自動(dòng)化及儀表培訓(xùn)講義

第一章儀表的分類與誤差

第一節(jié)儀表的分類

檢測(cè)和過程控制儀表的分類方法很多，根據(jù)不同的原則可以作進(jìn)行相應(yīng)的

分類。例如按儀表使用的能源分，可以分為氣動(dòng)儀表和電動(dòng)表和液動(dòng)儀表；根據(jù)

儀表的組合形式可以分為基地式儀表，單元組合儀表和綜合控制裝置；按儀表的

安裝形式可以分為現(xiàn)場(chǎng)儀表；盤裝儀表和架裝儀表；根據(jù)儀表有否引入微處理器

乂可以分為智能儀表和非智能儀表，根據(jù)儀表的信號(hào)乂可以分為模擬儀表和數(shù)字

儀表。

檢測(cè)與過程控制儀表最通用的分類是按儀表的測(cè)量和控制系統(tǒng)中的作用來(lái)

劃分的一般可發(fā)劃分為檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器四大類，見表1.1

所示。

檢測(cè)儀表根據(jù)其測(cè)量變量的不同，又可以分為溫度檢測(cè)儀表、流量檢測(cè)儀

表、壓力檢測(cè)儀表、物位檢測(cè)儀表和分析儀表。

表1.1檢測(cè)與過程控制儀表分類表

按功能按被測(cè)變量按工作原理或結(jié)構(gòu)形式按組合形式按能源其它

壓力液柱式,彈性式,活塞式單元組合電、氣智能

溫度膨張式，熱電偶，熱電阻，光學(xué)，單元組合智能

輻射

流量節(jié)流式，容積式，速度式，靶式，單元單元電、氣智能

檢測(cè)儀表

電磁，旋渦轉(zhuǎn)子式，

物位直讀，浮力，靜壓，電學(xué)，聲波，單元組合電、氣智能

輻射，光學(xué)

成分PH,氧分析，色譜，紅外，紫外單元組合電氣智能

模似和數(shù)字電、氣單點(diǎn)、多

顯示儀表指示和記錄點(diǎn)、打印,

動(dòng)置，自動(dòng)平衡電橋，電位差計(jì)記錄

自力式基地式氣動(dòng)

調(diào)節(jié)（控

組裝式單元組合電動(dòng)

制）儀表

可編程

執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣、電、

執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜、活塞、長(zhǎng)行程、其它

閥可以進(jìn)行液

執(zhí)行器直通單座，直通雙座，套筒（籠各種組合直線、對(duì)

閥式）球閥，蝶閥，隔膜，偏心旋數(shù)、拋物

轉(zhuǎn)，角形，三通，閥體分離線、快開

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顯示儀表根據(jù)記錄和指示、模擬與數(shù)字等功能，又可以分為記錄儀表和指示

儀表、模擬儀表和數(shù)顯儀表，其中記錄儀表又可以分為單記錄和多點(diǎn)記錄，有紙

和無(wú)紙記錄等。

調(diào)節(jié)儀表又可以分為基地式調(diào)節(jié)儀表和單元組合式調(diào)節(jié)儀表。

第二節(jié)儀表的一些主要技術(shù)性能

在工程上，儀表的一些重要參數(shù)常用精度、絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差和靈敏度等

來(lái)表示，以下分別來(lái)介紹這些參數(shù)的含義

真值：變量本身所具有真實(shí)的值，也是一個(gè)無(wú)法得到的值，所以在計(jì)算誤差

時(shí)，用約定真值和相對(duì)真值來(lái)代替。

約定真值是一個(gè)接近真值的值，對(duì)一個(gè)數(shù)作N次測(cè)量，把測(cè)量的平均值作

為約定直值，而相對(duì)真值是當(dāng)高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)器誤差僅為低一級(jí)的1/31/20時(shí)，

可以把高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儀器作為低一級(jí)相對(duì)真值。

絕對(duì)誤差是測(cè)量值與真值之差，即絕對(duì)誤差二測(cè)量值一真值

相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差與被測(cè)值之比，常用絕對(duì)誤差與儀表示值之比，以百分

數(shù)表示，即：

絕對(duì)誤差

相對(duì)誤差二*100%

儀表示值

引用誤差是絕對(duì)誤差與量程之比，即：

引用誤差;*ioo%

S儀衣S里S.S梅

儀表的精度是用根據(jù)引用誤差來(lái)劃分的。

舉例：某一壓力表,刻度為o—lOOKPa,在50KPa處計(jì)量檢定數(shù)值為49.5KPa

求在50KPa處儀表示值的絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差和示值引用誤差。

解：儀表示值的絕對(duì)誤差二50—49.5=0.5KPa

儀表示值的相對(duì)誤差0.5/50X100%=1%

儀表示值的引用誤差0.5/100X100^0.5%

儀表示值的相對(duì)誤差0.5/50X100%=1%

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變差:指儀表的被測(cè)變量（可以理解為輸入信號(hào)）多次從不同方向達(dá)到同一數(shù)

值，儀表指示的最大差值,或者說，儀表在外界條件不變的情況下,被測(cè)參數(shù)由小

到大變化（正向特性）和被測(cè)參數(shù)由大到小變化（反向特性）不一致的程度，二者之

差即為儀表變差。如下圖所示：

儀表的精度等級(jí)是按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)定的允許誤差劃分為若干個(gè)等級(jí)，因此儀表

的精度等級(jí)與儀表的允許誤差的大小有關(guān)。根據(jù)儀表的允許誤差去掉“土”號(hào)及

“％”后的數(shù)值，可以來(lái)確定儀表的精度等級(jí)。目前我國(guó)生產(chǎn)的儀表，常用精度

有0.1；0.2；0.3；0.5；1.0；1.5；2.5；4.0等。一般儀表的數(shù)值越小，儀表

的精度越高。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的儀表，其精度大多數(shù)為0.1；0.2；0.5；1.0：1.5；

2.5；4.0級(jí)。如果某臺(tái)儀表允許誤差為±1.5%,則認(rèn)為該表的精度等級(jí)為1.5

級(jí)。如己求得某兩臺(tái)儀表的允許誤差為±1.5%和土1.8%,則此兩臺(tái)儀表的精度應(yīng)

