压力温度流量液位控制系统基础知识培训.ppt

仪表基础知识艾默生过程控制有限公司 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide2 压力公式 压力是作用于一个确定面积上的力的大小 压力 力与面积之间的关系可以下面公式表示 其中 P F A P 压力 F 力 A 面积若力 由于物理接触 作用于一个面积上 则压力便产生作用 若力增加或力所作用的面积大小减小 则压力增加 压力单位 P95一体化体积流量计 压力单位可分成两类 面积上的力的单位与以液柱为基准的单位 面积上的力的单位下列是一个确定面积上的力的单位 每平方英寸面积上的磅数 psi 每平方厘米面积上的公斤数 kg cm 每平方厘米面积上的克数 g cm 1g cm 1 1 000kg cm 帕 Pa或N m N代表牛顿 千帕 kPa 1kPa 1 000Pa 巴 1bar 100 000Pa 毫巴 mbar 1mbar 1 1 000bar 压力单位 以液柱为基准的单位下列是以液柱为基准的压力单位 英寸水柱 在68 F 20 C 下的inH2O 在美国最普遍使用的单位 英尺水柱 ftH2O 米水柱 mH2O 毫米水柱 mmH2O 英寸汞柱 inHg 毫米汞柱 mmHg 大气压 atm 在海平面处由地球大气压作用的压力 基准压力 基准压力是同被测量的过程物料的压力相比较的压力测量 根据它们测量起始的基准压力 可将压力测量仪表分类 这三个基准压力是 绝压 表压 差压绝压与表压仪表测量过程流体的压力与基准压力之间的压差 差压仪表测量过程流体在不同点处的两个压力 并测量它们之间的压差 表压绝压示意图 压力单位换算 压力测量仪表的分类 压力传感器从其原理及结构来看可分为 液柱式 机械式及电气式测量压力的仪表 按信号原理不同 大致可分为四类 液柱式 根据流体静力学原理 把被测压力转换成液柱高度机械式 根据弹性元件受力变形的原理 将被测压力转换成位移电气式 将被测压力转换成各种电量 如电感 电容 电阻 电位差等 依据电量的大小实现压力的间接测量活塞式 根据水压机液体传送压力的原理 将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量 机械式压力仪表 机械式压力仪表有两个基本部分 检测器件 机械刻度盘或指示器 连接到检测器件 给出压力读数 最普遍采用的压力检测器件是 布尔登管 波纹管与膜盒机械式压力计仍然广泛用于过程控制工业 弹性压力仪表原理 利用弹性元件在被测介质的压力作用下 产生弹性形变而制成 结构简单 牢固可靠 使用方便 价格低廉 精度很好 测量范围宽 几百帕 上千兆帕 可增加附加装置 如电气变换装置 控制元件等等 实现压力的远传 报警 自动控制等等 弹性式压力计 弹性元件在弹性限度内受压后会产生变形 变形大小与被测压力成正比关系 弹簧管压力表 1 弹簧管压力表结构简单 使用方便 价格低廉 使用范围广 测量范围宽可测负压 微压 低压 中压和高压精度有0 5 1 0 1 5 2 5等 波纹管与膜盒 1999ARCUnitStudy 1 膜片按剖面形状分为平膜片和波纹膜片常用材料可与其他转换元件合用电容式压力传感器光纤式压力传感器力矩平衡式压力变送器2 波纹管优点 灵敏高 可测较低压力缺点 迟滞误差较大 精度一般只有1 5级 电子压力变送器 电子变送器将输入压力转换成为数字的或电信号 电子变送器有两个基本的部分 传感器 电子线路 装置 传感器把实际的位移转换成为电气性质的变化 例如 电容 电压 电感或磁阻 变送器的电子线路部分把传感器的输出信号改变成为一个标准的电子信号 在过程控制工业中最广泛采用的电子信号是 4 20mA 信号 电子传感器类型 用于电子压力变送器的若干类型的传感器列举如下 可变电容 压敏电阻 压电晶体 可变电感 可变磁阻 振动线 应变计 可变电容原理 可变电容电容是一种物质保持电荷的能力 电容器是由彼此对准中心但不接触的两个导电板组成的器件 两板之间的空间充满称为电介质的绝缘介质 在大多数压力变送器的可变电容传感器中 其电介质是油 有三个因素影响电容器的电容 电容器板的表面积 电介质的绝缘性质 板间的距离 可变电容结构图 压阻式压力传感器 压阻式压力传感器压阻元件是基于压阻效应工作的一种压力敏感元件 它指在半导体材料的基片上用基成电路工艺制成的扩散电阻 当它受外力作用时 其阻值由于电阻率的变化而改变 扩散电阻正常工作需依附弹性元件 常用的是单晶体硅膜片 优点 体积小 结构简单 能直接反映微小的压力变化 动态响应好缺点 敏感元件易受温度的影响 从而影响压阻系数的大小 压电式压力传感器 压电式压力传感器压电效应原理 压电材料受压时会在其表面产生电荷 其电荷量与所受的压力成正比 压电材料 单晶体 多晶体特点 结构简单 紧凑 小巧轻便 工作可靠 线性度好 频率响应高 量程范围广 一 压力检测仪表的选择1 仪表量程的选择被测压力较稳定 最大工作压力不应超过仪表满量程的3 4被测压力波动较大或测脉动压力 最大工作压力不应超过仪表满量程的2 3为保证测量准确度 最小工作压力不应低于满量程的1 3优先满足最大工作压力条件 压力检测仪表的选择与校验 2 仪表精度的选择压力检测仪表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定 即要求实际被测压力允许的最大绝对误差应小于仪表的基本误差 3 仪表类型的选择从被测介质压力大小来考虑被测介质的性质对仪表输出信号的要求使用的环境 压力仪表的校验 校验就是将被校验压力表和标准压力表通以相同压力 比较它们的指示数值 如果被校表对于标准表的读数误差 不大于被校表规定的最大准许绝对误差时 则认为被校表合格 常用的校验仪器是活塞式压力计 它由压力发生部分和测量部分组成 它的精度等级有0 02 0 05和0 2级 可用来校准0 25级精密压力表 也可校准各种工业用压力表 