介绍仪表ppt课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第二章,检测仪表,2024/12/1,1,第二章检测仪表2023/9/211,物位检测仪表,第二章检测仪表,温度检测仪表,流量检测仪表,检测仪表的性能指标,压力检测仪表,成份检测仪表,2,物位检测仪表第二章检测仪表温度检测仪表 流量检测仪表,第一节 仪表的性能指标,一、测量误差,1,、误差的概念：,误差是某一量值的给定值与客观真实值之差。,测量的目的是希望能正确地反映被测参数的真实值。,2,、误差分类,系统误差,（系统误差决定测量结果的准确性）,随机误差,（随机误差决定测量结果的精密度）,疏忽误差,（特别需要避免）,3,第一节 仪表的性能指标一、测量误差3,第一节 检测仪表的性能指标,二、测量仪表的性能指标,仪表的性能指标是评价仪表性能好坏、质量优劣的主要依据。,仪表的性能指标：,技术,经济,使用方面,注：仪表性能指标指的是对仪表规定的正常工作条件下而言的。,4,第一节 检测仪表的性能指标二、测量仪表的性能指标注：仪表性能,第一节 检测仪表的性能指标,1,、绝对误差和相对误差,绝对误差：,相对误差：,注：事实上仪表的准确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表的,测量范围有关。,所以工业上一般采用引用误差来衡量仪表的准确度。,5,第一节 检测仪表的性能指标1、绝对误差和相对误差注：事实上仪,第一节 检测仪表的性能指标,2,、引用误差：,这是仪表基本误差的主要形式，可以比较确切地反映仪表的测量精度，又称为仪表的基本误差,最大引用误差：,6,第一节 检测仪表的性能指标2、引用误差： 这是,第一节 检测仪表的性能指标,3,、精确度及其等级,仪表精确度俗称精度，又称准确度。精确度和误差可以说是孪生兄,弟，因为有误差的存在，才有精确度这个概念。仪表精确度简言之就,是仪表测量值接近真值的准确程度，一般用允许引用误差作为确定精,度的尺寸。,允许引用误差,q,允,允许误差去掉“,”,与“,%”,7,第一节 检测仪表的性能指标3、精确度及其等级 仪表精确度,精度等级,精确度常用精确度等级来表示，这是按国家统一规定的允许误差大小而划分的，某一级仪表的允许误差划指在正常情况下，国家规定这类仪表所允许具有的最大引用误差。例如,0.1,级、,0.2,级、,0.5,级、,1.0,级、,1.5,级等。,0.1,级表示该仪表在测量范围内各点处的引用误差均不允许超过,0.1%,范围。精确度等级数小，说明仪表的系统误差和随机误差都小，也就是这种仪表精密。,第一节 检测仪表的性能指标,8,精度等级第一节 检测仪表的性能指标8,精确度反应仪表（传感元件）测量结果与真值的接近程度。,它与误差的大小相对应，误差小则精度高，反之则低。精度,又分为精密度、正确度和准确度。,精密度表示多次重复测量中，传感器测得的值彼此之间的重复性或分散性大小的程度。它反映随机误差的大小，随机误差越小，测得的值就越密集，重复性越好，精密度越高。,正确度表示多次重复测量中，传感器测得值的算术平均值与真值的接近程度。它反映系统误差的大小，系统误差愈小，测得值的算术平均值就愈接近真值，正确度愈,高。,准确度表示多次重复测量中，传感器测得值与真值的一致的程度。它反映随机误差和系统误差的综合大小，只有当,随机误差和系统误差,都小时，准确度才高。准确度也简称精度。,第一节 检测仪表的性能指标,9,精确度反应仪表（传感元件）测量结果与真值的接近程度。精密,第一节 检测仪表的性能指标,注意：,对于具体的仪表（传感元件），精密度高时，正确度不一定高，,而正确度高时，精密度也不一定高，但准确度高时，则精密度和正,确度都高，在消除系统误差情况下，精密度与准确度才是一致的。,下面我们就以打靶结果来说明仪表（传感元件）精度的高低。,10,第一节 检测仪表的性能指标注意：10,第一节 检测仪表的性能指标,a,表示系统误差大而随机误差小，即精密度高而正确度低；,b,表示系统误差小而随机误差大，即精密度低而正确度高；,c,表示系统误差和随机误差都小，精密度合正确度都高，这是我们最希望得到的结果。,11,第一节 检测仪表的性能指标a 表示系统误差大而随机误差小，即,第一节 检测仪表的性能指标,4,、回差（又称变差）,造成回差的原因：,传动机构的间隙,运动部件的磨擦,弹性元件的弹性滞后的影响,12,第一节 检测仪表的性能指标4、回差（又称变差） 造成回差的,第一节 检测仪表的性能指标,0,x,y,Y,FS,R,max,注：回差的大小反映了仪表的精密度，因此要求仪表的回差,不能超出仪表精度等级所限定的允许误差。,13,第一节 检测仪表的性能指标 0xyYFSRmax注：回差,第一节 检测仪表的性能指标,5,、灵敏度、灵敏限及分辩率,灵敏度,规定：仪表标尺刻度上的最小分格值不能小于仪表允许的,绝对误差值。,灵敏限：,规定仪表的灵敏限不得大于仪表允许绝对误差的一半。,分辩率,数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辩率就越高。