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仪表基础知识培训 崔建军 2010.12 什么是化工自动化？什么是化工自动化？ 化工自动化就是利用一些先进的技术和设备 来实现化工生产自动化运行。它包括自动检 测、自动控制、自动操纵、和自动保护。 自动检测自动检测 利用检测仪表进行利用检测仪表进行 工艺参数的测量、工艺参数的测量、 指示、记录和变送指示、记录和变送 称为自动检测称为自动检测 自动控制自动控制 生产过程中工艺参数不可能是一成不变的，生产过程中工艺参数不可能是一成不变的， 特别是连续的化工生产中，各个设备相互特别是连续的化工生产中，各个设备相互 关联，相互影响。当某一个设备工艺参数关联，相互影响。当某一个设备工艺参数 发生变化时，就会影响其他设备的参数变发生变化时，就会影响其他设备的参数变 化，这时单靠人为调整可能调不过来，这化，这时单靠人为调整可能调不过来，这 就需要一些设备自动及时的对这些参数进就需要一些设备自动及时的对这些参数进 行调整，以满足工艺生产的需要。行调整，以满足工艺生产的需要。 自动操纵自动操纵 自动操纵系统利用一些自动设备完成控制自动操纵系统利用一些自动设备完成控制 指令或按照一定的预设程序实现一些工指令或按照一定的预设程序实现一些工 艺参数的改变或对生产设备进行周期性艺参数的改变或对生产设备进行周期性 的操纵。例如某煤气发生炉，吹风、上的操纵。例如某煤气发生炉，吹风、上 吹、下吹制气、吹净等步骤，利用程序吹、下吹制气、吹净等步骤，利用程序 控制阀周期性的完成。控制阀周期性的完成。 自动保护及联锁自动保护及联锁 生产过程中生产指标不可能很稳定，难免生产过程中生产指标不可能很稳定，难免 会出现不正常的情况，特别是化工生产会出现不正常的情况，特别是化工生产 ，某些反应是很剧烈的，当某些参数超，某些反应是很剧烈的，当某些参数超 出控制范围时，就会发生事故造成人员出控制范围时，就会发生事故造成人员 、设备的伤害或损毁，给企业带来损失、设备的伤害或损毁，给企业带来损失 。如何避免损失这就需要利用一些先进。如何避免损失这就需要利用一些先进 的仪表设备和控制软件实现生产的自动的仪表设备和控制软件实现生产的自动 保护和联锁。保护和联锁。 自动控制系统的组成自动控制系统的组成 自动控制系统是从人工手动自动控制系统是从人工手动 控制产生发展而来的。控制产生发展而来的。 1.1.检测（玻璃管液位计）检测（玻璃管液位计） 2.2.运算思考。运算思考。 3.3.操纵阀门。操纵阀门。 自动控制系统的组成自动控制系统的组成 1.1.测量变送器测量变送器 2.2.控制器（智能调节器控制器（智能调节器 ，plcplc、dcs)dcs)。 3.3.执行器。执行器。 物位仪表简介及分类 1.基本定义： 物位仪表：物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开 容器中物料（固体或液位）的高度进行检测；如果是对物 料高度进行连续的检测，称为连续测量。如果只对物料高 度是否到达某一位置进行检测称为限位测量。完成这种测 量任务的仪表叫做物位计。 包括：料位计，液位计，界面计， 料位计：测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度或表 面位置的仪表称为料位计 。 液位计：量罐、塔和槽等容器内液体高度或液面位置的仪表 称为液位计，又称液面计。 界面计：测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面 位置的仪表称为相界面计。 l 2.测量方法： 物位测量仪表用来监测液体或固体料位，包括浆 料和颗粒状固体。其测量原理采用静态或动态测 量方法，例如超声波原理、电容原理、雷达波原 理或差压原理. l 3.分类： 物位测量仪表按所使用的物理原理可分为直读式 物位仪表、差压式物位仪表（包括压力式）、浮 力式物位仪表、电测式（电阻式，电容式与电感 式）物位仪表、超声式物位仪表、核辐射式物位 仪表、雷达式物位计等。 直读式液位测量仪表 l 分类：玻璃管和玻璃板。根据测量要求，有透光 式和反射式等型式。 l 原理：将指示液位用的玻璃管或特制的玻璃板接 于被测容器，根据连通管原理可根据玻璃管上或 玻璃板上的刻度读出液位的高度。 l 特点：直读式液位计结构简单、直观，但只能就 地读数，不能远传。与介质直接接触，所以应注 意材质要求和所能承受的压力温度。 图例： 浮力式物位仪表 l 1.分类： 浮球式 (包括浮球和浮标式）液位计，浮筒式液位计（界 位计）磁翻板式液位计 l 2.原理：利用液面上的浮子或沉浸在液体中浮筒（也称沉 筒）受到浮力作用而工作。这类仪表分为两种：一种是在 测量过程中浮力维持不变，如浮球液位计、浮标液位计， 工作时浮标随液面高低变化，通过杠杆或钢丝绳等机构将 浮标位移传递出去，再经电位器、数码盘等转换为模拟或 数字信号；另一种是在测量过程中浮力发生变化，如浮筒 式液位计，液位改变时浮筒在液体内浸没的程度不同，所 受的浮力也不同，将浮力的变化量转换成差动变压器铁芯 的位移，就可输出相应的电信号，供指示、记录、报警和 调节之用，也可远距离传送。 原理图： 特点： l浮球（标）式液位计适用于测量范围大， 易燃，有毒介质。 l浮筒式液位计测量范围有限，一般为 3002000毫米，适用于液面波动小，密度 稳定，洁净介质的液位和界位测量。