计量检测设备基础知识_计量检测人员基础知识

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一、热电偶的测量原理：

将2种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个接点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应工作的。

A

t

t0

B

热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介质中，称为工作端；另一端称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，就可获得温度值。

热电偶两端的热电势可以用下式表示： ET＝eab（t）－eab（t0）当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关。热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与材料的成分及两端的温度有关。因此用不同的导体和半导体材料可作出各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。

常用的热电偶种类：

标准化热电偶按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T7种为我国统一设按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式。1）普通型热电偶 2）铠装热电偶 3）表面热电偶 4）薄膜式热电偶 5）快速消耗型热电偶

热电偶冷端的温度补偿：由于热偶材料一般比较贵重，而测量点到仪表的距离都较远，为节省热偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热偶的冷端延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。补偿导线的作用只是延长热电极，不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起到补偿作用，因此还需要采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，二者之间连接端温度不能超过100℃。

热电偶常见故障现象及原因：

1）显示仪表指示偏低

电极、补偿导线短路、极性接反、导线与热偶不配套、安装位置不当或插入深度不符合要求。

2）显示仪表指示偏高

热偶与显示仪表不配套、导线与热偶不配套、有直流干扰信号进入。

3）显示仪表指示波动，不稳定

热偶接线柱与热电极接触不良、测量线路破损引起短路或接地、安装不牢或外部震动、外界电场磁场干扰。

4）显示仪表指示误差大

热电极变质、安装位置不当、保护管表面积灰。

二、热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。主要特点是测量精度高，性能稳定，其中铂热点阻的测量精确度是最高的。

测量原理：是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前最多的是铂和铜。

1）铂热点阻温度特性

在0～850℃内：Rt＝R0(1+At+Bt2)

在－200～0℃内：Rt＝R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3]

式中A、B、C为常数

2）铜热点阻温度特性

在－50～150℃内：Rt＝R0(1+At+Bt2+Ct3)

热电阻常见故障现象及原因：

1）显示仪表指示偏低或示值不稳

保护管内有金属屑、灰尘，接线柱间脏及电阻短路（水滴等）。、2）显示仪表指示无穷大

热电阻或引出线断路及接线端子松开。

3）显示仪表指示负值

显示仪表与热电阻接线错误，或热电阻有短路现象

4）阻值与温度关系有变化

热电阻丝材料受腐蚀变质。

二、流量测量仪表

1． 差压式流量计

节流式差压流量计由三部分组成：节流装置、差压变送器和流量显示仪表。

工作原理：充满管道的流体流经节流件时，流束在节流件处形成局部收缩，此时流速增大，静压降低，在节流件前后产生差压，流量愈大，差压愈大，因而根据差压来衡量流量的大小。

差压的大小还与其他许多因素有关，如节流装置的形式，流体的物理性质（密度、粘度）及流动状况等。

常用的节流件有孔板、文丘里管等

测量原理：在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这二种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。应用节流件测量流量就是利用这个原理来实现的。

根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：

Q＝αεπd2 /4(2△P/ρ)1/

2α―流量系数，ε－流束膨胀系数，d－节流件的开孔直径，ρ－流体密度，△P－节流件前后压差

2． 容积式流量计

主要用来测量不含固体杂质的液体，适用于高粘度介质的流量，可以精确测量，精度可达±0.2％。

常用的有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、活塞式流量计、刮板式流量计、园盘式流量计。

1）椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个互相啮合的椭圆形齿轮、轴和壳体（它与椭圆形齿轮构成计量室）等组成。

当被测流体流过椭圆齿轮流量计时，它将带动椭圆齿轮旋转，齿轮每砖一周，就有一定数量的流体流经仪表，只要用传动及累计机构记录下齿轮的转数，就能知道被测流体流过仪表的总量。

2）腰轮流量计

基本原理与椭圆齿轮流量计相同，只是轮子的形状略有不同，二个轮子不是相互啮合滚动进行接触旋转，轮子表面无牙齿，它是靠套在伸出壳体的二根轴上的齿轮啮合的。

腰轮流量计除了能测量液体流量外，还能测量大流量的气体流量。由于二个腰轮上无齿，所以对流体中的固体杂质没有椭圆齿轮流量计那样敏感。

3． 漩涡式流量计

漩涡式流量计是由漩涡发生体和频率监测器构成的变送器、信号转换器等环节组成。输出4～20Ma DC或脉冲电压信号，可以检测Re在5×103～7×106范围的液体、气体、蒸汽流体流量。

