各種儀表的基礎(chǔ)知識(shí)(電磁流量計(jì)壓力表式溫度計(jì)等)

常規(guī)儀表的分類

一、壓力儀表

二、溫度儀表

三、流量?jī)x表

四、液位儀表

五、分析儀表

按功能分類

指示類儀表包括就地顯示的壓力表、溫度表、液位計(jì)、流量計(jì)等。

開(kāi)關(guān)類儀表常見(jiàn)的有溫度開(kāi)關(guān)、壓力開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)等。

變送器類儀表包括溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、液位變送器等。

定義

檢測(cè)儀表-----將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表。

一次儀表-----一般為將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為便于計(jì)量的物理量所使用的儀表，即為檢測(cè)元件。一次測(cè)量?jī)x表是與介質(zhì)直接接觸，是就地安裝的。

二次儀表-----將測(cè)得的信號(hào)變送轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)電氣信號(hào)并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。

變送器是將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀?a target="_blank">控制器識(shí)別的信號(hào)（或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號(hào)，同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源，一般為4--20mA電流）的轉(zhuǎn)換器。

變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。傳感器是接受輸入量的信息，并按一定規(guī)律將其裝換為同種或別種性質(zhì)輸出變量的裝置。轉(zhuǎn)換器是接受一種形式的信號(hào)并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為另一種形式輸出的裝置。

變送器主要有溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、液位變送器等。

一、壓力儀表

壓力表:通過(guò)表內(nèi)的敏感元件的彈性形變，再由表內(nèi)機(jī)芯的轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)將壓力形變傳導(dǎo)至指針，引起指針轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)顯示壓力。

壓力開(kāi)關(guān)

壓力開(kāi)關(guān)是一種簡(jiǎn)單的壓力控制裝置，當(dāng)被測(cè)壓力達(dá)到額定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)可發(fā)出警報(bào)或控制信號(hào)。

壓力開(kāi)關(guān)的工作原理是：當(dāng)被測(cè)壓力超過(guò)額定值時(shí)，彈性元件的自由端產(chǎn)生位移，直接或經(jīng)過(guò)比較后推動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，改變開(kāi)關(guān)元件的通斷狀態(tài)，達(dá)到控制被測(cè)壓力的目的。

二、溫度儀表

溫度儀表主要分為玻璃管溫度計(jì)、雙金屬溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶、溫度變送器、溫度開(kāi)關(guān)、非接觸式溫度計(jì)等

按工作原理分：

分為膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高溫計(jì)五類。

按測(cè)量方式分：

分為接觸式與非接觸式兩大類。前者測(cè)溫元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，這樣可以使被測(cè)介質(zhì)與測(cè)溫元件進(jìn)行充分地?zé)峤粨Q而達(dá)到測(cè)溫目的；后者測(cè)溫元件與被測(cè)介質(zhì)不相接觸，通過(guò)輻射或?qū)α鲗?shí)現(xiàn)熱交換來(lái)達(dá)到測(cè)溫的目的。

玻璃管溫度計(jì)：

這種溫度表非常簡(jiǎn)單、普通。

目前高精度的往往使用在儀表校驗(yàn)間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。

由于價(jià)格便宜，目前工廠內(nèi)還有應(yīng)用。

雙金屬溫度計(jì)：利用不同金屬膨脹系數(shù)不同的原理，雙金屬片在不同的溫度會(huì)有不同的彎曲度，把這個(gè)彎曲度指示出來(lái)就能顯示溫度。由于熱膨脹系數(shù)不同，雙金屬片在溫度改變時(shí)，兩面的熱脹冷縮程度不同，因此在不同的溫度下，其彎曲程度發(fā)生改變。

壓力表式溫度計(jì)：壓力表式溫度計(jì)是根據(jù)在封閉容器中的液體、氣體或低沸點(diǎn)液體和飽和蒸汽，受熱后體積膨脹或壓力變化這一原理而制作的，并用壓力來(lái)測(cè)量這種變化，從而測(cè)得溫度。

壓力表式溫度計(jì)主要由以下三部分組成：

溫包——溫包是直接與被測(cè)介質(zhì)相接觸來(lái)感受溫度變化的元件，因此要求它具有高的強(qiáng)度，小的膨脹系數(shù)，高的導(dǎo)熱率以及抗腐蝕等性質(zhì)，根據(jù)所充工作介質(zhì)和被測(cè)介質(zhì)的不同，溫包可用銅合金，鋼或不銹鋼來(lái)制造。