分別為1.5級(jí)和2.5級(jí)。

儀表的精度等級(jí)一般可用不同的符號(hào)形式標(biāo)志在儀表上，如：

由于儀表的誤差還與其它使用條件有關(guān)，故還需了解基本誤差附加誤差的概

念。

儀表的基本誤差是指儀表在規(guī)定的正常的工作條件（如環(huán)境溫度、濕度、振

動(dòng)、電源電壓、電場(chǎng)、和磁場(chǎng)等）下允許誤差。所以一臺(tái)合格的儀表，其基本誤

差應(yīng)小于或等于允許誤差。

附加誤差是指儀表在非正常工作條件下使用時(shí)，除基本誤差外，還會(huì)產(chǎn)生的

誤差。所以儀表的質(zhì)量指標(biāo)并不能完全代表測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，也就是說，一臺(tái)高

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質(zhì)量的儀表，如果使用不當(dāng)，也會(huì)得出不正確的測(cè)量結(jié)果。

下面將分別敘述壓力、流量、液位、溫度等工藝參數(shù)常用測(cè)量元件和變送器

作介紹。

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第二章壓力的測(cè)量方法及儀表

第一節(jié)概述

在石油化工生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)碰到壓力和真空的測(cè)量問題。例如，高壓

聚乙烯要在150MPa或更高的壓力下進(jìn)行聚合；氫氣和氮?dú)庖?2MPa下合成

為氨；煉油廠的減壓蒸馀要在很高的真空條件下進(jìn)行；特別在化學(xué)反應(yīng)比較強(qiáng)烈

的場(chǎng)合，壓力既影響物料的平衡關(guān)系，也影響化學(xué)反應(yīng)速度。因此，壓力的測(cè)量

和控制是保證工藝要求、設(shè)備完全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件。

目前，我國(guó)在工程上習(xí)慣把壓力理解為物理概念中的壓強(qiáng)，即垂直單位面積

上力。

根據(jù)國(guó)際單位制（代號(hào)為SI）規(guī)定，壓力單位為帕斯卡，簡(jiǎn)稱（Pa）,1帕

即為1牛頓的力作用在1平方米面積上產(chǎn)生的壓力。

帕所代表的壓力較小，工程上常用MPa作為壓力單位，MPa與Pa之間的關(guān)

系為：

lMPa=lX106Pa

由于各個(gè)國(guó)家的傳統(tǒng)習(xí)慣不同，使用的測(cè)壓儀表也不同，壓力的單位除了現(xiàn)

在國(guó)際上統(tǒng)一的計(jì)量單位,即MPa、Kpa和Pa外,還沿用其它許多單位，如kgf/cm2

、mmHg、mmhhO、atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）Psi等一、二十種之多，在德國(guó)和歐美

一些國(guó)家，還用bar（巴）表示壓力單位，它不是我國(guó)的法定的計(jì)量單位，它們

之間的關(guān)系為：lbar=l（）（）Kpa。

過去我國(guó)使用的壓力的單位也比較多，根據(jù)1984年2月27日“國(guó)務(wù)院關(guān)于

在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令”的規(guī)定后，有些單位將不再使用。但為了

了解法定計(jì)量單位中的壓力單位（Pa或MPa）與過去單位之間的關(guān)系，表2-1

中給出了幾種單位間的換算關(guān)系。

在壓力測(cè)量中，通常有絕對(duì)壓力，表壓力、負(fù)壓、或真空度等名詞。絕對(duì)壓

力是指介質(zhì)所受的實(shí)際壓力。表壓是指高于大氣壓的絕對(duì)壓力與大氣壓之差，即：

P^=P絕-P大

負(fù)壓與真空度是指大氣壓力與低于大氣壓力的絕對(duì)壓力之差，即：

P典二P大-P絕

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絕對(duì)壓力、表壓力、大氣壓力、負(fù)壓力(真空度)之間的關(guān)系如圖2-1所示

表24壓力單位換算表

單位千帕兆帕公斤力亳米汞亳米水巴磅瑛標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

(Mpa)/厘米2柱柱(bar)寸2(atm)

(Kpa)kgf7cm(mmHg)(mmHzO)(psi)

2

千帕110-30.01017.51020.010.1450.0098692

(Kpa)972038

兆帕100()110.27.50X1.02X101.459.8692

(Mpa)IO-，105X102

公斤力/厘98.0670.1251735.61040.9814.220.9678

米209811

(kgf?cm2)

亳米汞柱0.13331.3331.36X113.61.3319.341.316XIO"

(mmHg)X10-33XXI。,

io-410-3

亳米水柱9.81X9.81I0-473.56X198.11.4220.9678X10」

(mmHzO)10，X@3XXI。,

10610心

巴1000.11.02750I0.2X114.500.9869

(bar)103

磅/英寸26.896.8970.3X51.7270368.9168.05X10-3

(psi)X10-3X

10,10-3

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.330.1011.03327601.03321.0114.691

(atm)3X104336

因?yàn)楦鞣N工藝設(shè)備和測(cè)量?jī)x表都處于大氣中，所以工程上都用表壓力或真空

度來(lái)表示壓力的大小。我們用壓力表來(lái)測(cè)量壓力的數(shù)值，實(shí)際上也都是表壓或真

空度(絕對(duì)壓力表的指示值除外)。因此，在工程上無(wú)特別說明時(shí)，所提的壓力

均指表壓力或真空度。

壓力測(cè)量?jī)x表的品種，規(guī)格甚多。常用的壓力測(cè)量方法和儀表有：通過液體

產(chǎn)生或傳遞壓力來(lái)平衡被測(cè)壓力的平衡法。屬于應(yīng)于這類方法的儀表有液柱式壓

力計(jì)和活塞式壓力計(jì)；將被測(cè)壓力通過一些隔離元件(如彈性元件)轉(zhuǎn)換成一個(gè)

集中力，并在測(cè)量過程中用一個(gè)外界力(如電磁力或氣動(dòng)力)來(lái)平衡這個(gè)未知的

集中力，然后通過對(duì)外界力的測(cè)量而得知被測(cè)壓力的機(jī)械力平衡法。力平衡式壓

力變送器就是屬于應(yīng)用此法的例子；根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變型的大小來(lái)

測(cè)量彈性力平衡法。屬于這類應(yīng)用方法的儀表很多，若根據(jù)所用彈性元件來(lái)分，

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可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機(jī)械和電子元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)

換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來(lái)測(cè)量的電測(cè)法。例如電容式、電阻

