1、第二章,过程参数的检测方法与仪表,主要内容,过程参数的检测方法与仪表概述 压力检测方法及仪表 物位检测方法及仪表 流量检测方法及仪表 成分量的检测 数字式显示记录仪表,第一节 概述,一、检测过程及误差1. 误差的形式 绝对误差是指仪表的指示值 和被检测的真值之间的差值 相对误差是仪表某一点的绝对误差与标准表在这一点的指示值 之比,第一节 概述（续）,2. 误差的分类(1)系统误差：系统误差是在相同测量条件下，多次测量同一被测量时，测量结果的误差大小与符号均保持不变或按某一确定规律变化的误差。(2)随机误差：随机误差是在相同测量条件下，对参数进行重复测量时，测量结果的误差大小与符号以不可预计的方
2、式变化的误差。,第一节 概述（续）,(3)粗大误差：粗大误差是测量结果显著偏离被测值的误差，没有任何规律可循。,二、检测仪表的基本技术性能指标1. 精度仪表的精度或精确度是表示仪表检测结果的准确的可靠程度。,第一节 概述（续）,第一节 概述（续）,根据仪表的使用要求，规定了一个在正常情况下允许的最大误差，这个允许的最大误差叫允许误差。允许误差一般用相对百分误差表示，一台仪表的允许误差是指在规定的正常情况下允许的相对百分误差的最大值，即,第一节 概述（续）,2. 变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量的参数在仪表的整个测量范围内进行正反行程测量时，被测量的值正行程与反行程所得到的
3、两条曲线之间的最大的偏差。,第一节 概述（续）,3. 灵敏度与灵敏限灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移与引起这个位移的被测参数的变化量的比值， 4. 分辨力对于数字式仪表，分辨力是指数字显示器的最末位的数字间隔所代表的被测参数的变化量。,第一节 概述（续）,5. 线性度线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线和理论直线的吻合程度。 6. 反应时间以上的仪表性能指标都是静态的，是指仪表的被测参数不变，或者变化非常缓慢时，仪表的误差情况。,第二节 压力检测方法及仪表,一、压力检测的基本知识1. 压力及其单位：在工程上，“压力”定义为垂直均匀的作用于单位面积上的力，即物理学中的压强，通
4、常用p表示。2. 压力的几种表示方法在工程上，压力有几种不同的表示方法，并且有相应的测量仪表。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,二、主要压力检测方法及分类1. 重力平衡方法(1)液柱式压力计 基于液体静力学原理。 (2)负荷式压力计 基于重力平衡原理，其主要型式为活塞式压力计。 2. 弹性力平衡方法利用弹性元件的弹性变形特性进行测量。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,3. 机械力平衡方法将被测压力经变换元件转换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力可以测知被测压力。 4. 物性测量方法(1)电测式压力计 利用测压元件的压阻、压电等特性或其他物理特性，将被测压力直接转换为各种电量
5、来测量。 (2)其他新型压力计 如集成式压力计、光纤压力计等。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,三、压力检测仪表 1. 液柱式压力计 (1)U形管压力计 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。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,(2)单管压力计 U形管压力计需要双侧读数， 容易造成读数误差。单管压 力计相当于将U形管的一段 换成一个大直径的容器，测 压原理与U形管相同。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,(3) 斜管压力计(倾斜微压计) 用U形管或单管压力计来测 量微小的压力时，因为液柱 的高度变化很小，读数困难， 为了提高灵敏度，减小误差， 可将单管压力计的玻璃管制 成斜
6、管。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,2. 弹性式压力计,弹性元件,第二节 压力检测方法及仪表（续）,2. 弹性式压力计弹性式压力计是基于各种形式的弹性元件，在被测介质的表压或真空度作用下产生的弹性变形与被测压力成一定函数关系的原理制成。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,3. 力平衡式压力计：力平衡式压力计采用反馈力平衡的原理，反馈力的平衡方式可以是弹性力平衡或电磁力平衡等。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,4. 电气式压力计：电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,第二节 压力检测方法及仪表（续）,四、压力计的选用1.仪表类型的选用 仪表类型的选用必须满足工艺生产
7、的要求。 2. 仪表测量范围的确定 仪表的测量范围是指该仪表可按规定的精确度对被测量进行测量的范围，它是根据操作中需要测量的参数的大小来确定。 3. 仪表精度级的选取 仪表精度是根据工艺生产上所允许的最大测量误差来确定的。,第三节 物位检测方法及仪表,一、物位检测的主要方法及分类1. 直读式物位仪表 采用侧壁开窗口或旁通管方式，直接显示容器中物位的高度。方法可靠、准确，但是只能就地指示。主要用于液位检测和压力较低的场合。2. 静压式物位仪表 基于流体静力学原理，适用于液位检测。容器内的液面高度与液柱重量所形成的静压力成比例关系，当被测介质密度不变时，通过测量参考点的压力可测知液位。这类仪表有压
