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过程控制 第二章 第二章 过程建模和过程检测控制仪表 2.1过程建模 2.2过程变量的检测 2.3变送器 2.4调节器 2.5执行器 2.6其他常用的单元仪表 2.2 过程变量的检测 2.2.1 概述 2.2.2 温度检测 2.2.3 压力检测 2.2.4 流量检测 2.2.5 物位检测 2.2.6 其他参数的检测 过程控制 第二章 过程控制 第二章 过程变量检测 -指连续生产过程中的温度、 压力、流量、液位和成分等参数的检测 。 2.1.1 概述 过程变量的检测与变送是实现过程变量显示和过 程控制的 前提 ,是过程控制工程的重要组成部分。 为了能在过程控制中正确选用合适的检测仪表, 下面我们对检测的一些 基本概念 作简单介绍 . 过程控制 第二章 一 .测量误差 测量误差 -在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一 定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。 1.绝对误差与相对误差 绝对误差 -指测量结果与被测量的真值之差。 相对误差 -指绝对误差与真值或测量值之百分比。 常见有下面三种表示方式: 实际相对误差 -是指绝对误差与被测量的真值 (实际值 )之百分比。 标称相对误差 -是指绝对误差与仪表示值之百分比。 引用相对误差 -是指绝对误差与仪表的量程之百分比。 2.系统误差、随机误差与疏忽误差 系统误差 -指测量仪表本身或其他原因 (如零点没有调整好等 ) 引起的有规律的误差。 随机误差 -指在测量中所出现的没有一定规律的误差。 疏忽误差 -指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方案等人 为因素所引起的误差。 3.基本误差、附加误差和允许误差 过程控制 第二章 二 .检测仪表的性能指标 1.精度等级 %100)(%100 m a x0 ba xx仪表量程绝对误差的最大值仪表精度 使用仪表前首先必须知道仪表的精度等级,以便估计测量结果 与真实值的差距。 仪表精度是根据国家规定的允许误差大小分成几个等级的。 我国过程检测控制仪表的精度等级有 0.005、 0.02、 0.1、 0.35、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5、 4等。一般工业用表为 0.5 4级精度。 %2.1%10050550 6m a x 选精度等级 1.0级 在选用仪表的精度等级时,应根据实际需要求定,不能只追求高精度等级。 例:一台测温仪的工作范围为 50 550 ,工艺要求测量时绝对误差不超 过 6 ,试问如何选择仪表的精度等级才能满足要求? 1.5 1.5 精度等级符号 其中 x1、 x2为正、反测量的示值, 变差产生的原因 是由于仪表中弹性元 件、磁化元件;机械结构中的间隙、摩擦等原因所致。 过程控制 第二章 2.灵敏度与灵敏限 灵敏度 -表示测量仪表对被测参数变化的灵敏程度。通常用仪表的输出 变化量,如指针的线位移或角位移 与引起此位移的被测参数变化量 x之比来表示,即 x 灵敏度 灵敏限 仪表能感受到并发生动作的被测量的最小值。 变差 -在外界条件不变的情况下,用同一仪表对同一个量进行 正、反行程 (即逐渐由小到大或逐渐由大到小 )测量时, 所得仪表两示值之间的差值。 %100)( m a x21 仪表量程变差 xx 3.变差(回差) %100)( m a x21 仪表量程变差 xx 反行程 正行程 max 被测参数 仪表示值 过程控制 第二章 三 .仪表的选用 实现生产过程的自动化,不但需要有正确的控制方案,而且还需要正确 合理地选用自动化仪表。 仪表的选用应该从生产实际出发,结合过程的特点,根据工艺过程的实 际需要来考虑。