式、電感式、應(yīng)變片式和霍爾片式等變送器應(yīng)于此法的壓力測(cè)量?jī)x表。

目前，石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用中廣泛的i種壓力測(cè)量?jī)x表是彈性元件。根據(jù)測(cè)

壓范圍不同，常用的測(cè)壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管

等。在被測(cè)介質(zhì)壓力的作用下，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應(yīng)的位移，能

過轉(zhuǎn)換位置，可將位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，以遠(yuǎn)傳顯示，報(bào)警或調(diào)節(jié)

用。

P及田大氣壓力線

圖2-1表壓、絕壓、真空之間的關(guān)系圖

第二節(jié)壓力測(cè)量?jī)x表

一、彈簧管壓力表

彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為廣泛的應(yīng)用價(jià)

值，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，品種規(guī)格齊全、測(cè)量范圍廣、便于制造和維修和價(jià)格低

廉等特點(diǎn)。

a）結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理

彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡(jiǎn)稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（包

括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份

組成，如圖2-3（a）所示。

彈簧管是一端封閉并彎成27（）圓孤形的空心管子，如圖2-3（b）所示。

8

圖2-3彈簧管壓力表

1、強(qiáng)簧管2拉桿3、扇型齒輪3、中心齒輪5、指針6、面板

7、游絲8、調(diào)整螺釘9接頭

它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸

O相平行°管子封閉的一端R為自由端，即位移輸出端：而另一端A則是司定

的，作為被測(cè)壓力的輸入端。當(dāng)由它的固定端A通入被測(cè)壓力P后，由于呈橢

圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生

向外挺直的擴(kuò)張變形，使自由端B發(fā)生位移。此時(shí)彈簧管的中心角Y要隨即減

小△Y,也就是自由端將由B移到B,處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就

相應(yīng)于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時(shí)針偏

轉(zhuǎn)，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，從而在面板的刻度標(biāo)尺上顯

示出被測(cè)壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對(duì)變化值A(chǔ)

Y/丫與被測(cè)壓力P之間具有比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是均勻的。

圖2-3(a)中，游絲用來(lái)克服因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)間的間隙而產(chǎn)生的測(cè)量誤差。改變調(diào)

整螺釘?shù)奈恢?即改變機(jī)械傳動(dòng)的放大系數(shù))，可以實(shí)現(xiàn)壓力表的量程調(diào)整。

由上述可如，彈簧管自由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內(nèi)壓力小

丁管外壓力，則自由端將隨負(fù)壓的增大而向內(nèi)彎由。所以，利用彈簧管不僅可以

制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。

彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用

壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質(zhì)的壓力測(cè)量，

常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標(biāo)，并注有特殊介質(zhì)的名稱，使用時(shí)應(yīng)

予以注意。

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單圈彈簧管在受壓時(shí)，由于自由端的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩都較小，故僅能制成指

示型儀表。而生產(chǎn)中有時(shí)需要用記錄型儀表。為了能帶動(dòng)記錄機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，就需要

彈簧管有足夠長(zhǎng)而制成多圈（一般為2.5~9圈），這樣就成了多圈彈簧管壓力表。

（二）電接點(diǎn)壓力表

在石油化工生產(chǎn)中，常常要把壓力控制在某一范圍之內(nèi)，當(dāng)壓力高于或低于

規(guī)定范圍時(shí)，就會(huì)破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險(xiǎn)。利用電接點(diǎn)壓力表就

可以簡(jiǎn)便地在壓力偏離設(shè)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。

圖2-4是電接點(diǎn)信號(hào)壓力表的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。它是在普通彈簧管壓

力表的基礎(chǔ)上稍加改變而成。壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2,表盤上另有兩個(gè)可調(diào)的

指針，上而分別有靜觸點(diǎn)1和4。當(dāng)壓力超過上限設(shè)定值（此數(shù)值由上限設(shè)定指

針的位置確定）時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2和靜觸點(diǎn)4接觸，使有紅燈5的電路接通而發(fā)出紅

光；當(dāng)壓力過低時(shí)，則動(dòng)觸點(diǎn)2與靜蝕點(diǎn)1接觸，使有綠燈3

的電路接通而發(fā)出綠色信號(hào)。靜觸點(diǎn)1和4的位

置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。

圖2-4電接點(diǎn)壓力表

1、4靜觸點(diǎn)2動(dòng)觸點(diǎn)3綠燈5、紅燈

三、氣動(dòng)壓力變送器

氣動(dòng)壓力變送器以壓縮空氣為能源，它將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)宿號(hào)

20?lOOKPa輸出。

（一）氣動(dòng)元件和組件

氣動(dòng)儀表中常遇到的元件和組件有:彈性元件、阻容元件、噴嘴擋板機(jī)構(gòu)和

功率放大器。

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1.彈性元件在氣動(dòng)儀表中，彈性元件作為感測(cè)元件或轉(zhuǎn)換元件，將壓力

信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移或力信號(hào)。通常用的彈性元件有:非金屬膜片、金屬膜片、波紋

簧及彈簧等。

2.阻容元件氣體通過節(jié)流元件時(shí)，會(huì)受到一定的阻力，這種節(jié)流元件叫

氣阻。氣阻在氣動(dòng)儀表中阻礙氣體的流動(dòng)，起著降壓（產(chǎn)生壓力降）和限流（改變氣

體流量）的作用，與電阻在電路中的作用相類似。氣阻值為常數(shù)的節(jié)流元件，即

指流通斷面積不能調(diào)整的節(jié)流元件稱為恒氣阻。在氣路中恒氣阻用符號(hào)"表

示；氣阻值可以調(diào)整的節(jié)流元件，即指流通截面積可以調(diào)整的節(jié)流元件稱為可調(diào)

氣阻。在氣路中用符號(hào)一b表示：能在工作中自動(dòng)地改變氣阻值的節(jié)流元件

叫變氣阻，例如噴嘴擋板型變氣阻。

凡是氣體流過時(shí)，能貯存或放出氣體的氣室稱為氣容。氣容在氣動(dòng)儀表中起

緩沖、防止振蕩的作用，與電容在電路申的作用和類似C當(dāng)氣體流入或流出氣室

時(shí)，氣室里的壓力就隨著變化。氣容有定氣容（氣室的容積是固定的）和變氣容（彈

性氣室容積隨氣室里的壓力而變）兩種。

用導(dǎo)管將氣阻和氣容聯(lián)接起來(lái)，就構(gòu)成了—科?

