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测量仪表
1.概述化工测量
1.1量及测量误差
1.1.1化工测量仪表
在化工生产过程中，需要对工艺生产过程中的压力、流量、物
位、温度、物质成分等参数进行自动测量。用来测量这些参数的装置称为化工测量仪表。
例：压力表、孔板、变送器、液位计、氧分析仪等
影响测量精度因素：表精度、人、周围环境等
1.1. 2测量误差
从仪表上读得的被测量参数数值与真实值之间会产生一差值，这一差值称为测量误差。
1.1.3测量误差分类
· 系统误差
是由于仪表使用不当或测量时外界条件变化等原因所引起的一种测量误差，它是有规律的误差，可以修正后消除。
例：孔板流量（在一定压力、温度下）需温压补偿可消除或修正
压力表读数偏差值修正
· 疏忽误差
是由于测量者在测量过程中疏忽大意所造成的测量误差，它是无规律的误差，加强工作责任性可以避免。
例：数据读数、表选错
· 偶然误差（随机误差）
是对某一参数进行多次重复测量时，仍然存在一定误差值，这个差值称为偶然误差，它是仪表固有的，很难消除。
例：校验表时，不同点读数不同
1.1.4绝对误差和相对误差及引用误差
· 绝对误差
是指仪表的指示值X指与被测参数的真实值X真之差的绝对值。

Δ =| X指－X真|
例：0~10Kgf/cm2 加压5Kgf/cm2 时
4~20mA Δ＝|12.1-12|=0.1mA
· 相对误差
是指测量 的绝对误差与真实值之比

δ＝Δ/X真
例： δ＝0.1/12*100%=0.833%
在实际生产中，真实值很难得到。
· 引用误差
表示值误差：Δ＝|X－X0|
X－被校表的读数（测量值）（低精度表）
X0－标准表的读数 （高精度表）
表示值相对误差：δ≈Δ/X*100%
表示值引用误差：δm=Δ/X量*100%
例：压力表量程：0~10Kgf/cm2
指示值：5Kgf/cm2 测量值：4. 95Kgf/cm2
则：Δ=|5-4.95|=0.05Kgf/cm2
δ=Δ/X=0.05/5*100%=1%
δm= Δ/X量=0.05/10*100%=0.5%
1.2测量仪表的品质指标
精度、变差、灵敏度、灵敏度限等
1.2.1仪表的精度
· 仪表的精确度
就是仪表测量结果的准确程度，它与仪表的绝对误差和仪表量程范围有关。
· 相对百分误差和仪表的允许误差
相对百分误差：δ=(X-X0)/表量程*100%
允许误差：δm＝±仪表的绝对误差/仪表的测量范围*100%
仪表的允许误差就是仪表的精度
· 仪表的精度级
仪表的精度级就是仪表的允许误差等级 。
我国的精度级有：0.02,0.05,0.1,0.2,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等
电动表大多为0.5级，气动表一般为1.0级
1.5
表示：

