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文档简介

,压力检测方法与仪表,常见压力传感器外形,压力的基本概念,垂直而均匀地作用在单位面积上的力,压力(Pa) 均匀垂直作用力(N) 受力面积(m2),单位: 牛顿/米2(N/m2),简称“帕”,用符号“Pa”,压力的几种表示形式,被测压力通常可表示为绝对压力、表压、 负压(或真空度),压力检测方法,液柱式测压法 弹性式变形法 液柱式测压法 电气式力法 活塞式压力法,压力检测方法及仪表,液柱测压法,根据流体静力学原理,将被测压力转换成 液柱高度进行测量。,常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、 斜管压力表和活塞式压力表等。,弹性变形法,将被测压力转换成弹性元件变形的位移,弹性元件结构和特点,弹簧管压力计,弹簧管压力表,3.膜片与膜盒(说明),DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,DDZ-型力矩平衡式差压变送器,DDZ-型 力矩平衡式差压变送器,电容式测压原理,采用变电容原理,利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量,然后通过测量电容量C便可以知道被测压力的大小,从而实现压力-电容转换的。,弹性元件,2.3.3 电容式差压变送器(特点、构成),1. 检测部件(图241),作用:将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值,2.3.3 电容式差压变送器(特点、构成),(1) 电容/电流转换与差压/电流转换,2.3.4 智能式差压变送器(1151),1151的特点,1)精度高(5)、稳定、可靠;,2)具有补偿功能,3)具有数字、模拟输出方式;,4)具有多种其他功能。,2.硬件构成及其功能,1) 传感器部分:,将差压02.5V;供电电压:5V,工作电流:0.8mA.,2) A/D转换:带有前置放大,16位,具有自校准功能。,3)CPU:AT89S8252与MCS51兼容; 8KB F ROM、2KB EPROM、256B RAM、32 I/O口线、2个DPTR、三个16位定时/计数器、一个全双工串行口及可编程看门狗、振荡器与时钟电路等,4)HART通信部分:二进制数字信号与FSK信号之间的转换,压力测量仪表的选用,压力检测方法及仪表,仪表种类和型号的选择 工艺要求 现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警 介质性质 温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 现场环境 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性,仪表量程的确定 被测压力较稳定的情况,最大压力值应不超过满量程的3/4; 被测压力波动较大的情况,最大压力值应不超过满量程的2/3 被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3,仪表精度等级的选择,压力计的安装,安装事项: 取压位置:由工艺条件确定; 尽量避免涡流影响; 避免流速影响; 避免导压管产生压差。 隔离: 温度隔离:采用铜管散热; 腐蚀性隔离:采用隔离箱(凝液管); 脏污隔离:采用空气包。,有一台空压机的缓冲罐,其工作压力变化范围为13.516 MPa ,工艺要求最大测量误差为0.8 MPa,并可就地观察及高低限报警。试选一合适的压力表(包括测量范围、精度等级)。,例题,解,空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力,根据就地观察及能进行高低报警的要求,可选用YX-150型电接点压力表,测量范围为0 40MPa。,检验量程下限,被测压力的最小值不低于满量程的1/3,符合要求。,仪表量程选择,最大引用误差,所以选择测量范围为0 40 Mpa,精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。,流量检测方法及仪表,流量测量技术和仪表的应用领域,工业生产过程,能源计量,一次能源(煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气),二次能源(电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽)及含能工质(压缩空气、氧、氮、氢、水)等,交通运输,环保工程,空气污染(烟废气排放 )、水污染,管道输送,流量检测的基本概念,瞬时流量单位时间内流体通过一定截面积的数量。 体积流量用流体的体积来表示(qv),单位为m3/h。 质量流量用流量的质量来表示(qm),单位为kg/h。,累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值,累积体积流量,流量计量对在一定通道内流动流体的流量进行测量。,累积质量流量,流量测量的任务: 根据测量目的,被测流体的种类、状态、测量场所等条件,研究各种相应的测量方法,并保证流量值的正确传递。,流量检测方法及仪表,流量检测方法及仪表,应用容积法检测流量(腰轮流量计) 应用动、静压能转换原理检测流量(差压式流量计) 应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计) 应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计) 应用超声波检测流量(超声波流量计),2.4.2 典型流量检测仪表,1. 容积式流量计:标准“计量空间”、进出口压差,椭圆齿轮流量计(图246) :,2.4.2 典型流量检测仪表,2. 速度式流量计,(1)节流式(差压式)流量计:,孔板、挡板、文丘里管孔板,节流元件附近流速和压力分布情况,检测原理,当流体流经管道内的节流件时,流速将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后便产生了压差。 流体流量愈大,产生的压差愈大,这样可依据压差来衡量流量的大小。 