仪表检测、工作原理和液位_

一、检测仪表知识及工作原理1、温度 温度检测的基本概念： 1.温度:是反映物体冷热程度的物理量。温度的测量都是以 热平衡为基础，当两个冷热程度不同的物体接触后必然 要进行热交换，最终达平衡时，它们具有相同温度。通 过测量被选物体随温度变化的物理量来测量被测温度数 值。 2.温度的数值表示叫温标。温标：衡量物体温度的标尺， 它是决定温度的起点和测量温度的基本单位。 温标的三要素：温度计、固定点、内插方程。目前国际 上用的较多的温标有华氏温标 、 摄氏温标、热力学温 标。1

热力学温标(开尔文温标):定义纯水三相点(气、液、 固态三相共存点)为参考点，则该点的温度为217.16开 尔文度。 摄氏温度与热力学温度关系：t = T – 273K 3.两个换算公式： 摄氏温度与华氏温度的换算公式： t=5/9(F-32) ℃ 摄氏温度与热力学温度的换算公式 t=T-273.15 ℃

温度测量仪表的分类 1.温度测量仪表按测温方式分为(接触式测温)和(非接触 式测温)两大类 接触式温度测量：通过传导或对流达到热平衡，直接检 测被测对象的温度。如：热电阻温度计、热电偶温度计、 双金属温度计等 非接触式温度测量：通过接受被测物体的热辐射能实现 热交换，来测出被测对象的温度。如辐射温度计、光学 高温计等 2.温度仪表的组成：感温元件(传感器)和显示仪表两大 部分组成。 ◆热电偶 1.工作原理：两种不同导体或半导体材料A和B组成闭合回 路，当两个接合点的温度不相同时，在回路中就会产生 电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热 电势。3

EAB(T,TO)= f(T)- f(TO) 热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。 其中：直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为 测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端) 2.热电偶的特性： (1)热电偶回路热电势的大小，只与组成热电偶的材料有 关，与热电偶丝的直径、长度无关。 (2)热电偶回路热电势的大小，只与热电偶两端接点的温 度有关，与沿程温度无关；温度高的一端为热端或工作端， 温度低的一端为冷端或自由端。 (3)热电偶回路中插入第三种均质材料也叫补偿导线(与 热电偶材料性质相同),则热电偶回路输出热电势不 变。4

3.热电偶的分类：名称 铂铑30--铂铑6 铂铑13--铂铑 铂铑10--铂铑 镍铬—镍硅 分度号 B R S K 测量范围 0 –1800 -40 -1600 -40 -1600 -270 -1300 适用气氛 氧化、中性 氧化、中性 氧化、中性 氧化、中性 稳定性 <1500℃,优 <1400℃,优 <1400℃,优 中等

热电偶的冷端补偿：根据热电偶测温原理 EAB(T,TO)= f(T)- f(TO)的关系式

可知 ，只有当冷 端温度稳定不变且已知时，热电势E和被测温度(工作端) 的成单值函数关系。实际使用的热电偶分度表中热电势和 温度的对应值是以T0 = 0℃为基础的，但在实际测温中由 于环境和现场条件等原原因，冷端温度往往不稳定也不一 定等于0℃,因此需要对热电偶的冷端补偿进行处理。5

3.冷端补偿：根据热电偶测温原理：EAB(T,t)=f(T)-f (t)的关系式可知，只有当冷端温度不变或已知时，热 电势与被测温度成单值函数。而实际测量中冷端温度不可 能为零，因此需要对热电偶进行冷端补偿，保证测量准确， 所以在仪表的电路里，一般都要有冷端补偿电路。 冷端补偿的四种方法： 1)冰点法 2)热电势修正法 3)冷端补偿法 4)补偿导线法

热电阻1.热电阻测温工作原理： 热电阻是利用某些导体或半导体的电阻值与温度成一定函 数关系的原理来测量，即电阻体的电阻随温度变化而变化。6

2.常用热电阻为(PT100)和(CU50) 3.在热电阻温度计中,R0和R100分别代表(0 ℃)和(100 ℃) 时的电阻值 。 PT100的R0为100欧， CU50的R0为50欧。 4. 热电阻的接线方式： 按照要求不同有:二线制、三线制、四线制。

