检 测 仪 表(复习资料).doc

流量，压力测量（复习资料）

弹簧管压力表可测量负压、微压、低压、中压、和高压(可达1000MPa)，准确度等级最高为0.1 级。
通常根据弹簧管的材料可得知其适用的被测介质和测量范围。
（1）当采用磷铜作为弹簧管材料时，最大量程一般不超过20MPa，
不能用于测量氨气的压力；
（2）当采用不锈钢或合金钢作为弹簧管材料时，最大压力一般不
做要求（可达1000MPa），但测量氧，禁油。
（3）对于腐蚀性介质，可采用隔离膜或隔离液，也可采用耐腐蚀
的弹簧管材料。
波纹管压力计 测压范围：0~0.4MPa，准确度等级1.5~2.5 级
3、膜盒压力计 测压范围：-20~40KPa，准确度等级1.5~2.5 级
弹性元件测压的特点：
（1）滞后效应影响较大，需选择弹性特性好的材料；
（2）温度敏感，故应选择温度系数小的材料制作弹性敏感元件；
（3）结构简单，造价低，精度高，便携装，测围宽
10-3~109Pa，是目前工业生产中应用最广的测压方法。
电远传式压力仪表也是利用弹性元件作为压力敏感元件，但在
仪表中增加了转换元件（或装置）和转换电路，能将弹性元件的位
移转换为电信号输出，实现信号的远传。
电容式压力传感器
电容式压力传感器：根据变电容原理，测量各种弹性元件在压力作
用下引起的电容量的变化来间接测量压力的传感器。

霍尔压力传感器
两端出现了一个电位差，称为霍尔电势，这种现象称为霍尔效应。
霍尔电势的大小与半导体材料、控制电流、磁感应强度和霍尔元件的
尺寸有关。
在压力传感器中，为实现从压力—位移—霍尔电势的转化，在霍尔测
压中也应用了弹簧管

电感式压力传感器
电感式压力传感器：利用电磁感应原理，测量由于各种弹性元件在压力作用下产生的位移导致的自感或互感系数的变化来间接测量压力的传感器。
根据其原理可分为自感式压力传感器和互感式压力传感器。

互感式压力传感器 自感式压力传感器
谐振式压力传感器
主要根据被测压力所形成的应力改变弹性元件或与弹性元件相连的
振动元件的谐振频率，经过适当的电路输出脉冲频率信号进行远传。
（P148 图3.83）
弹性元件：测量膜片。
振动元件：振弦，一端固定在支承上，另一端连接测量膜片。
永久磁铁：产生磁场，激发及维持振弦的振动。
特点：适合与计算机配合使用，组成高精度的测量、控制系统。
（1）仪表量程的选择
为保证安全，一般最大压力值应不超过满量程的3/4~2/3；为了保证
测量精度，被测压力值应不低于仪表满量程的1/3 为宜

（3）仪表类型的选择
①被测介质的性质
②仪表输出信号： 直接指示性仪表
电远传式仪表
快速变化的压力信号
③使用环境
爆炸性强的环境——防爆型仪表
温度要求高的环境——温度系数小的敏感元件
④差压检测仪表，额定静压值的选择
静压：差压检测仪表，高、低压侧的实际工作压力；
差压检测仪表的额定静压值应是实际工作压力的1.5~2 倍！
2．压力仪表的校验
对于新仪表，在安装使用前，为了防止由于产品质量或运输过程中造
成的损坏，需要进行校验，从而保证测量结果的可靠性与准确性。
压力仪表在长时间使用后，会因为弹性元件疲劳、传动机构的磨损和
电子元件的老化等造成误差，因此有必要对所用仪表进行定期校验。

在安装时需要注意以下几点：
（1）取压口：被测对象上开设的专门引出介质压力的孔或装置。
①取压口要具有代表性，能真实反应被测对象压力的变化；
②尽可能方便引压管路和压力仪表的安装及维护；
③取压口位置要选在被测介质直线流动的管段或容器的壁面部分；
④取压口开孔的轴线应垂直被测设备壁面，内端面与设备内壁平齐；
⑤水平管道，被测介质为液体，取压口在设备横截面中下侧；（为什么？）
水平管道，被测介质为气体，取压口在设备横截面上部。（为什么？）