不适 用高温，高粘度，易结垢，密度变化大的 场合。 l磁翻版液位计测量精度不高，适用于有腐 蚀，有毒介质的就地指示。 差压式物位仪表 l 分类： 压力式液位计，吹气法压力式液位计，差压式液 位计（界位计） l 原理：差压式仪表利用液体的静态压力测量液位 。液体底部压力与容器内的液面高度和液体表面 上的气压有关。如果测量敞口容器内液位，则可 用压力测量仪表或压力变送器间接测出液面高度 ；如果在有压力的密封容器内测量液位,则采用测 量压差的方法,消除液面上压力的影响，将容器底 部与差压变送器正压室相连，液面上的空间与负 压室相连，就可以测量出液面的高低 图例： 直读式液 特点： l用吹气法测液位需要气源和稳压装置，适 用于常压和开口容器，可测有腐蚀介质， 但精度取决于变送器精度和稳压装置性能 ，测量范围窄。 l对有腐蚀，粘稠介质可采用法兰式带毛细 管差压变送器。 l密度变化大的场合不适用。 电气式物位仪表 l 分类： 电阻式，磁致伸缩式， 电容式 l 原理：电阻式物位仪表 利用物位变化时引起电极电阻变 化的原理工作。物位变化引起电阻逐渐变化的，可用于连 续测量物位；只有当物位变化到接触电极时才引起电阻突 变的，可用来定点报警控制物位。电阻式物位仪表在工作 时电极接触被测介质（一般为导电液体），电极表面接触 状况改变（如出现污垢、生锈、腐蚀等现象）会引起表面 接触电阻变化，从而产生测量误差。使用时间越长，误差 就越大。因此，这种仪表虽然结构简单，但应用范围不广 ，主要用作液位定点报警和控制，很少用于连续测量。 图例： l 电容式物位仪表 物位变化时引起电极的电容量 变化，利用这个原理构成的电容式物位计可以测 量导电液和非导电液的液位、非导电颗粒状固体 的料位。两同轴相互绝缘的导电金属圆柱中间隔 以不导电的介质，就构成电容器，其电容量为式 中为介质介电系数，l为圆筒电极的高度, d和d 分别为外电极内径和内电极外径。物位变化引起 ，l，d/d变化，从而引起电容量变化。测出这 个变化值就可测出物位。根据这个道理,用各种不 同形状的电容测量头,可构成多种电容式物位仪表 。现代电容式物位仪表采用安全防爆、隔爆的措 施，应用范围已扩大到一些化工、石油、轻工部 门。电容式物位仪表是电测式物位仪表中应用最 广泛的一种。 磁致伸缩式 l利用物位变化时引起自感量、互感量或感 应电流等的变化来测定物位，常用的有感 应式高频液位计或谐振式液位计。也可用 带导磁材料的浮子与电磁感应线圈制成液 位信号报警器。采用电感式测量可实现完 全不接触测量。 图例： 特点： l电阻式结构简单，价格便宜适于高温高压 场合。 l磁致伸缩式精度高，分辨率高，适于洁净 介质。 l电容式适宜有腐蚀，有毒，导电或非导电 液位测量，对粘稠易结垢介质可选用带保 护极的测量电极。 超声式物位仪表 l 超声波在液体中传播有较好的方向性，遇到分界 面时能反射，因此通过测定超声波从发射出去到 反射回来的时间就能确定液面的高度。一般采用 电激励使压电换能器（常用的有锆钛酸铅、铌镁 酸铅、钛酸钡等压电换能器）发出声波，从液面 反射回来的声脉冲经压电换能器转换为电脉冲， 用计时电路测定超声波在液体中来回经过的时间 ，根据超声波在液体中的传播速度即可算出液面 高度。声波的接受和发射可用同一个换能器，也 可用两个换能器。超声式物位仪表根据声波传播 的介质不同分为液介式、气介式和固介式 特点： l不与介质接触，但不能在真空环境下使用 。 l如果液面上有气泡，声波反射量小，测量 失准。 l容器中支架，入口物料，搅拌器等会影响 测量。 l探头易结垢影响测量，应定期清洗。 l可测固液两种物料。 雷达式液位计 l 微波物位计和超声波物位计一样，也是基于回波 测距原理的物位测量方式。不同的是，它是一种 电磁波，在传播的过程不需要传输媒介的传递， 因此基本上不需要考虑挥发性气体和蒸汽、温度 、压力（真空）、甚至粉尘的影响。 微波和所有的电磁波一样在自由空间中是以 光速（300,000,000m/s）传播，电磁波到达目标 并经反射返回接收器这一来回所用的时间几乎是 瞬间的。 特点： l可测真空设备液位。 l可在恶劣环境工作，不受介质蒸汽和粉尘 的影响，但在发射头易产生水珠或结垢， 影响测量。 l可通过自身功能消除杂波影响。 l可用于液体和固体的测量。 图例： 核辐射物位仪表 l 核辐射液位计的原理是：放射源发出的射线， 穿过被测物料而被部分吸收后由探测器接收。当 物位改变时，由于被测物料的吸收剂量改变而使 探测器接受到的辐射强度改变，再转换为电信号 的变化，经放大后送给显示仪表连续显示物位。 核辐射物位仪表的特点是射线能穿透很厚的壁以 实现不接触测量，因而可用于高压、高温和有毒 的密封容器的液位或料位测量，且不受周围电磁 场、烟气和灰尘等影响，但使用时须注意保护 原理图： 特点： l核辐射能穿透较厚的钢板和其他固体，所 以这类仪表可进行不接触测量，对容器不 必开孔，能在强光、浓烟、高压、高温等 恶劣的工作条件下对高粘度、易爆、腐蚀 性强的介质进行液位测量，这是其他类型 的物位仪表不能与之相比的优点。但核辐 射影响人体健康，需要采取现场劳动防护 措施，这在一定程度上限制了核辐射物位 仪表的推广应用。 音叉开关： 流量单位与基本参数 l 什么是流量？有哪几种表示方法？互相之间的关系 是什么？ 流量是指单位时间内流过管道某一截面积的流体数 量。 流量分体积流量q和质量流量m m=qp q=m/p q=su u - 流速 m/s s 截面积 例题： l一根1595的管子，平均流速2.5m/s,求 流量？ 