被校压力的最高值为60MPa 压力发生部分 测量部分 压力表的安装 1 取压口的选择在管道或烟道上取压测量流动介质的压力测量液体介质的管道上取压 2 导压管的铺设导压管是传递压力 压差信号的 导压管的铺设 3 压力 压差计的安装 压力 压差计的安装 19691980199019962001 罗斯蒙特压力变送器 四十年行业领袖 3051 经典的电容传感测量原理标准组件化结构双隔离室的外壳五百万台以上销售业绩 1151 共平面法兰平台 游离式 的传感器结构ASIC表面安装技术一体化的全面测量解决方案三百万台以上销售业绩 3095 多变量DP P与T测量动态补偿的质量流量测量 工业首创技术 共平面 电容传感器 多变量 差压质量流量 智能低功耗 一体化的阀组 5年稳定性 总体性能 基于变送器的控制 双隔离室标准组件化的组装 3051S 规模可变设计平台2倍的性能改善2倍的稳定性提高一体化的全面测量解决方案 新型2051全系列产品 扩展协议HART现场总线低功率无线 FY09第3季 技术要求精度 0 075 量程比 100 1稳定性 2年选项P8 0 065 精度和5年稳定性 所有压力产品供应拓宽产品供应范围差压 DP 表压 GP 绝压 AP 通用系列产品单一型号共平面型 2051C直接安装型 2051T液位测量型 2051L 提高易于使用性增强电子设备描述语言 EDDL 外部零点 量程调整 选项D4 2051C T L系列产品 3051系列共平面 直接安装设计 0 065 精度 0 04 可选项 5年稳定性100msec响应时间100 1量程比 3051C T 今日全球最畅销的压力变送器 主要特征工业领先的性能总体性能长期稳定性动态响应最好的可靠性提供FF和Profibus协议安装灵活超过3百万的安装量 SuperModuleTM 超级模块设计平台 3051S系列是以 SuperModuleTM 超级模块设计平台 差压液位系统介绍 法兰式过程连接螺纹式过程连接卫生型过程连接 持续引领压力测量技术发展的罗斯蒙特压力变送器 模拟 智能 工厂管控网 P I 性能 下一价值曲线 Competition 技术引领者 1151 2051 3051 3051S三代压力变送器产品整体性能的改善与提升巩固了罗斯蒙特的全球技术领导地位 客户价值CAPEX OPEX Quality Uptime 没有最好 只有更好 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide36 引言 温度是材料内部分子活动的一种度量 当分子活动的程度上升时 物质的温度便上升 热的与冷的是主观定性地描述分子活动方面上升的情况 对描述温度要求有更一致与更精确的方法导致发明了温度测量器件或传感器 传感器采用标准的 全世界承认的温标 许多类型的传感器可用于家庭与工业两者的应用场合 现今在用的三种温标是 华氏 摄氏 也叫百分度 绝对 开尔文温标与兰金温标 温度测量温标 要将温度由摄氏转换成华氏 则用以下公式 F 1 8 C 32 温度传感器 在工业环境中 高的过程温度 压力与振动需要有强固的温度传感器 同时也需要有快速的响应时间 精度与稳定性 虽然可利用若干类型的温度传感器 工业过程测量中最常用的两种是 电阻式温度检测器 RTD 热电偶 T Cs 共同的结构特点 热电阻 RTDs 与热电偶 T Cs 有若干共同的结构特点 图4 2 检测元件 传感器铠装 护套 引线 螺纹式转换接头 任选 图4 2温度传感器共同的特点 什么是热电阻传感器 RTD 什么是RTD ResistanceTemperatureDetector工作特性由金属的固有特性决定 通常为铂电阻 当金属上温度发生变化 与电流相对应的电阻发生变化 如果能够测量金属的电阻 就可以知道温度 铂的电阻随温度而变化 两种常用RTD测量元件类型 线绕测量元件 薄膜测量元件 RTD常用材料 制造RTD最常用的三种金属电阻是铂 铜与镍 铂铂热电阻元件是用于过程工业最常见的热电阻类型的元件 铂元件具有高的精度 高的重复性及温度每变化一度时高的电阻变化率 铜铜热电阻在其整个温度范围内是高度线性的 但精度有限 而且温度范围比铂电阻元件窄 镍镍热电阻元件温度每变化一度具有高的电阻变化值 但线性度差 精度有限 并且温度范围相对较窄 红 红 白 白 RTD热电阻传感器 2 3 和4 线RTD 4 线RTD 为什么使用2 3 或4 线RTD 2 线 成本最低 使用极少 因为引线电阻的误差很大3 线 成本 性能比适中 引线补偿良好 4 线 理论上最好的引线补偿方法 完全补偿 精度最高 成本最高 一般从传感器伸出的导线为铜导线 测量元件 如 线绕 薄膜 RTD分类级别 A级和B级 A级热电阻A级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值 0 15 C 0 002xT C 其中T是以 C为单位的工艺过程温度 A级热电阻要比B级热电阻贵 B级热电阻B级热电阻被定义为精确到IEC751标准理想值 0 3 C 0 005xT C 其中T是以 C为单位的工艺过程温度 虽然比A级热电阻精度差些 但对大多数工业应用是足够的 热电阻传感器如何转换温度 电阻转换成温度一旦确定了电阻的测量值 它就被转换成温度测量值 变送器用两个转换方法中的其中一个 电阻式温度检测器标准 例如IEC751标准 Callendar VanDusen 卡伦德 公式 RTD热电阻传感器 电阻变化具有重复性 什么是RTD ResistanceTemperatureDetector铂线电阻的变化近于理想曲线 IEC751 电阻 欧姆 温度 oC 电阻与温度国际通用关系图 IEC751 Page3 2 SensorsPDS V 1 IEC751 IEC751曲线 IEC751标准 已编程在我们的所有变送器中 描述了Pt100a385热电阻的理想的电阻与温度的关系 温度传感器及附件 