（3）引压管路中的常用附件
①截止阀：引压管靠近取压口附近，正常运行时打开，检修时切断。
②隔离罐：用于腐蚀性较强的被测介质。（P153 图3.92）
③集气器：被测介质为气体/液体时使用？安装在引压管路的最上方/
最下方？目的？
④集液器：被测介质为气体/液体时使用？安装在引压管路的最上方/
最下方？目的？
⑤冷凝器：测量蒸汽压力或压差时使用，安装在取压口附近，防止高
温蒸气直接与测压元件接触。
（4）特殊介质的取压方式
①气固两相介质
大颗粒固体介质：取压口安装过滤网；
小颗粒固体介质：反吹技术 （P154 图3.93）
②气液两相介质 （P154 图3.94）
加装分离罐
③高黏度、易结晶介质 （P154 图3.95 图3.96）
使用 u 形管压力计测得的表压值，与玻璃管断面面积的大
小有关。
2 在液柱式压力计中，封液在管内的毛细现象所引起的误差
并不随液柱高度变化而变化，是可以修正的系统误差。
3 环境温度对液柱压力计的测量精度没有影响。
回答：
1 当被测压力高于大气压时，被测压力应引到单管压力计的
哪一端？
当被测压力低于大气压时，被测压力应引到单管压力计的哪一
端？
2 弹簧管压力表测的是哪一种压力？若其在大气中指示为
P，如果把它移到真空中，指示会不会变？

2、流量测量方法
用来测量流量的仪表统称为流量计。测量流量总量的仪表
称为流体计量表或总量计。
（1）差压式流量测量法：利用伯努利方程原理，通过测量流体差
压信号来反映流量；
（2）速度式流量测量法：通过直接测量流体平均流速来得出流量；
（3）容积式测量：利用标准小容积来连续测量流量；
（4）质量流量测量法：以测量流体质量流量为目的。
根据流体的质量守恒和能量守恒原理，可
以得到有关流体质量流量和体积流量的理论方程式：

结论：由标准节流件构成的节流式流量计的量程比通常为
3：1。
（4） 直径比β
（5） ①直径比β一定时，流量系数与雷诺数的关系
②直径比β与流量系数α之间的关系：
a 雷诺数一定时(Re>Rek)，直径比β越小，α越小，引起的永久性压力损失越大；
b 直径比β小，有利于小流量的测量
结论：应根据被测流体的最小流量和允许的压力损失，合理选取直径比b 。