,14,第一节 检测仪表的性能指标5、灵敏度、灵敏限及分辩率 规定,第一节 检测仪表的性能指标,6,、反应时间,反应时间是指仪表输入一个阶跃量时，其输出由初始值第一次到,达最终稳定值的时间间隔，可用仪表的输出由开始变化到达到新稳,定值的,95%,时所用的时间来表示反应时间。,注：仪表反应时间长短，反映了仪表动态特性的好坏。,15,第一节 检测仪表的性能指标6、反应时间 反应时间是指,第一节 检测仪表的性能指标,7,、可靠性,仪表可靠性是工业自动化仪表所追求的另一重要性能指标。可靠性和仪表维护量是相辅相成的，仪表可靠性高说明仪表维护量小，反之仪表可靠性差，仪表维护量就大。,随着仪表更新换代，特别是微电子技术引入仪表制造行业，使仪表可靠性大大提高。仪表生产厂商对这个性能指标也越来越重视，通常用有效率来描述仪表的可靠性。,16,第一节 检测仪表的性能指标7、可靠性 仪表可靠性是,第一节 检测仪表的性能指标,8,、稳定性,在规定工作条件内，仪表某些性能随时间保持不变的能力称为稳,定性。,仪表稳定性是自动化仪表十分关心的一个性能指标。由于工业使,用仪表的环境相对比较恶劣，被测量的介质温度、压力变化也相对,比较大，在这种环境中投入仪表使用，仪表的某些部件随时间保持,不变的能力会降低，仪表的稳定性会下降。,17,第一节 检测仪表的性能指标8、稳定性 在规定工作条件内,第一节 检测仪表的性能指标,补：滞环和死区,18,第一节 检测仪表的性能指标补：滞环和死区18,第一节 检测仪表的性能指标,补：滞环和死区,校验得上升曲线和下降曲线常不重合，是因为有滞环和死区的存在。,滞环：有能量吸收,死区：有传动摩擦间隙，晶体管起始偏置不当，,输入变化小到一定程度便没有输出变化了。,19,第一节 检测仪表的性能指标补：滞环和死区校验得上升曲线和下降,第一节 检测仪表的性能指标,补：重复性,同一工作条件下，对同一输入值，按同一方向多次测量的输,出值之间的一致程度，称为“重复性”。,补：再现性,再现性是在不同测量条件下，如不同的方法，不同的观测,者，在不同的检测环境对同一被检测的量进行重复检测时，其测量,结果一致的程度。测量再现性也是仪表的重要性能指标之一。,注：重复性、再现性的优良是保证精确的先决条件。,20,第一节 检测仪表的性能指标补：重复性补：再现性注：重复性、再,第一节 检测仪表的性能指标,重复性：不包括滞环、死区,代表仪表不受随机影响的能,力。,再现性：包括滞环、死区。,21,第一节 检测仪表的性能指标重复性：不包括滞环、死区21,第一节 检测仪表的性能指标,补：零点迁移,如果测量范围改变的结果是输入输出之间特性曲线有平移而斜率不变，则称为零点迁移。,补：量程迁移,如果测量范围改变的结果是输入输出间的特性曲线斜率发生变化时，其起点并不改变，这就是量程迁移。,注：零点迁移和量程迁移可以使仪表扩大通用性，但迁移的条件,及范围要视具体结构和电路而定。,22,第一节 检测仪表的性能指标补：零点迁移补：量程迁移注：零点迁,第一节 检测仪表的性能指标,例：某仪表厂生产测温仪表，测温范围,200-700,，检验,某表所得到的最大绝对误差为,4,，确定此仪表的精度,等级。,解：最大引用误差为：,去掉“,”,，去掉“,%”,，数值为,0.8,，国家规定等级中没有,0.8,。但其,qmax0.5,级仪表的允许误差为,0.5%,。,其精度等级为,1.0,级，其允许误差为,1%,。,23,第一节 检测仪表的性能指标例：某仪表厂生产测温仪表，测温范围,第一节 检测仪表的性能指标,说明：,根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级、要求是不同的。,根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时,，仪表的允许误差应大于或至少等于仪表检验结果所得的最大引用误差；,根据工艺要求来选择仪表精度等级时，,仪表的允许误差应小于或至多等于工艺上所允许的最大引用误差。,24,第一节 检测仪表的性能指标说明：24,第一节 检测仪表的性能指标,课堂练习,1,、有一块精度为,2.5,，测量范围为,01000KPa,的压力表，它的刻度标尺最多可分为多少格？,2,、某压力表的测量范围为,01MPa,，精度为,1.0,级，试问，此压力仪表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验压力表，在校验点为,0.5MPa,时，压力表的指示上行程为,0.497MPa,，下行程为,0.508MPa,，试问该压力表是否符合,1.0,级的精度要求，为什么？,3,、有一测量范围,010MPa,，精度为,0.5,级的压力表，它在,1MPa,、,5MPa,、,10MPA,三点处的最大允许绝对误差和相对误差各应是多少？,25,第一节 检测仪表的性能指标课堂练习25,第二节 压力的检测与变送,压力仪表,压力表、差压变送器、胎压计、气压,/,液压自动调节控制仪器等。,26,第二节 压力的检测与变送压力仪表26,第二节 压力的检测与变送,一、概述,压力是工业生产中的重要参数，在生产过程中，对液体、蒸汽、,和气体压力的检测是保证工艺要求、设备和人身安全并使设备经济运,行的必要条件。,1,、所谓压力，就是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。