《计量仪表知识培训》PPT课件.ppt

计量仪表知识,1,现场仪表测量参数的分类：,现场仪表测量参数一般分为温度、压力、液位、流量四大参数。下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理，以及测量这四大参数所运用的仪表。,2,第一章、温度的测量与变送,温度是工厂生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个工厂生产过程，都伴随着物质的物理或化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多生产过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。,3,一、温度测量分类,温度测量仪表种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。接触式：感温元件与被测介质直接接触，测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。非接触式：测温仪表不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量精度较低。,4,5,下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这两种温度计。,6,二、热电偶温度计,1、热电偶原理热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被测温度t的大小。,7,2、热电偶温度计组成,8,热电偶温度计由热电偶、二次仪表及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和多点集中测量，因而在石油化工、热工、建材生产中应用极为普遍。,3、热电偶分类,由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在各种热电偶的分度表中可以查到。国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性能优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号(铂铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜)；T分度号(铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）；R分度号(铂铑13-铂)等热电偶。,9,3、热电偶结构,热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种结构型式，有瓷套管的、不锈钢套管的、铂金套管的、铠装的等等。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。,10,三、温度的测量与变送,1、热电阻的测温原理热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换为热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来测量温度的。金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来，他们之间的关系为:Rt=R01+(t-t0)Rt=Rt-R0=R0t式中Rt温度为t时的电阻值;R。温度为t0(通常为0)时的电阻值;,11,12,电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对变化量t温度的变化量，即t-t。=tRt温度改变t时的电阻变化量。2、热电阻温度计组成热电阻温度计由热电阻、二次仪表和连按导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半导体两种。热电阻温度计广泛用来测量中、低温(一般为500以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高。,13,3、温度测量分类及结构目前应用较广泛的热电阻是铂和铜，主要有Pt50、Pt100、Cu50、Cu100四种，最常用的是pt100。热电阻是由电阻体、保护套管以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。PT100：在0300范围内，公式为：电阻100+0.385t1000，109.625，138.5100，175.86200,14,4、热电阻接线从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。,第二章、压力的测量与变送,压力测量中，通常有绝压、表压、负压、或真空度等名词。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。