要综合考虑 精度 、功能、测量范围、适用场合、经济性等诸 多因素,具体选用在后续章节中结合实例讨论。 注意:在确定一个仪表的精度等级时,要求仪表的允许误差应该大于或 等于仪表校验时所得到的 最大引用误差 ;而根据工艺要求来选择仪表的 精度等级时,仪表的允许误差应该小于或等于工艺上所允许的最大引用 误差。 有两台测温仪表,它们的测温范围分别为 0-100 和 100-300 ,校验表时得 到它们的最大绝对误差均为 2 ,试确定这两台仪表的精度等级。 %1%100 100300 2 %2%100 0100 2 2 1 解 这两台仪表的最大引用误差分别为 一台仪表的精度等级为 2.5级,而另一台仪表的精度等级为 1级。 过程控制 第二章 2.2.2 温度检测 二 .热电偶 三 .热电阻 四 .其它测温元件 一 . 概述 过程控制 第二章 温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。 所有的过程都是在一定的温度条件下进行的; 温度决定一些反应能否进行和反应方向; 温度决定一些反应的进程程度; 温度显示反应的能量变化。 一 . 概述 测温方法 ( 按测量体与被测介质接触与否 ) 1.接触式测温 原理: 被测介质 热交换 热平衡 测量体 特点: 简单、可靠、精度高 缺点: 滞后现象、产生化学反应、测量体受耐高温材料限制 过程控制 第二章 2.非接触式测温 原理: 特点: 温度上限原则上不受限制、测温快、 可测量运动体的温度 缺点: 物体的辐射率、距离、烟尘、水汽等因 素影响,精度较低 被测介质的辐射热来判断温度 常用温度计的种类及适用温度见下页图 C C C C C CC C C C C C C C C 2000200: 35000: 1700900: 3200700: 2000400: 15050:600200: 60050: 100050: 16000: 2500: 60020: 60030: 60080: 60050: 热电式 光电式 红外线 比色 光辐射 热辐射 辐射式 非接触式 、铜热电阻:铂 考铜镍铬 镍硅镍铬 铂铂铑 热电偶 蒸汽 气体 液体 压力式 双金属 玻璃液体 膨胀式 接触式 温度计 过程控制 第二章 常用温度计的种类及适用温度见下图 金属 B 金属 A 过程控制 第二章 二 . 热电偶温度计 (一) .测温原理 A B t t0 热电效应为基础 热电偶 热电动势主要是由 接触电动势 组成的 + + - - 扩散作用 电场作用 N ANB 电动势的大小取决于接触点的温度和 A、 B的材料 当两个接触点的温度不同时, 便产生两个不同的接触电动势 EAB(t)、 EAB(t0) 回路总电动势 E(t, t0)= EAB(t)-EAB(t0) 当热电偶材料一定时, E(t, t0)成为温度 t0和 t的函数差 即 E(t, t0)=f( t) -f(t0) 如果使冷端温度 t0固定,对于 一定材料的热电偶, E(t, t0)=f( t) -C =(t) 在热电偶回路中接入第三种材料的导线,只要第三种材料 的 导线两端温度相同,第三种材料导线的引入不 会影响热电偶的总热电动势。( p36证明) 过程控制 第二章 E(t, t0)=(t) 若两接点温度相同,尽管导体 A、 B的材料不同,热电偶回路 内的总热电动势也为零。 热电偶回路内的总热电动势与 A、 B材料的中间温度无关,只 与接触点温度有关。 说明 : 若组成热电偶回路的两种导体相同。则无论两接点温度如 何,回路的总热电动势为零。 补偿导线 : 保证热电偶冷端温度不变,使得电动势 E与温度 呈单值关系; 它的作用是把热电偶参考端移至离热 源较远及环境温度较恒定的地方。 过程控制 第二章 (三 )热电偶的补偿导线 (二 )热电偶回路 C A B C 补偿导线 to to 仪表室 + - t1 t 1 现场 t 过程控制 第二章 (四 )热电偶的冷端温度补偿 R 1 R 2 R C U R 4 a b m v t t 0 必须注意的是: 补偿导线只起 延长电极 的作用,将其冷端延伸到 温度比较稳定的地方。