,27,27,第二节 压力的检测与变送一、概述2727,第二节 压力的检测与变送,2,、压力表示方法：,在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压（真空度）等名词。,绝对压力是指介质所受的实际压力。,表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：,P,表,=P,绝,-P,大,负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：,P,真,=P,大,-P,绝,绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下,图所示。,28,28,第二节 压力的检测与变送2、压力表示方法：2828,第二节 压力的检测与变送,29,P,表压,P,负压,P,绝压,P,绝压,大气压力线,表压、绝压、真空之间的关系图,绝压零线,注意：因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度,。,29,第二节 压力的检测与变送29P表压P负压P绝压P绝压大气压力,第二节 压力的检测与变送,二、测压仪表的分类及其基本原理,30,液柱式压力计,弹性式压力计,电气式压力计,活塞式压力计样,（常用于校验其它压力计）,U,型管压力计,单管压力计,斜管压力计,弹簧管压力计,波纹管压力计,薄膜式压力计,电容式压力计,电感式压力计,应变片式压力计,霍尔片式压力计,30,第二节 压力的检测与变送二、测压仪表的分类及其基本原理,第二节 压力的检测与变送,目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是,弹性元件,。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。,在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。,31,31,第二节 压力的检测与变送 3131,第二节 压力的检测与变送,弹簧管压力表,弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值 ，,它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。,弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成,270,度圆孤形的空心管子 。,32,32,第二节 压力的检测与变送3232,2、 压力的检测与变送,33,弹簧管压力表,1,、弹簧管,2,拉杆,3,、扇型齿轮,3,、中心齿轮,5,、指针,6,、面板,7,、游丝,8,、调整螺钉,9,接头,a,b,33,2、 压力的检测与变送 33,第二节 压力的检测与变送,它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴,2a,与图面垂直的弹簧管的中心轴,O,相平行。管子封闭的一端,B,为自由端，即位移输出端；而另一端,A,则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端,A,通入被测压力,P,后，由于呈椭圆形截面的管子在压力,P,的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端,B,发生位移。此时弹簧管的中心角,要随即减小,，也就是自由端将由,B,移到,B,，处，如图,2-3(b),上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端,B,的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。,由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值,/,与被测压力,P,之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。,34,34,第二节 压力的检测与变送 它的截面呈扁圆形或椭,第二节 压力的检测与变送,由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，,利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。,弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等,。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。,35,35,第二节 压力的检测与变送 由上述可如，弹簧管自,第二节 压力的检测与变送,应变式压力变送器,应变式变送器以是以电为能源，它,利用应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。,应变片有金属电阻丝应变片,(,金属丝粘贴在衬底上组成的元件,),和半导体应变片两类。