压力测量和流量测量.ppt

检测仪表,黄勋,工业仪表的分类,1）按仪表使用的能源分类电动仪表气动仪表,2）按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类检测仪表显示仪表集中控制装置控制仪表,3）按仪表的组成形式分类基地式仪表单元组合仪表电动单元组合仪表和气动单元组合仪表两种。国产的电动单元组合仪表以“电”、“单”、“组”三字的汉语拼音字头为代号，简称DDZ仪表；同样，气动单元组合仪表简称QDZ仪表。,压力的测量,一压力测量的目的和意义1.工业生产过程中，许多生产工艺过程经常要求在一定的压力或一定的压力变化范围内进行，这就需要测量或控制压力，以保证工艺过程的正常进行。2.压力测量和控制可以防止生产设备因过压而引起的破坏和爆炸，这是安全生产所必须的。3.可以通过测量压力或压差测量其它物理量：温度、液位、流量和成分。二压力的概念,国际单位制中压力的单位是帕斯卡Pa(N/m2)。1工程大气压(at)=1kgf/cm2=98066.5N/m298kPa1标准大气压(atm)=1.013105Pa1毫米汞柱(mmHg)=133.322Pa1毫米水柱(mmH20)=9.80665Pa绝对压力p绝单位面积所受到的力相对压力（表压）p表绝对压力与大气压之差真空度p真大气压与绝对压力之差,压力的单位,压力的单位,流动流体（气流）的静压和总压,静压气流中某一点的气体作用在通过该点并顺流线方向上无穷小和薄的壁面上的压力,也就是流动气体的真实压力。总压一束气流在没有外功的情况下,可逆的、绝热的减速到零之后气体的压力。探针（引压针),工业压力计液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计活塞式压力计,液柱式压力计,工作介质：水或者水银一般用来测量较低的压力、真空或压差。结构简单、适用方便、准确度较高等量程受液柱高低的限制，玻璃管易碎、只能就地指示，不能远传。被广泛用于实验室压力测量或现场锅炉烟、风道各段压力、通风空调系统各段压力的测量,U型管压力计,U型管压力计原理如果P2管接大气压，则所测为表压,U型管压力计使用注意事项,1.采用两边读数得到较高的准确性；2.读数时应当取弯月面中央所对应的刻度值为读数值。3.毛细现象还会引起整管液柱的上升或下降需加以修正。4.工作液体的膨胀系数较大时,温度变化时进行修正。4.安装误差：应严格铅垂位置5.传压介质误差：一般就是被测介质。U型管压力计制造简单,工作可靠,方便。不足之处是在读数时要读取两个管子的刻度值,不仅麻烦,而且两个读数过程本身就增大了带来误差的可能性。,U形管压力计两肘管的内径分别为d1=6mm，d2=6.5mm，管内封液为水，被测压力作用于较细肘管，使水柱从零位下降195mm。如果以该值的2倍作为被测压力值，试确定由于没有读取较粗肘管的水柱从零位的升高值而造成的测量误差。,单管压力计,基本原理容器一侧接较高压力,肘管一侧接较低压力.单管压力计的读数简单,但当它的测量对象有正负变化时,需要一个切换的阀门装置。,微压计,管子的内径为23mm,太大则读数时不易确定弯月面的位置,太小则增加毛细现象的影响;当压力很小波动时，不易读数。对角一般要求在20300之间,不能太小。,弹性式压力计,原理：弹性元件的变形为被测压力的函数,测量变形。特点：1.结构简单,使用方便,便于携带,工作安全可靠,无需反复保养,价格也比较便宜。2.可增加了记录结构、电气变换装置和控制元件。3.特殊形式的压力表还能在恶劣环境如高温、振动、腐蚀、易堵条件下工作。4.精度不太高,且需定期校验，测量弹性元件有滞后现象，频率响应低，不易测变化频繁的脉动压力。,弹性元件,弹簧管式压力计薄膜式压力计波纹管式压力计,弹性元件特性,1.弹性滞后2.弹性后效,常用弹性元件使用的材料是合金钢和铜合金。普通介质：磷青铜等腐蚀性和氧介质：不锈钢、钢硅等材料,弹性滞后和弹性后效在弹性式压力计工作时是同时产生的,是造成仪表误差的主要因素。,弹簧管式压力计,组成压力感受元件和放大指示机构工作原理分类：精度：精密、标准、普通用途：普通、氨用、氧气、船用介质环境：防暴、耐震、耐酸,电气式压力计,应变式；压电电阻式；电感式压力；电容式压力；霍尔片式。,被测压力使应变片产生应变。