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仪表基本知识 上海迪华科技有限公司2011 07 29 一 仪表基本入门知识 电源电压及允许偏差 交流 AC 220V 10 直流 DC 24V 3 10 48V 10 管段介绍 俗称的DN50 DN100指的是公称直径为50mm 100mm的管道 另1 25 4mm 仪表的分类 压力 温度 液位 流量 检测仪表 显示仪表 常用图例符号 法定计量单位 精确度 准确度 精确度和误差可以说是孪生兄弟 正是有误差才有精确度这个概念 仪表精确度简而言之就是仪表测量值接近真值的准确程度 通常用相对百分比表示 E x 被测参数的标准值 100 E 检测过程中的相对百分比误差 x 绝对误差 被测参数测量值和标准值之间的误差一般用R 表示满量程精度E x 标尺上限指 标尺下限值 100 标尺上限指 标尺下限值 仪表的测量范围一般用F S 表示 重复性 重复性是用本方法在正常和正确操作情况下 由同一操作人员 在同一实验室内 使用同一仪器 并在短期内 对相同试样所作多个单次测试结果 在95 概率水平两个独立测试结果的最大差值 二 仪表及控制系统 1 检测仪表2 分析仪表3 显示仪表4 控制仪表5 执行器6 控制系统 检测仪表1 温度仪表 常用仪表分类及优缺点 温度传感器 热电偶 外部形状 内部结构 测量原理 热电偶是利用两种不同材料相接触而产生热电势随温差变化的特性来测量温度的 温度传感器 热电阻 外部结构 内部结构 测量原理 金属导体的电阻值随温度的变化而变化 温度变送器 与别的变送器相同 将电流信号转换为数字信号 方便主机的接收 2 压力检测与变送 压力表特点 结构简单 结实耐用 测量范围宽 是应用最多的之一 压力 差压 变送器 特点 感受压力 差 并把压力 差 参数变成电信号 EJA差压变送器 1151压力变送器 物位检测仪表 浮力式液位计差压式液位计电容式物位计超声物位计放射性物位计特殊介质物位计 3 流量检测与变送 工业上常用的流量仪表可分为两大类 a 速度式流量计以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表 如差压流量计 变面积流量计 电磁流量计 涡街流量计 超声流量计 堰式流量计和叶轮水表等 b 容积式流量计以单位时间内排出的液体固定容积的数目作为测量依据如椭圆齿轮流量计 腰轮流量计 刮板式流量计和活塞式流量计等 常用流量计介绍 差压流量计电磁流量计涡街流量计超声流量计容积式流量计浮子流量计涡轮流量计质量流量计明渠流量计 判别流量计好坏的依据 一 有无可动部件二 有无压力损耗三 测量原理是否合理 差压流量计 原理 在管道中流动的流体具有动能和位能 在一定条件下可以相互转换 但参加转化的能量总和是不变的 孔板流量计 文丘里流量计 V锥流量计 A K平衡流量计 优点 1 应用最多的孔板式流量计结构牢固 性能稳定可靠 使用寿命长 2 应用范围广泛 至今尚无任何一类流量计可与之相比拟 3 检测件与变送器 显示仪表分别由不同厂家生产 便于规模经济生产 缺点 1 测量精度普遍偏低 2 范围度窄 一般仅3 1 4 1 3 现场安装条件要求高 4 压损大 指孔板 喷嘴等 应用概况 差压式流量计应用范围特别广泛 在封闭管道的流量测量中各种对象都有应用 如流体方面 单相 混相 洁净 脏污 粘性流等 工作状态方面 常压 高压 真空 常温 高温 低温等 管径方面 从几mm到几m 流动条件方面 亚音速 音速 脉动流等 它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1 4 1 3 电磁流量计 原理 利用法拉第电磁感应定律 即导体在磁场中切割磁感应线运动时在其两端产生感应电动势 一体式电磁流量计 优点 1 测量通道是段光滑直管 不会阻塞 适用于测量含固体颗粒的液固二相流体 如纸浆 泥浆 污水等 2 不产生流量检测所造成的压力损失 节能效果好 3 所测得体积流量实际上不受流体密度 粘度 温度 压力和电导率变化的明显影响 4 流量范围大 口径范围宽 5 可应用腐蚀性流体 缺点 1 不能测量电导率很低的液体 如石油制品 2 不能测量气体 