热电阻校验 温度 oC 电阻 B级的公差 目标是找出实际热电阻曲线是什么样的 然后按照 实际 曲线重新对变送器编程 热电阻标定 找出传感器实际曲线 通过在某个指定温度范围或温度点对热电阻进行 特性化 可以找到热电阻的实际曲线 用户得到特定热电阻的电阻与温度关系图 温度槽 X9 一个温度 X8 多个温度 生成 的数据 标定的热电阻 X8选项 指定温度范围的特性化随传感器提供校验证书X9选项 温度点的特性化随传感器提供校验证书 X8 范围X9 点 一点和两点微调减少传感器互换性误差 一点微调 即以一个特性化点为基础 将理想曲线向上或向下平移 温度 oC 电阻 W 由电阻与温度关系图得到的数据 可用于减少传感器互换性误差利用一点或两点 微调传感器对变送器的关系 两点微调 即以两个特性化点为基础 将理想曲线向上或向下平移 并改变斜率 温度 oC 电阻 W 0 50 100 150 200 250 300 350 400 200 0 200 400 600 800 用户得到特定热电阻的电阻与温度关系图 X8 范围X9 点 一点微调与X9 或X8 一起使用 两点微调与X8一起使用 C V D 温度系数 确定真实的热电阻曲线 IEC751理想曲线 变送器中 被传感器的真实曲线所代替 温度 oC 电阻 W oC 0 099 9971 0100 382 0100 773 0101 16 用户得到特定热电阻的电阻与温度关系图 X8选项还为用户提供C V D 温度系数将这些系数输入变送器 可生成热电阻的真实曲线 Roadb 99 9970 0038451 610270 172491 另外 选X8 用户还可以得到C V D 温度系数 IEC751曲线 真实的热电阻曲线 根据C V D 温度系数 绘制热电阻的真实曲线 Rt Ro Roa t d 0 01t 1 0 01t b 0 01t 1 0 01t 3 Rt 在温度t oC 时的电阻Ro 传感器特性系数 t 0oC时的电阻 a 传感器特性系数d 传感器特性系数b 传感器特性系数 使用C V D 温度系数 消除传感器的互换性误差 IEC751曲线 温度 oC 电阻 W B级公差 变送器不使用IEC751标准曲线 C V D 温度系数用于下面的公式中 生成传感器的真实曲线 热电偶 引线接至一个仪表 电压表 上 该表测量出由两端的温差所产生的电势 DT 什么是热电偶 热端的结构 热端的结构热端可与传感器的铠装 护套 接地或不接地 对双元件热电偶 两个热电偶在一个铠装里 其元件可隔离或连接 不隔离 图4 16 每一个结构呈现优点与局限性 热电偶分度号常用 TypeJIron ConstantanWhite Red0to760oC最经济 TypeEChromel ConstantanPurple Red0to900oC敏感性最好 TypeKChromel AlumelYellow Red0to1150oC线性最好 TypeTCopper ConstantanBlue Red 180to371oC抗潮气腐蚀能力好 JKET JKET JKET 特殊热电偶 TypeBPt 6 Rh Pt 30 Rh38to1800oC TypeSPt 10 Rh Pt 50to1540oC TypeRPt 13 Rh Pt 50to1540oC 高温工业 实验室标准热电势输出低 不是很敏感 贵 电压的测量与塞贝克 温差电动势 效应 电压的测量与塞贝克 温差电动势 效应热电偶利用称之为塞贝克 温差电动势 效应来确定过程温度 根据塞贝克效应 在热电偶冷端测量的电压与热端和冷端之间的温度差成正比 若热端温度保持恒定 则冷端温度增加将减小电压 因为在热端与冷端之间的温度差在减小 当冷端与热端达到相同温度时 观察到的电压将为零伏 在冷端产生的电压信号的大小也取决于形成热电偶所用的金属种类 不同的金属或不同类型的热电偶 在相同温度下有不同的热电电压 热电偶分度号曲线 热电偶的类型是 E型 铬镍合金与康铜 J型 铁与康铜 K型 铬镍合金与铝镍合金 R型与S型 铂 Pt 与铑 Rh 在铂的百分数含量方面不同 T型 铜与康铜 热电偶补偿导线经常用来将热电偶连线到控制系统或至远程变送器 所有热电偶的引线的延长线必须使用相同类型的线 产生了另一个热端不好 冷端补偿和补偿导线 由于在冷端被测量的电压与热端和冷端之间的温度差成正比 因此在电压信号可转换成温度读数之前 必须知道冷端的温度 更好的精度和重复性RTD信号对噪声较不敏感更好的线性RTD可与变送器匹配 消除传感器互换性误差 冷端补偿误差是热电偶固有的 热电阻的引线电阻误差可以消除更好的稳定性热电偶的漂移不稳定 无法预计 热电阻的漂移可预计 热电偶不能重新标定更大的灵活性无需特殊的补偿导线无需关注冷端 温度 为什么使用热电阻 而不使用热电偶 为什么使用热电偶 而不使用热电阻 高温场合高于600oC测量元件成本更低当考虑温度点性能要求时 成本相同响应快与热套管和过程的响应时间相比 响应时间微乎其微比看到的更坚固坚固的结构 抗震动好 温度产品 热套管 什么是热套管 一个保护传感器的装置 以抗过程流量 压力 振动和腐蚀无需停车即可取出传感器响应时间减慢 最多5倍 为什么有不同类型材质 为了用于不同的腐蚀性环境中为了满足不同的温度和压力极限要求 温度产品 热套管 热套管损坏在某些条件下热套管会损坏流体在热套管周围流动形成涡流 即卡门旋涡涡流以某一特定频率从一侧变到另一侧 该特定频率与许多参数有关如果那个频率恰巧与热套管的固有频率相同热套管就会折断 防止热套管损坏了解下述要素 可确定条件是否适合 热套管型式热套管材料热套管尺寸流体流速过程压力流体比容过程温度热套管损坏计算 可在RCC用热套管强度计算程序完成 温度产品 热套管 热套管设计型式 比较表 Tapered锥型Stepped阶梯型Straight直型 过程压力 时间响应 涡流频率 价格 1 3 2 1 1 3 3 1 1 1 与流体 流体流速和热套管长度有关 