但是热电偶冷端暴露在大 气中,受环境温度波动的影响较大。 由国家规定的 分度表 ( 热电动势与温度 t的关系 ) 是规定冷端温度 t0=0C时制定的。 I. 冷端恒温法 :冷端放在恒温装臵中,该法多用于实验室。 II.补偿电桥法 : 利用不平衡电桥产生 的热电势补偿热电偶 因冷端温度的变化而 引起的热电动势的变化。 冷端温度补偿 :保证冷端温度不变或者使 t0的温度为 0C 。 过程控制 第二章 利用补偿导线或冷端温度补偿使热电偶冷端温度相对恒定, 但只要冷端温度不为 0度,则必须对指示值进行校正,因为与热 电偶配套使用的仪表都是根据标准的分度表进行刻度的,因此当 冷端温度不为 0时, 为求得真实温度,可利用下式进行修正。 证明:由热电偶回路热电势平衡方程 冷端 t=t0 时, E(t,t0)= E(t)-E(t0) 冷端 t=tn 时 , E(t,tn)= E(t)-E(tn) 两式相减得 E(t,t0) E(t,tn) E(tn)-E(t0) E (tn,t0) 在 t0=0 时(分度表条件), E(t,0) E(t,tn) E(tn,0) E (t,0) E (t,tn) E (tn,0) III.计算校正法 过程控制 第二章 1.热电极 工作部分 2.保护套管 保护热电偶不直接与恶劣、特殊环境接触 3.绝缘子或绝缘套管 防止电极与电极、套管短路 4.接线盒 (五 )热电偶的外形结构 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构 要求如下: 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; 两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 2 4 1 3 过程控制 第二章 手柄式 补偿导线式 无固定装臵式 固定螺纹式 活动法兰式 过程控制 第二章 (七)、热电偶材料和常用热电偶 1、热电偶材料 常用的热电偶材料有铜、 铁、铂铑合金和镍铬合金等。 2 、常用的热电偶 ( p38) (六)热电偶的材质要求: 单位温度变化的热电势大,且尽量接近线性关系; 热电性质稳定; 化学稳定性好:高温下抗氧化,抗腐蚀; 具有较好的延展性,易于加工; 复现性好,便于批量生产和互换。 不同材质的热电偶有不同的特性,应根据实际需要选择 测量范围、放大系数(以分度值表示)、测量精度、 抗腐蚀能力、价格等。 过程控制 第二章 1.精度高 2.测量范围宽: -200OC 1800OC 3.响应时间快 4.稳定性、复现性较好 5.在小范围内 ,热电动势与温度基本呈 单值、线性关系 (八 )热电偶的特点 铂电阻 :物理、化学性质稳定,测温精度高。 铜电阻 :价格便宜,电阻与温度几乎呈线性关系。在 -50 150 C测温范围内稳定性好,超过 100C易被氧化。 在测量精度要求不很高、温度较低的场合广泛应用。 半导体热敏电阻 :将一些金属氧化物按一定比例混合、压制和 烧结而成。它的体积小,因此热惯性小,适 用于快速测温,灵敏度高;但非线性严重, 测温范围较窄( -50 300 C) 过程控制 第二章 C0 C0 C0 (一) .测温原理 三 .热电阻温度计 金属导体或半导体的电阻会随温度的变化而变化的特性 , 因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化,就可测得被测温度。 (二) .特点 在测量 150以下温度时,它的输出信号比热电偶大得多。 测量精度高,性能稳定;同时又不需要冷端温度补偿。 所以在中低温( -270 900 C)测量中得到了广泛的应用。 (三) .工业热电阻种类 C0 C0 )。 过程控制 第二章 C0 C0 C0 (三) .热电阻阻值与温度的关系 b.铜电阻: t)1 0 0t(CBtAt1RR C 0-2 0 0- 32 0t 时 2 t0 0 - 8 5 0 C R R (1 A t B t ) 时 a. 