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。,15,16,表压、绝压、真空之间的关系图,17,压力测量仪表的品种，规格很多。常用的压力测量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。,18,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。（1）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。,2、压力的测量与变送,19,20,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。,21,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。,22,（2）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。,23,24,（3）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。,25,26,（4）电容式传感器,原理：P变化C电流的变化,27,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。,28,2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。,第三章、流量的测量与变送,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。在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下:表示体积流量的单位常用立方米每小时(m3/h)、升每分(I/min)、升每秒(l/s)等；表示质量流量的单位常用吨每小时(t/h)、千克每小时(kg/h)、千克每秒(kg/s)等。若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是:M=Q或Q=M/,29,30,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，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。流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。下表中列出了几种主要类型流量计的性能及适用场合。,31,1、差压流量计,1.1测量原理差压式(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。下面以孔板为例说明节流原理。右图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：,32,33,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,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升高(即图中P1P2)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(即图中截面处)，并随流量大小而变化。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(即图中P2P1)。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。并且流量愈大，流束局部收缩愈显著，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。,2、流量公式,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;1节流元件前流体密度,34,35,在计算时，如果把Ao用/4d2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：式中0.3998=360010-6/42。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，故在差压变送器里要开平方，且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。,3、差压流量计组成,差压式流量计通常由节流装置(包括节流元件和取压装置)、导压管和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。4、差压流量计常见故障、原因及排除方法（见下表）。