阻力 2 1 2 级别 1 最好 Stepped阶梯型 Straight直型 Tapered锥型 热套管安装型式 螺纹式最常用易于拔出和安装焊接式不可拔出用于高流速 高温和高压流体用于要求无泄漏的场合法兰式用于腐蚀性环境用于高流速 高温场合 套管计算 减少过程背压 Flow FDrag Velocity Density Diameter Area Length ThermowellCalculations1 Calculatedragforcefromprocessflow 2 Calculatestressesinducedinthermowell 3 Comparestresseswiththermowellstrengthproperties fWake fNatural 套管强度计算 fWake fNatural Vortices WakeFrequency fWake EnergyAbsorbedByThermowell SideView TopView ResonanceCondition ThermowellCalculationsEnsurethat fNatural fWake 0 8 温度传感器信号的传输 为了使温度测量对控制 安全或监视目的有用 温度测量信号必须由测量点传输到工艺过程的DCS 温度信号以许多方法之一被传输到DCS 本章将要讨论的两个最通用的方法是 变送器 传感器以短距离接线至变送器 在此其信号被转换成数字的或4 20毫安的信号 该变送器向后连线 而转换了的信号被传输至DCS 直接接线 传感器的引线接至DCS的整个距离 在沿线路中没有发生信号转换 温度监测点常见的测量方式 1 方式1 传感器直接接线式 很小的一个毫伏信号 DCSorPLCI O 特殊的补偿导线 结点 专用热电偶卡 J K 或热电卡 接线盒 端子盘 柜 温度监测点常见的测量方式 2 方式2 单一传感器输入的监测点测量温度变送器 4 20mA or signal DCSorPLCI O 4 20mA HART orFOUNDATIONfieldbusCard 接线盒 端子盘 柜 铜导线 结点 抗电磁干扰能力测试 闪电 射频干扰信号 电磁干扰信号 DCSI O HART FF 4 20mA T C 热电偶直接接线式 单一传感器输入变送器 4 20mA 单一传感器输入变送器 HART 多通道输入变送器 现场总线 4 20mA mV 电容耦合噪声符合IEC标准 普通干扰环境 所有电缆均为屏蔽 双绞线在DCS侧接地 抗电磁干扰能力比较 C NoiseperIECStds LightIndustry Time 现场总线变送器 HART智能变送器 4 20mA变送器 热电偶直接接线式 在温度监测点测量时为什么使用温度变送器 可实现 采用变送器比传感器直接接线式具有更好的精度 总体性能变送器使用铜导线 更易于安装DCS和PLC使用标准的输入卡件 成本更低智能型温度变送器的诊断能力令现场维护更容易多参数温度变送器令总体安装成本更低实现更好的总体性能变送器的输出信号比传感器直接接线式的mV信号抗电磁干扰能力 EMI 更强4 20mAHARTFOUNDATIONfieldbus现场总线 1 50 C 1 0 C 0 50 C 总体系统误差 644H 经变送器 传感器匹配后 标准精度 未匹配 1 06 C 0 23oC 在温度监测点测量时为什么使用温度变送器 实现更好的总体性能 续 当使用热电阻测量时 通过变送器 传感器匹配功能 可消除传感器的互换性误差变送器按照传感器微调后 可大大减少传感器互换性误差可较少误差达75 罗斯蒙特温度测量产品 最好的温度测量传感器技术 罗斯蒙特公司优异的RTD热电阻传感器 防爆认证标定服务热电阻技术 专有的密封方法 O型环 传感器的与众不同 4 线 理论上最好的引线补偿方法 完全补偿 精度最高 双室外壳SuperiorEMI RFIHandlingElectronicIsolation Rosemount3144P 工业性能最高的变送器 工业的高性能AmbientTemperatureCompensation5yearstabilityratingTransmitter SensorMatching 高级硬件技术IntegralTransientProtectionFailureModeSwitch HART LCDDisplay SIS认证MeetsIndustrialStandardsMoreRigorousTesting 双传感器MeasurementRedundancyIncreasedSafetyHotBackup 高级诊断StatisticalProcessMonitoringSensorDriftAlert Rosemount644 世界上最受欢迎的变送器 IncreasedAccuracyAmbientTemperatureCompensationTransmitter SensorMatching MultipleProtocolsHARTFieldbus MultipleFieldHousingsSensorMountRemoteMount FormFactorDINAHeadMountRailMount CustomAlarm SaturationLevelsIncreasedSafetyC1OptionCode LCDSnapOnM5Option 248型智能温度变送器 利用开放的4 20mA HART 协议采用HART手操器或设备管理系统 AMS 接受多种输入信号2 3 4 wireRTDs 热电偶 mV Ohm为工业过程监测提供优异性能精度 0 2 C或0 1 的量程 1年稳定性 0 2 Cor0 1 的量程 取最大者IndustrialEMI RFICompliance 满足NAMURNE21建议标准Input OutputIsolation Testedto500VACrms 