半径=（159-10) 2=74.5mm=0.0745m s=0.07450.07453.14=0.01745 q=su=0.017452.53600=156.9m3/h 层流、过渡流、紊流 l 当流体流动时，流线之间无质的交换，迹线有条 不紊叫层流。反之叫紊流，介于两者之间叫过渡 流。 l 雷诺数re 惯性力与粘性力的比值叫雷诺数。 re=lu/v=lup/n l- 有代表性的任意长度 u- 流速 v- 运动粘度 p 流体密度 n 动力粘度 雷诺数2300以下叫层流，40000以上叫紊流，两者 之间叫过渡流。 什么叫粘度？在流量测量中粘度为 什么重要？ l 流体流动时，由于流层彼此间的相互作用而形成 内摩擦，从而使流体显示出粘滞性，粘度便是衡 量流体粘滞性大小的物理量。 单位：泊 =100mp 粘度分动力粘度和运动粘度 动力粘度单位：pa.s 帕斯卡.秒 1 pa.s =10 运动粘度单位：斯（沱） st 厘斯cst 气体流量讨论 l例题： l在工作压力p=24.5mpa（绝压）和工作温 度t=60下氮气流量q=4m3/h，试求相应 标准状况下流量qn lqn=qp/pn pn已知 又z=ptnpn/pntp p=pnptn/pntz 所以qn可求出 流量计的分类：(按测量原理分) l 差压法 面积法 流体力学 应有流体振动的测量方法 体积流量 应有流体力矩的测量方法 容积法 椭圆齿轮 腰轮 双转子 电子法 电磁流量计 声学法 超声波流量计 热学法 热导式 热量式 光学法 激光测量式 差压式 麦纳斯效应 直接法 l质量流量 科里奥利力测量法 变送器与密度计组合 推导法 变送器与变送器组合 按流量计结构原理分类 l1容积式流量计 容积式流量计相当于一个标准容积的容器，它接 连不断地对流动介质进行度量。流量越大，度量 的次数越多，输出的频率越高。容积式流量计的 原理比较简单，适于测量高粘度、低雷诺数的流 体。根据回转体形状不同，目前生产的产品分： 适于测量液体流量的椭圆齿轮流量计、腰轮流量 计(罗茨流量计)、旋转活塞和刮板式流量计；适 于测量气体流量的伺服式容积流量计、皮膜式和 转简流量计等 容积式流量仪表的工作原理 l 流体通过流量计，就会在流量计进出口之间产生 一定的压力差流量计的转动部件(简称转子)在 这个压力差作用下特产生旋转，并将流体由入口 排向出口在这个过程中，流体一次次地充满流 量计的“计量空间”，然后又不断地被送往出口 在给定流量计条件下，该计量空间的体积是确定 的，只要测得转子的转动次数就可以得到通过 流量计的流体体积的累积值 图例: l2叶轮式流量计 叶轮式流量计的工作原理是将叶轮置于被测 流体中，受流体流动的冲击而旋转，以叶轮 旋转的快慢来反映流量的大小。典型的叶轮 式流量计是水表和涡轮流量计，其结构可以 是机械传动输出式或电脉冲输出式。一般机 械式传动输出的水表准确度较低，误差约2 ，但结构简单，造价低，国内已批量生产 ，并标准化、通用化和系列化。电脉冲信号 输出的涡轮流量计的准确度较高，一般误差 为02一05。 主要特点： l 高精度，对于液体一般为0.25%r0.5%r,而介质为气体，一般为 1%-1.5%r。 重复性好，短期重复性可达0.05%-0.2%,因此在贸易结算中是优先 选用的流量计。 输出脉冲频率信号，无零点漂移，抗干扰能力强。 范围度宽，结构紧凑轻巧，安装维护方便。 难以长期保持较好的特性，需定期检验。 一般液体随粘度的增大，流量计测量下限值提高，范围度缩小，线 性度变差。 流体物性(密度、粘度)对仪表特性有较大影响，受流速分布畸变和 转流的影响较大。 不适于脉动流和混和流的测量，同时，对被测介质的清洁度要求较 高等。 图例: l3差压式流量计(变压降式流量计) 差压式流量计由一次装置和二次装置组成一次装置称流量 测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速) 成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显 示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相 应的流量进行显示差压流量计的一次装置常为节流装置或 动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式 、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表差压计的差压 敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故 流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多 数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核 算。这种利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，世 界各国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。 