2、温度变送器◆ 作用：将温度传感器测量的温度信号转换成标准信号420mA/1-5V。 ◆仪表分类：热电偶温度变送器、热电阻温度变送器、直流 毫伏温度变送器。 ◆热电偶温度变送器工作原理：热电偶输出的热电势与量程 单元零点回路的信号及非线性反馈回路的信号比较后，差 值进入放大单元放大，最后通过输出回路输出电流及电压 ◆ 热电偶温度变送器工作原理： 1)、方框图：热电偶-量程单元-放大单元 2)、工作原理：热电偶输出的热电势与量程单元零点调整 回路的信号及非线性 反馈回路的信号比较后，进入放大 单元，输出电流或电压。 ◆量程单元：

由输入回路、冷端补偿回路、调零、调量程回路、非线性 反馈回路、及断偶报警回路组成。 ◆放大单元： 由前置运算放大器、功率放大器、输出回路及DC/AC/DC 变换器(输出信号隔离)组成。 ◆一体化温度变送器 ◆ 组成：由温度传感器和变送器模块 ◆ 特点：体积小、重量轻、成本低

2、压力及检测仪表 压力的概念及压力单位 1.压力(压强):是指气体或液体均匀垂直地作用于单位面 积的力。 2.压力单位：Pa 3.压力的表示方法：绝对压力、表压力、负压力(或真空 度)。 4.绝对压力、表压力、大气压力、真空度之间的关系： 表压力=绝对压力-大气压力，通常工程上所指的压力都是 表压(压力)。 当绝对压力小于大气压力时,表压力就为负压或真空度。 5.真空压力=大气压

力-绝对压力10

6).在压力表型号表示中第一个字母Y表示(压力),Z表示(真 空),YZ表示(真空压力表),其后数字表示(外壳直径),故型 号YZ-100指的是(外壳直径为100mm的真空压力表) ◆压力检测的基本方法： 1.弹性力平衡法：就是利用弹性元件受压力作用发生弹性形 变而产生的弹性力与被测压力相平衡的原理。例如：弹簧 管压力表。 2.重力平衡法：就是利用一定高度的工作液体产生的重力或 砝码的重量与被测压力相平衡的原理。例如：活塞式压力 计。 3.机械力平衡法：其原理是将被测压力经变换元件转移成一 个集中力，用外力与之平衡，通过测得平衡时的力就是被

测压力。例如：压力或差压变送器。 ◆压力(差压)变送器 1.仪表作用：是把压力或差压、流量、液位等被测参数转换 成统一标准信号。 2.智能型差压变送器工作原理：被测差压作用于正负压側隔 离膜片传递到传感器，使传感器的扩散电阻阻值发生变 化，通过不平衡电桥检出这一变化，经A/D转换送入微 处理器，对信号进行运算处理，得到与被测差压对应的 标准直流信号输出。 ◆真空计：是检测真空度的仪表 1.按测量原理分类：直接测量真空计和直接测量真空计 直接测量真空计：直接测量单位面积上的力。

真空度较低时可采用直接测量真空计。 间接测量真空计：真空度较高时采用。 2.热电偶式真空计：是利用发热丝周围气体的导热率与气体 的稀薄程度(真空度)之间存在一定关系而做成的。 结构：在玻璃壳内封入两组金属丝，一组是加热丝，通入 恒定的加热电流；另一组是热电偶的热电极，其工作端焊 在加热丝上，用以测量加热丝的温度变化。 3.工作原理：当热电偶真空管放到真空系统后，随着系统空 间内气压的降低(真空度升高),加热丝附近气体逐渐稀 薄，导热率变小。由于加热电流是恒定的，加热丝的热量 不变，而散失的热量即借助气体热传导损失的热量却减少， 于是热丝的温度必然升高，这一温度的变化被热电偶转换 成热电势输出。13

优点：可以测量气体和蒸汽的压力 缺点：检测的真空度不高(测量上限为13.33mPa),而且 怕振动。 ◆电离式真空度：0.1333Pa---1.33uPa 结构：在密封的玻璃壳内装入三个电极(阴极、加速极、 收集极),一个灯丝。其中灯丝是加热作用，阴极发射电 子，栅极(加速极)加强电离的速度，收集极是接收电子。 工作原理：当带电离子(电子)通过稀薄气体时，将是气 体分子电离，在其他条件不变时，电子在单位距离上所形 成的离子数，正比于气体的压力。通过测量离子的数量 (离子电流)就可以推知被测的真空度。