应变片阻值的变化，通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，用毫伏计等显示出被测压力。传感器的被测压力可达25Mpa。传感器的固有频率在25000Hz以上，有较好的动态性能适用于快速变化的压力测量。传感器的非线性及滞后误差小于额定压力的1。,应变片式压力传感器,压阻式压力计,半导体的压阻效应单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化。单晶硅材料的弹性性能很好,其转换的滞后与蠕变很小,所以转换精度较高。优点：体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等。,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。,压电式压力传感器,霍尔效应在霍尔片的Z轴方向加一磁感应强度为B的恒定磁场、在Y轴方向加一外电场(接入直流稳压电源)。便有恒定电流沿Y轴方向通过。电子在霍尔片中运动时，由于受电磁力的作用，而使电子的运动轨道发生偏移，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一个端面上正电荷过剩，于是在霍尔片的X轴方向上出现电位差，这一电位差称为霍尔电势。,霍尔式压力计,霍尔电势的大小与半导体材料、所通过的电流(一般称为控制电流)、磁感应强度以及霍尔片的几何尺寸等因素有关：式中RH霍尔常数，与霍尔片材料、几何形状有关；B磁感应强度I通过的电流。霍尔电势与磁感应强度和电流成正比。提高B和I值可增大霍尔电势。但两者都有一定限度，一般I为320mA，B约为几千高斯，所得的霍尔电势约为几十毫伏数量级。,电容式压力计,电容器的电容量：C=S/d当S或d发生变化时，电容量发生变化。,压力表的选用,被测介质压力大小测量微压（几百至几千帕），宜采用液柱式压力管表或膜盒压力计；高压（50kpa)，需用弹簧管压力表,1.仪表类型的选用,被测介质性质稀硝酸、酸、氨及其它腐蚀性介质选用防腐压力表：不锈钢膜片压力表易结晶、黏度大的介质选用膜片压力表；氧、乙炔：专用压力表普通压力计的弹簧管多采用铜合金(高压的采用合金钢),氨用压力计弹簧管的材料却用碳钢,不允许采用铜合金。,仪表使用环境爆炸性气氛环境，电气压力表：防暴型机械振动强烈场合：船用压力表温度特高或特低环境：温度系数小的敏感元件,仪表输出信号的要求只需就地观察：弹簧管压力计需远传：电气式压力计，如霍尔压力计需报警:带接点的压力计需检测快速变化的压力：压阻式压力计管道水流压力或压力脉动频率较高：电阻应变式压力计,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,最大工作压力不应超过量程的1/2;测量高压时,最大工作压力不应超过量程的3/5。一般被测压力的最小值应不低于仪表量程的1/3。应首先满足最大工作压力条件。我国出厂的压力检测仪表有统一的量程系列：1kPa、1.6kPa、2.5kPa、4.0kPa、6.0kPa以及它们的10n倍数,2.仪表测量范围的确定,例：就地测量某储气罐压力,气罐的最大压力为0.5MPa,要求最大测量误差小于0.02MPa,请选择一压力表的测量范围。解：一般可选用弹簧管式压力计。因为所测压力的变化较为平稳,所以被测最大压力不应超过仪表测量上限值的2/3，即测量仪表的上限为0.75MPa但在标准系列中无0.75MPa的测量范围,我们应该选大于而且接近于0.75MPa的值，因此所选测量范围为01MPa。,3.仪表精度级的选取,根据工艺生产允许的最大绝对误差选定的仪表量程,计算出仪表允许的最大引用误差，在国家规定的精度等级中确定仪表的精度。我国压力表精度等级为：0.005、0.02、0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5、4.00.35以上为校验用标准表,例某台往复式压缩机的出口压力范围为2528MPa，要求测量误差不得大于1MPa。工艺上要求就地观察,并能实现高低限报警,试正确选用一台压力表,指出型号、精度与测量范围。解：往复式压缩机的出口压力脉动较大,仪表的上限值为282=56MPa就地显示及能进行高低限报警的要求，查用YX-150型电接点压力表,测量范围为060MPa。25/601/3,被测压力的最小值不低于满量程的1/3，条件满足。