2.5

例： 0~10Kgf/cm2 0~50Kgf/cm2
最大误差：0.2 0.2
允许误差：2% 精度低 0.4%精度高
1.2.2仪表的变差
在外界条件不变的情况下，用同一台仪表对同一点所测的正、反行程的两读数之差就叫该点的变差（回差）。
变差＝（X正－X反）最大/表量程*100%
变差越小，表品质越好，反之亦然。
1.2.3灵敏度和灵敏长驱限
· 灵敏度
是表达仪表对被测参数变化的灵敏程度。它指仪表在达到稳定状态后，仪表输信号变化Δα与引起此表输出信号变化的被测参数（输入信号）变化量ΔX之比。
灵敏度＝Δα/ΔX
· 灵敏度限
是指能够引起仪表指示值输出信号发生变化（动作）的被测参数（输入信号）的最小（极限）变化量。
一般，仪表的灵敏度限的数值应不大于仪表允许误差绝对值的一半。
灵敏度高，灵敏限小，表示仪表品质越好。
1.3测量仪表的分类和组成
按所测参数的不同：压力、流量、物位、温度、成分等特殊仪表
按表达示数方式的不同：指示型、记录型、讯号型
按使用场合的不同：标准仪表、一次仪表、二次仪表
2压力测量
2.1压力的概念
2.1.1压力的定义
所谓压力 ，就是指均匀而垂直地作用在单位面积上的力，它的大小是受力的面积和垂直作用力的大小决定的。
P＝F/S
2.1.2压力的单位
· 工程大气压
公斤力/平方厘米 Kgf/cm2
· 物理大气压（标准大气压）
纬度45°的海平面，0℃，1cm2
· 毫米汞柱 毫米水柱
mmHg mmH2O
· 帕 N/m2 牛顿/平方米
Pa
是国际单位制（SI）的压力单位
· 巴
bar 1bar=100Kpa
2.1.3压力的表示方法
绝对压力、表压力、负压力（真空度）
· 绝对压力是指物体所受的实际压力
· 表压力是指仪表测得的压力
· 负压力是指绝对压力低于大气压时的表压
P表＝P绝－P大
压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差（表压）
2.1.4压力单位的换算
国际单位： Pa Kpa Mpa
中国单位： Kgf/cm2
欧洲单位： bar
1Mpa=1000Kpa=106Pa
1Kgf/cm2=735.56mmHg(0℃)＝104H2O（4℃）＝0.9687atm
=0.9807bar=0.9867×105Pa
1atm=1.0332Kgf/cm2=760mmHg(0℃)=1.0332×104mmH2O（4℃）
=1.01325bar＝1.0132×105Pa
2.1.5压力测量仪表的分类
· 分类
液柱式压力计、弹性式压力计、活塞式压力计、电气式压力计
· 空分装置压力测量仪表的种类
压力表、电接点压力表、压力开关、差压开关、压力变送器、差压变送器
2.2液注式压力计
· 定义：它是根据液体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。
· 最常用是U型管压力计
液注：汞、水、酒精、四氟化碳
· 适合场合：低压、负压、微差压
P＝Δhγ
· 注意读数：凸面、垂直
2.3弹性式压力计
· 定义：是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。
· 类型：膜片（膜盒）、波纹管、弹簧管
· 适合场合：低压、微差压、高压、真空度
· 弹性管压力表：
特点：结构简单、价格便宜、性能可靠、维修方便、测压范围广
结构及工作原理：
测量元件，接头、弹簧管
传动放大机构，拉杆、扇型齿轮、中心齿轮、指针、游丝、调整螺钉（改变量程）
面板，刻度、单位
游丝用来克服因扇形齿轮和中心齿轮间的间隙而产生的仪表变差。
弹簧管压力表的刻度标尺是线性的。
工作原理：略
型号：经向 Y60、Y100、Y150、
轴向 YX――
氧压表 YO――
压力等级 0~1bar、0~4、6、10、16、25、40、60
压力表的选择：
依据：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
高温，冷凝罐；腐蚀，隔离罐；振动，盘管或表加硅油避振