,根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形,dL/L(,即应变,e),，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形,(,即应变,),的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。,36,36,第二节 压力的检测与变送应变式压力变送器3636,第二节 压力的检测与变送,37,37,第二节 压力的检测与变送 3737,第二节 压力的检测与变送,单晶硅谐振式传感器,谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的,H,型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使,传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点,。由于传感器良好的特性，可使,变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。,38,38,第二节 压力的检测与变送单晶硅谐振式传感器 3838,第二节 压力的检测与变送,39,基础,振子,引伸张力,硅膜片,过程压力,变送器工作原理图,39,第二节 压力的检测与变送 39基础振子引伸张力硅膜片过程压,第二节 压力的检测与变送,电容式传感器,40,S,S0,S0,S2,S1,图,2-19,膜片位移原理图,420mA,放大电路,原理：,P,变化 ,C,电流的变化,40,第二节 压力的检测与变送电容式传感器40SS0S0S2S,第二节 压力的检测与变送,三、压力检测仪表的选用、安装及校验,压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。,1,类型的选用,仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、 自动记录或报警；被测介质的物理化学性质,(,如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、 易燃易爆等,),是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件,(,如高温、电磁场、振动等,),对仪表有否特殊要求等。,普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。,氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。,41,41,第二节 压力的检测与变送三、压力检测仪表的选用、安装及校验,第二节 压力的检测与变送,2,测量范围的确定,仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据,化工自控设计技术规定,，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的,2/3,；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的,1/2,； 测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的,3/5,。,为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的,1/3,。,按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。,3,精度级的选取,仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。,42,42,第二节 压力的检测与变送 2测量范围的确定 4242,第二节 压力的检测与变送,4,压力表的安装,A,、测压点的选择,B,、导压管的敷设,C,、压力表的安装,5,压力计的校验,压力计在长期的使用中，因弹性元件疲劳、传动机构磨损及化学腐蚀等造成测量误差，所以有必要对仪表定期进行校验，新仪表在安装使用前也应校验，以便更恰当地估计仪表指示值的可靠程度。,43,43,第二节 压力的检测与变送 4压力表的安装4343,第二节 压力的检测与变送,校验原理,校验工作是将被校仪表与标准仪表处在相同条件下的比较过程。,（标准仪表的选择原则：,),校验仪器,-,活塞式压力计,校验内容,指示值误差,变差,线性调整,校验具体步骤,44,44,第二节 压力的检测与变送 校验原理4444,第三节 流量的检测与变送,一、概述：,在生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质,(,如液体、气体和蒸汽等,),的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间,(,如一班、一天等,),内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。