电效应原理）n热电偶：由两种不同材料的导体A和B焊接或绞接而成。导体A、B称为热电极，合称热电偶。 mV自由端自由端参比端参比端冷端冷端工作端工作端测量端测量端热端热端8Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表99Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器
9、仪表10二、热电偶温度计二、热电偶温度计1热电偶的测温原理（热电效应原理）热电偶的测温原理（热电效应原理）n热电效应：热电效应：将热电偶的工作端插入需要测量温度的生产设将热电偶的工作端插入需要测量温度的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，当两端所处的温度不同备中，冷端置于生产设备的外面，当两端所处的温度不同时（如热端为时（如热端为t，冷端为，冷端为t0），在热电偶回路内就会产生热），在热电偶回路内就会产生热电势，我们把这种物理现象称为电势，我们把这种物理现象称为热电效应热电效应。当冷端温度当冷端温度t0不变、两种热电极材料一定时，不变、两种热电极材料一定时， EAB(t0)= C为常数为常数,
10、则：则： EAB（t，t0）=EAB（t）- C =f（t）EAB(t) 指热电偶工作端温度指热电偶工作端温度t，冷端温度为，冷端温度为0时的热电势时的热电势EAB(t0)指热电偶工作端温度指热电偶工作端温度t0，冷端温度为，冷端温度为0时的热电势时的热电势10Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表11u结论：结论：n（1）保持冷端温度不变时，用表测出热电势）保持冷端温度不变时，用表测出热电势EAB(t,t0)就可得知测温度。就可得知测温度。n（2） 产生热电势的产生热电势的充要条件充要条件：A、B导体材料不同，两导体材料不
11、同，两接触点温度不同。接触点温度不同。n注意：注意：n1）EAB(t,t0)f(t-t0),是温度函数的差，非温度差的函是温度函数的差，非温度差的函数数n2）常用分度表在）常用分度表在T0=0时列出的时列出的n3）接触电势）接触电势差电势（一般情况下）故热电势的极性取差电势（一般情况下）故热电势的极性取决于接触电势极性。决于接触电势极性。二、热电偶温度计二、热电偶温度计11Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表12二、热电偶温度计二、热电偶温度计热电偶名称分度号主要性能测温范围/长期使用短期使用铂铑10铂S热电性能稳定，抗氧
12、化性能好，适用于氧化性和中性气氛中测量，但热电势小，成本高。2013001600铂铑30铂铑6B稳定性好，测量温度高，参比端在0100范围内可以不用补偿导线；适于氧化性气氛中的测温；热电势小，价格高。30016001800镍铬镍硅K热电势大，线性好，适于在氧化性和中性气氛中测温，且价格便宜，是工业上使用最多的一种。-5010001200镍铬铜镍E热电势大，灵敏度高，价格便宜，中低温稳定性好。适用于氧化或弱还原性气氛中测温。-50800900铁铜镍J测量精度高，稳定性好，低温时灵敏度高，价格最低。适用于氧化和还原性气氛中测温。-40700750铜铜镍T低温时灵敏度高、稳定性好，价格便宜。适用于氧
13、化和还原性气氛中测温。-40300350正极含铑30%负极含铑6%12Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表13 u【例】用一只镍铬-镍硅热电偶（分度号为K）测量炉温，已知热电偶工作端温度为800，自由端温度为25，求热电偶产生的热电势 E（800，25）。二、热电偶温度计二、热电偶温度计n解：由附录可以查得：n En En E(800,25) =E(800,0)E13Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表142.热电偶的基本定律热电偶的基本定律u（1）均
14、质导体定律）均质导体定律n即：由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论其截面及各即：由一种均质导体（或半导体）组成的闭合回路，不论其截面及各处的温度分布如何，都不能产生热电势。即处的温度分布如何，都不能产生热电势。即热电偶必须采用两种不同热电偶必须采用两种不同材料作为电极材料作为电极 u（2）中间导体定律）中间导体定律n在热电偶回路中，只要接入的在热电偶回路中，只要接入的中间导体中间导体(可多种可多种)两端温度相同两端温度相同，则对，则对热电偶回路的总电势无影响。热电偶回路的总电势无影响。 nEAB（T，T0）EAB（T，Ta）EAB（Ta，T0）u（3）中间温度定律）中间温度定律n在热