707VDC 50 60Hz工业标准DINFormB尺寸自定义报警和饱和值两点调整取得ATEX FM CSA SAA CEPEL JIS认证满足NAMURNE43标准 数字温变的故障信息 满足NAMURNE89标准 数字温变测量温度的规定 Rosemount648 无线温度变送器 VarietyofSensorInputs万能传感器输入2 3 and4 wireRTD T C ohm andmillivolt Transmitter SensorMatching一体化匹配Provideshighestaccuracyandrepeatabilitybyeliminatingsensorinterchangeabilityerror BestAmbientTemperatureCompensation最好的环境温度补偿Reducesmeasurementerrorinharshapplications especiallywidefluctuationsofambient LCDDisplayLCD显示Localprocessanddiagnosticindication Dual compartmentHousing双室结构外壳Improvesmeasurementreliabilityinhighhumidity corrosive andEMI RFIenvironments BestinClassSecurity最好安全性ProtectingyourData 99 DataReliability 99 的数据可靠性ProvidingaccesstoDatawhenyouneedit SmartPowerTMManagement特殊电源管理8yearpowermodulelifetime replaceableinI S environmenttosimplifymaintenance 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide82 贸易交接完善产品指示效率控制过程变量安全 为什么要测量流量 流量公式 流量公式是用来计算通过管道流体流量的数学关系式 流量公式由相互关系的三个变量组成 流体性质 环境条件 管道几何尺寸与条件下列流体性质经常用于过程工业 既是作为流量公式中的变量又分别用来评价与预测过程效率与安全 密度 比重 粘度 流体类型 流量分布 流量性质 密度密度 一个最常用的度量之一 是每单位体积流体的质量 一般来说 密度与压力成正比 而与温度成反比 比重比重 G 是流体的密度对一种参考流体的密度之比值 液体与气体比重的定义不同 液体的比重液体的比重是在流动条件下过程液体的密度对在基础条件 60 F 16 C 下水的密度之比值 气体的比重气体的比重是过程气体的分子量对空气分子量之比值 因为气体的分子量并不随压力或温度变化 故气体的比重保持恒定 粘度粘度可被认为是流体的厚度 粘度是流体倾向于抵抗剪切力或抵抗流动的一个度量流体密度愈高 则剪切流体需要的力就愈大 流体流动的速率也愈慢用来表示粘度的典型单位是泊 cm g sec 厘米 克 秒 与厘泊 cp 流体类型可测量各种各样过程流体类型的流量 流体经常包含可影响流量计功能或测量精度的悬浮固体或其它颗粒物质 清洁流体 没有固体颗粒的流体 如水 含杂质的流体 含固体颗粒的流体 如泥沙水 浆料 含悬浮精细固体颗粒 能通过管道自由流动的液体 如纸浆与纸料 流体类型 流速分布图 流速 或叫速度 分布图说明流体通过管道流动时运行状态的特征 例如平稳或湍流 对称或不对称 流体在它抵达其终点前 可能会改变其流速分布图若干次 通常 在时间的给定点上 流体将有其中一个下列流速分布图 层流 湍流 过渡状态 流量性质 雷诺数影响流体流动最重要因素的作用效果可组合起来 并以无量纲数字值叫做雷诺数 RD 来表示 雷诺数可被认为是流量流束中的惯性力与粘性力之比值 雷诺数的基本公式为 其中 流体密度V 流体速度D 管道内直径 流体粘度由于雷诺数表示流量流束的特征 当确定一个特定流量计是否适合于某个应用场合时 该数很有用 雷诺数在预测流速分布图时尤其有用 层流 RD4 000 流量计技术规格 在选择流量计时 必须考虑流量计的技术规格 精度精度是一个给定的测量符合被测数量真实值的程度 可调范围 大小量程比 可调范围或大小量程比是流量计能维持测量精度前提下最大与最小值流量大小之比 例如 若一个流量计将从100标米立方 时 Nm3 hr 测量10 1量程比的流量 则该流量计可精确地测量10 100Nm3 hr大小的流量重复性重复性是流量计每次测量某个流量时提供同一个测量值的能力 高度重复性并不确保精度 取决于应用场合 流量计的重复性可能比精度更重要 例如 在一个流量控制回路中 若一个流量计给出一个稳定的重复性的读数 则该测量的真实精度未必重要 流量计的分类 流量计分成四类 差压流量计 速度流量计 质量流量计 排气 液式流量计 也叫容积式流量计 当要为一个具体应用场合决定采用哪一种流量计时 流量计属于哪一类的问题很重要 差压流量计类型 一些常用的流量计是 孔板 皮托管 流量喷嘴 文丘里管 楔形流量元件 V形锥体 转子流量计 孔板是一个放置在流体流量通路中具有锐边开孔 锐孔 的薄圆片 当流体通过孔板时 流体的速度增加 而压力减少 这就产生了压力降 通过测量孔板前高压取压嘴的压力及孔板后低压取压嘴的压力 可确定该压力降的数值 压力降一般用差压或多变量变送器测量 孔板流量计 阿牛巴流量计 阿牛巴 Annubars 其设计型式是在整个管线的直径范围内包含若干测量孔 阿牛巴孔的设计要比常规皮托管产生更为精确得多的流量测量值 1999ARCUnitStudy 楔形流量元件插入过程管道以便在管道内壁上形成一个楔形障碍物 当流体流过该障碍物时 便产生一个差压 楔形元件流量计通常与远程密封件 膜盒 测量压力差的仪表一起使用 图1 楔形流量计 文丘里管由三个主要部分组成 