阻容耦合元件。常見的阻容耦合元件有節(jié)流盲

室和節(jié)流通室，一?般作為儀表的反饋環(huán)節(jié)，以

w

032-7節(jié)!空與節(jié)建通空

獲得比例、積分、微分等調(diào)帶規(guī)律。將一個(gè)可

調(diào)氣阻和一個(gè)氣容相串聯(lián)即構(gòu)成了節(jié)流盲室，

也稱阻容環(huán)節(jié)，如圖2-7（a）所示:由可調(diào)氣阻、流通氣室和恒氣阻串聯(lián)而構(gòu)成的環(huán)

節(jié),稱為節(jié)流通室，如圖2?7（b）所示。

3.噴嘴擋板機(jī)構(gòu)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)儀表中的氣動(dòng)控制元件，它由恒氣

阻、氣容和噴嘴擋板型變氣阻串聯(lián)而成，一般用符號(hào)＞=丁=：表示。其結(jié)構(gòu)

原理如圖2-8所示。噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的作用是把擋板相對(duì)于噴嘴的微小位移轉(zhuǎn)換成

相應(yīng)的氣壓信號(hào)乍為它的輸出。噴嘴前的氣室稱背壓室，室內(nèi)壓力即為噴嘴

擋板機(jī)構(gòu)的輸出壓力，故稱為噴嘴背壓P行

當(dāng)氣源以140kPa的氣壓經(jīng)恒氣阻進(jìn)入背壓室后，再由噴嘴相擋板之間的間

隙排出（一般排入大氣）。但是這股氣流經(jīng)過恒氣阻時(shí)，由于恒節(jié)流孔孔徑很小,

它將對(duì)壓縮空氣流造成很大的阻力，只有很少量的氣流經(jīng)恒節(jié)流孔進(jìn)入背壓室。

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而背壓室中的壓力P背是隨噴嘴擋板間的相對(duì)位移而變化的。當(dāng)擋板靠近噴嘴時(shí),

氣阻增大，背壓室內(nèi)的氣體不易排出，則P背上升，反之，擋板離開噴嘴時(shí)，氣

阻減小，背壓室內(nèi)氣體容易排出，則P背下降。這就是說，擋板對(duì)通過恒節(jié)流孔

的氣流造成了第二次阻力，而且這阻力是隨著擋權(quán)位置不同而變化的。噴嘴擋板

之間距離h不同，就有不同的P艷從而在一定的位移范圍內(nèi)（h的上”限值不超

過噴呀內(nèi)徑的四分之一，一般為0.25mm）,完成了把擋板的微小位移轉(zhuǎn)換成氣壓

信號(hào)的任務(wù)。通過實(shí)驗(yàn)可以得到噴嘴擋板之間的距離且與噴嘴背壓P背之間的特

性曲線如圖2-9所示。

臼2-9噴嘴擋板特性曲線

由圖2-9可以看出，h和P背之間的關(guān)系是非線性的，一般工作在中間區(qū)段

（相當(dāng)于P背為25~13（）kPa之間）時(shí)，近似可以認(rèn)為是線性的。由圖2-9還可以看

出，在正常工作時(shí)，擋板與噴聽之間的相對(duì)位移量是很小的，不大于（）.（）2mm。

4.功率放大器控制元件將擋板的微小位移轉(zhuǎn)換成氣壓信號(hào)，但是由于受

恒節(jié)流孔直徑很小（一般為0.2mm）的限制，輸出流量很小，所以輸出的氣壓信

號(hào)功率很小。為了把信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送給推動(dòng)執(zhí)行器，常在控制元件后面串聯(lián)一個(gè)

功率放大器。所謂氣動(dòng)功率是指壓力和流量的乘積。因此功率放大器能將信號(hào)壓

力和氣量進(jìn)行放大。功率放大器一般用符號(hào)一表示。

（二）氣動(dòng)壓力變送器的結(jié)構(gòu)原理

氣動(dòng)壓力變送器由測(cè)量部分和轉(zhuǎn)換部分組成。測(cè)量部分是將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成

相應(yīng)的測(cè)量力，再由氣動(dòng)轉(zhuǎn)換部分將測(cè)量力成比例地轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一氣壓信號(hào)

20~100kPa輸出。圖2?10中，測(cè)量部分包括波紋管和密封膜片；轉(zhuǎn)換部分包括

主、副杠桿，反饋波紋管，噴嘴擋板機(jī)構(gòu)和功率放大器。

變送器是采用力短平衡原理工作的，其動(dòng)作過程如下：

12

被測(cè)壓力引至測(cè)量波紋管，對(duì)主杠桿下端產(chǎn)生一個(gè)推力（測(cè)量力），于是產(chǎn)

生使主杠桿圍繞密封膜片的中心作逆時(shí)針方向偏

轉(zhuǎn)的測(cè)量力矩，當(dāng)主杠桿作逆時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，

帶動(dòng)擋板向噴嘴靠攏，噴嘴背壓就上升，經(jīng)放大

器放大后即為壓力變送器的輸出，同時(shí)，輸出壓

力進(jìn)入反饋波紋管，產(chǎn)生一個(gè)反饋力推動(dòng)副杠桿

匕2-1：，劭IE力度思豆初樹原理內(nèi)

以量程螺母為支點(diǎn)作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，使擋板離開噴i-Xr?Ji：3-P.Zfr.4-X

?—JtKAi

8-^*.