基础:流体连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)。 压差影响因素: 流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质(密度、粘度),流量基本方程式,根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程,可以推导出流量与压差之间的流量方程式,即 体积流量,质量流量,式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差,流量与压力差的平方根成正比,差压式流量计,测量对象:流体方面,单相、混相、洁净、脏污; 工作状态:常压、高压、真空、常温、高温、低温; 管径方面:从几毫米到几米; 流动条件:亚音速流、临界流、脉动流,历史悠久、技术成熟、应用最广泛。,节流式特点: 结构简单、使用寿命长,适应能力强, 几乎能测量各种工况下的流量。,差压式流量计,孔板,引压管,差压计,差压计三阀组的安装示意图如图 所示,它包 括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时, 防止差压计单向受到很大的静压力,使仪表产 生附加误差,甚至损坏。为此,必须正确地使 用三阀组。 具体步骤是:,差压计三阀组的安装示意图如图 所示, 它包括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时,防止差压计单向受到很大的静压力,使仪表产生附加误差,甚至损坏。为此,必须正确地使用三阀组。 具体步骤是: 先开平衡阀 3 ,使正负压室连通;然后再依次逐渐打开压侧的切断阀 1 和负压侧的切断阀 2 ,使差压计的正负压室承受同样的压力;最后再渐渐地关闭平衡阀 3 ,差压计即投人运行。 当差压计需要停用时,应先打开平衡阀 3 ,然后再关闭切断阀 1 和 2 。,电动单元组合仪表(简称为DDZ仪表),差压(压力)变送器,主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、液位等过程参量,并将其转换成统一的标准信号。,差压变送器 力平衡式变送器,位移平衡式变送器,气动单元组合仪表(简称为QDZ仪表),DDZ-型仪表为010mADC,DDZ-型仪表为420mADC,20100KPa,(2)涡街流量计(图248),灵巧型涡街流量变送器(图249),3.直接式质量流量计(科氏流量计)(图250),实验图示说明:a) 水静止、管摆动;b) 、c) 水流动、管摆动,出水侧的摆动先于入水侧;出水侧摆动的相位超前入水侧;相位差质量流量,双弯管型(图251):水按箭头流入、流出;A、B、C三处各按一组压电换能器:A处加交变电压,B、C检测振动幅度相位差420mA 质量流量,物位检测方法与仪表,物位检测方法及仪表,物位-指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称,液位容器中的液体介质的高低 料位容器中固体或颗粒状物质的堆积高度,物位检测的作用 确定容器中的贮料数量,以保证连续生产的需要或进行经济核算; 为了监视或控制容器的物位,使它保持在规定的范围内; 对它的上下极限位置进行报警,以保证生产安全、正常进行。,物位的基本概念,2.5 物位的检测与变送(液位、料位、界位),2.5.1 物位检测的主要方法,静压式测量法 压力式:敞口容器; 差压式:闭口容器,电气式测量法 物位变化 电气参数:电阻、电容、磁场等变化 与电容式差压变送器配合标准信号。,3. 声学式测量法;4. 射线式测量法。,2.5 物位的检测与变送(液位、料位、界位),2.5.2 典型物位检测仪表,1. 差压式液位计:取压口与底部同一水平线(图252);,取压口低于容器底部(图253),正迁移,取压口装有隔离罐(图254),(负迁移),2. 电容式液位计,原理:介电常数不同电容变化物位,3. 超声波液位计,换能器原理(压电效应):交变电场作用下,压电晶体将电能转换成振动称逆压电效应;将振动声波转换成交变电场称正压电效应; 发射器和接收器,电子装置:产生交变电信号、处理电信号,4.辐射式物位计 原理:射线强度随介质厚度的增加而衰减,3.6 控制系统传感与变送,典型的检测变送器,1. 检测变送器的一般结构 一般包含一个传感器及一个激励元件(转换器)。,2. 检测(传感与变送)仪表分类 (1) 按仪表使用的能源分类:电动仪表、气动仪表。 (2) 按信号的处理过程分类:检测表、显示表、控制表、执行器。 (3) 按仪表的组成形式分类:基地式仪表、单元组合仪表。 (4) 按被测量的参数分类:温度表、流量表、压力表、物位表。 (5) 按具体显示形式分类:指针式仪表、数字式仪表、记录打印型仪表。,检测变送器,3. 检测变送器的作用 把工艺生产过程的变量(流量、压力、温度、液位和成分等)及检测、转换单元转换成标准的电或气信号。 变送器输出是被控变量的测量值,它被送到显示和控制装置,用于显示和控制。 4. 检测变送器的基本要求 正确性:正确反映被控变量,误差小。 快速性:及时反映被控变量的变化。 可靠性:长期稳定运行。,5. 检测变送器的选用原则 在环境工况条件下应能长期稳定运行。 仪表精度和量程的选择: 选用仪表的精度要合适:应符合工艺检测要求。 仪表测量误差:仪表本身误差、环境工况引入的误差和动态误差。 量程选择:量程的改变会引起最大读书误差变化和增益的变化。 被测对象或介质的特性。如,气、液、固,腐蚀性等。 检测采用的形式要求。如,侵入或非侵入 被测信号的性质及频率范围。 仪表的构造材料,安装结构; 对环境、安全的保证; 成本等。,检测变送器,检测变送器,6. 检测变送器的基本问题 检测零点与量程,工程单位转换,检测变送器,非线性 (用分段直线近似),标度误差,死区,灵敏度阈值(斜率不能改变),重复性与滞环误差,测量/传送滞后 如: 温度传感器:具有大纯滞后特性,应使 尽可能得小(热电偶的位置和材料)。 气动传输线:通常在实验测量时有纯时间滞后,(电信号没有时间滞后);在目前没有电传输应用广泛。,检测变送器,检测变送器,对检测滞后时间Tm的考虑: 作为广义对象的组成部分,应与被控过程时间Tp和执

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