节流式流量计 l 节流式流量计是一种典型的差压式流量计是目前工业生产中用来测量 气体、液体和蒸 气流量的最常用的一种流量仪表据调查统计，在炼钢 厂、炼油厂等工业生产系统中所使用的流量计有(7080)左右是节流 式流量计在整个工业生产领域中，节流式流量计也占流量仪表总数的 一半以上节流式流量计所以得到如此广泛的应用，主要是因为它具有 以下两个非常突出的优点： l 结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定准确度能满 足工程测量的需要 l 有很长的使用历史，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准 化只要按标准设计加工的节流式流量计，不需要进行实际标定，也能 在已知的不确定度范围内进行流量 测量 l 尤其是第二个优点，使得节流式流量计在制造和使用上都非常方便因 为对一个流量计，特别是大流量测量用的流量汁，在检定时将会遇到各 种各样的困难 l 节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差 压并显示流量的差压组成安装在流通管道中的节流装置也称“一次装置 ”，它包括节流件、取压装置和前后直管段显示装置也称“二次装置”， 它包括差压信号管路利测量中所需的仪表 皮托管,均速管流量计 l 皮托管流量计是装在管道中心的一根带有小孔的金 属管，末端正对着流体流向，以测流体全压。再在 上游附近管壁上钻一小孔，测流体静压，以测出流 速，再乘上截面积得出流量。 po=p+1/2pv2 l 均速管流量计（国外称annubar等）名称不同，截 面各异，但都是基于皮托管测速原理，以测管道中 直线上几点流速来推算流量的一种插入式流量仪表 。它具有结构简单，价格低廉，装、拆方便，压损 小等特点。从耗材少、运行费用低二方面来看都是 一种节能仪表，在当前大力倡导建设节约型经济情 况下，是一种值得推荐的流量仪表。 图例: l l 4变面积式流量计(等压降式流量计) 放在上大下小的锥形流道中的浮子受到自下而上流 动的流体的作用力而移动。当此作用力与浮子的“显 示重量”(浮子本身的重量减去它所受流体的浮力)相 平衡时，浮子即静止。浮子静止的高度可作为流量 大小的量度。由于流量计的通流截面积随浮子高度 不同而异，而浮子稳定不动时上下部分的压力差相 等，因此该型流量计称变面积式流量计或等压降式 流量计。该式流量计的典型仪表是转子(浮子)流量 计。 特点: l转子流量计适用于小管径和低流速。常用 仪表口径40-50mm以下，最小口径做到1.5- 4mm。转子流量计对直管段要求不高，并 有较宽的流量范围度。目前，被广泛地应 用在电力、石化、冶金等流程工业和污水 处理等公用事业。主要用作直观流动指示 或测量精度要求不高的现场指示仪表。 图例: l 6电磁流量计 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。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 测量原理 l根据法拉第电磁感应定律，当一导体在磁场 中运动切割磁力线时，在导体的两端即产生 感生电势e，其方向由右手定则确定，其大小 与磁场的磁感应强度b，导体在磁场内的长度 l及导体的运动速度u成正比，体积流量qv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 电磁流量计的主要特点: l 电磁流量计的变送器结构简单，没有可动部件，也没有 任何阻碍流体流动的节流部件，所以当流体通过时不会引 起任何附加的压力损失，同时它不会引起诸如磨损，堵塞 等问题，特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆，污水等液 固两相流体，以及各种粘性较大的浆液等同样，由于它 结构上无运动部件，故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择 耐腐材料制成电极，起到很好的耐腐蚀性能，使之可用于 各种腐蚀性介质的测量 l 电磁流量计是种体积流量测量仪表，在测量过程中， 它不受被测介质的温度粘度、密度以及电导率(在一定 范围内)的影响因此，电磁流量计只需经水标定以后， 就可以用来测量其它导电性液体的流量，而不需要附加其 它修正 l 电磁流量计的量程范围极宽，同一台电磁流量计的量程比可达1：100 此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布 下的流动状态（层流或紊流）无关 l 电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线 性好因此，可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出， 可就地指示，也可远距离传送 l 磁流量计虽具有上述优良特性，但目前它还有一些不足之处，以致在使 用上受到一定限制主要有如下几点： l 电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体 l 电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质，被测液体介 质的电导率不能低于10 5 （scm），相当于蒸馏水的电导率对石 油制品或者有机溶剂等还无能为力。 l 由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制，目前工业电磁流量计还不能 测量高温高压流体。 