,36,37,3.1涡轮流量计,涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有测量精度高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等优点，被广泛应用于化工生产中。3.1.1涡轮流量计的工作原理涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体冲击涡轮流量计涡轮叶片并使之转，涡轮的转速随流量的成正比变化，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入涡轮流量计流量积算仪进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。,38,3.1.2涡轮流量计的安装及使用1、涡轮流量计的电源线最好采用蔽线电缆，并进行良好接地。电源为直流24V，650阻抗。2、涡轮流量计应水平安装，避免垂直安装，并保证其前后有适应的直管段，一般前10D，后5D。3、保证流体的流动方向与涡轮流量计外壳的箭头方向一致，不得装反。4、被测介质对涡轮不能有腐蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。5、涡轮流量计磁感应部分不能碰撞。6、安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则导致涡轮、轴承被卡住。7、投运前先进行仪表系数的设定。仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。8、安装涡轮流量计时，前后管道法兰要水平，否则管道应力对流量计影响很大。,39,3.1.3涡轮流量计常见故障处理3.1.3.1液体正常流动无显示，累积量数不增加1）供电电路或信号电路断路或接触不良；故障排除方法：用万用表检查，排除故障点2）显示仪的印刷线路板，接插件故障或接触不良故障；排除方法：更换印刷线路板3）前置放大器故障；故障排除方法：用铁条在检测头下快速移动，无信号输出，则应检查线圈有无断线和焊点脱焊4）供给前置放大器的电压太低；故障排除方法：发将电源电压提高至规定要求5）叶轮卡住不转；故障排除方法：去除异物，并清洗或更换损坏零件，更换零件后应重新标定,40,3.1.3.2流量显示逐渐减小1）过滤器堵塞，压损逐渐增大，使流量减小；故障排除方法：清除过滤器内杂物2）管道上阀芯松动，阀门开度自动减少；故障排除方法：修理或更换阀门3）叶轮受杂物阻碍或轴承间隙内进入异物，阻力增大使转速减慢故障；排除方法：清洗流量计，必要时重新标定3.1.3.3流量为零时，流量显示不为零，显示值不稳1）传输线屏蔽接地不良，外界电磁场的干扰；故障排除方法：检查接地，排除干扰2）管道振动，引起叶轮抖动；故障排除方法：加固管线或在流量计前后加装支架3）截止阀泄漏；故障排除方法：检修或更换阀门4）显示仪内部线路板之间或电子元件变质损坏，产生干扰；故障排除方法：采取“短路法或逐一检查，找出故障点,41,3、流量的测量与变送,3.1.3.4显示流量与实际流量不符1）叶轮被腐蚀，叶片变形；故障排除方法：修理叶轮或更换后重新标定2）杂物阻碍叶轮旋转；故障排除方法清除杂物3)检测线圈输出信号失常；故障排除方法检查线圈绝缘电阻和导通电阻4）旁通阀泄漏；故障排除方法关严旁通阀，必要时更换5）流量计上游流速分布发生畸变或出现脉动流；故障排除方法找出产生畸变或脉动流的原因，采取措施予以消除6）显示仪表故障；故障排除方法修复显示仪表7）显示仪表接线不正确；故障排除方法更正接线8）显示仪表设定错误；故障排除方法更正设定9）实际流量超出规定的流量范围；故障排除方法更换合适口径的流量计,42,2、涡街流量计,2.1工作原理在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式f=SrU1/d=SrU/md（1）式中U1-旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr-斯特劳哈尔数；m-旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比,43,44,2.2结构涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括信号处理板、通讯模块、支架和防护罩等。,2.3、涡街流量计的安装,2.3.1安装方式普通型：传感器和转换器一起安装在官道上。高温型：传感器和转换器分开安装。测常温的液体、气体时（如压空、水）选用一体式安装即可。测高温的液体或气体时（如：热煤、蒸汽）要采用高温型分体式安装。2.3.2安装位置涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用防水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意，如图16所示。