2.毛細(xì)管——它是用銅或鋼等材料冷拉成的無(wú)縫圓管，用來(lái)傳遞壓力的變化。

3.彈簧管——它就是一般壓力表用的彈性元件。

熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

熱電阻測(cè)溫原理：熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅。

熱電偶是中高溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)元件。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。

熱電偶的工作原理：

熱電偶溫度計(jì)由三部分組成：熱電偶(感溫元件)；電測(cè)部分（動(dòng)圈儀表或電位差計(jì)）；連接熱電偶和測(cè)量?jī)x表的導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）。

熱電偶是由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料(如上圖中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測(cè)量端或工作端)，和導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端(自由端)。組成熱電偶的兩根導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測(cè)溫的生產(chǎn)設(shè)備中，冷端置于生產(chǎn)設(shè)備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)E。該熱電勢(shì)E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關(guān)。如果保持t。不變，則熱電勢(shì)E只是被測(cè)溫度t的函數(shù)。用電測(cè)儀表測(cè)得E的數(shù)值后，便知道被測(cè)溫度t的大小。

溫度開(kāi)關(guān)

傳統(tǒng)的溫度開(kāi)關(guān)多為機(jī)械式，其分為：蒸氣壓力式溫控器、液體膨脹式溫控器、氣體吸附式溫控器、金屬膨脹式溫控器。

非接觸式溫度計(jì)是靠紅外輻射,亮度,色差等方法感應(yīng)、比較，得出被測(cè)物件溫度。好處是可遙測(cè)，量程大，可測(cè)極高溫物件。如紅外測(cè)溫計(jì)、亮度測(cè)溫計(jì)等。缺點(diǎn)是一般精度不高。但是作為工廠輔助測(cè)溫元件是不可缺少的。

三、流量?jī)x表

渦輪流量計(jì)、孔板流量計(jì)（含一體化孔板流量計(jì)）、質(zhì)量流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、 渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)、靶式流量計(jì)

按原理分：

力學(xué)：差壓式、浮子式、靶式、渦街等；

聲學(xué)：超聲波

電學(xué)：電磁流量計(jì)等

差壓式流量計(jì)

差壓流量計(jì)是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置(包括節(jié)流元件和取壓裝置)、導(dǎo)壓管和差壓計(jì)或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)，通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、調(diào)節(jié)用。

由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開(kāi)方裝置，以使流量刻度線性化。

在管道中流動(dòng)的流體具有動(dòng)能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。節(jié)流元件測(cè)量流量就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在節(jié)流裝置中，應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。

孔板流量計(jì)：充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。

儀表里標(biāo)準(zhǔn)的三種節(jié)流元件：

a:孔板

b:噴嘴

c:文丘利管

轉(zhuǎn)子流量計(jì)又稱面積式流量計(jì)或恒壓降式流量計(jì)，也是以液體流動(dòng)時(shí)的節(jié)流原理為基礎(chǔ)的一種流量測(cè)量?jī)x表。但轉(zhuǎn)子流量計(jì)的精度受測(cè)量介質(zhì)的溫度、密度和粘度的影響，而且儀表必須垂直安裝。原理：轉(zhuǎn)子流量計(jì)是由一段向上擴(kuò)大的圓錐形管子和密度大于被測(cè)介質(zhì)密度且能隨被測(cè)介質(zhì)流量大小上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成的。

當(dāng)液體自下而上流過(guò)時(shí)，轉(zhuǎn)子因受到液體沖擊而向上運(yùn)動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)子的上移，轉(zhuǎn)子與錐形管之間的環(huán)形流通面積增大，液體流速減低，沖擊作用減弱，直到液體作用在轉(zhuǎn)子上向上的推力與轉(zhuǎn)子在流體中的重力相平衡。此時(shí)，轉(zhuǎn)子停留在錐管中某一高度上。如果液體流量再增大，則平衡時(shí)轉(zhuǎn)子所處的位置更高；反之則相反。因此，根據(jù)轉(zhuǎn)子懸浮的高低就可測(cè)知液體流量的大小。

渦輪流量計(jì)：當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)渦輪流量計(jì)傳感器時(shí)，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。

多普勒超聲波流量計(jì)為利用多普勒效應(yīng)工作。如附圖所示其通過(guò)對(duì)流體中顆粒與氣泡的反射，使得傳輸頻率被線性改變。其最終結(jié)果是發(fā)射器與接收器頻率之間的轉(zhuǎn)換，該值與流速存在直接關(guān)系。