在进行测量时，孔板必须是清洁的。
①开孔直径：当β≤2/3 时，d±0.001d;当β>2/3 时,d
±0.0005d
②孔板的厚度E 和节流孔的厚度e:0.005D≤e≤
0.02D,e≤E≤0.05D。当管径D 满足50mm≤D≤
64mm 时，孔板的厚度E 只要不大于3.2mm 即可。
③孔板的锥角应满足：30°≤F≤45°。
④节流孔的直径d≥12.5mm，0.2≤d/D≤0.75
⑤孔板只要满足上述要求，可以用任何材料和方式
制造。
在所有的节流装置中，标准孔板、ISA1932 喷嘴、文丘里管这三种节
流件用得最多．
相同点：
（1）均为标准节流装置，流量系数可查有关的图表；
（2）标准节流件加工好后，无须标定就可投入使用．
主要差别：
（1） 压力损失：孔板最为简单，也最便宜，但在相同的差压下，其压力损失最大；文丘里管的压损小，所以常用于管道内径在１００～８００ｍｍ范围内的大直径管道内的流量测量．
（2）直径比β：在相同的管道条件下，喷嘴的β值最小．
思考：如果被测流量值低于孔板可测流量的下限时，可以选用哪一种节流件，为什么？
（3）流量系数：测量磨蚀性和腐蚀性流体，由于入口边缘的
变形，流量系数会发生变化，这对孔板的影响最大，而对喷嘴
和文丘里管的影响较小．
3．节流装置的取压方式
以孔板为例，根据取压口的位置，常用的取压方式分为五种：
理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压和管接（损失）取压。
对于孔板，主要采用角接取压、法兰取压和径距取压。（
（1）理论取压
上游取压口距孔板上游端面的距离为D，下游取压口中心
位于流束最小截面处。
角接取压
上、下游取压口分别位于孔板的上下游的端面处，也就是
在节流件与管壁的两个夹角处取出静压力。
（3）法兰取压
上下游取压口的中心与孔板的上下游端面的距离为
25.4mm。
（4）径距取压
上游取压口距孔板上游端面的距离为D，下游取压口中心
与孔板的上游端面的距离为D/2，也称为D 和D/2 取压。
③差压信号管路的安装
差压信号管路主要包括：取压口、引压导管、冷凝器、集气器、沉
降器（集夜器）、截断阀、隔离器与隔离液、喷吹系统以及信号管
路等部分。
目前工业生产中大多数采用差压变送器。它们可将测得的
差压信号转换为0.02-0.1 MPa 的气压信号和4-20mA 的直流
电流信号；
（2）节流式流量计的使用：
①使用过程中应定期检定，使用时间过长会导致节流件变形或磨
损，引起较大的测量误差；
②当流量显示值小于满刻度的30%时，流量显示值的准确度开始下
降（除非流量计的量程比大于3:1）；
③当流量显示值出现异常时，应分别对显示仪表、差压计、引压管
路以及节流装置一一检查。
，实际生产中根据不同的流体介质还有几种常
用的非标准节流装置，如1/4 圆孔板、1/4 圆喷嘴、锥形入口孔板、圆缺
孔板等。
圆缺孔板：赃污、有气泡析出或含有固体颗粒的流体流量的测量。
若使用标准孔板测量，孔板前后可能积存沉淀物，从而改变管道实际截面
积；使用圆缺孔板，测量中仍会存在较大误差。
三、转子流量计
转子流量计又名浮子流量计或面积流量计。
特点：结构简单，使用维护方便；
◆对仪表前后直管段长度要求不高；
◆压力损失小且恒定；
◆测量范围比较宽；
◆工作可靠且线性刻度；
◆可测气体、蒸汽和液体的流量；
◆金属浮子流量计可实现电、气远传。
（3） 电远传式转子流量计（图3.122）
转子流量计特点：
1 主要适用于中小管径，几毫米~100 毫米；
2 用于较低雷诺数的中小流量的测量，相同口径下可测的最小流量
比节流式流量计小，量程比可达10:1；
3 结构简单，使用方便，仪表前直管段要求不高，但要求垂直安装；
4 准确度易受被测介质密度、黏度、温度、压力、纯净度、安装质
（4） 量等因素的影响，正常情况下基本误差约为仪表量程的±1~2%；
四、电磁流量计
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电流体体积流量的仪表。
式中，E 为感应电动势：B 为磁感应强度， D 为管道内径；v 为液体在管道内平均流速。
