第二章过程检测仪表PPT课件.ppt

过程控制及仪表过程控制及仪表长沙理工大学电气与信息工程学院潘维加12.1概述2.2温度检测2.4流量检测2.3压力检测2.5物位检测2过程检测仪表2在过程自动化中要通过检测元件获取生产工艺变量，最常见变量是温度、压力、流量、物位。检测元件又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。这些输出信号包括位移、电压、电流、电阻、频率、气压等。2.1概述3由于检测元件的输出信号种类繁多，且信号较弱不易察觉，一般都需要将其经过变送器处理，转换成标准统一的电气信号（如420mADC或010mADC电流信号,20100KPa气压信号）送往显示仪表，指示或记录工艺变量，或同时送往控制器对被控变量进行控制。有时将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表,或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。被测参数测量值传感器中间件变送器42.1.1测量误差(1)绝对误差仪表的指示值与被测量的真值之间的差值。(2)相对误差（仪表引用误差）测量误差：检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之间的差。理论上：实际上：绝对误差与仪表的量程之比。(3)允许误差(4)附加误差由于外界环境条件变化以及仪表波动等外界因素引起的误差。52.1.2仪表性能指标(1)精确度（精度）表示仪表测量结果的可靠程度。仪表的精度等级是按国家统一规定的允许误差大小来划分成若干等级的。仪表精度等级数值越小，说明仪表测量准确度越高。精度等级：允许误差去掉“”号及“%”后，系列化圆整后的数值。目 前 我 国 生 产 的 仪 表 的 精 度 等 级 有：0.001,0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.4,0.5,1.0,1.5,2.5,4.0等仪表的精度等级以一定的符号形式表示在仪表标尺板上，如:1.0外加一个圆圈或三角形。精度等级1.0，说明该仪表允许误差为1.0%。1.01.06例1某台测温仪表的量程是600-1100，其最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级应定为1.0级。解仪表的最大允许误差为7例2某台测温仪表的量程是600-1100，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过4，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求。0.8%介于允许误差0.5%与1.0%之间，如果选择允许误差为1.0%,则其精度等级应为1.0级。量程为6001100，精确度为1.0级的仪表，可能产生的最大绝对误差为5，超过了工艺的要求。所以只能选择一台允许误差为0.5%，即精确度等级为0.5级的仪表，才能满足工艺要求。解根据工艺要求，仪表的最大允许误差为8结论：校表：选表：仪表量程的选择：量程的上限：4/33/2倍（被测变量），波动较大时：3/22倍（被测变量）量程的下限：一般地，被测变量的值不低于全量程的1/3。仪表精度与量程有关，量程是根据所要测量的工艺变量来确定的。在仪表精度等级一定的前提下适当缩小量程，可以减小测量误差，提高测量准确性。9(2)变差在外界条件不变的情况下，使用同一台仪表对某一变量进行正反行程测量时对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差异。注意：仪表的变差不能超出仪表的允许误差。(3)线性度衡量仪表实际特性偏离线性程度的指标。线性度差就要降低仪表精度。线性度t 实际曲线实际曲线 理论直线理论直线 仪表示值仪表示值 被测变量被测变量 10(4)灵敏度和分辨率灵敏度：仪表的输出变化量与引起此变化的输入变化量的比值，即灵敏度=Y/X对于模拟式仪表而言，Y是仪表指针的角位移或线位移。灵敏度反映了仪表对被测量变化的灵敏程度。分辨率（仪表灵敏限）：仪表输出能分辨和响应的最小输入变化量。分辨率是灵敏度的一种反映。对于数字式仪表而言，分辨率就是数字显示器最末位数字间隔，代表被测量的变化与量程的比值。112.2温度检测2.2.1温度检测方法按测温元件是否与被测对象接触分为接触式和非接触式。（1）接触式测温元件与被测对象接触，依靠传热和对流进行热交换。优点：结构简单、可靠，测温精度较高。缺点：由于测温元件与被测对象必须经过充分的热交换且达到平衡后才能测量，这样容易破坏被测对象的温度场，同时带来测温过程的延迟现象，不适于测量热容量小的对象、极高温的对象、处于运动中的对象。