,精度等级为1.5级的仪表完全可以满足误差要求。选择的压力表为YX-150型电接点压力表,测量范围为060MPa,精度等级为1.5级。(Y一压力;X一电接点;型号后面的数字表示精度等级)。,根据测量误差的要求,可算得允许误差为,压力计的安装,取压口的选择应能代表被测压力的真实状况，安装式应注意取压口的位置和形状。取压口的位置1）取压点应在被测介质流动的直线管道上，远离局部阻力件，不要在管路的拐弯、分叉、死角或其它能形成漩涡的地方。压力取源部件应安装在流束稳定的地方，同一管道上测温和测压时，压力取源部件应安装在温度取源部件的上游，以免产生涡流而影响取压。,一、取压口的选择,2）取压口位置应使压力信号走向合理，以避免发生气塞、水塞或流入污物：测量带有灰尘、颗粒、沉淀物物料的压力时，垂直和倾斜的设备管道上，取源部件应倾斜向上安装。水平管道上宜顺物料流束成锐角安装。气体压力管道上半部液体压力管道的下半部与管道的水平中心线成045的范围。蒸汽压力上半部下半部与管道的水平中心线成045的范围。,3）取压口应无机械振动或振动，不至于引起测量系统的损坏4）测量差压，两个取压口应在同一水平面上。以避免产生固定的系统误差。5）导压管最好不伸入被测对象内部。取压口的位置不应超过设备或管道的内壁。当一定要插入对象内部时，其管口平面应严格与流动方向平行。其它放置会得出错误的测量结果。6）温度高于60度的液体、蒸汽或可凝性气体的压力测量，就地压力表的取源部件应带有冷凝管。,取压口的形状取压口一般为垂直于容器或管道内壁面的圆形开口，取压口的轴向尽可能第垂直于流线，偏斜不得超过510。取压口应无明显的倒角，表面应无毛刺和凹凸不平。口径在保证加工方便和不发生堵塞的情况下应尽量小，但在压力波动比较频繁的动态性能要求高时可适当加大口径。,1)导压管粗细要合适,一般内径为610mm,长度应尽可能短。（D14*2D18*3高压壁厚增大）2)导压管应垂直或倾斜敷设，不得有水平段。1：101：203)当被测介质易冷凝或冻结时,必须加设保温伴热管线。4)取压口到压力计之间应装有切断阀。5）引远导压管应尽可能短。介质气体，最高点排气装置。液体介质有污物，管路最低位置设排污装置,二、导压管敷设,压力计应安装在易观察和检修的地方。测量高压安装时表壳应向墙整或无人过之处。压力计的连接处,根据被测压力的高低和介质性质选择适当密封片。测量腐蚀介质，安装隔离罐。安装地点应力求避免振动和高温影响。隔热板、回转冷凝管、阻尼装置。,三、压力表的安装,流量的测量,流量：单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小,即瞬时流量。总量：某一段时间内流过管道的流体流量的总和,即瞬时流量在某一段时间内的累计值。测量流体流量的仪表一般叫流量计；测量流体总量的仪表常称为计量表。,工艺流程管道的常用流速,(1)流速、管道、流量的分类流速低流速:小于1m/s普通流速:25m/s高流速:大于10m/s,管径小管径:450mm中管径:50150mm大管径:150mm以上流量微流量:小于60l/h小流量:60l/h20m3/h一般流量:20100m3/h大流量:100m3/h以上,按测量途径分类,速度式流量计通过测量过流速度，用过流面积换算成流量。容积式流量计采用固定容积空间逐次衡量过流容积。质量流量计计量可压缩流体的质量通过量。,速度式流量计,根据测速方法可以分为以下几类：压差流量计转子流量计电磁流量计超声波流量计涡轮流量计堰式流量计,压差流量计,节流现象流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象。我国国家标准GB2624-81规定的标准节流装置(1)标准孔板:角接取压(2)标准孔板:法兰取压(3)ISA1932喷嘴:角接取压,孔板流量计示意图,节流装置测量流量的基本原理：流体流量越大，节流装置前后产生的压差也越大：测出孔板前后两侧压差的大小，可表示流量的大小。正压以“”标志；负压以“”标志。,孔板前后流体的速度和压力的分布情况分析,流量方程推导,水平管道、不可压缩流体，伯努利方程：连续性方程：上面两式可得：,可压缩流体，引入气体膨胀系数质量流量：流量系数。与节流装置的结构形式、取压方式、孔口截面积与管道截面积之比、雷诺数Re、孔口边缘锐度、管壁粗糙度等因素有关；膨胀校正系数。