l 电磁流量计受流速分布影响，在轴对称分布的条件下，流量信号与平 均流速成正比所以，电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段 l 电磁流量计易受外界电磁干扰的影响 图例: l l 7超声波流量计 超声波流量计是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 和的原理而设计的。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。 利用多普勒效应制造的超声多普勒流量计近年来得 到广泛的关注，被认为是非接触测量双相流的理想 仪表。 超声波流量计产品特点 l安装简便，管道不用切断，不用开孔 l可以便携，测量方便。 l不受介质腐蚀，压力影响不大。 l对管道材质要确定，避免声波分散。 l管道内壁不能腐蚀，结垢，结晶。否则会 造成测量错误。 l精度低。 图例: l l8流体振荡式流量计 流体振荡式流量计是利用流体在特定流道条 件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流 速成比例这一原理设计的当通流截面一定 时，流速与导容积流量成正比。因此，测量 振荡频率即可测得流量这种流量计是70年 代开发和发展起来的由于它兼有无转动部 件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。 目前典型的产品有涡街流量计、旋进旋涡流 量计。 旋涡发生体的基本结构 l旋涡发生体形状有圆柱、三角往、t型柱、 四角柱等，以下主要介绍圆柱与三角柱这 两种型式。 圆柱旋涡发生器 电容式三角柱旋涡发生体 优点和局限性： 优点： 结构简单牢固，安装维护方便。 适用的流体种类多。如液体、气体、蒸汽和部分混相流体 。 精度较高、范围较宽、压损小。 局限性： 不适用于低雷诺数测量，故在高粘充、低流速、小口径情 况下应用受到限制。 旋涡分离的稳定性受流速的影响。要求有足够的直管段。 力敏检测法对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所 。 仪表在脉动流、混相流中尚欠缺理论研究和实践经验。 涡街流量计在多年使用中，其效果并不理想，大致原因在 产品的质量、选型不当，以及现场调整问题。 图例: l l 9质量流量计 由于流体的容积受温度、压力等参数的影响，用容 积流量表示流量大小时需给出介质的参数。在介质 参数不断变化的情况下，往往难以达到这一要求， 而造成仪表显示值失真。因此，质量流量计就得到 广泛的应用和重视。质量流量计分直接式和间接式 两种。直接式质量流量计利用与质量流量直接有关 的原理进行测量，目前常用的有量热式、角动量式 、振动陀螺式、马格努斯效应式和科里奥利力式等 质量流量计。间接式质量流量计是用密度计与容积 流量直接相乘求得质量流量的。 工作原理 : l 如图所示，截取一根支管，流体在其内以速度v从a 流向b，将此管置于以角速度旋转的系统中。设旋 转轴为x，与管的交点为o，由于管内流体质点在轴 向以速度v、在径向以角速度运动，此时流体质点 受到一个切向科氏力fc。这个力作用在测量管上， 在o点两边方向相反，大小相同，为： fc 2vm 因此，直接或间接测量在旋转管道中流动的流 体所产生的科氏力就可以测得质量流量。这就是科 里奥利质量流量计的基本原理。 结构 : l 在商品化产品设计中，通过测量系统旋转产生科氏力是不 切合实际的，因而均采用使测量管振动的方式替代旋转运 动。以此同样实现科氏力对测量管的作用，并使得测量管 在科氏力的作用下产生位移。由于测量管的两端是固定的 ，而作用在测量管上各点的力是不同的，所引起的位移也 各不相同，因此在测量管上形成一个附加的扭曲。测量这 个扭曲的过程在不同点上的相位差，就可得到流过测量管 的流体的质量流量。 我们常见的测量管的形式有以下几种：s形测量管、 u形测量管、双j形测量管、b形测量管、单直管形测量管 、双直管形测量管、形测量管、双环形测量管等 u形测量管质量流量计 双u形管结构 单u形管结构 直管形质量流量计 单直管质量流量计结构 双直管质量流量计结构 质量流量计结构特性 l 1 测量管的形状： 测量系统弹性的增加，增大了作用于振动管系统的科氏力的效应，但也增 大外界机械噪声的干扰和仪表体积。测量管应尽量减少急剧弯曲，最大可能的增 大测量管内径，这样可以减少压力损失。双测量管型的信噪比得到增加，流通能 力也增加，别普遍采用。 2 管壁 壁厚增加使管子更具有刚性，也增加了流动时管子的固定质量，减少了流 体中夹杂气体时，由于其分布的不均匀引起比重变化对管子振动的影响，同时提 高测量管耐压、耐磨性，但会降低系统弹性，影响测量的灵敏性。 3 制造和安装 测量管的形状在制作过程应保证其对称性，在双测量管结构中应保证两根 管的一致性，传感器的定位要准确，以减少测量中由于密度或粘度变化对测量结 果的影响。流量质量分配的不稳定性，给测量结果的准确性带来影响。 从原理上讲，测量管所受科氏力的大小只与流体的质量流量有关，与流体 密度、粘度无关。但密度的变化会带来附加的惯性力；而粘度的变化时测量管的 内壁附着层不同，产生不同的边界层效应。结果引起测量管的质量分配不稳定， 对测量结果的准确度带来影响。 图例: l v 压力基础知识 v 压力测量分类 压力的基础知识 什么是压力? 压力是垂直均匀作用在单位面积上的力。 法定单位：帕斯卡 pa 1pa即1牛顿的力作用在1平方面积上。 