15、电偶回路中，接入第三种导体在热电偶回路中，接入第三种导体C ，只要这第三种导体两端，只要这第三种导体两端温度相温度相同同，则热电偶所产生的，则热电偶所产生的热电势保持不变热电势保持不变。 二、热电偶温度计二、热电偶温度计14Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表15 电极（热端）绝缘子保护管接线盒冷端二、热电偶温度计二、热电偶温度计连接热电偶与补偿导线用3热电偶的结构热电偶的结构u组成：热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒组成：热电极、绝缘套管、保护套管、接线盒15Friday, September 20, 2024过程控制
16、宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表16二、热电偶温度计二、热电偶温度计16Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表17u温度变送器的作用：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，再送给其他单元组合仪表进行指示、记录或控制。u 温度变送器种类：常用的有DDZ-型温度变送器、智能型温度变送器等等。uDDZ-型温度变送器为安全火花型防爆仪表n分两大类（架装型和现场安装型）、三个品种（热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器）。每个品种都有量程单元和放大单元两个部分，分别制在二块印刷线路板上。n
17、特点：量程单元各不相同，放大单元可以共用。四、温度变送器四、温度变送器17Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表18一、压力检测仪表的分类一、压力检测仪表的分类按照其转换原理不同(P45表32)液柱式压力计液柱式压力计弹性式压力计弹性式压力计活塞式压力计活塞式压力计电气式压力计电气式压力计压力测量18Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表19二、单圈弹簧管压力表二、单圈弹簧管压力表1特点：测压范围宽，测量精度较高、仪表刻度均匀、坚固耐用，所以应用非常广泛。
18、它主要用于现场的压力指示。2. 组成：1-1-弹簧管；弹簧管；2-2-拉杆；拉杆；3-3-调整螺钉；调整螺钉；4-4-扇形齿轮；扇形齿轮；5-5-指针；指针；6-6-中心齿轮；中心齿轮；7-7-游丝；游丝；8-8-面板；面板；9-9-接头接头19Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表202 2组成组成：单圈弹簧管、传动放大机构、指示机构和表壳。u（1）单圈弹簧管1是弯成圆弧形的金属管子，截面为扁圆或椭圆形，自由端封闭。当通入被测压力后，截面有变圆的趋势，迫使自由端产生位移。u（2）传动放大机构 包括拉杆2、扇形齿轮4、中心齿
19、轮6、调整螺钉3及游丝7。u（3）指示机构 包括指针5、刻度盘8u（4） 表壳 包括壳座、盖圈、表玻璃等3原理：uP弹簧管自由端位移拉杆直线位移扇形齿轮逆转角中心齿轮顺转指针顺转压力值 u 由于自由端的位移与被测压力呈线性关系，所以弹簧管压力表的刻度标尺为均匀分度。20Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表2121Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表22上图 弹簧管弹簧管下图 压力表机心压力表机心22Friday, September 20, 2024过
20、程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表23三、压力（差压）变送器三、压力（差压）变送器u（一）变送器概述（一）变送器概述n1.变送器作用：变送器作用：将被测变量转换为统一标准信号，送给指示将被测变量转换为统一标准信号，送给指示仪、记录仪、控制器或计算机控制系统，从而实现对被测变仪、记录仪、控制器或计算机控制系统，从而实现对被测变量的自动检测和控制。量的自动检测和控制。如如DDZ-型压力变送器：型压力变送器：是用来将液体、气体或蒸汽的压是用来将液体、气体或蒸汽的压力转换成力转换成420mA DC标准电信号的仪表。标准电信号的仪表。n2.种类种类电容式压力变送器（应用广泛）电容式压