蒸汽和含有较大气泡的液体 3 不能用于较高温度 应用概况 应用领域广泛 大口径仪表较多应用于给排水工程 中小口径常用于高要求或难测场合 如钢铁工业高炉风口冷却水控制 造纸工业测量纸浆液和黑液 化学工业的强腐蚀液 有色冶金工业的矿浆 小口径 微小口径常用于医药工业 食品工业 生物化学等有卫生要求的场所 涡街流量计 原理 在流体中安放非流线型阻流体 流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则漩涡 在一定的流量内 漩涡分离频率正比于管道内的平均流速 检测出漩涡频率就可以推算出流体的流量 涡街流量计 优点 1 结构简单牢固 2 适用流体种类多 3 精度较高 4 范围度宽 5 压损小 缺点 1 不适用于低雷诺数测量 2 需较长直管段 3 仪表系数较低 与涡轮流量计相比 4 仪表在脉动流 多相流中尚缺乏应用经验 超声流量计 声音 声波 声波是一种机械波 表征参数有 振幅 波长和频率声波的传播需要介质 传播速度与传播介质有关 人耳能听到20Hz 20000Hz 低于20Hz的声波叫次声波 高于20000Hz的声波称为超声波 正常的人听不见超声和次声 时差法工作原理 超声波在流体中顺流和逆流传播时 两者的传播速度不同 顺流快 逆流慢 两者的时间差与流体本身的流速成正比关系 通过测量计算时间差来测得流速 进而测得流量 时差式超声流量计 优点 1 流体中不插入任何元件 对流速无影响 也没有压力损失 2 能用于任何液体 特别是具有高黏度 强腐蚀 非导电性等性能的液体的流量测量 也能测量气体的流量 3 对于大口径管道的流量测量 不会因管径大而增加投资 4 量程比较宽 可达10 1 输出与流量之间呈线性等优点 缺点 1 当被测液体中含有气泡或有杂音时 将会影响测量精度 故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段 2 此外 结构复杂 成本较高 多普勒工作原理 以物理学中的多普勒效应为基础 根据声学多普勒效应 当声源和观察者之间有相对运动时 观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率 这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比 多普勒超声流量计 优点 1 可作非接触测量 可做成便携式 进行移动测量 可测量固相含量较多或者含气泡的液体 2 为无流动阻挠测量 无额外压力损失 3 仪表系数容易求的 一般不需做实流标定 4 不受管径限制 造价与管径无关 缺点 1 测量精度一般 2 不能用于测量纯净的液体和气体 容积式流量计 容积式流量计按其测量元件分类 可分为椭圆齿轮流量计 刮板流量计 双转子流量计 旋转活塞流量计 往复活塞流量计 圆盘流量计 液封转筒式流量计 湿式气量计及膜式气量计等 比较常见的有齿轮型 刮板型和旋转活塞型三种型式 齿轮型容积式流量计这种流量计的壳体内装有两个转子 直接或间接地相互啮合 在流量计进口与出口之间的压差作用下产生转动 通过齿轮的旋转 不断地将充满在齿轮与壳体之间的 计量空间 中的流体排出 通过测量齿轮转动次数 可得到通过流量计的流体量 椭圆齿轮流量计工作示意图 椭圆齿轮式流量计 刮板式容积流量计 在这种流量计的转子上装有两对可以径向内外滑动的刮板 转子在流量计进 出口差压作用下转动 每转动一周排出四份 计量空间 的流体体积 与前一类流量计相同 只要测出转动次数 就可以计算出排出流体的体积量 刮板式容积流量计 旋转活塞式容积流量计 如图 旋转活塞位于固定的内外圈3 4之间 活塞的轴6靠着导辊5滚动 中间隔板1将计量空间分成两部分 活塞2的上缺口和隔板1咬合 当活塞依箭头方向运动时与隔板1成直线运动 活塞在进出口流体压力差的作用下 始终与内外圆桶壁紧密接触旋转 交替不断地将活塞与内外圆筒之间的流体排出 通过计算活塞旋转次数可得到流过的流体量 旋转活塞式容积流量计工作示意图 旋转活塞式容积流量计 优点 1 计量精度高 2 安装管道条件对计量精度没有影响 3 可用于高粘度液体的测量 4 范围度宽 5 直读式仪表无需外部能源可直接获得累计 总量 清晰明了 操作简便 缺点 1 结果复杂 体积庞大 2 