压力也可以用液柱高度表示。 绝对压力：绝对真空下的压力为绝对零压，以绝对 零压为基准来表示的压力叫绝对压力。 l 绝对压力 .表压.大气压.真空度的含义及相互关系 l表压：是以大气压为基准来表 示压力，所以它和绝对压力正 好相差一个大气压。（ 0.1mpa） l真空度：如果被测流体的绝对 压力低于大气压，则压力表所 测得的压力为负压，其值称为 真空度。 实例一： *绝对压力也可以用负压表示，如绝 对压力50kpa可以用负压 -50.325kpa来表示，因为绝对压 力加负压的绝对值等于大气压。 *错误一：绝对压力不能用负压表示 。 *错误二：绝对压力50kpa要写成 50kpa abs 或50kpa绝对压力，不能写成 50kpa,否则就成了表压。 *错误三：50kpa绝压不一定等于 -50.325kpa，因为大气压在不同的地 区不一定相同。 实例二 l 有一用户想买绝对压力表，但他提供的仪表测量 范围是0 -90kpa，厂家说没有这样的产品，为 什么？ l 因为用户提的是表压，不是绝压。 l 绝压表和表压表结构上是不一样的，绝压表一边 是抽真空的，而表压表一边是对大气的，一个与 大气无关，一个与大气有关。 l 根据用户的意思0 -90kpa，绝压可以算出来（ 一大气压为100kpa为例）（100-90）（100-0 ）即10kpa abs 100kpa abs 压力测量分类 u形管 l液柱式 单管压力计 斜管压力计 一般用于实验室或需高精度标定的场合。 一般压力计 弹簧管 精密压力计 特殊压力计 l弹性压力计 膜片压力计 膜盒压力计 波纹管压力计 电接点压力计 远传压力计 图例： 电位式 电阻式 应变片式 l压力传感器 电容式 电感式 谐振硅式 霍尔片式 图例： 弹簧管式压力计 l 原理：一个弯成270度弧形的空心管，它的截面呈扁圆或 椭圆形，一端固定一端为自由端。当有压力时变形伸展带 动连杆和齿轮，来实现压力指示。 l 材质和介质的选择 弹簧管的材料因被测介质压力的高低而有所不同，一般压 力小于20mpa时采用磷铜， 压力大于20mpa时采用不锈钢或合金钢 使用压力表时还应注意介质的化学物理特性。例如测氨介 质时必须采用不锈钢的弹簧管，测氧气时应禁油等。 测腐蚀性易结晶介质应采用膜盒或膜片式，膜盒还可测负 压和微压。 压力传感器 l 原理：采用弹性元件与各种电信号的转换元件结 合，可以将弹性元件受压变形产生的位移转换为 电信号并进行运转，显示或与控制仪表配合实现 压力参数的控制。 l 智能变送器 特点：1.具有双向通讯能力 2.完善的自诊断能力 3.优良的性能和可靠性，稳定的压力 和温度补偿 4.高低端搭配，产品性价比高。 5.协议有hart de brain 阀门的基本知识 l 什么是阀门？ 用来控制管道内介质流动的具有可动机构的机械产品的总 称。 l 阀门的种类 阀门分自动阀门与驱动阀门。自动阀门（如安全阀、减压 阀、蒸汽疏水阀、止回阀）是靠装置或管道本身的介质压 力的变化达到启闭目的的。驱动阀门（闸阀、截止阀、球 阀、蝶阀等）是靠驱动装置（手动、电动、液动、气动等 ）驱动控制装置或管道中介质的压力、流量和方向。由于 介质的压力、温度、流量和物理化学性质的不同，对装置 和管道系统的控制要求和使用要求也不同，所以阀门的种 类规格非常多。据不完全统计，我国的阀门产品品种已达 四千多个型号，近四万个规格，阀门在经济生活中起着非 常大的作用。 闸阀 :启闭件（闸板）由阀杆带动，沿阀座 密封面作升降运动的阀门。 截止阀：启闭件(阀瓣）由阀杆带动，沿阀 座（密封面）轴线作升降运动的阀门。 球阀：球阀和旋塞阀是同属一个类型的阀 门，只有它的关闭件是个球体，球体绕 阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的 一种阀门。 图例 闸阀球阀 截止阀 蝶阀 l 蝶阀是用随阀杆转动的圆形蝶板作启闭件,以实现 启闭动作的阀门.蝶阀主要用截断阀使用,亦可设计 成具有调节或截断兼调节的功能.目前蝶阀在低压 大中口径管道上的使用越来越多. 隔膜阀 隔膜阀是一种特殊形式的截断阀，其启闭件是一块 用软质材料制成的隔膜，它将阀体内腔与阀盖内 腔隔开。隔膜阀实际上不过是“钳夹”的阀，一个 弹性的，可扰的膜片，用螺椿连接在压缩件上， 压缩件是由阀杆所操作而上下移动，当压缩件上 升，膜片就高举，而造成通路，当压缩件下降， 膜片就压在阀体堰上（假使为堰式阀）或压在轮 廓的底部（假使为直通式），隔膜阀适用于开关 及节流之用 三通阀 l 三通阀：诞生于50年代。三通阀有3个出入口与管道相连 ，相当于两台单座阀合成一体。三通阀最早是用于代替两 台单座阀投入系统使用。三通阀分为合流和分流两种。三 通阀有3个出入口与管道相连，相当于两台单座阀合成一 体；使用三通阀时，可省掉一个两通阀和一个三通接管。 三通合流阀有两个入口，一个出口，将两种介质混合成第 三种介质。三通分流阀有一个入口，两个出口，将一种介 质经过阀后分成两路。 l （1）三通阀可代替两台互为开关的两个两通阀使用，可 省掉一个两通阀和一个三通接管。（2）三通阀常用于热 交换系统旁路调节，也可以做简单配比调节。（3）三通 阀使用介质温度应小于300，两种介质温度差应小于 150。（4）三通阀更换气开气闭时，必须更换执行机构 。（5）dn80时，合流阀也可做分流阀用。 