不适于直接对腐蚀性介质测量。12（2）非接触式测温元件不与被测对象接触，而是通过热辐射进行热交换，或测温元件接收被测对象的部分热辐射能，由热辐射能大小推出被测对象的温度。优点：从原理上讲测量范围从超低温到极高温，不破坏被测对象温度场。非接触式测温响应快，对被测对象干扰小，可用于测量运动的被测对象和有强电磁干扰、强腐蚀的场合。缺点：容易受到外界因素的干扰，测量误差较大，且结构复杂，价格比较昂贵。132.2.2热电偶(1)测温原理（热电效应）热电偶的热电效应参比端、冷端、固定端工作端、热端、自由端将两种不同材料的导体或半导体A和B连在一起组成一个闭合回路，当两个接点的温度不相同时，则回路内将有电流产生，电流大小正比于接点温度和0的函数之差，其极性则取决于A和B的材料。EAB(0)EAB()AB14热电偶中间导体定律：热电偶回路中接入第三种导体后，只要该导体两端温度相同，热电偶回路中所产生的总热电势与没有接入第三种导体时热电偶所产生的总热电势相同。同理，如果回路中接入更多种导体时，只要同一导体两端温度相同，也不影响热电偶所产生的热电势。因此热电偶回路可以接入各种显示仪表、变送器、连接导线等。热电偶中间导体定律15分度表：当0=0时，与温度对应的数值表。（非线性）分度号：与分度表所对应的热电偶的代号。常用工业热电偶比较 名 称 分度号 特 点 铂铑30-铂铑6 热电势小，精度高，价格高 镍铬-镍硅 铂铑10-铂 镍铬-康铜 热电势小，精度高，线性差，价格高 热电势大，线性好，价格低 热电势大，线性差，价格低 B S K E 性能 下 降 16热电偶的类型：普通型热电偶、铠装热电偶、多点式热点偶、防爆型热点偶、表面型热点偶等。特点：热响应时间少，减小动态误差；可弯曲安装使用；测量范围大；机械强度高，耐压性能好。铠装热电偶将热电极、绝缘材料和金属保护套管加工成一个坚实的整体，经复合拉伸后形成一个很细、很长，直径为18mm，长度为120m的热电偶。17扁接插式铠装热电偶补偿导线式铠装热电偶防喷式铠装热电偶防水式铠装热电偶手柄式铠装热电偶圆接插式铠装热电偶铠装热电偶外观图18多点热电偶适用于生产现场存在温度梯度不显著，须同时测量多个位置或位置的多处测量。广泛应用于大化肥合成塔、存储罐等装置中。多点热电偶外观图19防爆型热电偶防爆热电偶是利用间隙隔爆原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花，电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，使爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。特点：多种防爆形式，防爆性能好；压簧式感温元件，抗振性能好；测温范围大；机械强度高，耐压性能好。20无固定装置固定法兰式固定螺纹式活络管接头式直型管接头式防爆型热电偶外观图21吹气型热电偶通过吹进氮气或其它气体，将有害气体送出保护管外，从而提高热电偶寿命。是30万吨合成氨装置中不可缺少的测温装置。另外，压簧固定热电偶、直角弯头热电偶、耐磨阻漏热电偶等等。吹气型热电偶外观图22（2）补偿导线解决参比端温度的恒定问题。补偿导线要求：价格便宜，0100范围内的热电性质与要补偿的热电偶的热电性质几乎完全一样。补偿导线连接图 现场现场 补偿导线补偿导线 控制室控制室 0 23（3）热电偶参比端温度补偿（测量的准确性）补偿原理：工作端温度，参比端0，热电势为因此参比端温度补偿方法：计算法冰浴法机械调零法（动圈表调零法）：等级1.0以上。补偿电桥法：利用参比端温度补偿器。24例如：用镍铬-镍硅（K）热电偶测温，热电偶参比端温度o=20，测得的热电势E（，o）=32.479mV。由K分度表中查得E（20，0）=0.798mV,则E（，0）=E（，20）+E（20，0）=32.479+0.798=33.277mV再反查K分度表，得实际温度是800。计算法举例：252.2.3热电阻（1）金属热电阻测温原理是基于导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。热电阻通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用。直接测量各种生产过程中的-200500范围内液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度。热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。