铂电阻: 线性关系 时 )t1(RR C 1 5 050- 0t 过程控制 第二章 C0 C0 C0 R t ( a ) 二 线 制 r r r r r R t R 3 R 1 R 2 E 检 流 计 ( b ) 三 线 制 R t ( c ) 四 线 制 r 1 r 4 r 2 r 3 U M V I v I I M R t U M / I M (四)热电阻的接法 简单、费用低,引线电阻 及其变化会带来测量误差, 此接法适用于导线不长、 测温准确度要求较低的场合 较好地消除引线电阻的影响,测量准确度较高,工业 上应用较广,尤其在测温范围较窄、引线长、架设铜 线途中温度发生变化等情况下必须采用三线制。 高精度检测、能完全消 除引线电阻的影响。 过程控制 第二章 C0 C0 C0 云 母 片 骨 架 铜 电 阻 丝 塑 料 骨 架 铜 丝 引 出 线 ( 圆 柱 形 结 构 ) (五)热电阻的结构外形 过程控制 第二章 C0 C0 C0 结构组成:一般包括电阻体、绝缘套管、保护套管和接线盒等部分。 过程控制 第二章 C0 C0 C0 d.安装时要求仪表与介质充分接触;注意使用现场的工作环境,合理 选择仪表的精度和量程,正确选择安装位臵,采用正确安装方法 等保证仪表正常工作。 (六)热电阻热电偶的选择与安装使用 a. 热电偶用于较高温度测量, 500度以下用热电阻; b.热电偶使用时注意正确使用补偿导线的类型并注意配套连接 c.热电阻测温应该注意三线制接线方法;也可以 采用四线制接法。 过程控制 第二章 四 .其它测温元件 一、膨胀式温度计 双金属温度计 不同金属受热膨胀不同,双金属片在受热情况下发生 弯曲而显示温度 C0 C0 C0 玻璃温度计 玻璃液体温度计 利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度 过程控制 第二章 二、压力式温度计 利用液体的蒸发或气体的膨胀而 引起的压力变化进行测量。 温包:传热、容纳膨胀介质; 毛细管:传递压力; 弹簧管:显示压力(温度)。 C0 C0 C0 温包 毛细管 弹簧管 过程控制 第二章 C0 C0 C0 (三)红外线测温仪(非接触式测温) 由于不同温度的物体都有不同的红外辐射,而红外测温 就是通过对物体红外辐射的测量来确定物体的温度。 过程控制 第二章 C0 C0 C0 温度测量仪表的掌握要点: 1.工业上通常采用的测温方法有哪些? 2.热电偶和热电阻测温的原理分别是什么,各有什么特点? 3.热电偶测温为什么要进行冷端温度补偿? 4.热电阻测温为什么通常采用三线制接法? 5.会查用热电偶分度表 6.补偿导线和冷端温度补偿的目的分别是什么? 2.2.3 压力检测 过程控制 第二章 二 . 液柱式压力表 三 .活塞式压力表 五 .电气式压力表 一 . 概述 四 .弹性式压力表 六 .压力仪表的选用 过程控制 第二章 一 . 概述 压力 是保证工艺要求、生产设备和人身安全及生产过程正常运 行的一个必要条件。而且温度、流量、液位等往往也通过压力来间 接测量,所以压力检测在生产过程自动化中具有 特殊重要的地位 。 工程上 所说的压力就是物理学中的 压强 ,即垂直均匀地作用于单位 面积上的力。 压力单位 : 国际单位制( SI) -帕( Pa), 工程大气压 -kgf/cm2 标准大气压 -atm 毫米汞柱 -mmHg 毫米水柱 -mmH2O 单位之间的换算关系见教材 p47 表 2-12 (二) . 压力定义及压力单位 (一)、压力检测 过程控制 第二章 Pabs Pv Pg 标准大气压 Pabs 绝对压力零线 大绝表 PPP 绝大真 PPP 压力有三种表示方法: 绝对压力 、 表压 、 负压或真空度 。 负压或真空度 Pv-指大气压与低于大气压的绝对压力之差, 即 Patm-Pabs (三) . 