图例 蝶阀 隔膜阀 三通阀 压力（自力）调节阀 l压力调节阀是一种无需外来能源而只依靠 被调介质本身的压力变化进行压力自动调 节的节能型产品， 您只需在压力调节阀设 备调试过程中根据自身工艺要求在压力调 节阀的引导指挥系统上设定压力调节阀后 压力值，压力调节阀就会将气源压力调节 为您设定的阀后压力并自动维持其恒定； 温控阀 （自力） l 温控阀主要起温度控制作用.温控阀的传感器具有提供比 例调节的充气 波纹管。温控阀传感器是由四周室温控制, 波纹管内的效准压力与室温负荷相对应，该压力由一个调 整弹簧的张力来均衡。当室温上升时，温控阀波纹管内的 液体压力随之上升，驱使温控阀锥趋向关闭位置直至波纹 管与弹簧之间得到平衡。 l 温控阀可以根据用户的不同要求设定室温，它的感温部分 不断地感受室温并按照当前热需求随时自动调节热量的供 给，以防止室温过热，达到用户最高的舒适度。温控阀可 以自动地按预定的要求保持准确的室温，而不受气候条件 的影响。在每个房间内安装一个温控阀，保障能够充分利 用阳光、照明设施、机械和人体所散发的“免费”热能，以 打到节省能源的效果。 控制阀 l 控制阀又称调节阀，是执行器的主要类型，通过 接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操 作去改变流体流量。控制阀一般由执行机构和阀 门组成。如果按其所配执行机构使用的动力，控 制阀可以分为气动、电动、液动三种，即以压缩 空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电 动控制阀，以液体介质(如油等)压力为动力的电 液动控制阀，另外，按其功能和特性分，还有电 磁阀、电子式、智能式、现场总线型控制阀等。 图例 压力（自力）调节阀压力（自力）调节阀 温控阀温控阀 （自力）（自力） 控制阀控制阀 控制阀（调节阀）结构及分类 l 结构： 调节阀又称控制阀，是执行器的主要类型，通过 接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操 作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀 门组成。 执行器有气动，电动和液动之分。 l 电动执行机构安全防爆性能差，电机动作不够迅 速，且在行程受阻或阀杆被扎住时电机容易受损 。 l 液动执行器推力最大，现在一般都是机电一体化 的，但比较笨重，所以现在很少使用。 l 气动执行器结构简单，输出推力大，动作平稳可 靠，并且安全防爆等优点，在化工，炼油等对安 全要求较高的生产过程中有广泛的应用。 控制阀分类 l 阀门产品的种类繁多，说法各不统一，有的按用 途分（如化工阀门、石油阀门、油田专用阀、电 厂专用阀门等）、有的按介质分（如水蒸汽、空 气阀等）、有的按材质分（如铸钢阀门、锻钢阀 门、铸铁阀站等）、有的按连接形式分（如法兰 式、对夹式、对焊式、内螺纹连接等）、有的按 温度分（如低温阀门、高温阀站等）。它的使用 范围涉及到石油、化工、化肥、农药、合成塑料 、合成纤维、合成橡胶、食品、医药、水电等工 业部门以及国防、科研、交通、农业乃至生活设 施。 阀门按结构种类可分为： l 蝶阀用于开启或关闭管道内的介质。也可作调节用阀门 。 球阀、闸阀、旋塞阀、截止阀用于开启或关闭管道的 介质流动。 止回阀（包括底阀）用于自动防止管道内的介质倒流 。 节流阀用于调节管道介质的流量。 安全阀用于锅炉、容器设备及管道上，当介质压力趔 过规定数值时，能自动排除 过剩介质压力，保证生产运 行安全。 减压阀用于自动降低管道及设备内介质压力。系使介 质经过阀瓣的间隙时，产生阻力造成压力损失，达到减压 目的。 疏水阀用于蒸汽管道上自动排除冷凝水，防止蒸汽损 失或泄漏。 按结构特性分类： l 1）截门形 关闭件沿着阀座中心线移动。 2）闸门形 关闭件沿着垂直于阀座的中心线移动 。 3）旋启形 关闭件围绕阀座外的一个轴旋转。 4）球形或旋塞形 关闭件是柱塞或球，围绕本身 的中心线旋转。 5）蝶形 关闭件是圆盘，围绕阀座内的轴旋转。 6）滑阀形 7）屋脊形 8）管夹形 按用途和作用分类的阀门有: l 截断阀类主要用于截断或接通介质流。包括闸 阀、截止阀、隔膜阀、球阀、旋塞阀、蝶阀、柱 塞阀、球塞阀、针型仪表阀等。 调节阀类主要用于调节介质的压力或流量。包 括调节阀、节流阀、减压阀等。 止回阀类用于阻止介质倒流。包括各种结构的 止回阀。 分流阀类用于分离、分配或混合介质。包括各 种结构的分配阀和疏水阀等。 安全阀类用于介质超压时的安全保护。包括各 种类型的安全阀。 分配用阀用来改变介质的流向，起分配作用。 如三通旋塞、三通截止阀等 阻气排水用阀留存气体，排除凝结水。如疏水 阀。 阀门按压力分类 l真空阀工作压力低于标准大气压的阀门 。 低压阀公称压力pn 小于1.6mpa的阀门 。 中压阀公称压力pn 2.56.4mpa的阀门 。 高压阀公称压力pn10.080.0mpa的阀 门。 超高压阀公称压力pn大于100mpa的阀 门。 按介质温度分类 l高温阀大于450c的阀门。 中温阀120ct450c的阀门。 常温阀-40ct120 c的阀门。 低温阀-100ct-40 c的阀门。 超低温阀小于-100 c的阀门。 按阀体材料分类 l金属材料阀门如碳钢阀门、铸钢阀门、 不锈钢阀门、合金钢阀门、铸铁阀门、钛 合金阀门、蒙乃尔合金阀门、铜合金阀门 、铝合金阀门、铅合金阀门。 金属阀体衬里阀门如衬氟阀门、衬胶阀 门、衬里阀门、衬铅阀门、衬搪瓷阀门。 非金属材料阀门如陶瓷阀门、玻璃钢阀 门、塑料阀门。 