嘴，這種相反的作用，直至反饋力矩和測(cè)量力矩

相等時(shí)，杠桿就處于平衡狀態(tài)，擋板和噴嘴間距離不再變化，變送器就穩(wěn)定地輸

出一個(gè)與被測(cè)壓力或比例的氣壓信號(hào)。如果被測(cè)壓力變化時(shí)，杠桿的平衡就被破

壞，通過反饋?zhàn)饔?，又建立新的平衡狀態(tài)，壓力變送器輸出一個(gè)相應(yīng)的氣壓信號(hào)。

第三節(jié)壓力測(cè)量?jī)x表的選用與安裝

為使石油化工生產(chǎn)中的壓力測(cè)量和控制達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理和有效，正確選用、

正確安裝壓力測(cè)量?jī)x表是十分重要的。

（一）壓力表的選用

壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對(duì)壓力測(cè)量的要求，被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)

場(chǎng)環(huán)境條件等來(lái)考慮儀表的類型、量程和精度等級(jí)。并確定是否需要帶有遠(yuǎn)傳、

報(bào)警等附加裝置。這樣才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理和有效的目的。

1.類型的選用儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要

遠(yuǎn)傳變送、自動(dòng)記錄或報(bào)警；被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)（如腐蝕性、溫度高低、

粘度大小、臟污程度、易燃易爆等）是否對(duì)儀表提出特殊要求；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件（如

高溫、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等）孌否特殊要求等。

普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，而氨用壓力

表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。因?yàn)榘睔鈱?duì)銅的腐蝕極強(qiáng)，所

以普通壓力表用于氨氣壓力測(cè)量很快就要損壞。

氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓力表禁油。

因?yàn)橛瓦M(jìn)入氧氣系統(tǒng)會(huì)引起爆炸。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污的壓力表測(cè)量氧氣

13

壓力時(shí)，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認(rèn)真檢查直到無(wú)油污為止。

2.測(cè)量范圍的確定儀表的測(cè)量范圍是根據(jù)被測(cè)壓力的大小來(lái)確定的，對(duì)

于彈性式壓力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程

的上限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)”化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定”，

在測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的2/3；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大

工作壓力不超過量程的1/2；測(cè)量高壓壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的

3/5o

為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，所測(cè)的壓力值不能太接近于儀表的下限值，亦即

儀表的量程不能選得太大，一般被測(cè)壓力的最小值應(yīng)不低于量程的1/3。

按上述要求算出后，實(shí)取稍大的相鄰系列值，一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄申查到。

3.精度級(jí)的選取儀表的精度主妥是根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確

定的-此外，在滿足T藝要求的前提下，還要考慮經(jīng)濟(jì)性,即盡可能選用精度較

低、價(jià)廉耐用的儀表。

下面通過一個(gè)例子來(lái)說明壓力表的選用。

（例）某臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)出口壓力范圍為25~28Mpa,測(cè)量誤差不得大于

IMPao工藝要求就地觀察，并能高低限報(bào)警，試正確選用一臺(tái)壓力麥，指出型

號(hào)、精度級(jí)和測(cè)量范圍。

解由于往復(fù)式壓縮機(jī)的出口壓力脈動(dòng)較大，所以選用儀表的上限值為：

28X2=56MPa

根據(jù)就地觀察并能進(jìn)行高低限報(bào)警的要求，選用電接點(diǎn)壓力表，由相應(yīng)資料

查得應(yīng)選用YXC一150型電接點(diǎn)壓力表，測(cè)量范圍為0?6OMPa。

由于25/60>1/3故被測(cè)壓力的最小值不低于滿量程的1/3,這是允許的。

另外根據(jù)對(duì)測(cè)量誤差的要求，可算得允許誤差為

1/60X100%=1.67%

所以，精度等級(jí)為1.5級(jí)的儀表完全可以滿足要求。至此，可以確定，選用的壓

力表為YXC—150型電接點(diǎn)壓力表，量程為0?60Mpa,精度級(jí)為1.5級(jí)。

（二）壓力表的安裝

當(dāng)選用了一臺(tái)合格的壓力表后，能否在現(xiàn)場(chǎng)正常運(yùn)行，與其安裝是否正確關(guān)

系極大，它包含了測(cè)壓點(diǎn)的選擇，導(dǎo)壓管的敷設(shè)和儀表本身的安裝等內(nèi)容。

14

I.測(cè)壓點(diǎn)的選擇選擇測(cè)壓點(diǎn)的原則是應(yīng)使所選測(cè)壓點(diǎn)能反映被測(cè)壓力的

真實(shí)情況。具體要求如下。

(1)測(cè)壓點(diǎn)要選在被測(cè)介質(zhì)作直線流動(dòng)的直管段上，不可選在拐彎、分岔、

死角或能形成旋渦的地方。

(2)測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，取壓管應(yīng)與介質(zhì)流動(dòng)方向垂直，管口與器壁平

齊，并不應(yīng)有毛刺。

(3)測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)最好水平取壓，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體；當(dāng)測(cè)

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)不會(huì)積存液體。

2.導(dǎo)壓管的敷設(shè)導(dǎo)壓管的敷設(shè)應(yīng)按如下要求進(jìn)行。

(1)導(dǎo)壓管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為670mm，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不

得超過50m,以減少壓力指示的遲延。

(2)水平安裝的導(dǎo)壓管應(yīng)保持有1：10~1：20的傾斜度，以利于積存于其中

之液體(或氣體)的排出。

(3)如果被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，應(yīng)加裝保溫伴熱管。

(4)當(dāng)測(cè)量液體壓刀時(shí)，在引壓管路的最高處應(yīng)裝設(shè)集氣器；當(dāng)測(cè)量氣體壓

力時(shí)、在引壓管路的最低處應(yīng)裝設(shè)氣液分離器；當(dāng)被測(cè)介質(zhì)可能產(chǎn)生沉淀物折出

時(shí)，在儀表前應(yīng)加裝沉降器。

3.壓力表的安裝要求如下。

(1)壓力表應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)。

(2)測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸，見

圖2-11(a)；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐,圖

2-ll(b)表示被測(cè)介質(zhì)密度P?大于和小于隔離液密度P2的兩種情況。

總之，針對(duì)被測(cè)介質(zhì)的不同性質(zhì)，要采取相應(yīng)的防熱、防腐、防凍、防堵等

措施。

(3)當(dāng)被測(cè)壓力較小;而壓力表與取壓口又不在同一高度時(shí)，見圖2-11(C),對(duì)

由此高度差而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按△P=±HPg進(jìn)行修正。式中H為高度差。P

為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。

(4)壓力表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)材料，作

為密封墊片，以防泄漏。一般低于80℃及2MPa時(shí)，用牛皮或橡膠墊片；

15

350?450℃及5Mpa以下用退火紫銅或鉛墊片。但測(cè)量氧氣壓力時(shí)，不能使用浸

油墊片及有機(jī)化合物墊片；測(cè)量乙快壓力時(shí)，不能使用銅墊片，因它們均有發(fā)生

爆炸的危險(xiǎn)。

(5)取壓口到壓力麥之間應(yīng)裝有閥門，以備檢修壓力表時(shí)能切斷通路。閥門

應(yīng)裝在靠近取壓口的地方，如圖2-11所示。

(6)為安全起見，測(cè)量高壓的儀表除選用表殼有通氣孔外，安裝時(shí)表殼應(yīng)靠

墻壁或無(wú)人通過之處，以防發(fā)生意外。

圖2-11壓力表安裝示意圖

1、壓力表2、截止閥3、隔離罐4、工藝管線5、Pl被測(cè)介質(zhì)密度P2、隔離液密

16

第三章流量的測(cè)量和變送

第一節(jié)概述

在石油化工生產(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(cè)量生

產(chǎn)過程中各種介質(zhì)（如液體、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)。同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，也需要知道在i般時(shí)間（如一班、一一天等）