渐缩入口锥形管 该渐缩入口锥形管逐渐减少其管直径 并产生压力降 一个高压取压嘴定位于该入口锥形管的起始点 喉部管段 入口锥形管在喉部结束 低压取压嘴定位于此处 在喉部流体速度既不增加也不减少 渐扩出口锥形管 出口锥形管的横截面积增加 这使流体能够恢复到非常靠近它的原来压力 出口锥形管也消除气穴 并使摩擦损失最小 文丘里管流量计 转子流量计 转子流量计 也称为可变面积流量计 是个必须垂直安装的锥形的玻璃 塑料或金属管在管内的浮子 转子 为响应流体流量大小而上升 因为流量计的管子是成圆锥形的 故在管底部 或狭小端的压力高于管顶部压力 浮子停留在浮子上 下表面之间的差压与浮子的重量相平衡的地方 流量可由刻在透明管子上的刻度直接读取 或用电子技术检测 ROSEMOUNT差压流量仪表汇总 3095MV流量变送器 3051S变送器 3051C变送器 485 T阿牛巴 405 P一体化孔板 1195一体化孔板 1495孔板 差压流量 完全的流量解决方案 305SFA一体化阿牛巴体积流量计3095MFA一体化阿牛巴质量流量计3051SFC一体化孔板体积流量计3051MFC一体化孔板质量流量计3051SFP一体化内藏孔板体积流量计3095MFP一体化内藏孔板质量流量计149514961497工程组件解决方案 涡街流量计 基于冯卡门效应流体交替地在旋涡发生体两侧分离产生旋涡后在旋涡发生体后端形成了一个交替的压力差交替的旋涡频率和流体的流速成线性关系 旋涡 流体 罗斯蒙特涡街流量计的工作原理交替的压力差使发生体的一部分产生振动振动由位于外部的压电传感器检测压电传感器把检测到的交替压力差信号转换成电脉冲信号电脉冲信号的频率就是旋涡的频率电脉冲信号被传输到电子部件进行处理 8800涡街流量计 罗斯蒙特 由上式可见 体积流量V与感应电动势E和测量管内径D成线性关系 与磁场的磁感应强度B成反比 与其它物理参数无关 这就是电磁流量计的测量原理 E kBDV 电磁流量计 8700电磁流量计 F M A牛顿第二定律 质量流量计 质量流量计 高准全系列质量流量计 工作原理 恒功率 热值流量计 GF90 92插入和在线式 FCI热扩散式质量流量计 ST98LEexd在线式 ST98Eexd插入式 ST98IP66型 超声波流量计 超声波流量计通过测量声音穿过沿管道流动的流体的速度来确定流量 来自压电转换器的脉冲声波以声速穿过流动的流体传播 并提供此流体有关速度的指示 目前采用两个不同的方法测量此速度 传播时间 多普勒效应 超声波流量计两种原理 基于传播时间的超声波流量计基于传播时间的超声波流量计的工作原理是 当把超声波顺着流量的方向发射时 超声波的速度将增加 而当顶着流量方向发射时 超声波的速度将减少 其时间差与流量成正比 基于多普勒效应的超声波流量计多普勒效应指的是声波频率的变化 根据流体的速度 该频率增加或减少 超声波流量计典型安装示意图 流量的测量 气体场合 气体流量 转子流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计 孔板流量计 质量流量计 热值流量计 克罗尼 罗斯蒙特E H横河 罗斯蒙特国产 罗斯蒙特 罗斯蒙特E H FCI 转子流量计 孔板流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计 质量流量计 请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求 价值曲线 流量的测量 液体场合 液体流量 转子流量计 涡街流量计 阿牛巴流量计 孔板流量计 质量流量计 电磁流量计 克罗尼 罗斯蒙特E H横河 罗斯蒙特国产 罗斯蒙特 罗斯蒙特E H 罗斯蒙特科隆横河 转子流量计 孔板流量计涡街流量计 超声波流量计 阿牛巴流量计电磁流量计 质量流量计 请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求 超声波流量计 GE 价值曲线 流量的测量 蒸汽场合 蒸汽流量 涡街流量计 阿牛巴流量计 孔板喷嘴流量计 罗斯蒙特国产 罗斯蒙特 孔板流量计 阿牛巴流量计 请根据用户需求选择合适流量计满足技术要求 涡街流量计 价值曲线 罗斯蒙特E H横河 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide113 液位测量 液位测量是确定基准点 通常是储存容器的基准面 与液体表面或固料顶部之间的线性垂直距离 准确控制在罐里 反应器或其它容器里的液位或干性物料料位在许多过程应用场合中很重要 为达到优良控制 精确测量是必不可少的环节 液位四个术语 液位测量一般以英尺或米来表示 液位也可以满量程百分数或被测量程间距的百分数给出 有些时候测量液位是为了它自己的原因 例如 若该测量的目标是要防止溢出 更为经常的是 测量液位是要得到被储存产品物料的其它某种性质 可由液位测量确定的产品物料的性质 或可确定液位测量的产品物料性质 是 界面 位 密度 质量 体积 界面 界面界面是具有不同密度 例如油与水 的两种非互溶 不能混合 液体之间的界线 界面测量得到储存在同一个罐里且各有不同密度的两种液体之间的界线 例如 当油与水占据同一个罐时 油就漂浮在水顶上 这两种液体之间的界面是水的上部液位与油的下部液位 图2 4界面 密度和比重 密度密度是每单位体积的物质的质量 密度经常以每立方厘米的克数 g cm 或每立方英尺的磅数 lb ft 来表示 比重经常用来描述一种物质密度与水的密度之比 比重比重是一种物质的密度与水的密度之比值 水在39 2 F 4 C 时的密度是1g cm 甘油 一种在肥皂里经常见到的化合物 其密度是78 66lb ft 因此 甘油的比重是1 26 78 66 62 43 质量 质量 一个物体包含的物质的量 经常含糊其词地表示为重量 质量典型地以公斤 克 吨或磅来表示 质量不受温度的影响 