通用阀门分类法 l 通用阀门分类方法既按原理、作用又按结构划分，可分为 球阀、蝶阀、闸阀、止回阀、截止阀、节流阀、仪表阀、 柱塞阀、隔膜阀、旋塞阀、减压阀、安全阀、疏水阀、调 节阀、底阀、过滤器、排污阀等 按动力分类 1）自动阀门 依靠介质自身的力量进行动作的阀门。如止 回阀、减压阀、疏水阀、安全阀等。 2）驱动阀门 依靠人力、电力、液力、气力等外力进行操 纵的阀门。如手动、电动、液动、气动。 按操纵方法分类 1）手动阀门 借助手轮、手柄、杠杆、链轮 、齿轮、蜗轮等，由人力来操纵的阀门。 2）电动阀门 借助电力来操纵的阀门。 3）气动阀门 借助压缩空气来操纵的阀门。 4）液动阀门 借助水、油等液体，传递外力 来操纵的阀门。 按连接方法分类 1）螺纹连接阀门：阀体带有内螺纹或外螺纹，与 管道螺纹连接。 2）法兰连接阀门：阀体带有法兰，与管道法兰连 接。 3）焊接连接阀门：阀体带有焊接坡口，与管道焊 接连接。 4）卡箍连接阀门：阀体带有夹口，与管道夹箍连 接。 5）卡套连接阀门：与管道采用卡套连接。 6）对夹连接阀门：用螺栓直接将阀门及两头管道 穿夹在一起的连接形式。 典型阀门结构及特点 l单座阀 l阀体内只有一个阀芯和阀座，见图。 dn25时，阀芯为双导向（现在的精小型 单座阀已改为单导向）；dn20的，阀芯 为单导向。 特点： l （1）由于只有一个阀芯，容易保证密封，泄漏量小，但 不能完全切断，其标准泄漏量为0.01kv，因此适用于 泄漏 l 量要求小的场合。当进一步设计后，可作为切断阀使用。 l l （2）正因为只有一个阀芯，压差对阀芯产生的不平衡推 力大，因此直通单座调节阀仅适用于p小的场合，否则 必须选用推力大的执行机构，或配用阀门定位器。但口径 较小时，因p作用面积小，也可用于大压差场合。 l l （3）因阀体流路较复杂，加之导向处易被固体卡住，不 适用于高粘度、悬浮液、含固体颗粒等易沉淀、易堵塞的 场合。 l l （4）太笨重。 直通双座调节阀 l直通双座调节阀阀体部件的结构如图所示. 阀体内有两个阀座、阀芯,阀芯为双导向.它 仅适用于泄漏要求不严、压差较大的干净 介质场合。 特点： 1）由于流体压力作用在两个阀芯上,不平衡力相 互抵消许多,因此允许压差大。这种能互相抵消许 多不平衡力的结构为平衡式结构。 （2）在关闭时,因存在着加工误差,阀芯与阀座的两 个密封面不能同时密封,因此,泄漏量比单座阀大十 倍到上百倍；同时,温度变化时泄漏量也会增大,这 是它的突出的缺点,所以不能用在工艺要求泄漏小 的场合。 （3）因阀体流路较复杂,加之上下导向处易被固体 颗粒卡住,不适用于高粘度、悬浮液、含固体颗粒 等易沉淀、易堵塞场合。 （4）太笨重。 笼式阀体 （套筒阀） l 套筒阀套筒阀又称笼式阀，它是阀内件采用阀芯 和阀笼(套筒)的控制阀。套筒可以是直通单座阀 ，也可以是双座阀或角形阀等。套筒阀用阀笼内 表面导向，用阀笼节流几满足所需流量特性。 l特点： 1.安装维护方便。阀座通过阀盖紧压在阀体上， 不采用螺纹连接，安装和维护方便。 2.流量特性更改方便。套筒阀中流体从套筒向外 流出，称为中心向外流向，反之，称外部向中心 流向。 l 3.降噪和降低空化影口向。为降低控制阀噪声，套筒和 阀芯也可开多个小孔，利用小孔增加阻力，将速度头转 换为动能，使噪声降低。套筒阀阀芯底部为平面，如发 生汽蚀，气泡破裂产生的冲击不作用到阀芯，而被介质 自身吸收，因此，套筒阀的汽蚀影响小，使用寿命长 l 4.泄漏量较单座阀大，由于套筒与阀芯之间有石墨活塞 环密封，长期运行后，密封环的磨损使套筒阀的泄漏量 比单座阀大 l 5.互换性和通用性强。更换不同套筒，可获得不同流量 系数和不同流量特性。 6.减小不平衡力影响。通常，套筒阀阀芯上开有平衡孔 ，使阀芯上所受不平衡力大为减小，同时，它具有阻尼 作用，对控制阀稳定运行有利。因此，这类控制阀常用 于压差大、要求低噪声的应用场合。 三通阀 l 三通阀按流体的作用方式 分为合流阀和分流阀两类 。合流阀有两个人口，合 流后从一个出口流出。分 流阀有一个流体人口，经 分流成两股流体从两个出 口流出。合流三通阀的结 构与分流三通阀的结构类 似。 特点： l 1.三通阀有两个阀芯和阀座，结构与双座阀类似。但三通 阀中，一个阀芯与阀座间的流通面积增加时，另一个阀芯 与阀座间的流通面积减少。而双座阀中，两个阀芯和阀座 间的流通面积是同时增加或减少的。 2.三通阀的气开和气关只能通过选择执行机构的正作 用和反作用来实现。双座阀的气开和气关的改变可直接将 阀体或阀芯与阀座反装米买现。 3.三通阀用于需要流体进行配比的控制系统时，由于 它代替一个气开控制阀和一个气关控制阀，因此，可降低 成本并减少安装空间。 4.三通阀也用于旁路控制的场 所，例如，一路流体通过换热器换热，另一路流体不进行 换热。当三通阀安装在换热器前时，采用分流三通阀；当 三通阀安装在换热器后时，采用合流三通阀。由于安装在 换热器前的三通阀内流过的流体有相同温度，因此，泄漏 量较小；安装在换热器后的三通阀内流过的流体有不同的 温度，对阀芯和阀座的膨胀程度不同，因此，泄漏量较大 。通常，两股流体的温度差不宜超过150。 角形阀 l 角形阀适用于要求直角连接的应用 场合，可节省一个直角弯管和安装 空间。由于流路比直通阀简单，因 此，适用于高黏度、含悬浮物和颗 粒的流体控制。 l 与直通阀的另一区别是角形阀只能 单导向，因此，不能通过反装阀芯 实现气开或气关作用方式的转换， 只能选用正作用或反作用执