r1 r2

r2 r1

h

需扣除液柱压力

量程：静态条件下 P=(1/2~2/3)P上限
动态条件下 P=(1/3~1/2)P上限
压力表的安装：
正确选点，确保静压力；便于观察，力求避免振动，高温影响；蒸汽需冷凝罐，保温伴热；强腐蚀需加装隔离罐；切压口加装截止阀，以便于检修维护；引压管不能过长，减少压力指示迟缓现象。
· 电接点压力表
三个指针：指示指针（动触点）
上限指针（静触点）NO
下限指针（静触点）NC
用来关联联锁，并可调。
2.4电测式压力计
·定义：就是远程压力传感器加中控显示仪表。压力传感器的作用是感受压力并把压力参数变换成电量（电阻、电感、电容、霍尔、振弦、压电式）远传到中控显示仪表进行显示控制。
·类型：常见电阻式、电感式、应变片式、霍尔片式、电容式（极板间距离、极板重叠面积、极板间介质常数）、压电式（一块单晶硅模片）
·适应场合：各种场合
2.5压力变送器
·定义：将各种介质的压力成比例地转换成统一信号的仪表叫压力变送器。
·类型：气动 0.2~1.0Kgf/cm2
电动 智能型（二线 制，4~20maDC,通讯）
电动Ⅲ型（二线制，4~20maDC）
电动Ⅱ型（四线制，0~10maDC）
·结构：绝压AP 表压GP 差压DP
·电动Ⅲ与电动Ⅱ仪表相比主要特点：
采用线性集成电路 ， 采用国际标准信号（现场信号4~20maDC），中控联络信号1~5VDC，电流与电压用250Ω转换电阻， 24VDC集中供电并备用电源 ， 结构合理功能多样 ，可构成安全火花型防爆系统。
·仪表简单故障判别：
压力表：堵、指针打过头、指针零以下
电接点压力表：堵、指针打过头、指针卡死、指针零以下
（压力开关）
压力变送器：堵、电源故障、膜盒坏
3流量测量
3.1流量的概念
·定义：单位时间内流过管道某截面的流体数量
·表示方式：体积流量Q、质量流量M、重量流量G
Q＝C√Δ/γ M＝Qρ G＝Qγ
·分类：速度式、容积式、质量式
·流量计种类：
差压式流量计――文丘里管、喷嘴、孔板节流、阿牛巴、威力巴
转子流量计（恒压降）――玻璃管式、金属管式、冲塞式
涡轮式、容积式、电磁式、靶式、旋涡式、质量式
3.2差压式流量计
是基于流体流动的节流原理，利用流体流经装置时产生压力差而实现流量测量的。
·节流装置的流量测量原理
节流现象及原理：流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。原理是流束的收缩而产生静压差ΔP。
流量基本方程式：Q＝αεFO√2gΔP/γ m3/s
=0.01252αεmD2√ΔP/γ m3/h
=0.01252αεd2√ΔP/γ m3/h
d-节流装置在工作状态下的开孔直径 mm
D-节流装置在工作状态下的管道直径 mm
ΔP-差压主 Kgf/cm2
γ -流体的重度 Kgf/cm3
当αεd D γ一定时，Q＝K√ΔP
测量流量实际测到是差压，开根对应流量是线性的，不开根对应的是非线性流量。
·标准节流装置的安装条件：就是有关计算数据者经系统试验而有统一有图表，按统一标准规定进行设计制作的标准节流装置，不必个别标定而可使用。
使用标准节流装置必须满足条件：
流体必须充满管道和节流装置，流体连续、流体必须是牛顿流体，物理学上和热力学是均匀的，单向的、流体流经节流件是不发生相变、流体流量不随时变化或变化小、流体在流经节流件以前，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转流、不适用于脉动流体和临界流的流量测量。
3.3转子流量计
·定义：转子流量计是以压降不变，利用节流面积的变化来反映流量大小，从而实现流量测量的仪表。
·适应范围：适用于测量小流量
·结构：锥形管――由下往上逐扩
转子――有斜槽――旋转
P2

h

P1

气流流入口

·工作原理：当被测介质经过转子和锥形管之间的环形缝隙时，由于节流产生压力差（P1-P2）的作用使转子上移，直到流体作用在转子上的向上冲力与转子重量相平衡时为止。转子所处于的平衡位置的高低也即环形缝隙流通截面的大小，可作为流量测量的尺度。转子流量计是一种非标准化仪表，应该根据被测介质进行刻度。
·3.4差压变送器测量流量简单故障判别
满量程—--负压室堵，流量偏小—--导压管堵或有气泡，流量指示为零----正压室堵
·流量计安装要领
直管道，远离阀门、铂电阻等
·变送器检修和投用--五阀组的正确使用
4物位测量
4.1物位的含义
测量两相物料分界面的位置，在多数情况下是测量气相液位的分界面，即液位测量。
4.2分类
玻璃管液位计
浮力式液位计：翻板式(恒浮力式)、浮筒式(变浮力式)
差压式液位计(静压式)
电气式液位计：电容式、电阻式、电接触式
辐射式液位计
超声波式液位计
4.3物位单位
% m NM3
4.4玻璃管液位计
玻璃管液位计是根据连通器原理工作的。
在玻璃管液位计的上下阀内往往装有钢球。
4.5静压式液位计
·定义：是根据液体静压平衡原理而工作的，它可分为压力式和差压式两在类。
·迁移
ΔP＝H＊γ
量程：0~H γ

＋
－

H

H

ΔP＝Hγ
量程：H0γ~( H0γ+Hγ)
需迁移，正迁移
迁移量：H0γ

H
＋
－

H0

ΔP＝Hγ
量程：－Hγ0~( Hγ－Hγ0)
需迁移，负迁移
迁移量：Hγ0

γ0

＋
－

H

P
ΔP

负迁移 正迁移

差压测量液位时，安装变送器高度与零位一致，否则应对差压进行修正（迁移）。
测量液位用的差压计，其差压量程由介质密度γ决定的，与封液密度
γ0 无关。
4.6电容式液位计
适用于导体、非导体、粉状料

