计量仪表知识培训

15
表压、绝压、真空之间的关系图
P表压 大气压力线（100KPa) P负压 P绝压 P绝压 0压力线
16


压力测量仪表的品种，规格很多。常用的压力测 量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被 测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式 压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元 件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程 中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这个未 知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压 力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应 用此法的例子； 根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性 力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所 用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管 式压力表；能过机械和电子元件将被测压力转换在成 各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。 例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式 等变送器应于此法的压力测量仪表。
20


由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而 向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端 将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅 可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。 弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特 殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压 力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测 量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并 注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。

5
6
二、热电偶温度计


1、热电偶原理 热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A 和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量 端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由 端)。组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电 偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端臵于生产设备 的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷 瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热 电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不 变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的 数值后，便知道被测温度t的大小。
17
目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测 量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压 元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹 管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性 变型，而产生相应的位移，能过转换位臵，可将位移 转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或 调节用。 （1）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一， 它有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，品 种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低 廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。 它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿 轮、中心齿轮）、示数装臵（指针和分度盘）以及外 壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并 弯成270度圆孤形的空心管子 。
18
2、 压力的测量与变送 Nhomakorabea弹簧管压力表 1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板 7、游丝 8、调整螺钉 9 、接头
19

它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图 面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B 为自由端，即位移输出端；而另一端A则是固定的，作 为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力 P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下，将 趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的 扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角 γ 要随即减小Δ γ ，也就是自由端将由B移到B，处， 如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力 值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆 时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针 偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数 值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对 变化值Δ γ /γ 与被测压力P之间具有比例关系，因此 弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。
22

23


（3）单晶硅谐振式传感器
谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅 材料上制成两个完全一致的H型谐振梁，并以一定的 频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力， 而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换 成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两 个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器 具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、 直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性， 可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有 优良的过压性能和范围较宽的量程。
24

基础
振子
硅膜片
引伸张力 过程压力
变送器工作原理图
25

（4）电容式传感器
放大电 路
4~20 mA △C 电流
S2 ΔS S0 S0
S1
原理：△P变化 的变化
图2-19膜片位移原理图
26




压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被 测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精 度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装臵。这样才 能达到经济、合理和有效的目的。 1．类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。 例如是否需要远传变送、 自动记录或报警；被测介质的物理化 学性质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、 易燃易 爆等)是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件 (如高温、电磁 场、振动等)对仪表有否特殊要求等。 普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用 碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜 合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压 力测量很快就要损坏。 氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是 氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。
7
2、 热电偶温度计组成
热电偶温度计由热电偶、 二次仪表及连接导线组成如 图所示。由于热电偶的性能 t t 2 稳定、结构简单、使用方便、 1 A B 测量范围广、有较高的准确 度，且能方便地将温度信号 t 转换为电势信号，便于信号 热电偶温度计测量线路 的远传和多点集中测量，因 1、热电偶 2、连接导线 而在石油化工、热工、建材 3、二次仪表 生产中应用极为普遍。
1
现场仪表测量参数的分类：

现场仪表测量参数一般分为温度、压力、 液位、流量四大参数。 下面就着重介绍一 下这四大参数的测量原理，以及测量这四 大参数所运用的仪表。
2
第一章、温度的测量与变送

温度是工厂生产中既普遍而又十分重要的参 数之一。任何一个工厂生产过程，都伴随着物质 的物理或化学性质的改变，都必然有能量的转化 和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的 交换形式。因此，在很多生产过程中，温度的测 量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与 安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提 高都有很大的影响。
13


4、热电阻接线 从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变 化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因 此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会 给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三 线制或四线制。
14
第二章、 压力的测量与变送



压力测量中，通常有绝压、表压、负压、或真空度 等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指 高于大气压的绝对压力与大气压之差，即： P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对 压力之差，即： P真 =P大-P绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度） 之间的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪表 都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示 压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上 也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因 此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或 真空度。
21




（2）应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片 作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的 变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出， 供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一 标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。 应变片有金属电阻丝应变片(金属丝粘贴在衬底 上组成的元件)和半导体应变片两类。 根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生 弹性变形dL/L(即应变e)，其电阻值随之发生变化。 如果已如应变片的电阻变化与其变形(即应变)的关 系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知 被测压力。
11

α 电阻温度系数即温度变化1℃时电阻值的相对变化量 Δt 温度的变化量，即t-t。=Δt ΔRt 温度改变Δt时的电阻变化量。 2、热电阻温度计组成 热电阻温度计由热电阻、二次仪表和连按导线所组成，其中热电 阻是感温元件，有导体的和半导体两种。 热电阻温度计广泛用来测量中、低温 (一般为500℃以下)。它的特 点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多， 灵敏度高。
3
一、温度测量分类


温度测量仪表种类繁多，若按测量方式的不同，测温 仪表可分为接触式和非接触式两大类。 接触式：感温元件与被测介质直接接触，测温元件简 单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测 介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了 滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温 材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。 非接触式：测温仪表不与被测介质接触，因而其测温 范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过 热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的温度场， 测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间 的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的 影响，因此测量精度较低。