21、力变送器（应用广泛）电感式压力变送器电感式压力变送器扩散硅式压力变送器扩散硅式压力变送器振弦式压力变送器振弦式压力变送器矢量机构式差压变送器矢量机构式差压变送器 微位移式差微位移式差压变送器压变送器23Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表24（二）电容式差压变送器1.结构：测量部件测量部件转换放大电路转换放大电路1-隔离膜片；2，7-固定弧形电极3-硅油；4-测量膜片；5-玻璃层；6-底座24Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表2525Friday,
22、September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表26n3 3特点：特点： 精度很高，引用误差不超过量程的。能经受振精度很高，引用误差不超过量程的。能经受振动和冲击，其可靠性和稳定性较高。体积小、重量轻，零点、动和冲击，其可靠性和稳定性较高。体积小、重量轻，零点、量程调整方便。量程调整方便。n4.4.两线制连接：两线制连接：变送器有两根输出导线，在输出反映被测压变送器有两根输出导线，在输出反映被测压力大小的力大小的4 420mA DC20mA DC电流信号的同时，也为变送器传递所需的电流信号的同时，也为变送器传递所需的24V DC24V DC电源，即变
23、送器与控制室仪表之间只有两根导线，故称电源，即变送器与控制室仪表之间只有两根导线，故称两线制连接两线制连接2原理：原理：26Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表274.1.3 流量检测及仪表 一、流量检测的基本概念一、流量检测的基本概念u1 1、流量：、流量：单位时间内流过管道某截面流体的量，包括单位时间内流过管道某截面流体的量，包括体积流量和质量流量体积流量和质量流量瞬时流量：瞬时流量：瞬时流量一般简称流量，指的是单位时间内流过管道某截瞬时流量一般简称流量，指的是单位时间内流过管道某截面流体的数量。面流体的数量。 累计流
24、量：累计流量：累计流量指的是在某一段时间内流过管道的流体流量的总累计流量指的是在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，称为总量。和，称为总量。u2 2、单位单位n体积流量单位体积流量单位:m3/s,工程上通常采用工程上通常采用:m3/h, l/min.n质量流量的单位质量流量的单位: Kg/s 或或 Kg/h.n 流体总量单位分别为流体总量单位分别为: m3,Kg T(吨吨). u3、体积流量与质量流量的关系为：u4、流量检测仪表的分类：见P64表3-7n差压式、转子式、容积式、速度式、靶式、电磁、漩涡式 27Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章
25、过程控制系统中的仪器仪表28二、差压式流量计二、差压式流量计1测量原理：n基于流体流动的节流原理，它是利用流体流经节流装置时产生的静压差来实现流量测量的。2差压式流量计的构成：n节流装置（包括节流元件和取压装置）n导压管n差压计或差压变送器n显示仪表28Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表29节流式流量计1-夹持件夹持件2节流件节流件3针型阀针型阀4支撑杆支撑杆 5导压管导压管 6差压变送器差压变送器7防冻式隔离器防冻式隔离器8法兰法兰9螺栓螺栓10管道管道29Friday, September 20, 2024过程控制
26、宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表30（一）节流元件的测量原理1节流元件u（1）节流元件：设置在管道中使流体产生局部收缩的元件。u（2）节流元件有： 孔板 喷嘴文丘利管30Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表31（一）节流元件的测量原理n当流体流经节流装置时，由于流通当流体流经节流装置时，由于流通面积突然变小面积突然变小，流束被迫局部，流束被迫局部收收缩缩，流速加快流速加快，动能增加动能增加。在节流元件前后产生了静压差。在节流元件前后产生了静压差。n压差值与流体的流量关系：压差值与流体的流量关系：n流量系数，由