電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。在電磁流量計(jì)中，測(cè)量管內(nèi)的導(dǎo)電介質(zhì)相當(dāng)于法拉第實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)電金屬桿，上下兩端的兩個(gè)電磁線圈產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。當(dāng)有導(dǎo)電介質(zhì)流過(guò)時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。管道內(nèi)部的兩個(gè)電極測(cè)量產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。測(cè)量管道通過(guò)不導(dǎo)電的內(nèi)襯（橡膠，特氟隆等）實(shí)現(xiàn)與流體和測(cè)量電極的電磁隔離。

四、液位料位儀表

差壓液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)、磁翻板液位計(jì)、玻璃板液位計(jì)、鋼帶式液位計(jì)、 雷達(dá)液位計(jì)、 超聲波液位計(jì)、 深度液位計(jì)、 核輻射料位計(jì)

浮筒式液位計(jì)的檢測(cè)元件是沉浸在液體事的浮筒。它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動(dòng)氣動(dòng)或電動(dòng)元件，發(fā)出信號(hào)給顯示儀表，以指示被測(cè)液面的值。

圖示為浮筒式液位變送原理圖。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒1（又稱沉筒）本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢(shì)，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，以遠(yuǎn)傳給顯示儀表指示。

差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。

圖為差壓式液位計(jì)測(cè)量原理圖。當(dāng)差壓計(jì)一端接液相，另一端接氣相時(shí)，根據(jù)液體靜力學(xué)原理，有：

Pb=Pa+ρgH

式中H------液位高度

ρ------被測(cè)介質(zhì)密度

g--------被測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/p>

所以有：△P=Pb-Pa=ρgH

在一般情況下，被測(cè)介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測(cè)得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測(cè)量液位高度的問(wèn)題變成了測(cè)量差壓的問(wèn)題。

翻板液位計(jì)的翻板是由導(dǎo)磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉(zhuǎn)（如圖）。翻板一面涂紅漆，另一面涂銀灰色漆。工作時(shí)，液位計(jì)的連通管經(jīng)法蘭與容器相連通，構(gòu)成一連通器。連通器中間有浮標(biāo)，它隨液位的變化而變化。浮標(biāo)中間有一磁鋼，其位置正好與液面一致。當(dāng)液位上升時(shí)，磁鋼將吸引翻板，并將它們逐個(gè)翻轉(zhuǎn)，使紅的一面在外邊；下降時(shí)，又將它們翻過(guò)來(lái)，使銀灰的一面在外邊。即以顏色表示液位高低，十分醒目。

玻璃板液位計(jì)：根據(jù)連通器原理，將容器內(nèi)介質(zhì)液體引至外部玻璃板液位計(jì)內(nèi)，通過(guò)透明玻璃直接顯示容器內(nèi)液位實(shí)際高度。

鋼帶式液位計(jì)：罐內(nèi)有浮子，有導(dǎo)向繩。常見(jiàn)的有兩種液位指示，一種為帶磁性的擺錘帶磁翻板指示。還一種是能夠直接顯示高度的帶數(shù)字的鋼帶。

五、分析儀表

可燃?xì)怏w檢測(cè)儀、在線分析儀表、在線色譜分析、在線露點(diǎn)分析、在線CO2分析

可燃?xì)怏w檢測(cè)器，是可燃?xì)怏w檢測(cè)儀是對(duì)單一或多種可燃?xì)怏w濃度響應(yīng)的探測(cè)器?？扇?xì)怏w檢測(cè)儀有催化型、紅外光學(xué)型兩種類型。

催化型可燃?xì)怏w檢測(cè)器是利用難熔金屬鉑絲加熱后的電阻變化來(lái)測(cè)定可燃?xì)怏w濃度。當(dāng)可燃?xì)怏w進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，在鉑絲表面引起氧化反應(yīng)（無(wú)焰燃燒），其產(chǎn)生的熱量使鉑絲的溫度升高，而鉑絲的電阻率便發(fā)生變化。

紅外線氣體檢測(cè)器原理是：紅外線被可燃?xì)怏w吸收，對(duì)面的接收檢測(cè)器就接收到減弱的紅外線，同不被通過(guò)的參比紅外線接收器比較，就可以測(cè)量實(shí)際的濃度。