內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，對(duì)管道內(nèi)介質(zhì)流量的測(cè)量和變送是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的控

制以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的。

在工程上，流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積或質(zhì)量，即

瞬時(shí)流量。

流量的計(jì)量單位如下：

表示體積流量的隼位常用立方米每小時(shí)（m，/h）、升每分（I/min）、升每秒（1/s）

等;表示質(zhì)量流量的單位常用噸每小時(shí)（t/h）、千克每小時(shí)（kg/h）、千克每秒（kg/s）

等。

若流體的密度是P,則體積流量Q與質(zhì)量流量M的關(guān)系是：

M=QP或Q=M/P

流量測(cè)量?jī)x表上若配以積算機(jī)構(gòu)，則可以讀出流體在一段時(shí)間內(nèi)流過管道某

一截面的總量量?？偭坑址Q累積流量。

若以t表示時(shí)間，則總量與流量之間的關(guān)系是:，

Q-J；QdtM,=Mdt

應(yīng)當(dāng)指出，流體的密度是隨工況參數(shù)而變化的。對(duì)于液體，由于壓力變化對(duì)

密度的影響很小，一般可以忽略不計(jì)；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，則應(yīng)引起注

意。不過一般溫度每變化10℃時(shí)，液體的密度變化約在1%以內(nèi)。所以，除溫度

變化較大，測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高的場(chǎng)合外，往往也可以忽略不計(jì)。對(duì)于氣體，由

于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化10℃,密

度變化約為3%。在常壓附近，壓力每變lOkPa,密度也約變化3%。因此，在測(cè)

量氣體體積流量時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量氣體的溫度和壓力，并將工作狀態(tài)下的體積流

量換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量。所謂標(biāo)準(zhǔn)體積流量，在工業(yè)上是指20℃、0.10133MPa（稱

標(biāo)定狀態(tài)）或0℃、0.10133MPa（稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）條件下的體積流量。在儀表計(jì)量上

17

多數(shù)以標(biāo)定狀態(tài)條件下的體積流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量。

流量測(cè)量的方法和儀表種類繁多，其測(cè)量原理和儀表的結(jié)構(gòu)形式各不相同。

針對(duì)石油化工生產(chǎn)過程的不同要求，采用不同的流量?jī)x表。表3-1中列出了幾種

主要類型流量表（或稱流量計(jì)）的性能及適用場(chǎng)合。

表3-1兒種流量計(jì)的比較

流量計(jì)工作原理刻度特量程精度適用場(chǎng)合

類型性比

差壓式伯利努方程.，節(jié)流裝置前后差平方根3：11-2.5已標(biāo)準(zhǔn)化、耐高溫高壓、中大流

壓與流量有一定的關(guān)系靖，應(yīng)用最廣：各種工況下的單

相流體流量

轉(zhuǎn)子式浮子平衡位置的高度與流量有線性10：11.5-2.5小流量

一定的關(guān)系，定差壓，環(huán)形流

通斷面積變化

靶式靶上所受的流體作用力與流量平方根3：12.5粘稠、高溫、腐蝕性介質(zhì)、耐高

有一定的關(guān)系溫及較高壓力

橢圓齒齒輪輸出軸轉(zhuǎn)數(shù)與流量有一定線性10：10.5-1清潔，粘性介質(zhì)

輪式關(guān)系，容積式計(jì)量原理

電磁式被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成感應(yīng)電線性30：11-1.5導(dǎo)電液體大流量

勢(shì),電磁感應(yīng)定律

渦輪式渦輪被流體沖轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與流線性30：10.5-1低粘度清潔液體耐高壓中溫

體流量存在一定關(guān)系

漩渦式漩渦發(fā)生體后放出的漩渦頻率線性100：10.5-1液體氣體或蒸汽介質(zhì)中大流

與流量成一定關(guān)系量應(yīng)用較廣

超聲波聲波傳播速度與流體的流速有線性5:11-1.5高粘稠,強(qiáng)腐燭介質(zhì)

式關(guān),測(cè)量聲波在流幻介質(zhì)中的

傳播速度來(lái)求出流體和流量

質(zhì)量式根據(jù)科里奧利原理來(lái)測(cè)量流體線性100：10.1-1高粘稠介質(zhì)，氣體的測(cè)量

的質(zhì)量

第二節(jié)差壓式流量計(jì)

差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是使用歷史最久，應(yīng)用也最廣泛的一種流量測(cè)

量?jī)x表，同時(shí)也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測(cè)量?jī)x表之一。它是基于流體流動(dòng)的

節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量

的。

差壓式流量計(jì)通常是由能將被測(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)，常通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相

18

應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、調(diào)節(jié)用。

（一）節(jié)流裝置的測(cè)量原理

1、節(jié)流現(xiàn)象及其原理

流體在有節(jié)流元件的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流元件前后的管璧處，流體的靜壓

力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象，如圖3-1所示。所謂節(jié)流裝置就是設(shè)置在管道

中能使流體產(chǎn)生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱。應(yīng)用最廣泛的節(jié)流元件

是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。下面以孔板為例說明節(jié)流原理。

圖3-1,節(jié)流元件示意圖

圖3-2表示在孔板前后流體的流速與壓力的分布情況。沿管道軸向連續(xù)地向

前流動(dòng)的流體，由于遇到節(jié)流元件的阻擋，使靠近管壁處的流體受到的阻擋作用

最強(qiáng)，因而使其一部分動(dòng)壓能轉(zhuǎn)化成靜壓能，于是就出現(xiàn)了節(jié)流元件入口端面靠

近管壁處的流體靜壓力P”的升高（即圖中P1>P2）。此壓力比管道中心處壓力

要大，即在節(jié)流元件入口端面處產(chǎn)生一徑向壓差。這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向