压力的表示方法 表压 Pg -指高于大气压的绝对压力与大气压力之差, 即 Pabs-Patm 绝对压力 Pabs -指介质所受的实际压力。以绝对压力零线 作起点计算的压力。 过程控制 第二章 (四) . 压力表的种类 工业压力表通常按 敏感元件的类型 进行分类: 液柱式压力表 活塞式压力表 弹性式压力表 电气式压力表 过程控制 第二章 根据流体静力学原理,将被测压力转换成液柱的高度来测量的。 单管压力计 U型管 压力计 斜管压力计 二 . 液柱式压力表 过程控制 第二章 三 .活塞式压力表 根据液压机传递压力的原理,将被测压力转换成活塞上所加平衡 砝码的重量进行测量。 测量原理: G=PS 所以 P=G/S 精确度高 常用作标准仪表,检验其它压力计 过程控制 第二章 四 .弹性式压力表 根据弹性元件受力变形的原理,将被测压力转换成为位移, 再通过机械传动和放大,推动指针偏移来测量的, 如:弹簧管压力表、膜片、波纹管式压力表。 P 弹 簧 管 特点及适用场合: 结构简单,价格便宜、测压范围宽,测量精度也比较高, 在生产过程中获得了最广泛的应用。 P 波 纹 管 单 膜 片 P 弹簧管式压力表动画 利用电阻应变片将被测压力转换为电阻值的变化,再通过桥式 电路获得 mV级的电量输出,然后由二次仪表显示或记录。 电阻丝应变片是用 0.025mm的 具有高电阻率的电阻丝制成的。 为了获得高的电阻值,电阻丝排 列成网状,并粘贴在绝缘的基片 上,电阻丝的两端焊接有引出导 线,线栅上面粘贴有保护层。 基 片 引 线 l b 电 阻 丝 应 变 片 过程控制 第二章 五 .电气式压力表 将被测压力转换成电势、电容、电阻等电量的变化间接测量压力。 特点及适用场合: 反应较快,测量范围较广、精度可达 0.2,便于远距离传送。 所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警,适 用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。 (一) .应变片式压力计 原理:运用霍尔元件的霍尔效应,把被测压力作用下所产生的弹 性元件位移转换为电势输出。 过程控制 第二章 单根电线的电阻为: R=L/S 当电线受到拉(应)力作用时, L变大, S变小, R变大。 当一组串联平行细导线(电阻应变片)的金属(弹性元件)因 压力变化而发生微小变形(应变)时,细导线的电阻随之发生 变化。从而,将压力参数转化为电阻参数。 弹性变形 电阻变化 测量电路 压力变化 基 片 引 线 l b 电 阻 丝 应 变 片 -电阻率, m L-电阻丝长度 S-电阻丝的截面积 m2 (二) .霍尔片式压力计 选择的主要依据 : 必须满足工艺生产过程的要求,包括量程与精度。 必须考虑被测介质的性质,如温度高低、工作压力大小、粘度、易 燃易爆程度等。 必须注意仪表安装使用的现场环境条化,如环境温度、电磁场、振 动等。 选择的主要方面: 仪表量程的选择:对于 弹性式 压力表,为了保证弹性元件在弹性 形变范围内可靠工作, 确定量程时要留有 余地 :测量稳定压力( 4/3被测压力最大值), 测量波动较大的压力( 3/2被测压力最大值); 被测压力最小值不低于量程的 1/3。 我国出厂的压力表有统一的量程系列, 1.0kPa, 1.6kPa, 2.5kPa, 4.0kPa, 6. 0kPa以及它们的 10n倍数( n为整数)。 仪表精度等级的选择:应根据生产工艺对压力测量所允许的最大误差 来决定。工业用(选 1.5级或 2.5级),实验室或校验用(选 0.5级以 上)。 过程控制 第二章 六 .压力仪表的选用 例题:一压力容器在正常工作时压力变化范围为 0.4 0.6MPa,要求使用弹性压力表进行检测, 并使测量误差不大 于被测压力的 4,试确定该表的量程与精度等级。 过程控制 第二章 过程控制 第二章 2.2.3 流量检测 二 . 差压流量计 三 .其它流量计 一 . 概述 过程控制 第二章 一 . 