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液化石油气储运保管工高级理论知识培训 主讲人 尚飞鸿 2014年11月 常用计量仪表知识 液化石油气储运保管工高级理论知识培训 主要内容一 压力测量仪表二 温度测量仪表三 液位测量仪表四 流量测量仪表 现场仪表测量参数一般分为压力 温度 液位 流量四大参数 下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理 以及测量这四大参数所运用的仪表 3 一 压力测量仪表 1 压力的概念 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力 大小由受力面积和垂直作用力的大小两个因素决定 表达式为 2 压力的单位 1 工程大气压 2 标准大气压 3 约定毫米汞柱 4 约定毫米水柱常用的几种压力单位与帕斯卡的换算关系见表3 1 1所示 一 压力测量仪表 2 介绍压力的分类 1 绝对压力 2 大气压力 3 表压力 4 真空度 5 差压 一 压力测量仪表 上述各种压力的相互关系见图 一 压力测量仪表 3 压力表简介压力表是测量介质压力的一种计量仪表 它几乎遍及所有的工业流程和科研领域 在热力管网 油气传输 供水供气系统 车辆维修保养厂店 压力表应用随处可见 1 运用必要性a 监视受压容器或管道内工作介质的运行情况 以便恰当地控制受压容器 保护生产设备的安全 b 了解生产过程中物料变化状态 使某些工艺参数控制在指定的条件下 以保证产品质量符合规定的要求 c 通过掌握压力参数 为操作人员监视和调节生产提供可靠的依据 7 一 压力测量仪表 4 压力表的分类 1 按其测量精确度可分为精密压力表 一般压力表 精密压力表的测量精确度等级分别为0 1 0 16 0 25 0 4级 一般压力表的测量精确度等级分别为1 0 1 6 2 5 4 0级 2 按其测量基准压力表按其指示压力的基准不同 分为一般压力表 绝对压力表 差压表 一般压力表以大气压力为基准 绝压表以绝对压力零位为基准 差压表测量两个被测压力之差 8 一 压力测量仪表 3 压力表按其测量范围分为真空表 压力真空表 微压表 低压表 中压表及高压表 真空表用于测量小于大气压力的压力值 压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力值 微压表用于测量小于60000Pa的压力值 低压表用于测量0 6MPa压力值 中压表用于测量10 60MPa压力值 高压表用于测量100MPa以上压力值 4 压力表按其显示方式指针压力表 数字压力表 9 一 压力测量仪表 5 压力表按其使用功能分压力表按其使用功能不同可分为就地指示型压力表和带电信号控制型压力表 一般压力表 真空压力表 耐震压力表 不锈钢压力表等都属于就地指示型压力表 除指示压力外无其他控制功能 带电信号控制型压力表输出信号主要有 a 开关信号 如电接点压力表 b 电阻信号 如电阻远传压力表 c 电流信号 如电感压力变送器 远传压力表 压力变送器等 10 一 压力测量仪表 6 压力表按测量介质特性不同可分为 1 一般型压力表 用于测量无爆炸 不结晶 不凝固对铜和铜合金无腐蚀作用的液体 气体或蒸汽的压力 2 耐腐蚀型压力表 用于测量腐蚀性介质的压力 常用的有不锈钢型压力表 隔膜型压力表等 3 防爆型压力表 用在环境有爆炸性混合物的危险场所 如防爆电接点压力表 防爆变送器等 d 专用型压力表 由于被测量介质的特殊性 在压力表上应有规定的色标 并注明特殊介质的名称 氧气表必须标以红色 禁油 字样 氢气用深绿色下横线色标 氨用黄色下横线色标等等 11 一 压力测量仪表 