因而在50 F 10 C 温度下60磅的油在86 F 30 C 下仍然是60磅 然而 由于膨胀 油的总体积可能变化 若已知密度 则通过首先得到体积 见第10页体积 而后用下列公式可从液位测量值得到质量 质量 密度 体积体积体积是由一定量的物质所占据的空间 体积典型地以加仑 立升 立方厘米 立方英尺或桶表示 体积是最普遍地从液位推导得到的测量值 体积通常是由首先测量罐里的过程液位确定的 然后基于储罐的几何形状计算出过程的体积 图2 4界面 罐类型 垂直圆柱形 水平圆柱形 球形 垂直弹头形 垂直弹头形 盘形端面储罐 水平弹头形 液位技术的分类 为了将一般特性加以分类 液位测量设备可组成为下列四类 手动 机械式 电动机械式 电子接触式 电子非接触式 手动 机械式在手动 机械式这类里的测量设备没有电子输出信号 操作员用此设备得到容器内物料量的直观指示 在此类的液位测量设备的实例是观察玻璃液位计或杆状计量系统 这些测量设备是低成本的 但没有自动化 液位技术的分类 电动机械式在此电动机械式类里的测量设备是机械组合件 配备能产生用于控制的电子输出信号的若干运动的零部件 与手动 机械式测量设备不同 电动机械式测量设备构成可远程读数的自动化了的测量设备 具有运动零部件的测量设备往往有较高的维修要求 电动机械式测量设备暴露于黏性的 粘稠的或腐蚀性液体 就产生了这样一个工作环境 即测量设备的机械部分易发生结垢 运动零部件变脏 与腐蚀 这导致频繁的清洗或修理 属本类液位测量设备的一个例子便是浮筒 标 式液位计 液位技术的分类 电子接触式在电子接触式类里的测量设备没有运动零部件 虽然它们不能免除被测物料涂敷其上或腐蚀问题 但电子接触式测量设备往往更为坚固耐用 因而比电动机械式测量设备需要较少的维修 属本类液位测量设备的例子便是电容探头与基于压力的液位变送器 电子非接触式在电子非接触式类里的测量设备提供先进的液位测量技术并在任何时候无需接触产品物料 因为它们没有运动零部件及没有与产品物料直接接触 所以其维修量是最小的 电子非接触式测量设备比其它液位测量设备更易于安装 因为储存容器一般不需要被排空或被填满 属此类的液位测量设备的实例是雷达测量设备 显示所选择的液位测量设备的初始费用与性能之间的关系 初始费用与性能对比 费用与性能对比 费用对比维修 各种液位测量技术详细分类 电子接触式 多种液位测量技术 冒泡法 典型案例1 常压罐 选型产品 1 3051L单法兰液位变送器2 3100超声波液位计3 5400雷达液位计4 2100液位开关 现场条件 1 常温常压2介质 水 提供全面的产品 各种应用方案 最好的安装 先进的技术 罗斯蒙特3051差压液位产品 非接液的测量方式适用于腐蚀性和粘稠的液体宽广的操作范围 非常容易安装2 的螺纹安装丰富的法兰安装附件 3100超声波液位计 温度回路传感装置准确而且快速的温度补偿 经济的液位测量方案节省采购费用节省安装费用 通过LED显示和按钮实现轻松组态快速轻松组态在线线性计算 超声波基本原理 0 00 0 00872 秒 转换器内的压电晶体将电脉冲换换为声能 以声波的形式在转换器与液体之间传播 假设声波的速度保持不变 回波到达目标产品表面并返回所需的时间 传播时间 与其行进的距离成正比 双室结构 容易拆卸和安装 全方位旋转 直接微波发送和接受 Rosemount5401 6GHz Rosemount5402 26GHz 5400非接触雷达液位计 测量量程 30mts30mts测量精度 10mm 0 4 3mm 1 8 重复性 1mm 0 04 1mm 0 04 刷新时间 atleast1persecatleast1persec输出信号 4 20mA HARTorFF 过程温度 40 Cto 150 C过程压力 vacuumto10Barg安全认证 E1 I1 E5 I5 E6 I6 5400雷达技术特性 5401 6GHz 5402 26GHz availableJune 典型案例2 卧式罐 现场条件 1 带压容器2介质 油水 选型产品 1 3051双法兰液位计2 3300或5300导波雷达液位计3 浮筒液位计4 磁翻板液位计5 2120音叉开关 3300导波雷达液位计 双室结构 无需开罐更换雷达头 全方位旋转 可以任意切割合适长度 各种类型天线 回路供电 11 42VDC信号输出 4 20mA和数字HART测量精度 0 2inch 5mm重复性 0 04inch 1mm刷新时间 1persec测量量程 0 23 5m 导波雷达液位计 测量原理 TDR 时域反射 技术微波脉冲沿导波杆传播脉冲在到达不同介电常数的介质表面 液面 时 一部分能量将反射返回雷达头空高 液面上方 脉冲传播速度X消耗的时间 2 浮筒式液位变送器 MLT100 莫伯雷已将先进的微处理器控制的电子元件与久经验证的浮筒机构进行组合 从而研制出MLT100浮筒式液位变送器 4 20mA输出与液位 容量或界面成比例由二线制24Vdc回路供电从 60 C至 320 C的接液侧提供稳定输出节省占用空间直接安装或浮筒室安装具有所有SMART HART数字通信功能 将一台线性差动变压器 LVDT 安装在变送器外壳内压力管的外部 在压力管内的铁芯上升和下降时 LVDT的输出将按比例发生变动 将这种电压信号馈入微处理器控制的电子元件并转换成4 20mA输出信号 并叠加HART数字信号 液位沿整个浮筒长度移动时 铁芯移动的最大距离为15mm 读取系统可根据客户要求提供两种类型的读取系统 滑块型或活板型 还可提供其它多种选项 浮筒室也可称为主管 它由不锈钢或合成材料的管道组成 配备法兰 按标准 用于外侧安装 管道还可配备底部法兰装配件 该装配件配备排放旋塞用于排放和清洗 可提供多种其它连接类型 旋塞与排气 BSP或NPT 排气可按照客户的过程和应用而定 可提供许多其它类型的连接 铭牌制造商的铭牌 包括所有符合适用规范和标准的主要技术数据和技术规格 报警开关根据标准 