附加速度，從而使靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向就與管道中

圖3-2節(jié)流件附近流速和壓力分布情況

19

心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)的慣性，使得流束

收束最厲害（即流束最小截面）的位置不在節(jié)流孔處，而是位于節(jié)流孔之后（即圖

中截面II處），并隨流量大小而變化。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時(shí)，流束為什么

產(chǎn)生收縮的原因。

由于節(jié)流元件的阻擋造成了流束的局部收縮，同時(shí)，又因流體始終處于連續(xù)

穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，因此在流束截面最小處的流速達(dá)到最大。根據(jù)伯努利方程式和

位能、動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化原理，在流束截面最小處的流體靜壓力最低，同理，在孔

板出口端面處，由于流速已比原來(lái)增大，因此靜壓力也就較原來(lái)為低（即圖中

P2<P1）O故節(jié)流元件入口側(cè)的靜壓Pl比其出口側(cè)的靜壓P2大，即在節(jié)流元件

前后產(chǎn)生壓差△P。節(jié)流元件前流體壓力較高，常稱為正壓，并用“+”標(biāo)記；

節(jié)流元件后流體靜壓力較低，常稱為負(fù)壓，并用“一”標(biāo)記。并且流量愈大，流

束局部收縮和位能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)化也愈顯著，即AP也愈大°所以只要測(cè)出元件前

后的壓力差A(yù)P就可求得流經(jīng)節(jié)流元件的流體流量。這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量基

本原理。

從圖3-2可以看出，由于孔板端面處，流通截面突然縮小與擴(kuò)大，使流體形

成局部渦流，要消耗一部分能量，同時(shí)流體流經(jīng)孔板時(shí)，要克服摩擦力，所以流

束恢復(fù)到截面in后，流體的靜壓力不能恢復(fù)到原又的數(shù)值匕，而產(chǎn)生了壓力損失

AP=P1—*P3o

應(yīng)當(dāng)指出：在相同的流體流量下，不同的取壓點(diǎn)所測(cè)得的壓差A(yù)P的大小是

不相同的，所以，流量與壓差間的關(guān)系，與取壓點(diǎn)位置的選擇即取壓方式是緊密

相關(guān)的。

2.流量基本方程式流量基本方程式是用來(lái)闡明流量與壓差之間的定量關(guān)

系。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程式連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即式

Q=utAo

7pi

M=aeAoV2PiAP

式中a一流量系數(shù)。它與節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、孔口截面積之

比m；雷諾數(shù)Re、孔口邊緣尖銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)。可從有關(guān)手冊(cè)查

得

20

￡——膨脹校正系數(shù)。它與孔板前后壓力的相對(duì)變化量、介質(zhì)的等蠟指數(shù)

m等有關(guān)。也可從有關(guān)手冊(cè)查得。但對(duì)不可壓縮的液體來(lái)說，常取￡=1;

Ao——節(jié)流元件的開孔截面積；

AP一一節(jié)流元件前后實(shí)際測(cè)得的靜壓差；

P1——節(jié)流元件前流體密度

在計(jì)算時(shí)，如果把A。用冗/4d2表示，d為工作溫度下孔板孔口直徑，單位

為mm,而AP以Mpa為單位，則上述基本流量方程式可換算為實(shí)用流量計(jì)算公

式，即：

Q=O.OO3998a￡

M=0.003998a￡d2VPiAP

式中0.3998=3600X106XJT/4XJ2c

以上流量公式表明，當(dāng)a￡P(guān)d等均為常數(shù)時(shí)，流量與壓差的平方根成正

比。因此，由理論推導(dǎo)得來(lái)的流量基本方程式，應(yīng)用到測(cè)量實(shí)際生產(chǎn)中的流體流

量時(shí)，公式中各系數(shù)應(yīng)能滿足在測(cè)量條件下的相對(duì)穩(wěn)定，這是采用這種流量計(jì)能

否達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的前提。

因?yàn)榱髁颗c壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)，如果不

加開方器，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。起始部分的刻度很密，后來(lái)逐漸變疏。因

此，在用差壓法測(cè)量流量時(shí)，被測(cè)流量值不應(yīng)接近于儀表刻度的下限值，否則誤

差將會(huì)很大。一般不要讓流量計(jì)運(yùn)行在量程的30%以下。表3-2中列出了流量范

圍的選用要求。

表3-2流量范圍選用要求

流量范圍

刻度特性

最大流量正常流量最小流量

平方根95%70-80%30%

線性90%50-70%10%

（二）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置

差壓式流量計(jì)經(jīng)過長(zhǎng)期的研究使用，積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)和比較齊全的資

料、數(shù)據(jù)。因此，國(guó)內(nèi)外已把幾種最常用的節(jié)流裝置:孔板、噴嘴、文丘里管等

21

標(biāo)準(zhǔn)化，并稱之為"標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。我國(guó)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為GB2624-81,

名稱叫《流量測(cè)量節(jié)流裝置》。

所謂“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”，就是它們的結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，

有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)都經(jīng)系統(tǒng)試驗(yàn)而有統(tǒng)一圖表。按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)制作的標(biāo)準(zhǔn)

節(jié)流裝置，不必經(jīng)過個(gè)別標(biāo)定就可使用。

在同一流量下，當(dāng)取壓位置不同時(shí)，所測(cè)得差壓也不同。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的取壓方式為:標(biāo)準(zhǔn)孔板可用角接取壓和法蘭取壓；標(biāo)準(zhǔn)噴嘴只用

角接取壓。

所謂角接取壓是指上、下游取壓孔位于孔板（噴嘴也相同）的前、后端面處。

角接取壓裝置有環(huán)室取壓（圖3-3中上半部分）和單獨(dú)鉆孔取壓（圖3-3中下半部分）

兩種結(jié)構(gòu)型式。節(jié)流元件上、下游的靜壓力分別由前夾緊環(huán)或前環(huán)室和后夾緊環(huán)