被测介质种类 口径 介质工作状态局限性较大 3 不适用于高 低温场合 4 大部分仪表只适用于洁净单相流体 5 产生噪声及振动 应用概况 容积式流量计与差压式流量计 浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计 常应用于昂贵介质 油品 天然气等 的总量测量 浮子流量计 工作原理 浮子流量计引是以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降 改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表 又称转子流量计 浮子流量计原理示意图 浮子流量计 特点 1 玻璃锥管浮子流量计结构简单 使用方便 缺点是耐压力低 有玻璃管易碎的较大风险 2 适用于小管径和低流速 3 压力损失较低 4 只能垂直安装 而且流体必须由下而上 应用概况 浮子流量计是仅次于差压式流量计应用范围最宽广的一类流量计 特别在小 微流量方面有举足轻重的作用 涡轮流量计 工作原理 涡轮流量计的原理示意图如图3 1所示 在管道中心安放一个涡轮 两端由轴承支撑 当流体通过管道时 冲击涡轮叶片 对涡轮产生驱动力矩 使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转 在一定的流量范围内 对一定的流体介质粘度 涡轮的旋转角速度与流体流速成正比 由此 流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到 从而可以计算得到通过管道的流体流量 涡轮流量计 优点 1 高精度 在所有流量计中 属于最精确的流量计 2 重复性好 3 无零点漂移 抗干扰能力好 4 范围度宽 5 结构紧凑 缺点 1 不能长期保持校准特性 2 流体物性对流量特性有较大影响 应用 石油 有机液体 无机液 液化气 天然气和低温流体 质量流量计 热式质量流量计的工作原理 利用外部热源对管道内被测流体加热 热能随流体一起流动 通过测量因流体流动而造成的热量 温度 变化来反应出流体的质量流量差压式质量流量计的工作原理 以玛格努斯效应为基础的流量计 实际应用中以孔板和定量泵的组合实现质量流量的测量 常见的有双孔板和四孔板和定量泵的两种组合结构科氏质量流量计的工作原理 利用流体在振动管中流动时 产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表 分类 热式质量流量计 差压式质量流量计和科里奥力式质量流量计 科氏质量流量计具有以下几点优点 1 测量精度高 同时 它还能准确的测出流体介质的密度 2 可计量的液体种类多 可计量水 化学药液 石油 还可以计量高粘度的液体和稀浆 它不仅可以测量单一溶液的流体参数 还可以测量混合较均匀的两种溶液的流体参数 3 量程比大 4 对介质的流态要求低 无论介质是层流还是紊流 都不影响其测量精度 5 仪表工作性能稳定 可靠 使用方便 安全 6 能测量混合较均匀的固 液 气 液多相流 7 防腐性能好 能适用各种常见的腐蚀性流体介质 缺点 加工复杂 价格昂贵 测量气体时精度有限 明渠流量计 分类 超声流量计电磁流量计巴歇尔槽测量方法 超声流量计水渠流量测量 超声波明渠流量计采用超声波通过空气 以非接触的方式测量明渠堰槽内的水位高度 同时由微处理机自动计算出对应的流量值 测流量时 液晶显示瞬时流量及累计流量 测液位时则显示液位及上下线报警指示 超声流量计明渠测量 电磁流量计水渠流量测量 电磁流量计明渠实物图 巴歇尔槽明渠流量测量原理 在渠道内安装巴氏计量槽 由于水槽的缩口比渠道的横截面积小 因此 渠道上游水位与流量的对应关系主要取决于槽的几何尺寸 同样的水槽放在不同的渠道上 相同的液位对应相同的流量 巴氏计量槽把流量转成了液位 通过测量流经巴氏计量槽内水流的液位 可以根据相应水槽的水位 流量关系 求出流量 每种类型的水槽 都有自己的固定水位 流量对应关系 巴歇尔槽只要求有喉道宽度的参数b就能得出污水流量 巴歇尔槽 2 控制系统 DCS系统 为了适应工艺流程的需要 仪表控制系统采用DCS集散控制系统 主要工艺参数的显示 趋势记录 历史事件记录 报警 控制 打印及流程