2. 电磁流量计的特点及应用
优点：
（1）压力损失小；
（2）适用于含有颗粒、悬浮物等流体的流量测量；
（3）可以测量各种腐蚀性介质：酸、碱、盐溶液；
（4）流量测量范围大，流量计的管径小到1mm，大到2m 以上；
（5）测量精度为0.5-1.5 级；
（6）电磁流量计的输出与流量呈线性关系，可以直接等分刻度；
（7）电磁流量计无机械惯性，反应迅速，可以测量脉动流量。
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缺点：
（1）被测介质必须是导电的流体，不能用于气体、蒸汽、石油制品
以及含大量气泡的液体的流量测量；
（2）电导率很低的液体的流量不能用电磁流量计测量；
（3）流速测量下限有一定限度；
（4）工作压力受到限制；
（5）结构比较复杂，成本较高；
（6）由于测量管内衬材料一般不宜在高温下工作，所以目前一般的
电磁流量计不能用于测量高温介质流量。
五、容积式流量计
让被测流体充满具有一定容积的空间，然后把这部分流体从出
口排出，根据单位时间内排出的流体体积，可直接确定体积流量。
由仪表壳体和活动壁组成流体计量室，流体经过仪表时，在仪表出
入口间产生压力差，推动活动壁旋转，将流体一份一份排出。
如：椭圆齿轮流量计、刮板流量计
特点：
1、测量准确度较高；
2、适宜测量较高粘度的流体流量；
3、安装方便，对仪表前后直管段没有严格要求；
4、仪表准确度主要取决于壳体和活动壁之间的间隙，因此，制造、装配
精度要求较高，传动机构也比较复杂；
5、要求被测介质干净，不含固体颗粒，否则会使仪表磨损或卡住，需在
流量计前安装过滤器；
6、常用测量口径为10~150mm 左右。
六、超声波流量计
当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因此，
根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检测到流体的
流速，进而可以得到流量值。
分为：时间差法、相位差法及频率差法。
（1）传播时间差方法
基本原理：测量超声波脉冲在顺流和逆流传播过程中的速度之差来
得到被测流体的流速。
优势：
u 探头可装在被测管道的外壁，实现非接触测量，即不干扰流场，又不
受流场参数的影响；
u 输出与流量基本上成线性关系，精度一般可达±1%；
u 价格不随管道直径的增大而增加，特别适合大口径管道和混有杂质或
腐蚀性液体的测量和技术改造。
（2）频率差法测量流量
u 采用两个完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电
子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。
u 顺流发射频率 f1 与逆流发射频率f2 的频率差Δf 只与被测
流速v 成正比，而几乎与声速c 无关。
u 频率法温漂较小。
七、质量流量计
u 在工业生产中，储存量核算、经济核算等所需要的都是质量，
所以测量工作中，常需将测出的体积流量换算成质量流量。
u 由于密度随温度、压力而变化，所以在测量流体体积流量时，
要同时测量流体的压力和密度，进而求出质量流量。在温度、压
力变化比较频繁的情况下，采用单一的体积流量计难以达到测量
质量流量的的目的。
u 用质量流量计来测量质量流量，无需再人工进行上述换算。
质量流量计大致分为三大类：
1．直接式：直接检测与质量流量成比例的量，检测元件直接反
映出质量流量。
2．推导式：即用体积流量计和密度计组合的仪表，同时检测出
体积流量和流体密度，通过运算得出与质量流量有关的输出信号。
3、 补偿式：同时检测流体的体积流量和流体的温度、压力值，再根据流体密度与温度、压力的关系，由计算单元计算得到该状态下流体的密度值，最后再计算得到流体的质量流量值。补偿式质量流量方法，是目前工业上普遍应用的测量方法。
八、涡轮流量计
流体冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，涡轮旋转速度随流量变化，再通
过磁电装置将涡轮旋转转换成电脉冲。 式 3.197