8、力式、吹气式和差压式等型式。,第三节 物位检测方法及仪表（续）,3. 浮力式物位仪表 其工作原理基于阿基米德定律，适用于液位检测。这类仪表有各种浮子式液位计、浮筒式液位计等。4. 电磁式物位仪表 使物位的变化转换为一些电量的变化，通过测出这些电量的变化来测知物位。它可以分为电阻式(即电极式)、电容式和电感式物位仪表等。还有利用压磁效应工作的物位仪表。,第三节 物位检测方法及仪表（续）,5. 核辐射式物位仪表 利用核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度而变化的原理而工作的，目前应用较多的是 射线。6. 声波式物位仪表 由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化就
9、可测知物位。7. 光学式物位仪表 利用物位对光波的遮断和反射原理工作，它利用的光源可以有普通白炽灯光或激光等。,第三节 物位检测方法及仪表（续）,二、静压式液位计静压式液位的测量方法是通过测得液柱高度产生的静压实现液位测量的。1. 压力式液位计,第三节 物位检测方法及仪表（续）,三、电容式物位计 1. 检测原理 电容式物位计是基于圆筒形电容器原理工作的。 2. 液位检测 用于非导电介质液位测量的电容式液位计 3. 料位的检测 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。,第三节 物位检测方法及仪表（续）,四、超声式物位计：超声波在气体、液体及固体中传播，具有一定的传播速度。,瞬时流量单位时间内
10、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,累积质量流量,第四节 流量检测方法及仪表,应用容积法检测流量,单位时间内所排出固定容积的数目作为测量依据,测量原理,设：V0计量室的容积n转子的旋转次数,则,排出的流体总量,节流元件附近流速和压力分布情况,检测原理,差压式流量计,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,质量流量,体积流量,差压式流量计,差压式流量计组成,节流装置：安装
11、于管道中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。 压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。 差压变送器：产生的差压转换为标准电信号（4-20mA）。,差压式流量计,标准节流元件,标准孔板,结构简单，安装方便，适合大流量的测量,标准喷嘴,标准文丘里管,结构复杂，压力损失比孔板小,差压式流量计,环室取压 单独钻孔取压 法兰取压 标准喷嘴取压方式标准孔板的几种取压方式,取压方式,第五节 温度检测方法及仪表,一、温度检测的基本知识温度：反映了物体冷热的程度，与自然界中的各种物理和化学过程相联系。温度概念的建立及测量：以热平衡为基础的。温度最本质的性质：当两个冷热程度不同的物体接触后就会
12、产生导热换热，导热后两物体处于热平衡状态，它们具有相同的温度。测量方法：接触式测温和非接触式测温。,温度检测方法及仪表（续）,二、温度检测方法1. 接触式测温：温度敏感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) 热电阻温度计(3)热电偶温度计 (4)其他原理的温度计,2. 非接触测温温度敏感元件不与被测对象接触，而是通过辐射能量进行热交换，由辐射能的大小来推算被测物体的温度。(1) 辐射式温度计 (2) 光纤式温度计,温度检测方法及仪表（续）,膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。,膨胀式温度计,温度检测方法及仪表（续）,应用压力随温度的变化来测温的
13、仪表叫压力式温度计。 它是根据在封闭系统中的 液体、气体或低沸点液体 的饱和蒸汽受热后体积膨 胀或压力变化这一原理而 制成的。,压力式温度计,温度检测方法及仪表（续）,温度检测方法及仪表（续）,热电偶温度计,热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。,温度检测方法及仪表（续）,补偿导线,问题引出,冷端温度补偿,热电偶的分度表所表征的是冷端温度为0时的热电势-温度关系，与热电偶配套使用的显示仪表就是根据这一关系进行刻度的。,解决方法,0恒温法,冷端温度修正法,仪表机械零点调整法,补偿电桥法,温度检测方法及仪表（续）,0恒温法,温度检测方法及仪表（续）,冷端温度修正法,设：冷端温度恒为t0（t00
14、）被测温度为 t,修正公式,温度检测方法及仪表（续）,1. 普通型装配式结构2. 柔性安装型铠装结构,热电偶结构,温度检测方法及仪表（续）,热电阻温度计,金属导体或半导体的电阻值与温度呈一定函数关系的原理实现温度测量的。,测量原理,温度检测方法及仪表（续）,工业用热电阻的结构,温度检测方法及仪表（续）,第六节 成分量的检测,一、pH值的检测：工业上一般是使用工业酸度计来测量pH值的。工业酸度计（pH计）利用电化学分析方法在线测量溶液的酸碱度。二、氧含量的检测：检测氧含量一般是使用氧分析仪，这里以氧化锆氧分析器为例进行介绍。,第七节 数字式显示记录仪表,一、数字式显示仪表 1.数字显示仪表的组成,数字式显示记录仪表（续）,2.A/D转换：A/D转换是数字式显示仪表的重要组成部分。 3.非线性补偿 4.标度变换 5.数字式显示仪表实例,第七节 数字式显示记录仪表（续）,二、无笔无纸记录仪 1.无笔、无纸记录仪的工作原理 2.无笔、无纸记录仪的使用 3.无笔、无纸记录仪的特点,