概述 流量是现代工业生产过程自动化的重要过程参数之一,常用 测量和控制流量来确定物料的 配比与消耗量 。 流量 -指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积,即瞬时流量。 (一)、流量的三种表示方法: 体积流量 qv-单位时间内通过管道某一截面的物料体积( m3/h) 重量流量 qG-单位的间内通过管道某一截面物料的重量( kgf/h) ( N/h) 质量流量 qm-单位时间内通过管道某一截面物料的质量( kg/h) 三者关系: qm=qv qG=gqm=gqv=qv 流体重度 速度式流量计 根据流体力学,通过测量过流速度,用过流面积换算成 流量。包括差压流量计、转子流量计、涡轮流量计等。 容积式流量计 采用单位时间所内排出固定容积的量来计算流体总量。 精度较高。包括椭圆齿轮流量计、旋转活塞流量计等。 质量流量计 计量可压缩流体的质量通过量。一种是通过直接检测与 质量流量成比例的参数来实现质量流量的直接测量,另 一种是通过检测体积流量与密度计的组合来实现质量流 量的间接测量。 过程控制 第二章 流量检测方法多达百种,用于工业生产的有十余种; 按测量途径大致分为三大类: (二)、流量检测方法 高温高压、低温低压场合;高粘度、低粘度、强腐蚀性; 层流、紊流、脉动流;范围从每秒数滴到每小时数百吨; 管道直径从数毫米到 1米以上等 过程控制 第二章 二 . 差压流量计 p1 p2 差压式流量计使用历史最久、最常用的一种流量计。它是根据节 流原理利用流体流经节流装臵时产生的压力差来测量流量的。 (一)、节流装臵测流量的基本原理 由流体力学,流体在管道中流动时,具有 动能 和 位能 ,并在一定 条件下相互转换,但总能量不变。 如右图,水平管道中 垂直安装一块孔板,在节 流装臵的上下游之间会产 生压差,流量越大,压差 也越大,流量与压差之间 存在一定关系。 过程控制 第二章 P1 v1 v1 I 截面 I之前,流速 v1,其静压力为 p1 P2 v2 II 截面 II, v2最大,静压力为 p2最小 III P3 P1-P3 v3 截面 III,流速 v3 v1,其静压力为 p3p1 不计阻力损失,由伯努力方程,可得 )( 2g 1pp , 2 1 p 2 1 p 2 1 2 2 21 2 22 2 11 即 2211 AAq 由连续性方程,可得 联立求得 )PP(2g 1-)AA( 1 21 2 2 1 1 这种利用差压测量流量的方法历史悠久,比较成熟,一般都用在比较重 要的场合,约占各种流量测量方式的 70。发电厂主蒸汽、给水、凝结水等 的流量测量都采用这种表计。 过程控制 第二章 )PP(2g 1-)1( 1 21 2 1 1 1 1 1 22 A 2gq A ( P P ) 1- 0 1 1 1 22 A 2gq A ( P P ) m 1- )PP(2g 1-)AA( 1 21 2 2 1 1 令 =A2/A1 1 1 22 2g ( P P ) 1- 1 1 22 2g ( P P ) 1- )PP(2gAq )PP(2gAq 210G210 ( P1-P2) 代替 ( P1-P2) 令 m=A0/A1 21m 过程控制 第二章 三 .其它流量计 (一) .涡轮流量计 涡轮流量计的原理 :在管道中心安放一个涡轮,当流体通过管道 时,冲击涡轮叶片,对涡轮产生驱动力矩,使涡轮克服摩擦力矩 和流体阻力矩而产生旋转在一定的流量范围内,对一定的流体 介质粘度,涡轮的旋转角速度与流体流速成正比由此,流体流 速可通过涡轮的旋转角速度得到,从而可以计算得到通过管道的 流体流量 过程控制 第二章 (二) .漩涡流量计 漩涡流量计的原理 :在管道中横向设臵阻流元件,使流体流过柱 状物之后形成两列漩涡,根据漩涡出现的频率来测量流体流量。 因为漩涡呈两列平行状,并且左右交替出现,犹如街道两旁的路 灯,故有 “ 涡街 ” 之称。 过程控制 第二章 电磁流量计的原理: 电磁流量计是应用导电体在磁场中运动产生感应 电动势,而感应电动势又和流量大小成正比,通过测电动势来反映管 道流量的原理而制成的。 (三) . 电磁流量计 EX1 EX2 当流道两侧有磁场作用时, 导电流体在流动过程中切 割磁力线,产生感应电动 势: Ex=BDv 所以有: q=K Ex 其测量精度和灵敏度都较高。工业上多用以测量水、矿浆等介质的流量。 可测最大管径达 2m,而且压损极小。但导电率低的介质,如气体、蒸汽等则 不能应用。电磁流量计造价较高,且信号易受外磁场干扰,影响了在工业管 流测量中的广泛应用。为此,产品在不断改进更新,向微机化发展 过程控制 第二章 超声波流量计的原理 :基于超声波在流动介质中传播的速度等于 被测介质的平均流速和声波本身速度的几何和原理而设计的。它 也是由测流速来反映流量大小的。 超声波流量计虽然在 70年代才出现,但由于它可以制成非接 触型式,并可与超声波水位计联动进行开口流量测量,对流体又 不产生扰动和阻力,所以很受欢迎,是一种很有发展前途的流量 计。 (三) .超声波流量计 过程控制 第二章 2.2.5 物位检测 物位 : 液位:容器中液体表面的高低; 料位:容器中固体的堆积高度; 过程控制 第二章 物位计的分类 直读式物位计 浮力式物位计 压差式物位计 电容式物位计 超声波物位计 过程控制 第二章 (一)、直读式物位计 用带有刻度的透明物质(如玻璃、有机玻璃)作为 容器壁的一部分或连通管,可以直接显示容器内液 位的高低。 过程控制 第二章 (二)、浮力式物位计 利用浮子高度随液面变化而变化的原理工作。 过程控制 第二章 (三)、压差式物位计 利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关 系进行测量。 液体密闭容器 液体敞开容器 固体称重仓 过程控制 第二章 原理 :利用容器里的液位高度产生的静压力随其液位 变化而变化的原理进行工作。 对于不可压缩的液体, 液位高度与液位的静压力 成正比: PH 静压式液位计 H 差 压 计 过程控制 第二章 (四)、电容式物位计 如右图所示,两个同轴圆筒极板 组成的电容器,在两筒之间充以介电 常数为 的介质时,则两筒间的电容 量为: d D L C ln 2 Dd 外 电 极 内 电 极L 金属棒 作为内电极, 外面套上一层绝缘套。 导电液体和金属容器一起 作为外电极。 若忽略液面以上部分的电容量 ,则 过程控制 第二章 电容式液位计 (一) .测量导电液体时 H 2 r 2 R 导 电 液 体 金 属 容 器 l r R ln H2 C 两个同心圆柱状电极;绝缘容器。 被测液体的介电常数为 液面上气体的介电常数为 0 当容器内液面发生变化时, 两极板间的电容量 C就会发生变化。 过程控制 第二章 (二) .测量非导电液体时 2 R 0 圆 柱 状 电 极 2 r l H r R ln 2 r R ln 2 2 0 1 H C Hl C )( 气体介质间的电容量 C1和 液体介质间的 C2分别为: 成线性关系与 )( HC r R ln 2 r R ln 2 0 HHl C 过程控制 第二章 思考? 为什么测量导电液体的液位时,液面以上部分的电容 量就可以忽略呢? 过程控制 第二章 (五)、超声波物位计 利用声波在空气中传播速度不变的原 理,通过检测声波发射和反射全过程 的时间间隔可以计算出物料界面到探 头的距离,从而得到物位的高低。 注意事项: 确保反射波能回到探头; 防止物料对声波的吸收(如表面泡 沫漂浮)。 过程控制 第二章 2.2.6 其他参数的检测 成分分析仪表 分析仪表 -用来测量化学性质、化学成分、粘度、浓度、密度、 重度、比重等这些参数的仪表。 流程分析仪表 -能够自动监视与测量工业生产过程中物料成 分或性质的分析仪表。 常用成分分析仪表 红外线气体分析仪表(略) 气相色谱分析仪表(略) 热磁式氧气分析仪表(略) 氧化锆氧量分析仪表(略)
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