,45,图16混相流体的安装（a）测量含液体的气体流量仪表安装；（b）测量含气液体流量仪表安装,46,2.3.3直管段要求涡街流量计属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，安装时必须保证上、下游直管段有必要的长度，如图17所示。,47,2.3.4预防振动的干扰减小振动对涡街流量计的影响应该作为涡街流量计现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法，一种管道支撑方法如图20所示。,2.4常见故障处理,48,2.4.1通电后无流量时有输出信号1)输入屏蔽或接地不良，引入电磁干扰；处理方法：改善屏蔽与接地，排除电磁干扰2)仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源；处理方法：远离干扰源安装，采取隔离措施加强电源滤波3)管道有较强振动；处理方法：采取减震措施，加强信号滤波降低放大器灵敏度4)转换器灵敏度过高；处理方法：降低灵敏度，提高触发电平,49,2.4.2通电通流后无输出信号1)电源出故障。排除方法：检查电源与接地2)输入信号线断线。排除方法：检查信号线与接线端子3)放大器某级有。排除方法：检测工作点，检查元器件4)检测元件损坏。排除方法：检查传感元件及引线，检查阀门，增大流量或缩小管径5)管道堵塞或传感器被卡死。排除方法：检查清理管道，清洗传感器。,50,2.4.3输出信号不规则不稳定1)有较强电干扰信号；处理方法：加强屏蔽和接地2)传感器被沾污或受潮，灵敏度降低；处理方法：清洗或更换传感器，提高放大器增益3)传感器灵敏度过高；处理方法：降低增益，提高触发电平4)传感器受损或引线接触不良；处理方法：检查传感器及引线5)出现两相流或脉动流。处理方法：加强工艺流程管理，消除两相流或脉动流现象6)管道震动的影响。处理方法：采取减震措施7)工艺流程不稳定。处理方法：调整安装位置8)传感器安装不同心或密封垫凸入管内。处理方法：检查安装情况，改正密封垫内径9)上下游阀门扰动。处理方法：加长直管段或加装流动调整器10)流体未充满管道。处理方法：更换装流量传感器地点和方式11)发生体有缠绕物。处理方法：消除缠绕物12)存在气穴现象。处理方法：降低流速，增加管内压力,51,2.4.4测量误差大1)直管段长度不足；处理方法：加长直管段或加装流动调整器2)模拟转换电路零漂或满量程调整不对；处理方法：校正零点和量程刻度3)供电电压变化过大；处理方法：检查电源4)仪表超过检定周期；处理方法：及时送检5)传感器与配管内径差异较大；处理方法：检查配管内径，修正仪表系数6)安装不同心或密封垫凸入管内；处理方法：调整安装，修整密封垫7)传感器沾污或损伤；处理方法：清洗更换传感器8)有两相流或脉动流；处理方法：排除两相流或脉动流9)管道泄漏；处理方法：排除泄漏,52,2.4.5测量管泄漏1)管内压力过高；处理方法：调整管压，更改安装位置2)公称压力选择不对；处理方法：选用高一档公称压力传感器3)密封件损坏；处理方法：更换密封件4)传感器被腐蚀；处理方法：采取防腐和保护措施2.4.6传感器发出异常啸叫声1)流速过高，引起强烈颤动；处理方法：调整流量或更换通径大的仪表2)产生气穴现象；处理方法：调整流量和增加液流压力3)发生体松动；处理方法：紧固发生体,3、电磁流量计,3.1工作原理电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。如图1所示，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“右手规则”,53,54,3.2结构电磁流量传感器和转换器两大部分组成。传感器典型结构示意如图2，测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量管内壁与液体相接触，引出感应电势，送到转换器。激磁电流则由转换器提供。,55,3.3流量传感器安装3.3.1介质、管道要求液体应具有测量所需的电导率（5s/cm以上)，并要求电导率分布大体上均匀。液体应与地同电位，必须接地，管道不能用塑料管要用金属管道。3.3.2直管段长度要求为获得正常测量精确度，电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段，但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低。90弯头、T形管、同心异径管、全开闸阀后通常认为只要离电极中心线（不是传感器进口端连接面）5倍直径（5D）长度的直管段，不同开度的阀则需10D；下游直管段为（23）D或无要求。,56,3.3.3安装位置和流动方向传感器安装方向水平、垂直或倾斜均可，不受限制。但测量固液两相流体最好垂直安装，自下而上流动。这样能避免水平安装时衬里下半部局部磨损严重，低流速时固相沉淀等缺点。图5所示管系中，c、d为适宜位置；a、b、e为不宜位置，b处可能液体不充满，a、e处易积聚气体，且e处传感器后管段短也有可能不充满，排放口最好如f形状所示。对于固液两相流c处亦是不宜位置。