【正文】 流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測出孔板前后兩側(cè)壓差的大小，即可表示流量的大小，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。這兩種形式的能量在一定的條件下可以互相轉(zhuǎn)化，但是，根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動(dòng)能，再加上克服流動(dòng)阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。 1. 節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式 (1)節(jié)流現(xiàn)象 流體在有節(jié)流裝置的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 二、差壓式流量計(jì) 差壓式 (也稱節(jié)流式 )流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量的。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。 1．速度式流量計(jì) 一種測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量的儀表，例如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量汁、渦輪流量計(jì)、堰式流量計(jì)等。若流體的密度是 ρ，則體積流量與質(zhì)量流最之間的關(guān)系是： ?QM ? 或 ?MQ?（ 3—21） 如以 t表示時(shí)間，則流量和總量之間的關(guān)系是： ?? tT QdtQ 0 和 ?? tT MdtM 0（ 3—22 ） 測量流體流量的儀表 —般叫流量計(jì)；測量流體總量的儀表常稱為計(jì)量表。 總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量 在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。 作業(yè)： 26（ ） 26．現(xiàn)有一臺(tái)測量范圍為 0—，精度為 壓力表，校驗(yàn)后，其結(jié)果為： 試問這臺(tái)表合格否 ?它能否用于某空氣貯罐的壓力測量 (該貯罐工作壓力為 —，測量的絕對誤差不允許大于 )? 第三節(jié) 流量檢測及儀表 一、概述 在化工和煉油生產(chǎn)過程中，為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作和控制，經(jīng)常需要測量生產(chǎn)過程個(gè)各種介質(zhì) (液體、氣體和蒸汽等 )的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。 ④ 壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧希鳛槊芊鈮|片，以防泄漏。 ④ 取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。 ③ 測量液體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體；測量氣體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存液體。 (1)測壓點(diǎn)的選擇 所選擇的測壓點(diǎn)應(yīng)能反映被測壓力的真實(shí)大小。 另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為 %%100601 ?? 所以，精度等級為 。工藝上要求就地觀察，并能高低限報(bào)警。 根據(jù)被測參數(shù)的最大值和最小值計(jì)算出儀表的上、下限后，應(yīng)根據(jù)國家主管部門的規(guī)程或標(biāo)淮規(guī)定進(jìn)行園整。 (2) 儀表測量范圍的確定 儀表的測量范圍是指該儀表可按規(guī)定的精確度對被測量進(jìn)行測量的范圍，它是根據(jù)操作中需要測量的參數(shù)的大小來確定的。簡化了調(diào)整、校準(zhǔn)與維護(hù)過程。 智能型變送器的特點(diǎn)是可進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。 電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)可以有效地保護(hù)測量膜片， 當(dāng)差壓過大并超過允許測量范圍時(shí)，測量膜片將平滑地貼靠在玻璃凹球面上，因此不易損壞，過載后的恢復(fù)特性很好，這樣大大提高了過載承受能力。 如果將以上壓力變送器的測壓彈性元件稍加改變，就可以用來連續(xù)測量差壓或絕村壓力，其工作原理基本上是一樣的。 通過推倒，可以得到輸出電流與被測壓力之間的關(guān)系： ?Kp tgI ?0 （ 3—20） 其中， K為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)，當(dāng)變送器的結(jié)構(gòu)及電磁特性確定后，K為一常數(shù)。 壓阻式壓力傳感器不僅可以用來測量壓力 ， 稍加改變 ， 就可以用來測量差壓 、 高度 、 速度 、 加速度等參數(shù) 。 3． 壓阻式壓力傳感器 壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成 、 其工作原理如圖 3—12所示 。 由于 r1和 r2的阻值變化而使橋路失去平衡 ， 從而獲得不平衡電壓ΔU作為傳感器的輸出信號(hào) ， 在橋路供給直流穩(wěn)壓電源最大為 10V時(shí) ，可得最大 ΔU為 5mV的輸出 。 