特点：
（1）准确度高，可达0.5 级以上；
（2）反应迅速，可测脉动流量；
（3）流量与涡轮转速之间是线性关系，量程比可达10:1，主要用
4、 于中小口径的流量检测；
（1）涡轮流量计仅适用于洁净的被测介质，通常在涡轮前需要安
装过滤装置；
（2） 流量计前后需要有一定的直管段长度，，一般上游侧和下游侧
的直管段长度要求在10D 和5D 以上；
（3）当介质的密度和黏度发生变化时，流量计的转换系数需要重
新标定或进行补偿。
九、 涡街流量计
1、检测原理 图3.126
◆在流体中垂直于流动方向安放一个非流线型旋涡发生体（圆柱
体、棱柱体），使流体在发生体两侧交替地分离，释放出两串平行
且旋转方向相反的旋涡；
◆两串平行但不对称的旋涡称为卡门涡列；
◆满足一定条件时，卡门涡列稳定，并且单列旋涡产生的频率f 与
流体流速成正；
◆单列旋涡产生的频率f 与流体体积流量成正比。
2、涡街流量计的特点
（1）压力损失小；
（2）测量结果几乎不受流体温度、压力、密度、黏度等因素的影响；
（3）旋涡频率只与流体流速以及旋涡发生体的形状有关，与介质性质无
关，一旦标定后，即使用于其他介质的测量，也无需重新标定；
（4）准确度高，量程比大，一般为10:1，最高可达30:1；
（5）要求有足够的直管段长度，上、下游直管段分别要求不少于20D和5D；
（6）旋涡发生体轴线与管路轴线垂直，流量计周围不可有大的振动源；
（7）可用于液体、气体、蒸气等绝大部分流体的流量测量。
十、流量检测仪表的使用
1、流量检测仪表的特点
◆检测原理多样；
◆仪表种类繁多；
◆不仅需要考虑仪表量程，还需考虑量程比！
2、流量检测仪表的选择
（1）被测流体的性质
（2）被测流体的特性
（3）被测流体的黏度、腐蚀性以及温度、压力等条件
（4）管道条件
（5）测量环境条件
（6）测量准确度的要求
（7）被测流量的变化范围——量程比
（8）成本——节约
3、流量检测仪表的安装
（1）流量计前后直管段的要求；
（2）水平或垂直安装；
（3）安装之前清除管道内杂质；
（4）留有足够的维护空间。
4、流量检测仪表的使用
◆经常维护；
◆定期标定！
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2. 在孔板加工的技术要求中，上游平面应和孔板中心线垂直，不应有可见伤痕，上游面和下游面应平行，上游入口边缘应锐利无毛刺和伤痕。
3. 在节流装置的流量测量中进行温度、压力等修正，修正的是什么
误差?
Ａ．粗大误差
Ｂ．随机误差
Ｃ．系统误差
4. 当充满管道的流体流经节流装置时，流束将在缩口处发生局部收缩，从而使流速增加，而静压力降低．
5. 5. 标准节流装置是在流体的层流型工况下工作的．（FALSE）
6. 角接取压和法兰取压只是取压的方式不同，但标准孔板的本
6. 体结构是一样的。（TRUE）
7. 在孔板和文丘利管这两种节流装置中，当差压相同时，哪一
种压力损失大？当直径比和差压相同时，哪一种测得的流量大？
答：对于同一个差压，孔板的压力损失要比文丘利管大３～５
倍．
当直径比、管径和差压相同时，文丘利管压损小，流量系数大，
7. 因而测得流量也大．
9．标准节流件的直径比β越小，则（ ）
A.流量测量下限越大
B.流体的压力损失越小
C.要求水平直管段越长
D.流体的压力损失越大
10．标准孔板的常用取压方式主要有（角接取压、法兰取压和径距取压）
11、什么是标准节流装置？用标准节流装置进行流量测量时，流体
必须满足哪些条件？
1、流体必须充满圆管和节流装置，并连续流经管道；
2、流体在物理学和热力学上是均匀的，单相的
3、流体流经节流件时不发生相变
4、流体流经节流件前，流束需与管道轴线平行，不得有旋转流
5、不适用于脉动流
非标准节流装置：试验数据不充分，设计制作后需经个别标定才能使用的节流装置。
12. 一节流式流量计，用于测量水蒸气流量，设计时水蒸气密度为8.93 kg/m3，但实际使用时被测介质压力下降，使实际密度减小为8.12 kg/m3，试求当流量计读数为8.5kg/s 时，实际流量为多少？
由于密度变化使流量指示值产生的相对误差是多少？