7 压力表按工作原理不同可分为 液柱式压力计 活塞式压力计 压力传感器 弹性式压力计 a 液柱式压力计又分为U形管压力计 单管压力计 斜管压力计 12 U型管压力计 一般常由一支U型玻璃管构成 充液介质 水银 水 酒精等 2020 3 19 13 a 在U型管两端同时通大气 而未接被测压力时 U型管两边管内的液面高度相等 b 当将U型管的一端接入被测压力p1后 如果p1大于p0 则U型管两边管内的液面就会产生高度差 这个液柱的高度差就反映了U型管两端所受压力的差值 一 压力测量仪表 液柱压力计 被测压力用表压p p1 pd表达 则有 由于一旦U型管内的充入介质确定 则 g均为常数 所以h可以直接反映被测压力p的大小 此即为U型管测压的基本原理 应用范围 适用于低压 负压和压力差 读数误差可达1mm 测低压相对误差较大 一 压力测量仪表 液柱压力计 单管压力计 1 原理 同U型管压力计2 结构 杯径较管径大得多3 特点 由于杯径 管径 所以h1 h2 则h h1 即 杯内的液位变化可忽略不计 一次性读数 使用方便 而U型管压力计要两次读数 4 应用范围 测量低压 负压和差压5 读数误差 0 5mm 较U型管好 一 压力测量仪表 液柱压力计 斜管压力计 1 结构 将单管压力计的玻璃管制成斜管2 表压 p L gsin 3 特点 灵敏度高 误差较单管压力计小 一 压力测量仪表 液柱压力计 4 倾斜角度越小 l越长 测量灵敏度就越高 但不可太小 否则液柱易冲散 读数较困难 误差增大 5 这种压力计可以测量到0 98Pa的微压 为了进一步提高微压计的精确度 应选用密度小的酒精作为工作液体 一 压力测量仪表 活塞式压力计 活塞式压力计也常简称活塞压力计或压力计 也有称之为压力天平 主要用于计量室 实验室以及生产或科学实验环节作为压力基准器使用 也有将活塞式压力计直接应用于高可靠性监测环节对当地其它仪表的表决监测 17 一 压力测量仪表 压力传感器 1 应用 压力传感器主要应用于 增压缸 增压器 气液增压缸 气液增压器 压力机 压缩机 空调制冷设备等领域 2 种类 种类繁多 如电阻应变片压力传感器 半导体应变片压力传感器 压阻式压力传感器 电感式压力传感器 电容式压力传感器 谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等 但应用最为广泛的是压阻式压力传感器 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性 18 用弹性元件组成的压力测量仪表称为弹性式压力计 弹性元件受压后产生的形变输出 力或位移 可以通过传动机构直接带动指针指示压力 或压差 也可以通过某种电气元件组成变送器 实现压力 或压差 信号的远传 弹性压力计按照弹性元件不同又分为弹簧管 波登管 膜片 膜盒 式 波纹管式三种 弹簧管式又分为单圈弹簧和多圈弹簧式 一 压力测量仪表 弹性压力计 下面就分别简要介绍以下这几种压力表 弹性压力计是基于弹性元件受力变形的性质来实现压力测量的 根据弹性元件的类型不同 可分为弹簧管压力表 膜盒微压计 波纹管差压计及膜片压力表 或差压计 等 一 弹性压力表的工作原理压力可测量的变形传动机构放大刻度盘指示弹性元件是压力计的感受件 类型 弹簧管 膜片 膜盒 波纹管1 弹簧管 波登管 弹簧管是一种横截面积为椭圆或扁圆形的空心薄壁管 形状有 单圈弹簧管 螺旋形多圈弹簧管 S形等多圈弹簧管弹簧管的材料 一般为黄铜 磷青铜 铍青铜及镍铬不锈钢等 一 压力测量仪表 弹性压力计 C 型管断面示意图 一般压力表的工作原理是 弹簧管在压力和真空的作用下 产生弹性变形引起管端位移 其位移通过机械传动机构 连杆和机芯 进行放大 