漩涡式流量计外形如图示：

检测原理：在流动的流体中，若垂直流动方向放置一个圆柱体，在某一雷诺数范围内，将在圆柱体的后面两侧交替产生有规律的漩涡，称为卡曼漩涡。漩涡的方向如图，上面一列为顺时针旋转，下面一列为逆时针旋转。

大量试验证明，单侧漩涡产生的频率f与流速v和直径d之间有如下关系：

f＝Sr×v/d

Sr―斯特劳哈尔数，Sr又是雷诺数的函数，关系为

QV＝A0×v＝A0×d / Sr×f＝§f

A0－流通截面积，§－仪表常数

由上式可知，在斯特劳哈尔数Sr为常数时，流量Qv与单侧漩涡产生的频率f成正比。常见的漩涡发生体有圆柱形、三角柱形、T柱形等。三角柱形的压力损失适中，漩涡强度较大，稳定性也好，使用较多。

4． 电磁式流量计

电磁式流量计是利用电磁感应原理制成的测量仪表，用来测量导电液体体积流量（流速）。变送器几乎没有压力损失，内部无活动部件，用涂层或衬里易解决腐蚀性介质流量的测量。检测过程中不受被测介质的温度、压力、密度、粘度及流动状态等变化的影响，没有测量滞后的影响。

测量原理：

当导电的被测介质垂直于磁力线方向流动时，在与介质流动和磁力线都垂直的方向上产生一个感应电动势

EX＝BDV

B-磁感应强度，D-导管直径，V-被测介质在磁场中运动的速度

又因体积流量Q＝A×V＝πD2×V/

4故EX＝4BQ/πD，Q＝πDEX/4B

由此可知，感应电势EX与被测介质的体积流量Q成正比。

电磁流量计的特点：

1)测量管道内无可动部件和阻流体，因而无压损、无机械惯性，反应灵敏。

2)测量范围宽，量程比一般为10：1，最高可达100：1。

3)可测量含有固体颗粒、悬浮物或酸、碱、盐溶液等具有一定导电率的液体体积流量，也可以是脉动流量，并可进行双向测量。

4)流体的体积流量与介质的物性（温度、压力、密度等）、流动状态无关，所以可用

水标定，用于测量其他导电介质的体积流量而不用修正。

使用的局限性和不足之处：

1）使用的温度和压力不能太高。（一般温度不超过120℃，压力不超过1.6MPa）

1）应用范围有限。（不能测量气体、蒸汽和石油制品等非导电流体的流量）

2）当流速过低时，放大和测量有干扰信号的感应电势比较困难，仪表易产生零点漂移，因此满量程流速的下限一般不低于0.3m/s。

3）流速于速度分布不均匀，将产生较大的测量误差，因此流量计前必须有一个适当长

度的直管段。

5． 超声波流量计

超声波流量计的特点：

流体中不插入任何元件，对流速物影响，无压损；能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀、非导电性的液体、气体流量测量；对于大口径管道的流体测量，不会因管径大而增加投资；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。

超声波流量计的缺点：

当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响声的传播，降低测量精度；当流速分布不同时，将会影响测量精度，故要求仪表前后分别应有10D和5D的直管段；结构复杂，成本较高。

多普勒法测量原理：

当声源与观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源发射的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与二物体的相对速度成正比。

多普勒法适用于含杂质的混浊介质（流体中要有散射物质），但精确度较低。

6． 质量流量计

科里奥利质量流量计（CMF）为直接式，一般由传感器、变送器及数字式指示累积器等3部分组成。传感器根据科里奥利效应制成的，由传感管、电磁驱动器和电磁检测器3部分组成。传感管的结构种类很多，有的是两根U形管，有的是两根Ω形管，有的是两根直管等。

科里奥利质量流量计与温度、压力、密度和黏度等参数的变化无关，无需进行任何补偿，故称为直接式质量流量计。

电磁驱动器使传感器以其固有频率振动，而流量的导入使传感管在科氏力的作用下产生一种扭曲，在它的左右两侧产生一个相位差，该相位差与质量流量成正比。

电磁检测器把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器，经滤波、积分、放大等电路处理后，转换成与流量成正比的4～20mA模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。