,45,45,第三节 流量的检测与变送一、概述： 4545,第三节 流量的检测与变送,流量的概念：,在工程上，指流经管道或设备某一截面的流体数量。,瞬时流量：单位时间内流经某一有效截面的流体数量。,体积流量,Q Q,vA ;,质量流量,M,M,Q,累计流量：某段时间内流经某一有效截面的流体数量的总和。,体积总量,Q,总,； 质量总量,M,总,46,第三节 流量的检测与变送流量的概念：在工程上，指流经管道或,第三节 流量的检测与变送,二、分类：,差压式流量计,转子式流量计,速度式流量计 靶式流量计,电磁式流量计,涡轮式流量计,椭圆齿轮流量计,容积式流量计 腰轮流量计,刮板流量计,热式质量流量计,质量式流量计 补偿式质量流量计,振动式质量流量计,47,第三节 流量的检测与变送二、分类：47,第三节 流量的检测与变送,48,48,第三节 流量的检测与变送4848,第三节 流量的检测与变送,三、差压式流量计,差压式,(,也称节流式,),流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。,差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置,(,包括节流元件和取压装置,),、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。,49,49,第三节 流量的检测与变送三、差压式流量计4949,第三节 流量的检测与变送,50,第三节 流量的检测与变送50,第三节 流量的检测与变送,沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力,P1,的升高。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害,(,即流束最小截面,),的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后 ，并随流量大小而变化。以上就是流体流经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。,51,51,第三节 流量的检测与变送5151,第三节 流量的检测与变送,1,、节流原理及节流元件,流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。,52,52,第三节 流量的检测与变送1、节流原理及节流元件5252,第三节 流量的检测与变送,标准孔板,(Orifice Plate),53,第三节 流量的检测与变送标准孔板(Orifice Plat,第三节 流量的检测与变送,标准喷嘴,(Nozzle),54,第三节 流量的检测与变送标准喷嘴(Nozzle)54,第三节 流量的检测与变送,文丘里管,(Venturi Tube),55,第三节 流量的检测与变送文丘里管(Venturi Tube,第三节 流量的检测与变送,下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：,56,56,第三节 流量的检测与变送下图表示在孔板前后流体的流速与压力,第三节 流量的检测与变送,由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低。故节流元件入口侧的静压,P1,比其出口侧的静压,P2,大，即在节流元件前后产生压差,P,。节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用“,+”,标记；节流元件后流体静压力较低，常称为负压，并用“,”,标记。并且流量愈大，流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即,P,也愈大。所以只要测出元件前后的压力差,P,就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。,57,57,第三节 流量的检测与变送 由于节流元件的阻挡造,第三节 流量的检测与变送,流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式,式中,一 流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面,积之比,m,；雷诺数,Re,、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有,关。可从有关手册查得；,膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等,熵指数,m,等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液,体来说，常取,=1;,A,。,节流元件的开孔截面积,;,P ,节流元件前后实际测得的静压差,;,节流元件前流体密度。