传递给指示装置 再由指针在表盘上偏转指示出压力或真空值 弹簧管压力表的结构及工作原理 YTF 100H和YTF 150H 一 压力测量仪表 弹性压力计 单圈弹簧管其圆弧角一般为270 横截面主要是扁圆形 弹簧管的开口端固定在仪表基座上 称为固定端 压力信号由开口端 表接头 引入弹簧管内 弹簧管另一端封闭 称为自由端 当被测压力引入弹簧管后 自由端将产生相应的位移 此位移通过与弹簧管铰连的连杆传递给仪表的放大指示机构 2 波纹管 波纹管是一种带波纹的薄壁圆筒 一端开口并固定于仪表基座上 为固定端 另一端封闭 为自由端 使用时 压力信号引入筒内或筒外 前者使波纹管受拉 后者使波纹管受压 因而都将使自由端产生轴向位移 一 压力测量仪表 弹性压力计 在波纹管材料比例极限范围内 波纹管自由端的轴向位移 L与被测压力呈线性关系 常用的波纹管直径多为7mm 150mm 管壁厚度为0 08mm 0 3mm 由于波纹管本身刚度较小 通常与螺旋形弹簧组合使用 组合使用时 被测压力主要由弹簧的弹性反力平衡 波纹管只起隔离介质的作用 组合使用可以改善弹性元件的输出特性 如减小迟滞时间 增大线性区 扩大仪表量程等 3 膜片 膜片是一种圆形弹性薄片 分为平膜片及波纹膜片两种 波纹膜片上压有一些环形波纹 其挠度 膜片中心位移量 比平膜片大1 2倍 所以目前大多采用波纹膜片 波纹膜片的波纹形状有梯形波形 锯齿波形及正弦波形三种 波纹形状 特别是波纹高度H与膜片厚度h之比 H h 对膜片输出特性有较大影响 H h大 则输出特性线性较好 使用膜片时 膜片圆周边缘两侧被压力容室固紧 上下隔离 其上下为两个独立容室 被测压力由一侧容室引入 使膜片中心产生位移 一 压力测量仪表 弹性压力计 隔膜压力表测量原理 一 压力测量仪表 弹性压力计 4 膜盒式 将两片膜片的圆周边缘对焊起来就构成膜盒 压力信号由一膜片的中心开孔引入 输出信号为另一膜片中心的位移 膜盒的中心位移量在相同压力情况下比膜片大 因此灵敏度较膜片高 一 压力测量仪表 弹性压力计 5 膜盒压力表与膜片压力表的异同 一 压力测量仪表 弹性压力计 五压力表的安装要求1 压力表的安装位置应符合安装状态的要求 表盘一般不应水平放置 安装位置的高低应便于工作人员观测 2 压力表安装处与测压点的距离应尽量短 要保证完好的密封性 不能出现泄漏现象 3 在安装的压力表前端应有缓冲器 为便于检验 在仪表下方应装有切断阀 当介质较脏或有脉冲压力时 可采用过滤器 缓冲器和稳压气等 一 压力测量仪表 弹簧管压力表 1 将压力表引压管开关关闭 2 使用一个活动扳手卡住压力表接头 另一个活动扳手卡住引压管活接头 缓慢转动压力表头 将连接丝扣松开 备注 有泄压阀的压力表引线 先打开泄压阀泄压 3 压力泄尽 4 将旧压力表拆下 5 更换垫片 装上压力表 6 使用一个活动扳手卡住压力表接头 另一个活动扳手卡住引压管活接头紧好连接丝扣 7 打开引压线手阀检查 8 连接丝扣无泄漏 9 压力表盘上标示最低和最高工作压力 六 压力表的安装与拆卸操作 一 压力测量仪表 弹性压力计 加氢联合大部分压力表都属于此种方式安装 使用压力表垫子密封 扳手1卡在压力表接头上 最好使用活动扳手 扳手2卡在活接头上 最好使用27的开口扳手 若需调节压力表玻璃面板的调节方向 将此活接头拆松 调节玻璃面板至需要的方向 然后上紧此活接头 一 压力测量仪表 弹性压力计 加氢联合高压部分压力表都属于此种方式安装 使用压力表垫子密封 扳手1卡在压力表接头上 最好使用活动扳手 扳手2卡在活接头上 最好使用27的开口扳手 注意 此活接头上螺纹为右旋 下螺纹为左旋 安装时先把下部螺纹旋到头为止 然后再安装上面的压力表 若需调节压力表玻璃面板的调节方向 