,57,3.4电磁流量计常见故障及处理方法1、无流量信号；2、输出晃动；3、零点不稳；4、流量测量值与实际值不符；5、输山信号超满度值5类。,4椭圆齿轮流量计,4.1工作原理椭圆齿轮流量计属容积式流量计，主要部分是计量箱和装在计量箱内的一对椭圆齿轮，它们与盖板构成一密封的初月形空腔，作为量具。流量计进出口处的压力差推动椭圆齿轮旋转。流体经初月形空腔计量后而排出，所以椭圆齿轮每旋转一周可输出4倍初月形空腔的容积。因此，椭圆齿轮转数与流体的流量成正比。,58,59,4.2结构：流量计主要由本体、一对椭圆齿轮、磁性联轴器、调整齿轮、计数器及发讯装置组成（流量计内部结构参见附流量计整机解体图和零部件名称表）。椭圆齿轮的转数，通过磁性联轴器和一系列齿轮组成的减速机构，传到表头计数器。磁性联轴器主要由主动磁钢和从动磁钢组成。采用磁性联轴器可以提高流量计的工作压力和工作温度，操作安全，减轻维修工作。,60,4.3安装要求安装流量计，应尽量选择灰尘少、腐蚀性气体少、无强烈振动、距热源较远的地方。安装流量计外环境温度不能高于60。流量计必须水平安装（指椭圆齿轮转轴水平位置），即流量计的刻度盘垂直地面。为了防止杂物进入流量计内，在安装流量计前，管道必须清洗干净。此外，在流量计前还应安装过滤器。对杂物较多的场合，可采用串联或并联过滤器安装。,61,4.4椭圆齿轮流量计常见故障及处理方法4.4.1椭圆齿轮不转原因：1、管道中有杂物2、过滤器损坏3、由于流量过大，轴承磨损处理方法：1、清洗流量计及管道，过滤器2、更换轴承4.4.2椭圆齿轮转动，指针不动或时走时停原因：1、转动部分松动2、磁联轴器滑动3、齿轮部件卡住处理方法：1、重新紧定紧固件2、磁联轴器是否灵活3、排除齿轮部件的故障,62,4.4.3流量计负误差大原因：1、旁路阀门渗漏2、计量室内壁、轴承遭磨损或腐蚀3、流量低于下限4、磁联轴滑动处理方法：1、检查旁路阀门2、更换轴承，检查齿轮3、增大流量4、更换磁联轴器或齿轮系统5、检验介持作粘度修正4.4.4流量计正误差大原因：1、流量有大的脉动或含有气体2、检验介质粘度不符处理方法：1、减少流量脉动或增加气体分离器2、检验介质作粘度修正,63,4.4.5二次表指示值多于一次表原因：1、指示值发讯叶片振动处理方法：1、适当调整阻尼片对叶片的压力4.4.6二次表指示值小于一次表指示值原因：1、发讯叶片处的紧定螺钉松了2、发讯器掉步处理方法：1、紧固紧定螺钉2、调整发讯叶片与发讯器间的间隙3、用酒精清洗发讯器接口4.4.7二次表不指示原因：1、开路或短路2、发讯器损坏处理方法：1、查线路2、更换发讯器,5、质量流量计,5.1质量流量计工作原理流体流过两个平行的测量管时，会产生一个与流速方向横向的加速度及相应的科里奥利力，该力使测量管震荡而发生扭曲，这种扭曲现象称为科里奥利现象，这一扭曲现象会导致质量流量计进口和出口的会产生相位差。质量流量计通过在进口和出口安装电磁信号检测器检测相位信号来测量流量。,64,65,5.2质量流量计结构流量计由流量传感器和转换器（或流量计算机）两部分组成，。图2为流量传感器一列一例，主要有由测量管及其支撑固定桥架、测量管振动激励系统中的驱动线圈A、检测测量管挠曲的光学检测探头或电磁检测探头B、修正测量管材料扬杨氏模量温度影响的测温组件等组成。转换器主要由振动激励系统的振动信号发生单元、信号检测和信号处理单元等组成；流量计算机则还有组态设定、工程单位换算、信号显示和与上位机通信等功能。,66,5.3流量传感器安装一般要求由于测量管形状及结构设计的差异，同一口径相近流量范围不同型号传感器的重量和尺寸差别很大，列如例如80mm口径者仅45kg，重者达150200kg。安装要求亦千差万别，因此必须按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项，列如例如有些型号流量传感器直接连接到管道上即可，有些型号却要求设置支撑架或基础。为隔离管道振动影响仪表，有时后候传感器与管道之间要介以柔性管连接，而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管。选购之前应向拟购流量计的厂商索取安装使用说明书参照比较和选择。安装设计时尽可能使其有长的使用寿命，为除去过早磨损和产生测量误差的固形物和夹杂气体，按流体和管道条件在传感器上游装过滤器或气体分离等保护装置。若希望能在现场在线校准仪表，应考虑引流连接口和阀，以及相应的空间。,67,5.3.1流量传感器安装姿势和位置流量传感器测量管内残留固形物、结垢、潴留气体等均将影响测量精度。一般说装于自下而上流动的垂直管道较为理想；但对于非直形测量管，流量计装在垂直管道还是水平管上。取决于管道振动状况和应用条件。安装位置必须使测量管内充满液体，列如水平管道上流体流过流量计后直接放如入容器而无背压，测量管往往不能充满，会使输出信号激烈波动。5.3.2截止阀和控制阀的安装为使调零时没有流动，流量计上下游设置截止阀，并保证无泄漏。控制阀应装在流量计下游，流量计保持尽可能高的静压，以防止发生气蚀和闪蒸（fIashing）。