27、实验确定；流量系数，由实验确定；n膨胀校正系数，查阅手册；膨胀校正系数，查阅手册；对于不可压缩液体可取对于不可压缩液体可取=1；n F0节流装置的开孔截面积，节流装置的开孔截面积，m2；n节流装置节流装置前前的流体密度，的流体密度，kg/m3；np节流装置节流装置前后的压差前后的压差，Pa。流束的压缩与收缩现象流束的压缩与收缩现象31Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表32（一）节流元件的测量原理节流：流束的压缩与收缩现象节流：流束的压缩与收缩现象动能动能+静压能静压能P1动能动能+静压能静压能动能动能+静压能静压能P2总
28、能总能=动能动能+静压能保持不变静压能保持不变返回返回32Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表33（一）节流元件的测量原理33Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表34流量与差压之间具有开方关系，为指示方便，希望送给显示流量与差压之间具有开方关系，为指示方便，希望送给显示仪表的信号与流量成线性，所以常在差压变送器后增加一个开仪表的信号与流量成线性，所以常在差压变送器后增加一个开方器，使方器，使IO与流量与流量Q变成线性关系后，再送显示仪表进行显示。变成线
29、性关系后，再送显示仪表进行显示。在要求较高的情况下，都要对差压式流量计进行温度和压力在要求较高的情况下，都要对差压式流量计进行温度和压力补偿。补偿。（三）压差检测（三）压差检测管道中管道中的流体的流体节流节流元件元件双波纹管差压计双波纹管差压计膜盒式差压计膜盒式差压计差压变送器差压变送器开方器开方器显示仪显示仪QPI0I034Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表35三、转子流量计三、转子流量计特点：n压力损失小n检测范围大（量程比10：1）n结构简单使用方便n可以测量液体或气体的流量，适宜在小于200mm的垂直安装的小管径
30、上测量n测量精度1%2%。n流体的流向应由下而上,不得接反. 35Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表36（一）基本结构（一）基本结构流通域流通域板式板式盘式盘式36Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表3737Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表38 （三）金属管式转子流量计可做成透明玻璃管直读式但当介质不透明或为高温高压时，就必须采用金属管（非导磁材）转子流量计，测量转子的位量，
31、并实现远传。38Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表39四、其他流量计四、其他流量计（一）椭圆齿轮流量计（是容积式流量计）（一）椭圆齿轮流量计（是容积式流量计）u特点：特点： n1.测量精度高，可达测量精度高，可达0.2% n2.量程比宽。量程比宽。101 n3.压损小。压损小。 n4.测量过程与流体的流动状态即无关。测量过程与流体的流动状态即无关。n5.表前、后直管段长度要求不严。表前、后直管段长度要求不严。 n6.安装使用较方便。安装使用较方便。 n7.特别适于高粘度流体的测量（如：重油、聚乙烯醇、树特别适于高粘度流体
32、的测量（如：重油、聚乙烯醇、树脂等）。脂等）。 39Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表40（一）椭圆齿轮流量计（一）椭圆齿轮流量计1结构及工作原理结构及工作原理 ABP1P2aABP1P2bABP1P2V0c顺时针转顺时针转40Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表41 n流体通过仪表时，形成流体通过仪表时，形成压力差压力差P=P1-P2 n在在P作用下：作用下： n图图(a)A主动轮，顺时针转主动轮，顺时针转 B从动轮，逆时针转动从动轮，逆时针转动