被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變 。 但兩者都有一定限度 ， 一般 I為 3—20mA，B約為幾千高斯 ， 所得的霍爾電勢 UH約為幾十毫伏數(shù)量級 。 電子在霍爾片中運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 由于受電磁力的作用 ， 而使電子的運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生偏移 ， 造成霍爾片的一個(gè)端面上有電子積累 ， 另一個(gè)端面上正電荷過剩 ， 于是在霍爾片的 X軸方向上出現(xiàn)電位差 ， 這一電位差稱為霍爾電勢 ， 這樣一種物理現(xiàn)象就稱為 “ 霍爾效應(yīng) ” 。 1． 霍爾片式壓力傳感器 霍爾片式壓力傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的 ， 即利用霍爾元件將由壓力所引起的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成霍爾電勢 ， 從而實(shí)現(xiàn)壓力的測量 。 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是指物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào) 。 電氣式壓力計(jì)一般由壓力傳感器 、 測量電路和信號(hào)處理裝置所組成 。 將普通彈簧管壓力表稍加變化 ， 便可成為電接點(diǎn)信號(hào)壓力表 ， 它能在壓力偏離給定范圍時(shí) ， 及時(shí)發(fā)出信號(hào) ， 以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實(shí)現(xiàn)壓力的自動(dòng)控制 。 2． 彈簧管壓力表 彈簧管壓力表的測量范圍極廣 ， 品種規(guī)格繁多 。 圖 3—5(c)為膜片式彈性元件 ， 它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片(有平膜片與波紋膜片兩種形式 )， 在壓力作用下能產(chǎn)生變形 。 單圈彈簧管是彎成圓弧形的金屬管子 ， 它的截面做成扁圓形或橢圓形 ， 如圖 3—5(a)所示 。 1． 彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件 。 二、彈性式壓力計(jì) 彈性式壓力計(jì)是利用各種形式的彈性元件 ， 在被測介質(zhì)壓力的作用下 ， 使彈件元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表 。 4． 活塞式壓力計(jì) 它是根據(jù)水壓機(jī)液體傳送壓力的原理 ， 將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進(jìn)行測量的 。 缺點(diǎn)：精度受工作液的毛細(xì)管作用 、 密度及視差等因素的影響 ，測量范圍較窄 ， 一般用來測量校低壓力 、 真空度或壓力差 。 測量壓力或真空度的儀表 ， 按照其轉(zhuǎn)換原理的不同 ， 可分為四大類 。 工程上所用的壓力指示值 ， 大多為表壓 (絕對壓力計(jì)的指示值除外 )。 工程上經(jīng)常使用兆帕 (MPa)。 此外 ， 壓力測量的意義還不局限于它自身 ， 有些其他參數(shù)的測量 ，如物位 、 流量等往往是通過測量壓力或差壓來進(jìn)行的 ， 即測出了壓力或差壓 ， 便可確定物位或流量 。 顯示儀表 、 控制儀表及執(zhí)行器將分別在第四 、 五 、 六章中介紹 。 這些單元之間以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)互相聯(lián)系 ，可以根據(jù)不同要求 ， 方便地將各單元任意組合成各種控制系統(tǒng) ， 適用性和靈活性都很好 。 上述各類儀表在信息傳遞過程中的關(guān)系可以用圖 3—3來表示 。 (4)控制儀表 控制儀表可以根據(jù)需要對輸入信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算 ，例如放大 、 積分 、 微分等 。 2． 按信息的獲得 、 傳遞 、 反映和處理的過程分類 (1)檢測儀表 檢測儀表的主要作用是獲取信息 ， 并進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換 。 三 、 工業(yè)儀表的分類 1． 按儀表使用的能源分類 (1)電動(dòng)儀表 電動(dòng)儀表以電為能源 ， 信號(hào)之間聯(lián)系比較方便 ， 適宜于遠(yuǎn)距離傳送和集中控制；便于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用；近年來 ， 電動(dòng)儀表也可以做到防火 、 防爆 ， 更有利于電動(dòng)儀表的安全使用 。 線性度通常用實(shí)際測得的輸入 —輸出特件曲線 (稱為校準(zhǔn)曲線 )與理論直線之間的最大偏差與測量儀表量程之比的百分?jǐn)?shù)表示 ， 即 6. 反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間就是用來衡量儀表能不能盡快反應(yīng)出參數(shù)變化的品質(zhì)指標(biāo) 。 當(dāng)數(shù)字式儀表的靈敏度用它與量程的相對值表示時(shí) ， 便是分辨率 。 4． 分辨力 對于數(shù)字式儀表 ， 分辨力是指數(shù)字顯示器的最未位數(shù)字間隔所代表的被測參數(shù)變化量 。 b) 儀表的靈敏限 ， 是指能引起儀表指針發(fā)生動(dòng)作的被測參數(shù)的最小變化量 。 