与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数、孔口截面与管道截面积之比等因素有关。应用时可查阅有关于册而得。对不可压缩液体来说,常取=1,流量公式分析,1.在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点,来测量流体在节流装置前后的压力差的。因而所测得的压差与流量之间的关系,与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。2.流量与压力差P的平方根成正比。流体流量越大,在节流装置前后产生的压差也越大；不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。被测流量值不应接近于仪表的下限值。3.由流量基本方程式可以看出,要知道流量与压差的确切关系,关键在于的取值：对于标准节流装置,其值可从有关手册中查出；对于非标准节流装置,其值要由实验方法确定。,标准节流装置,节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等标准化。标准孔板对尺寸和公差、光洁度等都有详细规定：d/D应在0.20.8之间;最小孔应不小于12.5mm;直孔部分的厚度h=(0.0050.02)D;总厚度H0.05D;锥面的斜角=3045等；,取压方式一,角接取压法：在孔板(或喷嘴)前后两端面与管壁的夹角处取压。分为环室取压和单独钻孔取压。,环室取压：在管道的直线段处,利用左右对称的环室将孔板夹在中间,环室与孔板端面间留有狭窄的缝隙,再由导压管将环室内的压力引出。对于孔板,环室取压用在工作压力即管道中流体的压力为6.4MPa以下,管道直径D在50520mm之间;,环室取压优点：能与孔板、喷嘴和文丘里管配合。压力取出口面积较大，便于测出平均压力，有利于提高测量精度。缺点：加工制造和安装要求高。条件限制达不到预定要求，测量精度仍难保证。因此，为了加工和安装方便，特别是对于大口径管道一般采用单独钻孔取压。,在前后夹紧环4上直接钻孔将压力引出。单独钻孔取压用在工作压力为2.5MPa以下，D在0l000mm之间。,单独钻孔取压,环室取压法能得到较好的测量精度,但是加工制造和安装要求严格,如果由于加工和现场安装条件的限制,达不到预定的要求时,其测量精度仍难保证。在现场使用时,为了加工和安装方便,不用环室而用单独钻孔取压,特别是对大口径管道。,取压方式二,法兰取压：法兰上取压。取压孔中心线至孔板面的距离为25.4mm。特点：金属材料消耗小，容易加工和安装。容易清理赃物，不易堵塞。,标准节流装置适用：测量管道直径大于50mm,雷诺数在104105以上的流体,而且流体应当清洁,完全充满管道,不发生相变。节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段。,工业生产过程中的流量测量,节流装置：流体流量,差压信号必须由导压管引出,差压计,以便显示出流量的数值。差压计有很多种型式：U型管差压计、双波纹管差压计、膜盒式差压计等,均为就地指示型仪表。工业生产过程中采用差压变送器,将差压信号转换为统一的标准信号,以利于远传,并与单元组合仪表中的其他单元相连接,这样便于集中显示及控制。,压差式流量计的组成,节流装置引压导管压差变送器二次仪表,节流式流量计,节流式流量计结构图,1-夹持件6差压变送器2节流件7防冻式隔离器3针型阀8法兰4支撑杆9螺栓5导压管10管道,1.被测流体工作状态的变动：加以必要的修正。2.节流装置安装不正确节流装置安装不正确。3.使用中要保持节流装置的清洁。4.孔板入口边缘的磨损：应注意检查、维修,必要时更换用新的孔板。5.节流装置与差压计之间的距离尽可能短。不超过16M。当小于3M时，用一平衡阀代替三阀组。,差压式流量计的测量误差,测量液体流量两根导压管内都充满同样的液体而无气泡,以使两根导压管内的液体密度相等。1.取压点应该位于节流装置的下半部,与水平线夹角应为045。2.引压导管最好垂直向下使气泡易于排出。3.在引压导管的管路中,应有排气的装置。4.差压计只能装在节流装置之上时须加装贮气罐。,5.导压管的安装,测量气体流量必须使管内不积聚气体中夹带的液体：1）取压点应在节流装置的上半部。