,68,5.3.3零点漂移和调零零点漂移来自流量传感器部分，主要原因有：1）机械振动的非对称性和衰减；2）流体的密度粘度变化，影响前者的因素有；a)管端固定应力的影响；b)振动管刚度的变化；c)双管谐振频率不一致性；d)管壁材料的内衰减。后者影响零位的原因是结构不平蘅，因此即使在空管时将双管的谐振频率调整一致，到充满液体时可能产生零漂，同样因粘度引起的振动衰减与频率有关，在流动时亦可能产生零漂。最后调零必须在安装现场进行，流量传感器排尽气体，充满待测流体后在再关闭传感器上下游阀门，在接近工作温度的条件下调零。安装方面变动或温度大幅度变化时需要重新调整。,6转子流量计,6.1转子流量计测量原理转子流量计,又称浮子流量计,是基于浮子位置测量的一种变面积流量仪表.在一根由下向上扩大的垂直锥管中,浮子可以在锥管内自由地上升和下降,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，其压损小,量程比大(10:1),安装维护方便,可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中。,69,70,6.2转子流量计的特点：转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。6.3转子流量计安装注意事项玻璃转子流量计在使用安装前，应先检查其技术参数如：测量范围，精确度等级，额定工作压力，温度等参数是否符合使用要求。安装前还应将流量计中起运输保护作用的顶衬物取出。并检查锥管有无破损，浮子能否自由上下移动，确定正常后方可安装。新装的管路在玻璃转子流量计安装前应冲洗干净。应使转子流量计的最小分度值处于下方，垂直安装在无振动的管道上，转子流量计的中心线与铅垂线的夹角应不超过5度。,71,大口径流量计由于较重，为避免管道弯曲，必要时可采取加固支承等措施。安装时还需避免转子流量计受过大的拉，压，扭等力。以免产生过大的外力而损坏锥管。根据使用中不同的工况，必要时应在转子流量计的上游安装过滤器，以防杂质玷污，卡塞转子流量计。若流体不稳定有脉动流，为保证转子流量计的良好测量可安装缓冲器，以消除脉动流。转子流量计在使用时，应先缓慢旋开流量计上游管道上的控制阀门，然后用调节阀调节流量，以免突然开启造成浮子急速上升击损锥管。为保证转子流量计在使用时的测量精确度，被测流体的常用流量建议选择在转子流量计分度流量上限值的60%以上为好。,第四章、液位的测量与变送,在生产中，常遇到测量容器中介质的液位和界面的位置问题，液位测量是这个问题的一个方面。一般液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器里的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预先计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位测量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制容器液位，保证安全生产以及产品的质量和数量。由于各种被测介质的性质不同，各种生产设备的操作条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满足生产的不同需要，下表列出了各种液位测量仪表的主要特点和应用场合。,72,73,一、液位测量的意义物位测量包括液位测量和料位测量。在工业生产过程中，液位往往是很重要的控制参数。对于一般储液装置内所储存液体的多少对生产过程的影响是不可忽视的用来检测液位的仪表称液位计检测固体料位的仪表称料位计,74,1差压式液位计差压式液位计是应用差压计或差压变送器来测量变送器液位的，是目前应用得最广泛的一种液位测量仪表。差压式液位计是利用容器内液位改变时，由液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的，如图1所示。,图1无迁移原理图,75,2液面的迁移应用差压变送器测量液面时，如果差压变送器的正、负压室与容器的高压取压点处在同一水平面上，就不需要迁移。而在实际应用中，出于对设备安装位置和便于维护等方面的考虑，测量仪表不一定都能与取压点在同一水平面上；又如被测介质是强腐蚀性或重粘度的液体，不能直接把介质引入测压仪表，必须安装隔离液罐，用隔离液来传递压力信号，以防被测仪表被腐蚀。这时就要考虑介质和隔离液的液柱对测压仪表读数的影响。差压变送器测量液位安装方式主要有三种，为了能够正确指示液位的高度，差压变送器必须做一些技术处理即迁移。迁移分为无迁移、负迁移和正迁移。,76,2.1无迁移将差压变送器的正、负压室与容器的取压点安装在同一水平面上，如图1所示。设A点的压力为P-，B点的压力为P+，被测介质的密度为，重力加速度为g，则P=P+-P-=gh+P-P-=gh；如果为敞口容器，P-为大气压力，P=P+=gh，由此可见，如果差压变送器正压室和取压点相连，负压室通大气，通过测B点的表压力就可知液面的高度。当液面由h=0变化为h=hmax时，差压变送器所测得的差压由P=0变为P=ghmax，输出由4mA变为20mA。