常用热电阻：铜电阻和铂电阻热电阻的结构形式：普通型、铠装型、专用型26无固定装置热电阻固定螺纹式热电阻活动法兰式热电阻固定螺纹锥式热电阻固定螺纹管接头式热电阻活络管接头式热电阻普通型热电阻27装配式热电阻装配式热电阻外观图28防喷式铠装热电阻扁接插式铠装热电阻防水式铠装热电阻圆接插式铠装热电阻补偿导线式铠装热电阻铠装热电阻29端面热电阻适合于测量电厂汽轮机及电机轴瓦或其它机体表面温度。防腐热电阻采用新型防腐材料，外包覆聚四氟乙烯F46，适合于石油化工各种腐蚀性介质中测温。是氯碱行业的专用测温仪表。端面热电阻外观图防腐热电阻外观图30微型热电偶/热电阻适用于狭小场所的温度测量与控制。是纺织、绦纶等行业不可缺少的温度测量装置。炉壁热电偶/热电阻适合于电厂锅炉炉壁，管壁及其它圆柱体表面测量。微型热电偶/热电阻外观图炉壁热电偶/热电阻外观图31（2）半导体热敏电阻测温原理是基于某些半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性。NTC型：负温度系数热敏电阻，多数是此类。PTC型：正温度系数热敏电阻，用于位式温度检测。优点：结构简单、灵敏度高、体积小、热惯性小。缺点：非线性严重、互换性差、测温范围窄。Rt热敏电阻在温度为t时刻对应的电阻值；A、B取决于半导体材料和结构的常数。32（1）选用原则：较高温度热电偶；中低温区热电阻；一般以500为分界，但不绝对。原因有两点：在中低温区，热电偶输出的热电势很小，对测量仪表放大器和抗干扰要求很高。由于参比端温度变化不易得到完全补偿，在较低温度区内引起的相对误差就很突出。另外，还应注意工作环境，如环境温度、介质性质（氧化性、还原性、腐蚀性）等，选择适当的保护套管、连接导线等。2.2.4热电偶、热电阻的选用33（2）安装选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插入深度。热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等造成接触不良，防止引入干扰信号。检测元件应避开热辐射强烈影响处。要密封安装孔，避免被测介质溢出或冷空气吸入而引入误差。热电偶安装示意图(b)斜插(c)插入弯头处(a)错误插法 34（3）使用热电偶：参比端温度补偿；补偿导线的极性不能接反；分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致；在与采用补偿电桥法进行参比端温度补偿的仪表（如电子电位差计、温度变送器等）配套测温时，热电偶的参比端要与补偿电阻感受相同温度。热电阻：分度号应与配接的变送、显示仪表分度号一致；用三线制接法。35热电阻温度变送器输入回路是一个不平衡电桥，热电阻为桥路的一个桥臂。如果是金属热电阻，由于连接热电阻的导线存在电阻，且导线电阻值随环境温度的变化而变化，从而造成测量误差，因此实际测量时采用三线制接法。所谓三线制接法，就是从金属热电阻两端引出三根材质、长短、粗细均相同的连接导线，其中两根导线被接入相邻两对桥臂中，另一根与测量桥路电源负极相连，如图。由于流过两桥臂的电流相等，因此当环境温度变化时，两根连接导线因阻值变化而引起的压降变化相互抵消，即不影响测量桥路输出电压的大小。362.3压力检测2.3.1压力单位及压力检测方法2.3.2常用压力检测仪表2.3.3压力表的选用压力是重要的工业参数之一，正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。372.3.1压力单位及压力检测方法(1)压力单位工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的“压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。其表达式为式中:P 压力；F 作用力；A 作用面积。国际单位制（SI）中定义：1牛顿力垂直均匀地作用在1平方米面积上形成的压力为1帕斯卡。帕斯卡简称“帕”，单位符号为Pa。其它的压力单位“工程大气压”（kgf/cm2）、“毫米汞柱”（mmHg）、“毫米水柱”（mmH2O）、标准大气压（atm）等还在应用，换算关系见p34表2-6。38(2)压力的表示方法绝对压力：作用于物体表面积上的全部压力，其零点以绝对真空为基准，又称总压力或全压力，一般用大写符号P表示。大气压力：指地球表面上的空气柱重量所产生的压力，以P0表示。表压力：指绝对压力与大气压力之差，一般用p表示。测压仪表一般指示的压力都是表压力，表压力又称相对压力。当绝对压力小于大气压力时，则表压力为负压，负压又可用真空度表示，负压的绝对值称为真空度。差压：任意两个压力之差称为差压。39绝对压力绝对压力01负压大气压力线绝对压力的零线表压力绝对压力、表压力、负压之间的关系40(3)压力的检测方法弹性力平衡方法：弹性元件受到被测压力作用而产生变形，弹性变形产生的弹性力与被测压力相平衡。测出弹性元件变形的位移就可测出弹性力。