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1、,压力检测方法与仪表,常见压力传感器外形,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,压力（Pa） 均匀垂直作用力（N） 受力面积（m2）,单位: 牛顿/米2（N/m2），简称“帕”，用符号“Pa”,压力的几种表示形式,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、 负压（或真空度）,压力检测方法,液柱式测压法 弹性式变形法 液柱式测压法 电气式力法 活塞式压力法,压力检测方法及仪表,液柱测压法,根据流体静力学原理，将被测压力转换成 液柱高度进行测量。,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、 斜管压力表和活塞式压力表等。,弹性变形法,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,弹性元件结构和特点,弹簧管
2、压力计,弹簧管压力表,3.膜片与膜盒(说明),DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,DDZ-型力矩平衡式差压变送器,DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,电容式测压原理,采用变电容原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小，从而实现压力-电容转换的。,弹性元件,2.3.3 电容式差压变送器（特点、构成）,1. 检测部件（图241）,作用：将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值,2.3.3 电容式差压变送器（特点、构成）,(1) 电容/电流转换与差压/电流转换,2.3.4 智能式差压变送器（1151）,1
3、151的特点,1）精度高（5）、稳定、可靠；,2）具有补偿功能,3）具有数字、模拟输出方式；,4）具有多种其他功能。,2.硬件构成及其功能,1) 传感器部分：,将差压02.5V;供电电压：5V,工作电流：0.8mA.,2) A/D转换：带有前置放大，16位，具有自校准功能。,3）CPU:AT89S8252与MCS51兼容; 8KB F ROM、2KB EPROM、256B RAM、32 I/O口线、2个DPTR、三个16位定时/计数器、一个全双工串行口及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等,4）HART通信部分：二进制数字信号与FSK信号之间的转换,压力测量仪表的选用,压力检测方法及仪表,仪表种类
4、和型号的选择 工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 被测压力较稳定的情况，最大压力值应不超过满量程的3/4； 被测压力波动较大的情况，最大压力值应不超过满量程的2/3 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选择,压力计的安装,安装事项： 取压位置：由工艺条件确定； 尽量避免涡流影响； 避免流速影响； 避免导压管产生压差。 隔离： 温度隔离：采用铜管散热； 腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）； 脏污隔离：采用空气包。,有一台空压机的缓冲罐，其工作压力变
5、化范围为13.516 MPa ，工艺要求最大测量误差为0.8 MPa，并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表（包括测量范围、精度等级）。,例题,解,空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求，可选用YX-150型电接点压力表，测量范围为0 40MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 40 Mpa，精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,流量检测方法及仪表,流量测量技术和仪表的应用领域,工业生产过程,能源计量,一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）,二次能源（电力
6、、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等,交通运输,环保工程,空气污染(烟废气排放 )、水污染,管道输送,流量检测的基本概念,瞬时流量单位时间内流体通过一定截面积的数量。 体积流量用流体的体积来表示（qv），单位为m3/h。 质量流量用流量的质量来表示（qm），单位为kg/h。,累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值,累积体积流量,流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。,累积质量流量,流量测量的任务： 根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。,流量检测方法及仪表,流量检测方法
7、及仪表,应用容积法检测流量（腰轮流量计） 应用动、静压能转换原理检测流量（差压式流量计) 应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计) 应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计) 应用超声波检测流量(超声波流量计),2.4.2 典型流量检测仪表,1. 容积式流量计：标准“计量空间”、进出口压差,椭圆齿轮流量计(图246） ：,2.4.2 典型流量检测仪表,2. 速度式流量计,（1）节流式（差压式）流量计：,孔板、挡板、文丘里管孔板,节流元件附近流速和压力分布情况,检测原理,当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈
8、大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。 基础：流体连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 压差影响因素： 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质（密度、粘度）,流量基本方程式,根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量,质量流量,式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差,流量与压力差的平方根成正比,差压式流量计,测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污； 工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温； 管径方面：从几毫米到几米； 流动条件：亚音速流、临界