假设差压变送器对应液位变化所需要的仪表量程为30kPa，当液面由空液面变为满液面时，所测得的差压由0变为30kPa，其输入输出的关系见表1,其特性曲线如图4中的(a)所示,表1,2.2负迁移如图2所示，为了防止密闭容器内的液体或气体进入差压变送器的取压室，造成引压管线的堵塞或腐蚀，在差压变送器的正、负压室与取压点之间分别装有隔离液罐，并充以隔离液，其密度为1。当H=0时，P+=1gh1P-=1g(H+h1)P=P+-P-=-1gH当H=Hmax时，P+=1gh1+gHP-=1g（H+h1）P=P+-P-=gH-1gH=(-1)gH,当H=0时，P=-1gH，在差压变送器的负压室存在一静压力1gH，使差压变送器的输出小于4mA。当H=Hmax时，P=(-1)gHmax，由于在实际工作中1，所以，在最高液位时，负压室的压力也远大于正压室的压力，使仪表输出仍小于实际液面所对应的仪表输出。这样就破坏了变送器输出与液位之间的正常关系。为了使仪表输出和实际液面相对应，就必须把负压室引压管线这段H液柱产生的静压力1gH消除掉，要想消除这个静压力，就要调校差压变送器,也就是对差压变送器进行负迁移，1gH这个静压力叫做迁移量。,77,图2负迁移原理图,78,调校差压变送器时，负压室接输入信号，正压室通大气。假设仪表的量程为30kPa，迁移量1gH=30kPa，调校时，负压室加压30kPa，调整差压变送器零点旋钮，使其输出为4mA；之后，负压室不加压，调整差压变送器量程旋钮，直至输出为20mA，中间三点按等刻度校验。输入与输出的关系见表2)。当液面由空液面升至满液面时，变送器差压由P=-30kPa变化至P=0kPa，输出电流值由4mA变为20mA，其特性曲线如图4中的(b)所示。,表2,79,2.3正迁移,图3正迁移原理图,在实际测量中，变送器的安装位置往往与最低液位不在同一水平面上，如图3所示。容器为敞口容器，差压变送器的位置比最低液位低h距离，P=P=gH+gh。当H=0时，P=gh，在差压变送器正压室存在一静压力，使其输出大于4mA。当H=Hmax时，P=gH+gh，变送器输出也远大于20mA，因此，也必须把gh这段静压力消除掉，这就是正迁移。,80,表3,调校时，正压室接输入信号，负压室通大气。假设仪表量程仍为30kPa，迁移量gh=30kPa。输入与输出的关系见表3)。,其特性曲线如图4中的(c)所示。如果现场所选用的差压变送器属智能型，能够与HART手操器进行通讯协议，可以直接用手操器对其进行调校。,81,2.4测量范围、量程范围和迁移量的关系差压变送器的测量范围等于量程和迁移量之和，即测量范围=量程范围+迁移量。如图4所示，a量程为30kPa，无迁移量，测量范围等于量程为30kPa；b量程为30kPa，迁移量为-30kPa，测量范围为-300kPa；c量程为30kPa，迁移量为30kPa，测量范围为3060kPa。由此可见，正、负迁移的输入、输出特性曲线为不带迁移量的特性曲线沿表示输入量的横坐标平移。正迁移向正方向移动，负迁移向负方向移动，而且移动的距离即为迁移量。,82,综上所述，正、负迁移的实质是通过调校差压变送器，改变量程的上、下限值，而量程的大小不变。如果从负压室来看，也可以简单理解为正迁移，好比在负压室增加gh迁移量，而正迁移好比在负压室减少gh迁移量。,83,84,超声波液位计原理超声波的速度就是声音的速度,即声音在空气(15摄氏度)中的速度是340米/秒。超声波物位计安装于容器上部在电子单元的控制下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。通过减法运算就可得出物位值。由于温度对声速具有影响，所以仪表应测量温度，以修正声速。1超声波物位计适于什么样的应用环境？通常应用于温度在-40100之间、压力在3Bar（5kg/cm2）以下的场所进行液位或料位的测量。在常温、常压的情况下，选择超声波物位计测量液体液位是最佳的选择，具有工作可靠、安装简便、使用周期长、免维护的特点，并具有相对的价格优势。由于超声波物位计在测量物位时，与被测介质不接触，同时为全密闭防腐结构，因此对于粘稠的、腐蚀性的、浑浊的等各种液体的液位测量，效果最佳。,85,6什么是超声波物位计的盲区？超声波物位计在发射超声波脉冲时，不能同时检测反射回波。由于发射的超声波脉冲具有一定的时间宽度，同时发射完超声波后传感器还有余振，期间不能检测反射回波，因此从探头表面向下开始的一小段距离无法正常检测，这段距离称为盲区。被测的最高物位如进入盲区，仪表将不能正确检测，会出现误差。如有需要，可以将物位计加高安装。7在工程设计选型时，最应注意的问题是什么？要选择一个好的安装位置，设计合适的安装接口。安装位置要尽可能选择液面平稳、料面平整的位置，同时远离扶梯、进料口、出料口，尽可能与容器壁保持较远的距离，远离搅拌器。安装接口要求开口尺寸足够大，当为法兰安装时，法兰下面的接管长度要设计合理，要确保喇叭口不被阻挡。,超声波的速度就是声音的速度,即声在空气(15摄氏度)中的速度是340米/秒,只不过它们的频率不同而已,86,