此类压力计有弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计等。重力平衡方法：主要有活塞式和液柱式。活塞式压力计将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。一般作为标准型压力检测仪表来校验其他类型的测压仪表。液柱式压力计是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的，最典型的是U型管压力计。41机械力平衡方法：其原理是将被测压力变换成一个集中力，用外力与之平衡，通过测量平衡时的外力来得到被测压力。机械力平衡方法较多用于压力或差压变送器中，精度较高，但结构复杂。物性平衡方法：基于在压力作用下测压元件的某些物性发生变化的原理。如电气式压力计、振频式压力计、光纤压力计、集成式压力计等。42(1)弹性式压力表弹性式压力表是以弹性元件受压后所产生的弹性变形作为测量基础的。目前广泛使用的弹性元件有弹簧管、波纹管和膜片等。2.3.2常用压力检测仪表其中：波纹膜片和波纹管多用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管可用于高、中、低压和真空度的测量。43弹簧管压力表中压力敏感元件是弹簧管。弹簧管的横截面呈非圆形（椭圆形或扁形），弯成圆弧形的空心管子，如图所示。弹簧管压力表单圈弹簧管结构图44弹簧管压力表45(2)压力传感器能够检测压力并提供远传信号的装置。当压力传感器输出电信号进一步变换成标准信号420mA时，又将它称为压力变送器。压力传感器分为：应变片式、压电式、压阻式、电容式、集成式等。应变片式压力传感器应变效应：当应变片受到外力作用产生形变（伸长或收缩）时，其电阻值将发生变化。46根据电阻值的计算公式：式中：l为金属丝长度；A为金属丝横截面积；为金属丝的电阻率。因此，在应变片的测压范围内，其电阻值的相对变化量为：式中：K=1+2称为灵敏度系数，为泊松比。47压阻元件是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻。它是基于压阻效应工作的，即当它受压时，其电阻值随电阻率的改变而变化。常用的压阻元件有单晶硅膜片以及在N型单晶硅膜片上扩散P型杂质的扩散硅等，也是依附于弹性元件而工作。压阻式压力传感器48根据半导体材料的压阻效应：式中：为应力；为压阻系数。式中：E为弹性模量，E=1.67 1011m2/N49当某些材料受到某一方向的压力作用而发生变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上就产生符号相反的电荷；当压力去掉后，又重新恢复不带电状态。这种现象称为压电效应。具有压电效应的材料称为压电材料。压电式压力传感器1-绝缘体2-压电元件3-壳体4-膜片压电材料种类较多，有石英晶体、人工制造的压电陶瓷，还有高分子压电薄膜等。实验证明，在两个表面上积聚的电荷量q与作用力F成正比，即式中：D为压电常数。50测量原理是将弹性元件的位移转换为电容量的变化。将测压膜片作为电容器的可动极板，它与固定极板组成可变电容器。当被测压力变化时，由于测压膜片的弹性变形产生位移改变了两块极板之间的距离，造成电容量发生变化。电容式压力传感器式中：c为电容器的电容；为电容器极板间的距离。51它是将微机械加工技术和微电子集成工艺相结合的一类新型传感器，有压阻式、微电容式、微谐振式等形式。集成式压力传感器将差压、静压和温度同时测出，再送入微机系统经过运算处理后就可以得到修正后的被测差压值、静压值和温度值。52压力表的选用主要包括仪表型式、量程范围、精度和灵敏度、外形尺寸以及是否还需要远传和其他功能，如指示、记录、报警、控制等。选用的依据如下：(1)必须满足工艺生产过程的要求，包括量程和精度；(2)考虑被测介质的性质，如温度、压力、粘度、腐蚀性、易燃易爆程度等；(3)注意仪表安装使用时所处的现场环境条件，如环境温度、电磁场、振动等。2.3.3压力表的选用53流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。质量流量(qm)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：(kg/s)体积流量(qv)：单位时间内流过某截面的流体的体积。(工作状态下)单位:(m3/s)qm=qv体积流量(qvn)：折算到标准的压力和温度下的体积流量。（标准状态下）qvn=qm/nqvn=qv/n2.4流量检测542.4.1流量检测的主要方法（1）测体积流量容积法：在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体的固定容积数来计算流量。