,58,58,第三节 流量的检测与变送 流量基本方程式是用来阐明,第三节 流量的检测与变送,在计算时，如果把,Ao,用圆面积表示，,d,为工作温度下孔板孔口直径，单位为,mm,，而,P,以,Mpa,为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计算公式，即：,以上流量公式表明，当, d,等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。,因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐渐变疏。因此，,在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的,30%,以下。,59,59,第三节 流量的检测与变送 在计算时，如果把Ao用圆面积,第三节 流量的检测与变送,流量公式,2,、差压式流量计的测量实现：,60,第三节 流量的检测与变送流量公式2、差压式流量计的测量实现,第三节 流量的检测与变送,61,第三节 流量的检测与变送61,第三节 流量的检测与变送,差压流量计的组成,62,第三节 流量的检测与变送差压流量计的组成62,第三节 流量的检测与变送,差压计三阀组示安装意图,63,第三节 流量的检测与变送差压计三阀组示安装意图63,第三节 流量的检测与变送,3,、取压方式：,角接取压：紧贴节流元件上、下游两侧端面取压,法兰取压：在距节流元件前、后端面各,1,吋位置上钻孔取压，,与管道中心线垂直。,径距取压：在距节流元件前端面上游为,1D,，下游为,D/2,处的管道上钻孔取压，其他它要求同法兰取压。,4,、差压计：,凡可测量差压的仪表均可作为差压式流量计使用。,64,第三节 流量的检测与变送3、取压方式：角接取压：紧贴节流元,第三节 流量的检测与变送,5,、差压式流量计的安装：,正确安装是保证其测量精度的重要环节。,节流装置的安装,差压信号管路的敷设,差压计的安装,6,、差压式流量计的总体特点：,A,、,结构简单、工作可靠，使用寿命长，适应性强，几乎可测量各种工作,状态下的,单相,流体测量。,B,、,适用于,50-1000mm,管径的流体测量，精度可达,0.5,级，,只要严格遵照,加工安装要求，不需要单独标定。,C,、不足是压力损失较大，刻度非线性，维护工作量大。,65,第三节 流量的检测与变送5、差压式流量计的安装：65,第三节 流量的检测与变送,四、转子流量计,在工业生产和科研工作中，经常遇到小管径，低雷诺数的,小流量测量，其他几种流量计对于小管径的测量均受到标准化,式结构等方面的条件限制，所以对较小管径的流量测量常采用,转子流量计，,它适用的管径范围为,1-150mm,66,第三节 流量的检测与变送四、转子流量计66,转子流量计,1,、转子流量计工作原理,F2,W,F1,P1,P2,F2,W,F1,P1,P2,67,转子流量计1、转子流量计工作原理F2WF1P1P2F2WF1,转子流量计,2,、转子流量计所测介质流量的大小公式,68,转子流量计2、转子流量计所测介质流量的大小公式68,第三节 流量的检测与变送,3,、转子流量计示值的修正,应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化,10,时，液体的密度变化约在,1%,以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化,10,，密度变化约为,3%,。在常压附近，压力每变,10kPa,，密度也约变化,3%,。因此，,在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。,所谓标准体积流量，在工业上是指,20,、,0.10133MPa(,称标定状态,),或,0,、,0.10133MPa (,称标准状态,),条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。,69,69,第三节 流量的检测与变送 3、转子流量计示值的修正,第三节 流量的检测与变送,A,、气体流量的修正,70,B,、液体流量的修正,其中：,70,第三节 流量的检测与变送 A、气体流量的修正70,第三节 流量的检测与变送,粘度补偿型带玻璃视窗的金属转子流量控制器,VKG,粘度补偿型全金属转子流量控制器,VKA,71,第三节 流量的检测与变送粘度补偿型带玻璃视窗的金属转子流量,第三节 流量的检测与变送,差动变压器工作原理,72,第三节 流量的检测与变送差动变压器工作原理72,第三节 流量的检测与变送,五、电磁流量计,1,、电磁流量计的原理与结构,73,第三节 流量的检测与变送五、电磁流量计73,电磁流量计,74,电磁流量计74,第三节 流量的检测与变送,电磁流量计的基本原理基于电磁感应定律。,其中：,E,x,-,感应电势,B,磁感应强度,D,管道直径（即流体垂直切割磁力线的长度）,v,垂直于磁力线方向的液体流速,C,比例系数,则体积流量,Q,与流速,v,的关系为：,有：,K,为仪表常数,75,第三节 流量的检测与变送 电磁流量计的基本原理基于电磁感,第三节 流量的检测与变送,2,、电磁流量计的使用,A,、流体应具有导电性,B,、一般不采用直流磁场而用交流磁场,C,、必须妥善屏蔽,3,、电磁流量计的特点,结构简单，上下游完全对称，测量精度高，可测大口径管流。