或后環(huán)室取出，見圖3-3所示.夾緊環(huán)或環(huán)室用法蘭與節(jié)流元件等緊固在一起°

在夾緊環(huán)或環(huán)室的外圓表面上，刻有表示安裝方向的符號(hào)（十、一）、出廠編號(hào)、

安裝位號(hào)和管道內(nèi)徑D的設(shè)計(jì)尺寸值。單獨(dú)鉆孔取壓裝置便于加工和安裝，特

別是對(duì)于大口徑管道更是如此；而采用環(huán)室取壓的優(yōu)點(diǎn)是壓力取出口面積比較廣

闊，便于測(cè)出平均壓差和有利于提高測(cè)量精度。

法蘭取壓是指上、下游取壓孔中心距離孔板前后端面均為25.4mm。法蘭取

壓裝置的結(jié)構(gòu)如圖34所示。法蘭的外圓表面上也刻有表示安裝方向的符號(hào)、出

廠編號(hào)、安裝位號(hào)和管道內(nèi)徑的設(shè)計(jì)尺寸值。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置與被測(cè)管道相聯(lián)接時(shí)，由于波測(cè)管的狀態(tài)本別較大，故給測(cè)

22

量帶來(lái)了較大的誤差。為此，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

新規(guī)定增加標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的

一個(gè)組成部分，以代替靠近節(jié)流元件前后的

管段，上游側(cè)長(zhǎng)10D,下游側(cè)長(zhǎng)5D,內(nèi)徑

等于被測(cè)管道內(nèi)徑。節(jié)流裝置中的位置

如圖3?5所示。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管前后配有聯(lián)接

3-5

法蘭，為了保證同心，將聯(lián)接法蘭焊接到圖2-17節(jié)就裝置的蹲管管院

管道上后，再進(jìn)行內(nèi)表面加工。

下面就節(jié)流裝置的選用和安裝使用條件作一簡(jiǎn)要介紹。

1、節(jié)流裝置的選用選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時(shí)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體流量測(cè)量的條

件和要求，結(jié)合各種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的特點(diǎn)，從測(cè)量精度要求、允許壓力損失大

小、必要與可能給出的直管段長(zhǎng)度、被測(cè)流體的物理化學(xué)性質(zhì)(如腐蝕、臟污等)、

結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價(jià)格的高低、安裝是否方便筆幾方面綜合考慮。一般說來(lái)，

可歸納為如下幾點(diǎn)。

(1)當(dāng)要求壓損較小時(shí)，可采用噴嘴，文丘里管。

(2)測(cè)量某些易使節(jié)流裝置腐蝕，沾污，磨損、變形的流體流量時(shí)，采用噴

嘴較、孔板為好。

(3)在流量值和壓差值都相同的條件下，使用噴嘴有較高的測(cè)量精度，且

所需的直管段長(zhǎng)度也較短。

(4)在加工制造和安裝方面，以孔板為最簡(jiǎn)單，噴嘴次之，文丘里管最復(fù)雜。

造價(jià)高低也與此相應(yīng)。因此，在一般場(chǎng)合下，以采用孔板為最多。

(5)如被測(cè)介質(zhì)是高溫、高壓的，則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于

低壓的流體介質(zhì)。

2、節(jié)流裝置的安裝使用，在安裝和使用節(jié)流裝置時(shí)，應(yīng)符合下列條件。

(1)節(jié)流裝置不論在空間的什么位置，必須安裝在直管段上，應(yīng)盡量避免任

何局部阻力對(duì)流束的影響，因?yàn)檫@種影響將引起流量系數(shù)變化。例如在節(jié)流裝置

前后長(zhǎng)度為2D的一段管道的內(nèi)壁上，不應(yīng)有任何突出部分或明顯的粗糙不平現(xiàn)

象；在節(jié)流裝置的直管段前面如有各種閥門、彎頭等局部阻力時(shí)，必須保證在節(jié)

23

流裝置前后的直管段長(zhǎng)度能滿足設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。（見表3-3）

表3-3孔板、噴嘴和文丘里噴嘴所要求最短直管段長(zhǎng)度

最年力件

節(jié)流件上游惻口1流件形式和加短直管段長(zhǎng)度下游則

一個(gè)90彎在同一平面上在不同平面上漸縮管漸擴(kuò)管球型閥全孔球閥（包括表中

頭或三通（流的兩個(gè)或多個(gè)的兩個(gè)或多個(gè)（在1.5D到3D（在1D至2D長(zhǎng)或閘網(wǎng)所列的所

體僅從一個(gè)90°彎頭90°彎頭全開有阻流件）

直徑長(zhǎng)度內(nèi)，由2D度內(nèi)由0.5D變?nèi)_

支管流出）變?yōu)镈）為D）

3（d/D）^\

0.2010(6)14⑺34(17)516(8)18(9)12(6)4(2：

0.2510⑹14⑺34(17)516⑻18⑼12(6)4(2：

0.3010(6)16(8)34(17)516(8)18(9)12(6)5(2.5)

0.3512(6)16(8)36(18)516(8)18(9)12(6)5⑵5)

0.4014(7)18(9)36(18)516(8)20(10)12(6)6(3：

0.4514(7)18⑼38(19)517⑼20(10)12(6)6(3：

0.5014(7)20(10)40(20)6(5)18(9)22(11)12(6)6(3：

0.5516(8)22(11)44(22)8(5)20(10)24(12)14(7)6(3：

0.6018⑼26(13)48(24)9(5)22(11)26(13)14(7)7⑶5)

0.6522(11)32(16)54(27)11(6)25(13)28(14)16(8)7(3.5)

0.7028(14)36(18)62(31)14(7)30(15)32(16)20(10)7(3.5)

0.7536(18)42(21)70(35)22(11)38(19)36(18)24(12)8(4：

0.8046(23)50(25)80(40)30(15)54(27)44(22)30(15)8(4：

阻流件上游便最短直管段

對(duì)于所有的直徑大于或等于0.5D的對(duì)稱驟縮30(15)

直徑比B直徑小于或等于0.03D的海度計(jì)套管和插孔5(3)

直徑在0.03D和0.13D之間的溫度計(jì)套管和插孔20(10)

（2）必須保證節(jié)流裝置的開孔中心與工藝管道的軸線同心，并使節(jié)流裝置的

入口端面與管道中心線垂直。

（3）被測(cè)流體應(yīng)充滿全部管道截面連續(xù)流動(dòng)。

（4）管道內(nèi)的流束（流動(dòng)狀態(tài)）應(yīng)該是穩(wěn)定的。

（5）被測(cè)流體在通過節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變。例如，液體不蒸發(fā)和析出氣

體；氣體不冷凝等。當(dāng)流過節(jié)流裝置的流體出現(xiàn)氣液混相時(shí)，將會(huì)使測(cè)量造成很

大誤差。

（6）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（孔板、噴嘴）一般都