造成變差的原因：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間存在的間隙和摩擦力 、 彈性元件的彈性滯后等等 。 ％ ， 超過了工藝上允許的數(shù)值 ， 故應(yīng)選擇 工藝要求 。 根據(jù)工藝要求 ,溫度指示值的誤差不允許超過 177。 例 1 某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為 200一 700℃ ． 校驗(yàn)該表時(shí)得到的最大絕對誤差為十 4 oC， 試確定該儀表的精度等級 。 允許誤差一般用相對百分誤差來表示 ， 即某一臺(tái)儀表的允許誤差是指在規(guī)定的正常情況下允許的相對百分誤差的最大值 ， 即 儀表的 δ允越大 ， 表示它的精確度越低；反之 ， 儀表的 δ允越小 ，表示儀表的精確度越高 。 儀表的精確度不僅與絕對誤差有關(guān) ， 而且還與儀表的測量范圍有關(guān) 。 測量誤差還可以用相對誤差來表示 。由儀表讀得的被測值與被測量真值之間 ， 總是存在 —定的差距 ， 這一差距就稱為測量誤差 。 本章將主要介紹有關(guān)壓力 、 流量 、 物位 、 溫度等參數(shù)的檢測方法 、檢測儀表及相應(yīng)的傳感器或變送器 。第三章 檢測儀表與傳感器 在化工生產(chǎn)中的主要參數(shù)有壓力 、 流量 、 物位及溫度等 ,這些量統(tǒng)稱為熱工量 ， 另外還有成分量 、 物性量等 。 當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí) ． 通常稱為變送器 。 在測量過程中 ． 由于所使用的測量工具本身不夠準(zhǔn)確 ， 觀測者的主觀性和周圍環(huán)境的影響等等 、 使得測量的結(jié)果不可能絕對準(zhǔn)確 。 因此所謂測量儀表在其標(biāo)尺范圍內(nèi)各點(diǎn)讀數(shù)的絕對誤差 ，一般是指用被校表 (精確度較低 )和標(biāo)準(zhǔn)表 (精確度較高 )同時(shí)對同一被測量進(jìn)行測量所得到的兩個(gè)讀數(shù)之差 ， 可用下式表示： Δ=x—xo (3—2) 式中 Δ——絕對誤差； x——被校表的讀數(shù)值； xo——標(biāo)準(zhǔn)表的讀數(shù)值 。 二 、 儀表的性能指標(biāo) 1． 精確度 (簡稱精度 ) 儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點(diǎn)上是不相同的 ， 因此 ， 常說的 “ 絕對誤差 ” 指的是絕對誤差中的最大值 Δmax。 根據(jù)儀表的使用要求 ， 規(guī)定一個(gè)在正常情況下允許的最大誤差 ，這個(gè)允許的最大誤差就叫允許誤差 。目前 ， 我國生產(chǎn)的儀表常用的精確度等級有 ， ， ， ， ， ， ， 1. 5， ， 。 例 2 某臺(tái)測溫儀表的測溫范圍為 0一 1000 oC。 其數(shù)值介于— 、 如果選擇精度等級為 ． 其允許的誤差為177。 2． 變差 變差是指在外界條件不變的情況下 ， 用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進(jìn)行正反行程 (即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到小 )測量時(shí) ， 被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的最大偏差 ， 如圖 3—1所示 。 xS ??? ? (3—7) 所以儀表的靈敏度 ， 在數(shù)值上就等于單位被測參數(shù)變化量所引起的儀表指針移動(dòng)的距離 (或轉(zhuǎn)角 )。 在數(shù)值式儀表中 ，往往用分辨力來表示儀表靈敏度 (或靈敏限 )的大小 。 通常以最高分辨力作為數(shù)字電壓表分辨力指標(biāo) 。 5. 線性度 線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸入量的實(shí)際校準(zhǔn)曲線與理論直線的吻臺(tái)程度 ， 如圖 3—2所示 。 儀表的輸出信號(hào) (即指示值 )由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的 63． 2％ 所用的時(shí)間 (相當(dāng)于時(shí)間常數(shù) T)， 可用來表示反應(yīng)時(shí)間 ， 也有用變化到新穩(wěn)態(tài)值的 95％所用的時(shí)間來表示反應(yīng)時(shí)間的 (相當(dāng)于 3T） 。 但氣動(dòng)儀表信號(hào)傳遞速度慢 、 傳輸距離短 、 管線安裝與檢修不便 ， 不宜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大范圍的集中顯示與控制；與計(jì)算機(jī)聯(lián)用比較困難 。 (3)集中控制裝置 包括各種巡回檢測儀 、 巡回控制儀 、 程序控制儀 、 數(shù)據(jù)處理機(jī) 、 電子計(jì)算機(jī)以及儀表控制盤和操作臺(tái)等 。 執(zhí)行器包括各種氣動(dòng) 、電動(dòng) 、 液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制閥 。 (2)單元組合儀表 將對參數(shù)的測量及其變送 、 顯示 、 控制等各部分 ， 分別制成能獨(dú)立工作的單元儀表 (簡稱單元 ， 例如變送單元 、 顯示單元 、 控制單元等 )。 本章將介紹幾個(gè)主要工藝參數(shù)的檢測方法及儀表 。 如果壓力不符合要求 ， 不僅會(huì)影響生產(chǎn)效率 ， 降低產(chǎn)品質(zhì)量 ， 有時(shí)還會(huì)造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故 。 壓力的單位為帕斯卡 ， 簡稱帕（ Pa） , 1帕為 1牛頓每平方米 ，