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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.压压力知识识培训训 2.温度知识识培训训 3.流量知识识培训训 4. 液位知识识培训训 5.控制理论知识培训 Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 2 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) 1 g/cm 1/1,000 kg/cm 帕 (Pa 或 N/m)N 代 表 牛 顿 千帕 (kPa)1 kPa = 1,000 Pa 巴1 bar = 100,000 Pa 毫 巴 (mbar)1 mbar = 1/1,000 bar 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 基基 准准 压压 力力 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 。 表压表压 绝压示意图绝压示意图 压压 力力 单单 位位 换换 算算 压力测量仪表的分类 u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 u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 u结构简单，使用方便， 价格低廉，使用范围广， 测量范围宽 u可测负压、微压、低压 、中压和高压 u精度有0.5、1.0、1.5、 2.5等 波纹管与膜盒 1999 ARC Unit Study 1. 膜片 u按剖面形状分为平膜片和波纹膜片 u常用材料 u可与其他转换元件合用 u电容式压力传感器 u光纤式压力传感器 u力矩平衡式压力变送器 2. 波纹管 u优点：灵敏高，可测较低压力 u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 (4-20 mA) 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 传感膜片 坚固的 绝缘体 电容极板 隔离膜片 灌充液 引线 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 1. 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 u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 u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 u为保证测量准确度：最小工作压力不应低于满量程的 1/3 u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 u从被测介质压力大小来考虑 u被测介质的性质 u对仪表输出信号的要求 u使用的环境 压力仪表的校验 u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。 u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 u在管道或烟道上取压 u测量流动介质的压力 u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 19691980 1990 1996 2001 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） 一次元件 远传密封 阀组 全部 CPS 产品供应 通过共平面平台实现 2051C/T/L 系列产品 3051系列 共平面 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) RTDRTD分类级别分类级别-A-A级和级和B B级级 A 级 热 电 阻 A 级 热 电 阻 被 定 义 为 精 确 到 IEC 751 标 准 理 想 值 0.15C + (0.002 x T) 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 IEC 751 标 准 理 想 值 0.3C + (0.005 x T) 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 IEC 751 标准) Callendar-Van Dusen (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? Resistance Temperature Detector 铂线电阻的变化近于理想曲线 IEC 751 oC Ohms 0100.00 10103.90 20107.79 30111.67 电 阻( 欧 姆) 温 度 (oC) 电阻与温度 国际通用关系图: IEC 751 Page 3-2: Sensors PDS (V.1) IEC 751 IEC 751曲线 IEC 751 标准(已编程在我们的所有变送器中) 描述了 Pt100 a385 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 标准 IEC 751曲线 B级的公差 0.8oC at -100oC 0.3oC at 0oC 0.8oC at 100oC 1.3oC at 200oC 1.8oC at 300oC 2.3oC at 400oC (传感器互换性误差) 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! 每个热电阻都有一点不同 -它们不是理想的! 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。 oC 0.099.997 1.0100.38 2.0100.77 3.0101.16 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) lX8选项: 指定温度范围的特性化 随传感器提供校验证书 lX9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 -2000200400600800 oC 0.099.997 1.0100.38 2.0100.77 3.0101.16 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 0.099.997 1.0100.38 2.0100.77 3.0101.16 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! Ro a d b 99.997 0.003845 1.61027 0.172491 另外，选 X8, 用户还 可以得到 C.V.D. 温度系数! IEC 751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 + Roat-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! IEC 751 曲线 温度 (oC) 电阻 (W) B级公差 变送器不使用IEC 751 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 过程温度过程温度 热端 两种不同的金属在“热“端结合 冷端 + - MV 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。 T 两种不同金属的结合端产生一个 与温度成正比的小的电压输出! 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 TypeType J J Iron / Constantan White, Red 0 to 760 oC 最经济 Type EType E Chromel / Constantan Purple, Red 0 to 900 oC 敏感性最好 FFType KType K Chromel / Alumel Yellow, Red 0 to 1150oC 线性最好 FFType TType T Copper / Constantan Blue, Red -180 to 371 oC 抗潮气腐蚀能力好 + - + - + - + - J K E TJ K E TJ K E TJ K E TJ K E TJ K E T 特殊热电偶 FFType BType B Pt, 6% Rh / Pt, 30% Rh 38 to 1800 oC FFType SType S Pt, 10% Rh / Pt -50 to 1540oC FFType RType R Pt, 13% Rh / Pt -50 to 1540 oC 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 正确! 错误! 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? 高温场合高温场合 高于600 oC 测量元件成本更低测量元件成本更低 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) F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 l在某些条件下热套管会损坏 l流体在热套管周围流动形成涡流，即卡门旋 涡 l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 l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 l螺纹式 最常用 易于拔出和安装 l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 l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 FDrag Velocity Density Diameter Area Length Thermowell Calculations 1) Calculate drag force from process flow. 2) Calculate stresses induced in thermowell. 3) Compare stresses with thermowell strength properties. fWake = fNatural 套管强度计算 fWake fNatural Vortices Wake Frequency (fWake) Energy Absorbed By Thermowell Side View Top View Resonance Condition Thermowell Calculations 1)Ensure that: fNatural fWake 99% Data Reliability 99%的数据可靠性 Providing access to Data when you need it Smart PowerTM Management 特殊电源管理 8 year power module life time, replaceable in I.S. environment to simplify maintenance 仪表基础知识培训议程 1.压压力知识识培训训 2.温度知识识培训训 3.流量知识识培训训 4. 液位知识识培训训 5.控制理论知识培训 Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 82 1.贸 易 交 接 2.完 善 产 品 3.指 示 效 率 4.控 制 过 程 变 量 5.安 全 为什么要测量流量为什么要测量流量 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 流流 速速 分分 布布 图图 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 流流 量量 性质性质 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 RD 4,000 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 10100 Nm3/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 。 1999 ARC Unit Study 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 1495 1496 1497 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 缩径型 法兰型双头型 夹持型 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 导电过程介质 衬里 线圈 感应电极 不锈钢管 法兰 磁场“B” (恒定强度) “E” “E” 流量(米每秒) “D” D “V” 电磁流量计 8700电磁流量计 外壳 流量管 驱动线圈 检测线圈 热电阻 (RTD) 过程连接过程连接 接线盒 分流 支撑 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 电子线路板为加 热元件提供 恒定的功率 带伴热器的温度感器 (Pt1000) 作为测量端 或被加热端传感器 温度传感器 (Pt1000) 作为参照端（不加热 的传感器） 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 ST98L Eexd在线式 ST98 Eexd插入式 ST98 IP66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 流量的测量流量的测量-气体场合气体场合 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 流量的测量流量的测量-液体场合液体场合 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 流量的测量流量的测量-蒸汽场合蒸汽场合 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.压压力知识识培训训 2.温度知识识培训训 3.流量知识识培训训 4. 液位知识识培训训 5.控制理论知识培训 Emerson Process Management Overview Date: 20-Apr-01, Slide 113 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 1 g/cm 。甘 油 ，一 种 在 肥 皂 里 经 常 见 到 的 化 合 物 ，其 密 度 是 78.66 lb/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 圆圆 柱 形 水 平 圆圆 柱 形 球 形 垂 直 弹弹 头头 形 垂 直 弹 头 形 盘 形 端 面 储 罐 水 平 弹 头 形 液液 位位 技技 术术 的的 分分 类类 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 。 液液 位位 技技 术术 的的 分分 类类 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