33、n图图(b)A主动轮，顺时针转主动轮，顺时针转 B主动轮，逆时针转动主动轮，逆时针转动 n图图(c)B主动轮，逆时针转主动轮，逆时针转 A从动轮，顺时针转从动轮，顺时针转（一）椭圆齿轮流量计（一）椭圆齿轮流量计结论：结论：每转一周排出四个月牙形体积流体每转一周排出四个月牙形体积流体 Q4nV041Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表42椭圆齿轮流量计42Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表43u特点：特点： n1.测量导管内无可动部件和阻流体，因而压损
34、很小，无机械惯性，故反应十分灵敏。 n2.可测范围宽，量程比10：1，最高可达100：1。 n3.可测含有固体颗粒、悬浮物、或酸、碱、盐溶液等具有一定电导率的介质的体积流量，也可测脉动流量，并可双向测量。 n4.EX=Kqv线性关系，故仪表刻度均匀。 n5.电磁流量计与介质的物理性质，流动状态无关，故只需用水标定后即可使用，无需修正。（二）电磁流量计（二）电磁流量计 43Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表441工作原理及组成（二）电磁流量计（二）电磁流量计 磁场方向+外壳磁轭线圈电极流体方向内衬右手定则右手定则 :磁力线
35、穿掌心磁力线穿掌心大拇指指向运动方向大拇指指向运动方向四指指向动生电动势的方向四指指向动生电动势的方向44Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表45（二）电磁流量计（二）电磁流量计 n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。当导电液体在管道中流动时，便会切割磁力线。如果在管道两侧各插入一根电极，则可以引出感应电势。n流体的体积流量与感应电势的关系为： nE感应电势； B磁感应强度； D管道内径。n结论：QE 45五、流量检测仪表的选用五、流量检测仪表的选用 仪表 介质清洁液体脏污液体蒸汽或气体粘性液体
36、腐蚀性液体腐蚀性浆液含纤维浆液高温介质低温介质低流速液体部分充满管道非牛顿液体节流式孔板OO文丘里管O喷觜OO弯管OO电磁流量计OOO旋涡流量计容积式流量计OO靶式流量计O涡轮流量计O超声被流量计转子流量计O 注：注：表示适用；表示适用；表示可以用；表示可以用；表示在一定条件下可以用；表示在一定条件下可以用；表示不适用。表示不适用。 46Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表47第三节第三节 物位检测及仪表物位检测及仪表一、物位检测的基本概念一、物位检测的基本概念n物位：液位（气-液分界面）液位计n界位（液-液分界面）界面计
37、n料位（气-固分界面）料位计按其工作原理不同按其工作原理不同直读式物位计直读式物位计浮力式物位计浮力式物位计差压式物位计差压式物位计电气式物位计电气式物位计辐射式物位计辐射式物位计超声式物位计超声式物位计表44物位检测仪表分类比较(P108)47Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表48二、差压式液位计二、差压式液位计（一）差压式液位计的工作原理（一）差压式液位计的工作原理n根据容器内液位的高度根据容器内液位的高度H与液柱上下两端面的静压差成比例的原与液柱上下两端面的静压差成比例的原理而工作的。理而工作的。n根据流体静力学原
38、理，A点与B点的压力差p为：n所以u零点迁移：零点迁移：n为了使液位H = 0时，显示仪表的指示为零，对下面两种情况应该调整差压变送器（或其他差压计）的零点迁移装零点迁移装置置，使之抵消液位使之抵消液位H为零时，差压计指示不为零的那一部为零时，差压计指示不为零的那一部分固定差压值，这就是零点迁移。分固定差压值，这就是零点迁移。n迁移迁移只是改变了仪表的上、下限，相当于测量范围的平移，而不改变仪表的量程不改变仪表的量程。48Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表49（三）用法兰式差压变送器测量液位法兰式差压变送器应用：法兰式差