将此活接头拆松 调节玻璃面板至需要的方向 然后上紧此活接头 此阀为泄压阀 先将引线球阀关死 然后将该阀黑色的手轮关死 再用扳手缓慢松开泄压手阀 对压力表进行泄压 一 压力测量仪表 弹性压力计 二 温度测量仪表 36 1 温度和温标的概念2 测温仪表的分类 1 温度和温标的概念 温度 表征物体冷热程度的物理参数 模拟图 在一个密闭的空间里 气体分子在高温时的运动速度比低温时快 温度越高 表示物体内部分子热运动越剧烈 温标 用来度量温度高低的标尺 摄氏温标 CentigradeTemperatureScale华氏温标 FahrenheitTemperatureScale热力学温标 K ThermodynamicsTemperatureScale国际温标InternationalTemperatureScale 热力学温度 T 是基本物理量 单位是K 卡尔文 摄氏温度 t 单位 两者换算关系 t T 273 15 2 测温仪表的分类 温度不能直接测量 物体温度的变化会带来各种效应 物理的 长度 容积等机械量 电阻 电势等电量 光强 辐射功率 波长等光学量 化学的 分解 聚合 颜色等 根据不同的效应可制成不同的测温仪表 按测温原理分膨胀式温度计压力式温度计热电阻温度计热电偶温度计辐射式高温计 按测温方式分接触式温度计非接触式温度计 42 二 温度测量仪表 1 接触式温度测量仪表的特点 感温元件与被测介质直接接触 测温元件简单 可靠 测量精度较高 但是 由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡 因而产生了滞后现象 而且可能与被测介质产生化学反应 另外高温材料的限制 接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量 43 二 温度测量仪表 分类及其特点 2 非接触式温度测量仪表的特点 测温仪表不与被测介质接触 因而其测温范围很广 其测温上限原则上不受限限制 由于它是通过热辐射来测量温度的 所以不会破坏被测介质的温度场 测温速度也较快 但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽 烟雾 尘埃等其它介质的影响 因此测量精度较低 下面着重介绍双金属温度计和热电阻温度计 44 一 工作原理 双金属温度计是利用两种不同膨胀系数的金属片A和B将其焊接在一起并将一端固定 当温度发生变化时 膨胀悉数较大的金属片B伸长较多 故其未固定端 自由端 必然向膨胀系数较小的金属A一方弯曲变形 利用弯曲变形的大小不同 从而可表示出温度的高低不同 二 温度测量仪表 双金属温度计 二 双金属片温度计按指示部分与保护管连接方式不同 分为下列三种类型 1 轴项型 2 径向型 3 135度角型 二 温度测量仪表 双金属温度计 二 温度测量仪表 双金属温度计 48 优点 结构简单 价格便宜 读数指标明显 使用方便 维护容易 耐冲击 耐震动 适用于震动较大场合的温度测量 应用广泛 可以代替很大一部分工业用玻璃管水银温度计 缺点 精度不高 量程不能做得很小以及使用范围有限等 二 温度测量仪表 双金属温度计 一 热电阻测温原理 用热电偶测量500 以下温度时 热电势小 测量精度低 且使用中经常需要进行冷端温度补偿 故工业上在测低温时通常采用热电阻温度计 其测温范围为 200 500 二 温度测量仪表 热电阻温度计 取一只100W 220V灯泡 用万用表测量其电阻值 可以发现其冷态阻值只有几十欧姆 而计算得到的额定热态电阻值应为484 温度升高 金属内部原子晶格的振动加剧 从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻碍增大 