玻璃温度计优点：
结构简单，制作容易，价格低廉；测温范围较广，安装使用方便；现场直接读数，一般无需能源。
缺点：易破损；测温值难自动远传记录。
压力温度计测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达600℃。优点：强度大、不易破损、读数方便；
缺点：准确度较低、耐腐蚀性较差。常用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测量。
双金属温度计
固体长度随温度变化的情况可用下式表示，即:L1=L0[1+k(t1-t0)]
式中: L0—固体在温度t0 时的长度；
L1—固体在温度t1 时的长度；
k — 固体在温度t0~t1 之间的平均线膨胀系数。
①测量温度；
②简单温度控制装置(尤其是开关的“通—断”控制)。（如何实现？）
测温范围：大致为-80℃—600℃，准确度等级通常为1.5 级左右。
优点：抗振性好 ；读数方便；
缺点：精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。
热电偶是工业和实验中温度测量应用最多的器件，它的特点是
测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动态响应较好；
输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。
热电效应：
两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，如果两个接
点的温度不同，则在该回路内就会产生热电势。
热电偶的热电势由接触电势和温差电势两部分组成。
⑴热电偶接触电势：两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子
密度，相互接触时产生的热电势。
②热电偶温差电势：是由于同一种导体两端温度不同而产生的一种
电动势。
①如果热电偶两电极材料相同，则无论接点处的温度如何，总热电
势为零；
②如果两接点处的温度相同，尽管A、B材料不同，总热电势为零；
③热电偶产生的热电势只与材料、接点处的温度有关，而与材料的
尺寸、几何形状无关；
④若A、B材料确定，热电势EAB(t,t0)是两接点温度t和t0的函数差,
即如果t0保持恒定,则热电势EAB(t,t0)只是工作端温度t的单值函
数。 EAB(t,t0)=f(t)
热电偶特性及分类
为了得到实用性好，性能优良的热电偶，热电极材料需具有以下性能：
①优良的热电特性,即热电势及热电势率(灵敏度)要大，热电关系接近单值线性或近似线性，热电性能稳定；
②良好的物理性能,即高电导率，小比热，耐高温，低温下不易脆断，高、低温下不发生再结晶等；
③优良的化学性能,如抗氧化、抗还原性和耐腐蚀性介质等；
④优良的机械性能,易于提纯和机械加工、工艺性好，易于大批量生产和复制；
⑤足够的机械强度和长的使用寿命；
⑥制造成本低.
用K型热电偶测炉温时，测得参比端温度T1＝38℃；测得测量端和参比端间的热电动势为29.90mV，试求实际炉温。
一支镍铬-铜镍热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为30℃，而显示仪表的机械零位是0℃，这时指示值为400℃，若认为换热器内温度为430℃，对不对？为什么？正确值是多少？
1.热电偶产生热电势的条件是∶两热电极材料相异;两接点温度相异。
2.热电偶的热电特性由（电极材料的化学成分和物理性能）所决定．热电
势的大小与（组成热电偶的材料）及（两端温度）有关，与热偶丝的尺寸无关．
3．在分度号Ｓ、Ｋ、Ｅ三种热偶中，１００℃时的电势哪种最大？哪种最小？
答：所以Ｅ热电势最大，Ｋ次之，Ｓ最小．
由于热电势和温度基本上是线性的．故记住各种型号在１００℃时的电势，就可估算其他温度下的电势，这对于仪表的日常维护，故障原因判断，甚为方便．
单管压力计相当于将U 形管的一端换成一个大直径的容器，测压
原理与U 形管相同，即
p=p0+ρg(h1+h2)
p 表=ρgh1(1+(d/D)2)
当d<<D，p 表=ρgh1。
有一只斜管压力计，其标尺刻度为0~250mmH2O，充液密度（酒精）=0.8095g/cm3, 斜管与水平线的夹角α=29 。30 ＇,sinα=0.492，斜管断面积和杯形容器断面积之比为0.0025，试
求仪表处于这种情形的测量上限。
p=ρgL(sinα+(d/D)2)，其中L 为斜管内液柱的长度
根据静力平衡原理可知，在U型管截面上，左边被测压力及被测流体
的质量应与右边被测压力和液柱h的质量相平衡，即
r +
其中：A 为U 形管孔截面积； g 为重力加速度；ρ’为被测介质的密度； ρ 为U 形管内所充工作液体的密度；p 为被测压力； P0 为较低一侧的压力，通常是大气压；h 为左右两边的液柱差；
由上式可得
U 形管经常被用于测量压力差或表压的情况，适用介质包括气体和液
体，但要注意的是被测压力的介质不能溶于工作介质，比如工作介质为水
时，不能用于测量氨气的压力 、酒精蒸气的压力等。
斜管压力计
用U 形管压力计来测量微小的压力时，因为液柱高度变化很小，读数较为困难，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管。
单管压力计也可以用于测量液体和气体介质的压力，但要注意的是被测压力的介质不能溶于工作介质。