,76,第三节 流量的检测与变送 2、电磁流量计的使用76,第三节 流量的检测与变送,六、超声波式流量计,77,第三节 流量的检测与变送六、超声波式流量计77,第三节 流量的检测与变送,1,、超声波式流量计工作原理,超声波在流体的传播速度与流体的流动速度有关，据此可以实现,流量测量，,这种方法不会造成压力损失，并且适合于大管径，非导电,性，强腐蚀性的液体或气体流量的测量。,注：超声波的发射和接收都要用换能器，多半由压电陶瓷元件制成。,为保证声能损失小，方向性强，必须把压电陶瓷封装在声楔中。,（声楔材料应有良好的透声性能，常用有机玻璃、橡胶或塑料，而压电元件则为锆钛酸铅,PZT,）,78,第三节 流量的检测与变送 1、超声波式流量计工作原理78,第三节 流量的检测与变送,2,、超声波式流量计实现方法,A,、时差法：在管道的两侧斜向安装两个换能器，使其轴线重合在,一斜线上。,A,发射，,B,接收，顺流，速度快，时间短,t,1,=L/(c+v),A,接收，,B,发射，逆流，速度慢，时间快,t,2,=L/(c-v),两方向传播的时间差,t=t,2,-t,1,=2Lv/(c,2,-v,2,),讨论：,结论：此方法实现不了精确的测量,79,第三节 流量的检测与变送 2、超声波式流量计实现方法79,第三节 流量的检测与变送,B,、速差法：在管道的两侧斜向安装两个换能器，使其轴线重合在,一斜线上。,A,发射，,B,接收，顺流，速度快，时间短,t,1,=L/(c+v),则,c+v=L/t,1,A,接收，,B,发射，逆流，速度慢，时间快,t,2,=L/(c-v),则,c-v=L/t,2,所以,2v=L/t,1,-L/t,2,=L(t,2,-t,1,)/(t,1,t,2,),v=L,t,/2t,1,(,t+t,1,),讨论：,结论：此方法不受温度影响，容易得到可靠的数据。,80,第三节 流量的检测与变送 B、速差法：在管道的两侧斜,第三节 流量的检测与变送,C,、频差法：发射换能器和接收换能器可以经过放大器接成闭环，使接收到,或的脉冲放大之后变驱动发射换能器，这就构成了振荡器，振,荡频率取决于从发射到接收的时间，即,t,1,t,2,。,A,发射，,B,接收，顺流，,f,1,=1/t,1,=(c+v)/L,A,接收，,B,发射，逆流，,f,2,=1/t,2,=(c-v)/L,所以,f=,f,1,-f,2,=2/L*v,讨论：,结论：此方法更为简单，实用，不受温度影响，容易实现。,81,第三节 流量的检测与变送 C、频差法：发射换能器和接,第三节 流量的检测与变送,D,、多普勒法：非纯净流体在工业中很普遍，流体中若含,有悬浮的颗粒或气泡，最适于采用,DOPPLAR,效应测量流量。,注：安装的时候发射换能器与接收换能器一般都装在与管道轴 线夹角为,的两侧，且都迎着流向。根据多普勒效应，接收到的超声频率（靠流体里悬浮的颗粒或气泡反射而来）将比原煤发射频率略高，这个差值为多普勒频移。,讨论与改进,结论：对于煤粉和油或水等的混合流体，此法有广阔的应用前景。,82,第三节 流量的检测与变送 D、多普勒法：非纯净流体在,第三节 流量的检测与变送,E,、相关法：,超声技术与相关法的结合也可测流量。,这种方法特别适合于气液、液固、气固等两相流甚至多相流的流,量测量，它也不需要在管道内设置任何阻力体，而且与温度无关。,存在问题：相关法所需要信号处理设备较复杂，成本很高，在计算机普及的条件下，技术可行性不成问题，但在工业生产过程中推广应用还有待于简化电路和降低造价。,注意：相关法不一定都是利用超声实现的，但利用超声比较方便。,83,第三节 流量的检测与变送 E、相关法：83,第三节 流量的检测与变送,84,第三节 流量的检测与变送84,第三节 流量的检测与变送,七,、质量流量计：,原理：液体的质量流量可由密度与容积流量相乘而得。,优势：如果能在流量仪表中直接得到流量质量将使原料消耗、成品,计量、物资管理和运输更为方便。,分类：,直接式,推导式,温度压力补偿式,85,第三节 流量的检测与变送 七、质量流量计：85,第三节 流量的检测与变送,靶式流量计（,Target Flow meter,）,八、其他类型流量计,86,第三节 流量的检测与变送靶式流量计（Target Flow,第三节 流量的检测与变送,腰轮流量计,Roots Flow Meter,容积式流量计,87,第三节 流量的检测与变送腰轮流量计容积式流量计87,第三节 流量的检测与变送,椭齿流量计（,Elliptic Gears Flow meter,）,88,第三节 流量的检测与变送椭齿流量计（Elliptic Ge,第三节 流量的检测与变送,气体腰轮流量计,89,第三节 流量的检测与变送气体腰轮流量计89,第三节 流量的检测与变送,涡轮流量计（,Turbine Flow Meter,）,90,第三节 流量的检测与变送涡轮流量计（Turbine Flo,第三节 流量的检测与变送,涡街流量计,91,第三节 流量的检测与变送涡街流量计91,第三节 流量的检测与变送,挡板流量计动压管流量计,皮托管流量计刮板流量计,弯管流量计活塞流量计,托马斯流量计热量式流量计,角动量质量流量计涡轮转矩质量流量计,科里奥利质量流量计,.,其它流量计：,92,第三节 流量的检测与变送挡板流量计动压管流量计其它流量,