宏观上表现出电阻率变大 电阻值增加 二 温度测量仪表 热电阻温度计 1 热电阻测温特点优点 1 输出信号大 测温精度高 2 电阻信号便于远传 3 无需冷端补偿 4 可以实现多点切换测量 缺点 1 感温部分体积大 热惯性大 2 不能测取某一点的温度 只能测量一个区域的平均温度 3 在使用时需要外供电源 4 连接导线电阻易受环境温度影响而产生测量误差 二 温度测量仪表 热电阻温度计 三 液位测量仪表 52 液化石油气储配站的储罐 槽车都设置有液位测量仪表 以便了解储液 进液及出液量 监视和控制液位高度保证安全生产 目前液化石油气储配站常用的液位测量仪表有磁翻板液位计 玻璃管液位计 雷达液位计 磁致伸缩液位计等 玻璃板液位计磁翻板液位计 二 液位测量仪表 导波雷达液位计超声波液位计 二 液位测量仪表 二 液位测量仪表 玻璃管液位计 1 玻璃管液位计玻璃管液位计是在常压或较低压力下工作的最简单的直接指示式液位仪表 工作原理 是基于连通器原理设计的 由玻璃管构成的液体通路经接管用法兰或锥管螺纹与被测容器连接构成连通器 通过玻璃管观察到的液面与容器内的液面相同 二 液位测量仪表 玻璃管液位计 二 液位测量仪表 玻璃管液位计 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 二 液位测量仪表 玻璃管液位计 1 玻璃管液位计使用及维护要求 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 2 磁翻板液位计原理 翻板液位计通过与工艺容器相连的筒体内浮子随液面 或界面 的上下移动 由浮子内的磁钢利用磁耦合原理驱动磁性翻板指示器 用红蓝两色 液红气蓝 明显直观地指示出工艺容器内的液位或界位 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 磁翻板液位计的安装 使用及维护注意事项 1 筒体内不应有固体杂质或磁杂质进入 以免对浮子造成卡阴及减弱浮力 2 要定期清洗浮筒 3 清洗要更换浮子时要打开排污法兰 装入磁性浮子时 要使重端带磁性的一端向上 不能倒装 4 磁翻板液位计本体周围不允许有导磁物质靠近 禁用铁丝固定 否则会影响正常工作 5 伴热管必须选用非导磁材料 如紫铜管等 6 安装必须垂直 液位计与容器引管间应装有球阀 便于检修和清洗 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 磁翻板液位计的安装 使用及维护注意事项 7 调试时 应先打开上部气相管阀门 然后缓慢开启下部液相管阀门 让介质平稳进入浮筒 8 对超过一定长度 普通型 3m 防腐型 2m 的液位计 需增加中间加固法兰或耳攀作固定支撑 以增加强度和克服自身重要 9 液位计的安装位置应远避开或远离介质出口处 避免介质流体局部区域的急速变化 影响测量准确性 10 当配有远传配套仪表时应做好连线保护 零位相符 接线盒密封防水等要求 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 选择磁翻板液位计应考虑的因素 1 测量对象 2 测量和控制要求 3 退磁问题 4 介质的腐蚀性和浮子的使用寿命 5 生产厂家的资质是否齐全 计量器具生产许可证等 二 液位测量仪表 磁翻板液位计 磁翻板液位计的优点 适用范围广 高温 高压 腐蚀 可选远传功能磁翻板液位计的缺点 价格较贵 显示板易断层出现假液位 粘稠或易结晶物质不适用 浮子容易泄漏 卡死 磁性降低等 3 导波雷达液位计 导波雷达液 界 位变送器运用了TDR 时域反射原理 技术 发射的电磁波脉冲沿着杆或缆传送当遇到比先前传导介质