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P=1/S×i+/ie=K i+其中：P—真空度 S—规管常数 i+—离子电流 ie—发射电流 优点：可以测量高真空，而且测量范围宽，现 场振动影响小，当被测压力变化时,仪表反映快。 缺点：气体的电离程度与气体的种类有关，当 系统漏气时，灯丝会立即烧坏。15

3、流量◆流量检测的基本概念

1.流量：是指单位时间内流过管道或特定通道横截面的流体 数量。称为瞬时(平均)流量 它是流体平均流速V与流经管道横截面积A乘积,既Q=AV 2.流量单位：m3/h L/h L/min 3.流量仪表分类： 速度式流量计： 以测量流体在管道内的流速为计算流量根据测量原理 与方法不同分为：节流式流量计、转子流量计、电磁 流量计、超声波流量计、节流式流量计等。16

容积式流量计：以单位时间内根据所推出流体固定容积数 作为测量依据来计算流量。 有：刮板式流量计、靶式流量计等。 节流式(孔板)流量计的原理：流体流经节流元件时，流 束收缩引起压头转换而在节流件前后产生静压力差，该压 差与流过的流量之间存在一定的关系，通过测量压差而求 出流量的一种流量计称为节流装置。。 差压式流量计 1.差压式流量计是用(节流装置)和(差压变送器)配套来测量 流体的流量. 1) 标准节流装置：有孔板、喷嘴、文丘里管。 节流装置由节流件、取压装置和符合要求的直管道所组成。 2)流量方程： 17

Q=0.01251CEd2t= K m3/ h M=0.01251CEε d2t=K kg / h 从流量方程式可以得出,流量与压差的平方根成反，这就 是节流装置测量流量的基本原理。 3) 节流装置安装的要求： 节流件开孔直径≥12.5mm 节流件应装在上游10D及下游5D长的测量管道上。 节流件安装注意方向，不能装反。 2. 电磁流量计：根据电磁感应原理制成的电磁流量计，能 够测量有一定导电率的各种流体的流量 工作原理：当被测流体垂直于磁力线方向流动而切割磁 力线时,根据右手定则,在与流体流向和磁力线垂直方向上 产生感应电势。18

△P △P

Ex=BDV×10-8 式中：B—磁感应强度 D—导体在磁场内的长度，既两电极间的距离 V—液体的平均流速 对于具体流量计，管径D是固定的，磁场强度B在参数确定 后也是不变的，则感应电势Ex的大小只与液体的平均流速 有关 V=Q (4/π D2) Ex=(4B/π D)Q×10-8=KQ 利用传感器测量管上对称配置的电极引出感应电势，经放 大和转换处理后，仪表指示出流量值。 3.电磁流量转换器：将传感器输出的电势信号Ex经转换器信 号处电磁流量计的特点： 1)测量导管内无可动部件，几乎没有压力损失，也不会发 生堵塞现象。19

2)由于测量管及电极都衬防腐材料，适用于酸、碱、盐溶 液。 3)无机械惯性，

反应灵敏。 4)测量范围很宽，管径从几mm到到2000mm。速度范围为： 流体2-4m/s,最高10m/s;测量精度+(0.5%--1%)。 4.电磁流量计安装及维护： 1)电磁流量计安装时要求传感器的测量管内必须充满液体 (满管),并切不允许有气泡产生。 2)电磁流量计安装在足够长的直管段上，一般要求≥5D 3)电磁流量传感器的输出信号比较微弱，故易受外界磁场 的干扰。因此传感器的外壳、屏蔽线、及测量导管均应妥 善地单独接地。 4)电磁流量计传感器及转换器应使用同一相的电源。

5)电磁流量计传感器使用一段时间后，管道内壁可能积垢， 垢层电阻低，严重时可能使电极短路，表现为流量信号愈 来愈小或突然下降。因此传感器必须定期维护清洗，保持 测量管内部清洁，电极光亮平整。 ◆差压变送器平衡阀操作方程:

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