2）引压导垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度。3）如果差压计必须装在节流装置之下,则须加装贮液罐和排放阀。,测量蒸汽流量消除冷凝液液位的高低对测量精度的影响。常用的接法：取压点从节流装置的水平位置接出,并分别安装凝液罐，自凝液罐至差压计的接法与测量液体流量时相同：两根导压管内部充满了冷凝液，而且液位一样高，从而实现了差压的准确测量。自凝液罐至差压计的接法与测量液体流量时相同。,切断阀1、2和平衡阀3,构成三阀组正确使用平衡阀方法：在启用差压计时,应先开平衡阀3,使正、负压室连通,受压相同,然后再打开切断阀1、2,最后再关闭平衡阀3,差压计即可投入运行。差压计需要停用时,应先打开平衡阀,然后再关闭切断阀1、2。当切断阀1、2关闭时,打开平衡阀3,便可进行仪表的零点校验。,6.差压计阀组,测量腐蚀性介质流量：采取隔离措施,标准节流装置的选择：1.要求压力损失较小时，可选用喷嘴、文丘里管等。2.容易使节流装置腐蚀、磨损、变形的介质，选用喷嘴。3.在加工和安装方面，孔板最简单。文丘里管最复杂。造价高低相应。因此一般场合采用孔板。,转子流量计,转子流量计则特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升。组成：锥形管、转子垂直流道中的金属转子在压差力和重力的共同作用下平衡。流速取决于转子的位置。由转子高度可直接读取通过的流量；,差压式流量计，是在节流面积(如孔板流通面积)不变的条件下，以差压变化来反映流量的大小。转子流量计：以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。,差压式流量计与转子流量计比较,转子流量计工作原理,当流体流过锥形管时,浮子处于一定位置时的受力：1.重力2.浮力（静止流体）3.上下表面压力差浮子处于一定位置平衡时，上述三力达到平衡。结论：浮子在锥形管中的平衡位置的高低与被测介质的流量大小相对应。如果在锥形管外沿其高度刻上对应的流量值,那么根据浮子平衡位置的高低就可以直接读出流量的大小。,转子流量计,转子流量计中转子的平衡条件是,可知,若以转子浮起的高度h来表示,转子流量计的指示值修正,刻度：工业基准状态(20，0.10133MPa)下用水或空气。浮子流量计的流量标尺上的刻度值：测量液体：代表20时水的流量值；测量气体：代表20，0.10133MPa压力下空气的流量值。实际使用时：被测介质的密度和工作状态不同，必须对流量指示值按照实际被测介质的密度、温度、压力等参数的具体情况进行修正。,液体流量测量时的修正,制造厂是在常温(20)下用水标定的，所以,一般液体介质：当温度和压力改变时，对密度影响不大。如果被测介质的粘度与水的粘度相差不大，可近似认为是常数，则有,KQ为体积流量密度修正系数,质量流量密度修正公式当采用耐酸不锈钢作为转子材料时，,例：一只以水标定的转子流量计来测量苯的流量，已知转子材料为不锈钢，苯的密度为0.83g/cm3，当流量计读数为3.6L/s时，苯的实际流量是多少？,气体流量测定时的修正,已知仪表显示刻度Q0，要计算实际的工作介质流量时，可按下式修正。,某厂用转子流量计来测量温度为270C，表压为0.16MPa的空气流量，问转子流量计读数为38Nm3/h时，空气的实际流量是多少?,三、椭圆齿轮流量计,椭圆齿轮流量计是属于容积式流量计的一种。它对被测流体的粘度变化不敏感，特别使合于测量高粘度的流体(例如重油、聚乙烯醇、树脂等)、甚至糊状物的流量。1.工作原理,通过椭圆齿轮流量计的体积流量：Q4nV0式中n椭圆齿轮的旋转速度；V0半月形测量室容积,被测介质中不能含有固体颗粒，更不能夹杂机械物，否则会引起齿轮磨损以至损坏：入口端必须加装过滤器。椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围，温度过高，就有使齿轮发生卡死的可能。椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工制造较为困难，因而成本较高。如果因使用不当或使用时间过久，发生泄漏现象，就会引起较大的测量误差。,使用特点,四、涡轮流量计,涡轮流量计原理和特点,涡轮流量计是一种速度式流量仪表。它具有测量精度高,反应快以及耐压高等特点。它是以动量