9、流、脉动流,历史悠久、技术成熟、应用最广泛。,节流式特点： 结构简单、使用寿命长，适应能力强， 几乎能测量各种工况下的流量。,差压式流量计,孔板,引压管,差压计,差压计三阀组的安装示意图如图 所示，它包 括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时， 防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产 生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使 用三阀组。 具体步骤是：,差压计三阀组的安装示意图如图 所示， 它包括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时，防止差压计单向受到很大的静压力，使仪表产生附加误差，甚至损坏。为此，必须正确地使用三阀组。 具体步骤是：
10、先开平衡阀 3 ，使正负压室连通；然后再依次逐渐打开压侧的切断阀 1 和负压侧的切断阀 2 ，使差压计的正负压室承受同样的压力；最后再渐渐地关闭平衡阀 3 ，差压计即投人运行。 当差压计需要停用时，应先打开平衡阀 3 ，然后再关闭切断阀 1 和 2 。,电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）,差压（压力）变送器,主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、液位等过程参量，并将其转换成统一的标准信号。,差压变送器 力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表（简称为QDZ仪表）,DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC,20100KPa,（2）涡街流量计（图248）
11、,灵巧型涡街流量变送器（图249）,3.直接式质量流量计（科氏流量计）（图250）,实验图示说明：a) 水静止、管摆动；b) 、c) 水流动、管摆动，出水侧的摆动先于入水侧；出水侧摆动的相位超前入水侧；相位差质量流量,双弯管型（图251）：水按箭头流入、流出；A、B、C三处各按一组压电换能器：A处加交变电压，B、C检测振动幅度相位差420mA 质量流量,物位检测方法与仪表,物位检测方法及仪表,物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称,液位容器中的液体介质的高低 料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度,物位检测的作用 确定容器中的贮料数量，以保证连续
12、生产的需要或进行经济核算； 为了监视或控制容器的物位，使它保持在规定的范围内； 对它的上下极限位置进行报警，以保证生产安全、正常进行。,物位的基本概念,2.5 物位的检测与变送（液位、料位、界位）,2.5.1 物位检测的主要方法,静压式测量法 压力式：敞口容器； 差压式：闭口容器,电气式测量法 物位变化 电气参数：电阻、电容、磁场等变化 与电容式差压变送器配合标准信号。,3. 声学式测量法；4. 射线式测量法。,2.5 物位的检测与变送（液位、料位、界位）,2.5.2 典型物位检测仪表,1. 差压式液位计：取压口与底部同一水平线（图252）；,取压口低于容器底部（图253）,正迁移,取压口装有
13、隔离罐（图254）,（负迁移）,2. 电容式液位计,原理：介电常数不同电容变化物位,3. 超声波液位计,换能器原理（压电效应）：交变电场作用下，压电晶体将电能转换成振动称逆压电效应；将振动声波转换成交变电场称正压电效应； 发射器和接收器,电子装置：产生交变电信号、处理电信号,4.辐射式物位计 原理：射线强度随介质厚度的增加而衰减,3.6 控制系统传感与变送,典型的检测变送器,1. 检测变送器的一般结构 一般包含一个传感器及一个激励元件（转换器）。,2. 检测（传感与变送）仪表分类 （1） 按仪表使用的能源分类：电动仪表、气动仪表。 （2） 按信号的处理过程分类：检测表、显示表、控制表、执行器。
14、 （3） 按仪表的组成形式分类：基地式仪表、单元组合仪表。 （4） 按被测量的参数分类：温度表、流量表、压力表、物位表。 （5） 按具体显示形式分类：指针式仪表、数字式仪表、记录打印型仪表。,检测变送器,3. 检测变送器的作用 把工艺生产过程的变量（流量、压力、温度、液位和成分等）及检测、转换单元转换成标准的电或气信号。 变送器输出是被控变量的测量值，它被送到显示和控制装置，用于显示和控制。 4. 检测变送器的基本要求 正确性：正确反映被控变量，误差小。 快速性：及时反映被控变量的变化。 可靠性：长期稳定运行。,5. 检测变送器的选用原则 在环境工况条件下应能长期稳定运行。 仪表精度和量程的选
15、择： 选用仪表的精度要合适：应符合工艺检测要求。 仪表测量误差：仪表本身误差、环境工况引入的误差和动态误差。 量程选择：量程的改变会引起最大读书误差变化和增益的变化。 被测对象或介质的特性。如，气、液、固，腐蚀性等。 检测采用的形式要求。如，侵入或非侵入 被测信号的性质及频率范围。 仪表的构造材料，安装结构； 对环境、安全的保证； 成本等。,检测变送器,检测变送器,6. 检测变送器的基本问题 检测零点与量程,工程单位转换,检测变送器,非线性 （用分段直线近似）,标度误差，死区，灵敏度阈值（斜率不能改变）,重复性与滞环误差,测量/传送滞后 如： 温度传感器：具有大纯滞后特性，应使 尽可能得小（热
16、电偶的位置和材料）。 气动传输线：通常在实验测量时有纯时间滞后，（电信号没有时间滞后）；在目前没有电传输应用广泛。,检测变送器,检测变送器,对检测滞后时间Tm的考虑： 作为广义对象的组成部分，应与被控过程时间Tp和执行机构滞后时间Tv一起考虑时间常数的匹配。 一般情况下与Tp比较，Tm不大，因此，它的影响也不大。 减小Tm的途径： 选用快速响应的检测元件； 缩短气动管线的长度和减小直径； 正确使用微分环节； 选用继电器或放大器。 对m的考虑： m=l/w 与Tm一起考虑，应使m/Tm小； 通常在温度、成分分析的被控过程中要考虑 减小m的途径： 减小检测点到变送器间距离l； 加大信号传送速度w。,检测变送器,7. 测量信号的处理,数字滤波算法,检测变送器,检测变送器,数字滤波算法,检测变送器,