例如：椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、皮膜式流量计等。速度法：测量平均流速，将平均流速乘以管道截面积可得流体的体积流量。例如：节流式流量计、靶式流量计、弯管流量计、转子流量计、电磁流量计、漩涡流量计、涡轮流量计、超声流量计等。55（2）测质量流量直接法：直接测量质量流量。例如：科里奥利力式流量计、量热式流量计、角动量式流量计等。间接法：测出体积流量和密度，经过计算得到。例如：压力温度补偿式质量流量计。56该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）和计数机构组成。测得旋转频率就可求得体积流量。椭圆齿轮流量测量示意图2.4.2椭圆齿轮流量计式中：V为流量计计量室的体积；N为转子转动次数。572.4.3差压式流量计差压式流量计又称节流式流量计，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。YJLB型一体化节流式流量计58差压式流量计流量测量系统主要由节流装置和差压计（或差压变送器）组成，如图所示。差压式流量计流量测量系统59（1）节流装置节流装置是差压式流量传感器的流量检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件。常用的节流元件有孔板、喷嘴、文丘里管。标准节流元件孔板孔板喷嘴喷嘴文丘里管文丘里管60节流件前后流速和压力分布情况61对于可压缩流体，例如各种气体及蒸气通过节流元件时，由于压力变化必然会引起密度的改变，即12，这时在公式中应引入体积膨胀系数，可压缩性流体体积膨胀系数小于1，如果是不可压缩性流体，则=1。流量公式中的流量系数与节流装置的结构形式、取压方式、节流装置开孔直径、流体流动状态（雷诺数）及管道条件等因素有关。对于标准节流装置，值可直接从有关手册中查出。流量方程式为62（2）差压式流量检测系统差压式流量检测系统结构示意图63介质为液体差压变送器应装在节流装置下面，取压点应在工艺管道的中心线以下引出（下倾45左右），导压管最好垂直安装，否则也应有一定斜度。当差压变送器放在节流装置之上时，要装置贮气罐。64介质为气体差压变送器应装在节流装置的上面,防止导压管内积聚液滴，取压点应在工艺管道的上半部引出。65介质为蒸汽应使导压管内充满冷凝液，因此在取压点的出口处要装设凝液罐，其它安装同液体。66介质具有腐蚀性可在节流装置和差压变送器之间装设隔离罐，内放不与介质有互溶的隔离液来传递压力，或采用喷吹法等。672.4.4靶式流量计在流体通过的管道中，垂直于流动方向插上一块圆盘形的靶。流体通过时对靶片产生推力，推力与流量的平方近似成正比。靶式流量计适用于测量粘稠性及含少量悬浮固体的液体。流量公式：式中：Ka为流量系数，为直径比，=d/D，d为靶直径，D为管道直径；为被测介质密度。68靶式流量计692.4.5漩涡流量计漩涡流量计又称涡街流量计，其测量方法基于流体力学中的卡门涡街原理。把一个漩涡发生体（如圆柱体、三角柱体等非流线型对称物体）垂直插在管道中，当流体绕过漩涡发生体时会在其左右两侧后方交替产生漩涡，形成涡列，且左右两侧漩涡的旋转方向相反。这种涡列就称为卡门涡街。在一定的雷诺数Re范围内，体积流量qv与漩涡的频率f成线性关系。只要测出漩涡的频率f就能求得流过流量计管道流体的体积流量qv。式中：St为斯特劳哈尔数，d为阻流体的特征尺寸。702.4.6质量流量计科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时，处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量传感器。SITRANSFC科里奥利力质量流量计如图(1)科里奥利质量流量计（直接式）71科里奥利力演示实验(a)(b)(c)U形软管U形软管内水不流动U形软管内水流动72法向加速度:向心加速度ar，其量值为2r，方向朝向P轴。切向加速度:科里奥利加速度at,其量值为2v，方向与ar垂直。由于复合运动，在质点的at方向上作用着科里奥利力为Fc=2vm，而管道对质点作用着一个反向力，其值为-Fc=-2vm。当质量为m的质点在对P轴作角速度为旋转的管道内移动时，如图所示，质点具有两个分量的加速度及相应的加速度力：73当密度为的流体以恒定速度v在管道内流动时，任何一段长度为x的管道都受到一个大小为Fc的切向科里奥利力，即Fc=2vAx式中,A为管道的流通内截面积。因为质量流量qm=vA，所以Fc=2qmx基于上式，如直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量，这就是科里奥利质量流量传感器的工作原理。74科里奥利质量流量传感器结构原理图。