39、压变送器应用：介质介质有腐蚀有腐蚀有结晶颗粒有结晶颗粒粘度大粘度大易凝固，易凝固，避免引压管线被腐蚀或堵塞。避免引压管线被腐蚀或堵塞。u单法兰：单法兰：应用于粘度大、易结晶、沉淀、或聚合引起堵塞的场合应用于粘度大、易结晶、沉淀、或聚合引起堵塞的场合u插入式法兰：插入式法兰：应用于介质大量沉淀或结晶析出应用于介质大量沉淀或结晶析出u双法兰：双法兰：应用于腐蚀性强，无合适隔离液（用氟塑料薄膜防腐）应用于腐蚀性强，无合适隔离液（用氟塑料薄膜防腐）隔离膜盒隔离膜盒49Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表50 三、浮力式液位计三、浮
40、力式液位计u1特点：特点：结构简单、工作可靠、不易受外界环境的影响、维结构简单、工作可靠、不易受外界环境的影响、维护也方便。与差压式液位计相比，在不少场合可免去隔离、吹洗护也方便。与差压式液位计相比，在不少场合可免去隔离、吹洗工作，也不存在导压管内出现汽化或引起密度差等问题，应用广工作，也不存在导压管内出现汽化或引起密度差等问题，应用广泛。泛。l-浮筒；浮筒；2-杠杆；杠杆；3-扭力管；扭力管；4-芯轴；芯轴；5-外壳外壳50Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表51三、浮力式液位计三、浮力式液位计2结构及原理： n沉筒1:
41、（液位检测元件）用不锈钢制成的空心长圆柱体，被垂直地悬挂于杠杆2的一端，并部分沉浸于被测介质中(不漂浮在液面上)，故称沉筒。n杠杆2：右端与扭力管3，芯轴4的始端垂直固定在一起。 n扭力管3：是一种密封式输出轴，用弹性合金钢制成。n芯轴4：末端用来输出角位移。51Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表522结构及原理结构及原理沉筒扭力管十字簧片 杠杆 最大角位移：30液位在最高位：20 中间位：0 最低位：5052Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表53
42、53Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表54 四、其他物位检测仪表四、其他物位检测仪表 （一）电容式物位计u1结构：电容式物位传感器、显示器 1RrLl254Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表55（一）电容式物位计（一）电容式物位计2原理：原理：大电极半径：大电极半径：R ；小电极半径：；小电极半径：r测量线路将测量线路将电容检变化值电容检变化值测出来，并转换为测出来，并转换为010mA或或420mA的标准直流电流信号输出，就实现了对液位的连续测量。
43、的标准直流电流信号输出，就实现了对液位的连续测量。特点n（1 1）可以测量各种容器、设备中的液位，而且也适用于工）可以测量各种容器、设备中的液位，而且也适用于工业生产过程中各种贮槽、容器、料仓中导电、非导电介质的业生产过程中各种贮槽、容器、料仓中导电、非导电介质的界位及粉状料位的远距离连续测量。界位及粉状料位的远距离连续测量。n（2 2）可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现物位的自）可以和电动单元组合仪表配套使用，以实现物位的自动检测、记录和控制。动检测、记录和控制。55Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表56（二）超声
44、波物位检测仪表1.超声波的基本概念、特性。 n声波的频率为16-20KHz，而超声波的频率在20000Hz以上,具有很强的穿透力，在不同介质中传播速度不同，具有反射和折射现象。超声波的发射和接受是利用超声换能器完成的。超声波在媒介中的速度v ，往返一次时间为:t超声波探头超声波探头56Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表57第六节 成分自动检测及仪表 一、分析仪表的基本知识一、分析仪表的基本知识 u（一）分析仪表的分类及特点 n1.分类n电化学式n热学式n磁学式n光学式n射线式n电子光学n离子光学式n色谱仪 57Friday, September 20, 2024过程控制 宋海辉过程控制 第4章过程控制系统中的仪器仪表58小小 结结n1压力检测仪表按测量原理不同可有液柱式、弹性式、活塞式、电气式几大类。 n2 温度检测仪表按工作原理可分为膨胀式、热电势、热电阻、压力式、辐射和光学等温度计。 n3根据测量原理不同，流量检测仪表可分为差压式、速度式、容积式等等。n4根据测量原理不同，物位测量仪表可分为直读式、差压式、浮力式和电容式、超声波式、光学式等物位计。n5成分分析仪表用来检测物质的成分。 58