采用不锈钢联接螺旋夹安装在浮筒室上 标准型或通过ATEX防燃认证 EExd 过程连接件可为过程储罐连接提供多种选项 4 20mA变送器Mc10004 20mA变送器 用于远程测量 可提供标准外壳或防燃型外壳 浮子配备360 磁体 随浮筒室内液体的变化而变动 根据要求 可提供各种材料 磁体类型和压力等级 选项或标准取决于类型和压力等级 磁翻板液位计 2120音叉开关技术和应用 3 泵控制系统 2 食品工业 1 限位报警 4 高报警 对于2100 自然谐振是通过压电晶体驱动压力弹性元件来实现的 因此 当叉被液体覆盖时 根据惯性定律 振动频率就发生变化 这个频率变化由电子电路所检测放大 从而进一步触发报警开关量输出 2100的自然谐振频率大约为1300Hz 短叉技术 压电晶体元件 卧式罐产品应用案例 3300导波雷达 浮筒液位计 双法兰液位计 玻璃板液位计 磁翻板液位计 典型案例3 柱状罐 现场条件 1 带压容器2介质 化工产品 选型产品 1 3051双法兰液位计2 3300或5300导波雷达液位计3 5400雷达液位计4 2120音叉开关5 磁翻板液位计 典型案例4 立式储罐 现场条件 1 常温常压容器2介质 油 选型产品 1 33005300导波雷达液位计2 5600RTG40雷达液位计 FMCW方式 高精度的原理 FrequencyModulatedContinuousWave 调频连续波 AlogicandfastmethodPULSE 脉冲 无法达到高精度 由于其测量的是微波脉冲从雷达发射出后达到液体表面并返回的时间 在1个10米高的罐内该时间仅仅为0 000000033s d Timet f d 10 3 9 7 t0 f Frequencyf GHz 抛物面天线 导波管专用阵列天线 锥形天线 20 440mm 8 DN200 5 6 8 10 and12 pipe PRO40B存库监管级雷达产品系列 同一个PRO雷达头可与不同天线类型灵活互换 降低备件成本 RTG40雷达在油田的应用 典型案例4 球罐 现场条件 1 带压容器2介质 LPGLNGC2C3 选型产品 1 3051双法兰液位计2 5300导波雷达液位计3 REX3960雷达液位计 LPG LNG雷达 RTG3960 适用于压力容器4 or100mm导波管可选一体化的压力传感器可选配安全球阀可在正常操作条件下验证测量精度 利用参考钢针 贸易交接计量级精度无需维护只有锥形天线部分伸入罐内 典型案例5 固体料仓 现场条件 1 常温常压2介质 固体粉料 选型产品 1 5600雷达料位计2 5300导波雷达料位计3 UWT重锤料位计4 阻旋或音叉开关 Rosemount5600系列雷达物位计 具有针对于过程控制而开发运用的最优化信号处理软件具有高度的灵敏度 适合广泛的过程控制应用测量范围0 100米内的测量精度 5mm拥有可选项 FF现场总线或HART输出信号多种材质选择多种天线形式选择超宽的供电电源范围 24to240VAC DC可选的压力温度宽适用范围RadarMaster调试软件包确保简洁的组态 坚固的模块化设计 允许不开罐分离雷达头 可任意旋转的雷达头外壳 全范围可配的雷达天线类型 超宽供电电源范围 独特的 薄板夹紧 固定安装方式允许适合任意的法兰 双室结构的接线盒 PowersPlantWeb带有高级诊断信息扩展FF总线能力 RosemountRadarMasterandEnhancedEDDLEDDL简单快速安装调试和故障处理 ProbeEndProjection低介电常数大量程最好有效性 AdvancedTiming 3mm测量精度 DirectSwitchTechnology DST技术提高能力和可靠性 SmartGalvanicInterface智能电接口RobustEMC性能增机安全性 5300 主要技术特点 Uniquefeature Uniquefeature UWT产品 重锤液位计 SLS3000缆式测量范围0 30米 SLS3000带式测量范围0 25米 SLB300带式测量范围0 70米 监控各种物料 例如 谷物 奶粉 水泥 石灰 加工原料 洗涤剂 塑料颗粒等更多 在各类工业中监控测量固体粉料物位也能测量界面 缆式 UWT产品 阻旋开关 监控各种物料 例如 谷物 奶粉 水泥 石灰 加工原料 洗涤剂 塑料颗粒等更多 在各类工业中监控测量固体粉料物位也能测量界面 多种液位测量技术 关键在于你的选择 冒泡法 RosemountRadarGauge VALUE 5400 3300 5300 Pro ProITG REX 5600 Pending 仪表基础知识培训议程 1 压力知识培训2 温度知识培训3 流量知识培训4 液位知识培训5 控制理论知识培训 EmersonProcessManagementOverviewDate 20 Apr 01 Slide155 过程过程正如在过程控制与过程工业术语中所用的 是指改变或精炼原料形成最终产品的方法 在这个过程期间通过或者仍处于液体 气体或浆料 固体与液体的混合 状态的原料被传送 测量 混合 加热或冷却 过虑 储存 或以某种其它方法加工以生产最终产品 过程工业包括化学工业 石油与天然气工业 食品与饮料加工业 制药业 水处理工业与电力工业 过程控制过程控制是指当制造一种产品时用来控制过程变量的方法 例如 一些因素像一个成分对另外一个成分的比例 原料的温度 成分混合的程度以及原料保持的压力可对最终产品的质量有重大的影响 制造厂商控制生产过程有三个原因 减少偏离度 提高效率 确保安全 过程控制的重要性 控制回路 三个作业在过程控制工业中的控制回路都以同样的方法运作 要求发生三个作业 测量 比较 调整 过程控制术语 过程变量过程变量是以某种方式能改变制造过程的过程流体 液体或气体 的一个条件 在你坐在火旁的例子里 过程变量是温度 在图7 1储罐的例子中 过程变量是液位 常见的过程变量包括 压力 流量 液位 温度 密度