流量传感器的测量管道是两根两端固定平行的U形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反的扭曲。位于U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测扭曲量以求得质量流量。75导式质量流量传感器实际上是由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。组合方式主要有以下几种。差压式流量传感器与密度传感器组合方式差压式流量传感器的输出信号是差压信号，它正比于q2v，若与密度传感器的输出信号进行乘法运算后再开方即可得到质量流量。即（2）推导式质量流量传感器（间接式）76体积流量传感器与密度流量传感器组合方式能直接用来测量管道中的体积流量qv的传感器有电磁流量传感器、涡轮流量传感器、超声波流量传感器等，利用这些传感器的输出信号与密度传感器的输出信号进行乘法运算即可得到质量流量。即差压式流量传感器与体积式流量传感器组合方式差压式流量传感器的输出差压信号p与q2v成正比，而体积流量传感器输出信号与qv成正比，将这两个传感器的输出信号进行除法运算也可得到质量流量。即772.5物位检测在容器中液体介质的高低叫液位，容器中固体或颗粒状物质的堆积高度叫料位。测量液位的仪表叫液位计，测量料位的仪表叫料位计，测量两种密度不同的液体介质分界面的高低（界位）的仪表叫界面计。上述三种仪表统称为物位计。2.5.1物位检测的主要方法按工作原理主要有以下几种：直读式：根据流体的连通性原理来测量液位。静压式：压力式和差压式。根据液柱或物料堆积高度变化对某点上产生的静（差）压力变化的原理测量物位。78电气式：根据把物位变化转换成各种电量变化的原理来测量物位。辐射式：根据同位素射线的核辐射透过物料时，其强度随物质层的厚度变化而变化的原理来测量液位。另外还有：声学式、光学式、射线式、微波式、激光式、射流式、光纤维式等。浮力式：根据浮子高度随液位高低而改变或液体对浸沉在液体中的浮筒（或称沉筒）的浮力随液位高度变化而变化的原理来测量液位。前者称为恒浮力式，后者称为变浮力式。792.5.2差压式液位计测量液位原理图设被测介质的密度为，容器顶部为气相介质，气相压力为pA，pB是液位零面的压力，p1是液位取压口的压力，p2是气相取压口的压力，根据静力学原理可得：因此，差压变送器正负压室的压力差为(1)取压点与液位零面在同一水平面80液位测量的正迁移当差压变送器的取压口低于容器底部的时候，差压变送器测得的差压为：为了使液位的满量程和起始值仍能与差压变送器的输出上限和下限相对应，就必须克服固定差压gh0的影响，采用零点迁移就可实现。(2)取压口低于容器底部因为所以81在无迁移情况下，实际测量范围是0（h0g+hg），原因是这种安装方法时P多出一项h0g。当h=0时，P=h0g。为了迁移掉h0g，可以调整仪表的迁移弹簧张力。由于h0g作用在正压室上，称之为正迁移量。迁移弹簧张力抵消了h0g在正压室内产生的力，达到正迁移的目的。由于gh00，所以称为正迁移。量程迁移后，测量范围为0hg，再通过零点迁移，使差压式液位计的测量范围调整为 h0g（h0g+hg）。82液位测量的负迁移当被测介质有腐蚀性时，差压变送器的正、负压室之间就需要装隔离罐，如果隔离液的密度为1(1)，则(3)介质有腐蚀性因为所以83对比无迁移情况，P多了一项压力-(h1-h0）1g，它作用在负压室上，称之为负迁移量。当h=0时，P=-(h1-h0)1g。为了迁移掉-(h1-h0)1g的影响，可以调整迁移弹簧的张力来进行负迁移,以抵消掉-(h1-h0)1g在负压室内产生的力，达到负迁移的目的。由于所以称为负迁移。迁移调整后，差压式液位计的测量范围调整为:-(h1-h0)1ghg-(h1-h0)1g84利用差压式液位计还可以测量液体的分界面，如图所示。液位计正、负压室受力情况如下：P1=h02g+（h1+h2）1g P2=（h2+h1+h0）1g P=P1 P2=h0 g（2-1）由于（2-1）是已知的，所以压差P与分界面高度h0成一一对应关系。(4)测量分界面界面测量852.5.3物位检测仪表的选用必须考虑测量范围、测量精度、被测介质的物理化学性质、环境操作条件、容器结构形状等因素。在液位检测中最为常用的就是静压式和浮力式测量方法，但必须在容器上开孔安装引压管或在介质中插入浮筒，因此在介质为高粘度或者易燃易爆场合不能使用这些方法。在料位检测中可以采用电容式、超声波式、射线式等测量方法。86第2章小结被测参数测量值传感器中间件变送器检测仪表（系统）的组成被测参数：被调量，来自现场，主要有：温度、压力、流量、物位等。测量值：4-20mADC或20-100kPa，至显示器用于显示，或至计算机，用于控制。中间变换元件中间变量87