聚乙烯绝缘同轴电缆＜60℃

不锈钢电极

外筒电极

4.7浮力式液位计（基于阿基米德原理）
恒浮力式――翻板――浮标（球）――液位变化上下浮动
变浮力式――沉筒――浮筒――浮力变化
4.8液位计安装要领
垂直度
4.9液位计常见故障
玻璃管 ――玻璃碎、阀堵
翻板式――浮球碎
浮筒式――浮筒沉淀物而卡死
电容式――筒内沉淀物而绳子弯曲
用浮筒式液位计测量液位时的最大测量范围就是浮筒的长度。
液位处于最高时，浮筒液位计的浮筒全部被液体浸没，浮筒所受的浮力最大，扭力所产生的扭力矩最小，扭角最小，输出信号最大。
反之亦然。
5温度测量
5.1温度的概念
是用来表征物体冷热程度的物理量，而物体的冷热程度则是其分子平均动能大小来决定的。
温度也是表征分子平均动能大小的量。
5.2温标的概念
用来测量温度的标尺称为“温度标尺”
摄氏温标 ℃ 华氏温标 ℉ 热力学温标 国际实用温标
n℃=(1.8n+32) ℉ n－代表摄氏温标的温度示值
t68=T68-273.15K t68 －国际实用开尔文温度
n℃=K-273.15 T68－国际实用摄氏温度
5.3温度计分类
测温仪表：接触式、非接触式
接触式：膨胀式――固体式――双金属
――液体式水银玻璃、有机液玻璃
压力式――充气体――温饱
――充液体――水银、酒精等液体
――充有机蒸汽
电阻式――金属热电阻――铂电阻、铜电阻
――半导体热敏电阻
热电偶――常用热电偶（标准化）
――特殊材料热电偶
非接触式――辐射――光学高温计
――全辐射衰败温计――远红外
――比色高温计
5.4热电阻
·结构、适应范围 -200~+500℃，三线制减少线性电阻（导线）
·工作原理：热电阻温度计是基于导体（或半导体）的电阻值随温度变化的性质来测量温度的。

Rt=Ro[1+α(t-to)]
ΔRt= α Ro*Δt ΔRt= Rt- Ro
Rt－温度为t℃时的电阻值
Ro－温度为to℃时的电阻值 通常to=0℃
Δt－温度的变化量
α－电阻温度系数
ΔRt－电阻的变化量
故温度测量的是电阻信号，三线制最佳。
·常用热电阻的种类、分度号
公式 特性
铂电阻 Rt=R0(1+At+Bt2) 精度高、稳定性好、性能可靠
寿命长、体积小
铜电阻 Rt=Ro(1+ α t) ) 精度高、稳定性好、性能可靠
易氧化、寿命短、体积大
测量范围 分度号
铂电阻 -200~+500℃ BA1――Ro=46Ω
BA2――Ro=100 Ω(Pt100)
铜电阻 +50~+150℃ G――Ro=53 Ω

·热电阻的一般故障
铂电阻故障 二次表状态
断路 指示满度
短路 指示为零
接触不良 指示不稳定

5.5热电偶
U
·结构、适应范围

to热电极 -50~+1800℃

A t B工作端

·工作原理：两种不同的导体接合成一介闭合回路，由于两接合点温度t，to不同，在回路中就产生了热电势，这种现象称为热电现象。
两种不同导体的组合就是热电偶。
故热电偶测量的是电势信号，二线制。
·常用热电偶的种类
热电偶 符号 分度号
铂铑－铂 LB LB－3
镍铬－镍硅（铝） EU EU－2
镍铬－考铜 EA EA－2
铂铑－铂铑 LL LL－2
·冷端补偿
热电偶热电势的大小与其两端的温度有关，其温度――热电势关系曲线是在冷端温度为0℃时分度的。在实际应用中，由于热电偶工作端（热湍）和自由端（冷端）相距较远，且冷端暴露在空间受环境温度影响，所以测温中的冷端温度不可能保持在0℃不变，势必引起测量误差。为了消除这种误差，必须进行冷端温度补偿。
冷端补偿方法：补偿导线法、冷端温度校正法、冷端温度保持为零度的方法、补偿电桥法、校正仪表零点法
·热电偶一般故障
热电偶故障 二次表状态
断路 指示为零
短路 指示为零
接触不良 指示不稳定
5.6热电阻与热电偶的区别
电阻 测量范围 价格 输出信号 受环境影响 二次表指示
热电阻-200~500℃ 便宜 三线制 （Ω ） 小 接线断易出错
热电偶-50~1800℃ 昂贵 二线制（V） 大 接线断不易错
5.7温度测量选型、安装要领
6常规仪表校验
6.1变送器校验
·气动
·电动
6.2气动调节阀校验
6.3二次仪表校验
6.3报警和联锁校验
6.4回路调试