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化工仪表基础知识 一 基本概念 一 压力概念 这里的压力概念 实际上指的是物理学上的压强 即单位面积上所承受压力的大小 二 压力的两种表示方法 绝对压力 以绝对真空为基准 高于绝对真空的压力 相对压力 以大气压力作为基准所标示的压力 绝对压力 大气压力 相对压力 三 名称 正压 以大气压力为基准 高于大气压力的压力 负压 真空 以大气压力为基准 低于大气压力的压力 差压 两个压力之间的差值 表压 以大气压力为基准 大于或小于大气压力的压力 压力表 以大气压力为基准 用于测量小于或大于大气压力的仪表 四 压力单位换算 常见压力单位及其换算psi bar Pa MPa 公斤力1 PSI英文全称为Poundspersquareinch P是磅pound S是平方square I是英寸inch 2 把所有的单位换成公制单位就可以算出 1bar 14 5psi 1psi 6 895kPa 0 06895bar 欧美等国家习惯使用psi作单位 在中国 我们一般把气体的压力用 公斤 描述 而不是 斤 其单位是 kgf cm2 一公斤压力就是一公斤的力作用在一个平方厘上 而在国外常用的单位是 Psi 具体单位是 lb in2 就是 磅 平方英寸 这个单位就像华氏温标 F 此外 还有Pa 帕斯卡 一牛顿作用在一平方米上 KPa Mpa Bar 毫米水柱 毫米汞柱等压力单位 1巴 bar 0 1兆帕 MPa 100千帕 KPa 1 0197公斤 平方厘米1标准大气压 atm 0 101325兆帕 MPa 1 0333巴 bar 因为单位相差都很小 你又不是工程人员 所以 可以这样记 1巴 bar 1标准大气压 atm 1公斤 平方厘米 100千帕 KPa 0 1兆帕 MPa psi的换算 1标准大气压 atm 14 696磅 英寸2 psi 压力1巴 bar 105帕 Pa 1托 Torr 133 322帕 Pa 1毫米汞柱 mmHg 133 322帕 Pa 1毫米水柱 mmH2O 9 80665帕 Pa 1工程大气压 98 0665千帕 kPa 1千帕 kPa 0 0102千克力 厘米2 kgf cm2 0 0098大气压 atm 1物理大气压 atm 101 325千帕 kPa 1 0333巴 bar 14 696磅 英寸2 psi 1磅力 英寸2 psi 6 895千帕 kPa 0 0703千克力 厘米2 kg cm2 0 0689巴 bar 0 068大气压 atm 五 压力表分类 1 压力表按其测量精确度 可分为精密压力表 一般压力表 2 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 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 4 压力表按其组成 液柱式 电子式和机械式 本部分就机械式做以介绍 六 机械式压力表 1 机械式压力表在工业过程控制与技术测量过程中 由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性 使得机械式压力表得到越来越广泛的应用 1 组成弹性敏感元件齿轮传动机构指针外壳等 2 原理压力表通过表内的敏感原件的弹性形变 再由表内机械转换机构将压力变形传导至指针 引起指针转动来显示压力 3 弹性敏感元件的种类 弹簧管 波登管 膜片 膜盒 波纹管 机械式压力表并由此分类 4 弹簧管式压力表弹簧管 波登管 分为C型管 盘簧管 螺旋管等型式 弹簧管在内腔压力作用下 利用其所具有的弹性特性 可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移 弹簧管的测量范围一般在0 1MPa 250MPa 目前 国内各生产厂家的压力表结构大同小异 主要由接口支撑部件 测量机构 传动放大机构和示数装置组成 工作原理是 当被测介质通过接口部件进入弹性敏感元件 弹簧管 内腔时 弹性敏感元件在被测介质压力的作用下其自由端端会产生相应的位移 相应的位移则通过齿轮传动放大机构和杆机构转换为对应的转角位移 与转角位移同步的仪表指针就会在示数装置的度盘刻线上指示出被测介质的压力 5 型号表示 目前 我国压力表没有统一的型号命名规范 但一些通用规格的仪表型号基本相近 但耐震 隔膜 不锈钢等特殊仪表的型号差别很大 Y 系列一般压力表表示 1 Y 第一个字母Y表示压力表 横杠后面第一个框内为数字表示表壳公称直径 50 60 100 150 第二个框内为字母表示结构形式 无代号表示径向无边 Z轴向无边 ZQ轴向带前边T径向带后边 Y 系列一般压力表一般压力表适用测量无爆炸 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 Y 第一个字母Y表示压力表 第一个框内为字母则表示该表的型式 横杠后第一个框内为数字 数字表示表壳公称直径 最后面的框内为字母 表描述 YA 100 150氨压力表 YB 150A 150B系列精密压力表 YE 100 150系列膜盒压力表 YE 100BYE 150系列不锈钢膜盒压力表 3 Y 第一个字母Y表示压力表 第一个框内为字母则表示该表的结构型式 第二个框内为字母则表示其它功能性质或形式 横杠后第一个框内为数字 数字表示表壳公称直径 最后面的框内为字母 表描述 YEJ 101 121矩形膜盒压力表YMC MN系列卫生型隔膜压力表YML MF隔膜压力表YPF膜片压力表YTN YTN B系列耐震压力表YTT 150型差动远传压力表YTZ 150电阻远传压力表 6 格雷德选型手册上介绍的的一些类型 YTQ安全型系列压力表YEF 631 不锈钢防腐膜合压力表YPF 431 不锈钢防腐膜片压力表YE普通膜合压力表YTF一般耐腐蚀压力表YTN耐震动压力表YTP卫生型系列隔膜压力表YXC电接点压力表YX普通电接点压力表YTZ电阻远传压力表YTT差动远传压力表 7 技术参数关键名词介绍 1 精确度等级压力表的精度等级是以它的允许误差占表盘刻度值的百分数来划分的 其精度等级数越大允许误差占表盘刻度极限值越大 压力表的量程越大 同样精度等级的压力表 它测得压力值的绝对值允许误差越大 经常使用的压力表的精度为2 5 1 5级 如果是1 0和0 5级的属于高精度压力表 现在有的数字压力表已经达到0 25级 2 外径表盘所指示的整个盘面 一般分大 中 小 小的一般为60mm以下 中等的为60 150mm 大的为150mm以上 通过盘面玻璃或其他透明材料的表盘我们可以看到指针的示数 便于观测和记录 3 径向 轴向径向指压力表的连接口径与表盘成1型 轴向指压力表的连接口径与表盘成T型 8 选型 按照使用环境和测量介质的性质选择在大气腐蚀性较强 粉尘较多和易喷淋液体等环境恶劣的场合 应根据环境条件 选择合适的外壳材料及防护等级 1 对一般介质的测量 压力在 40kPa 40kPa时 宜选用膜盒压力表 压力在 40kPa以上时 一般选用弹簧管压力表或波纹管压力计 2 稀硝酸 醋酸及其它一般腐蚀性介质 应选用耐酸压力表或不锈钢膜片压力表 3 稀盐酸 盐酸气 重油类及其类似的具有强腐蚀性 含固体颗粒 粘稠液等介质 应选用膜片压力表或隔膜压力表 其膜片及隔膜的材质 必须根据测量介质的特性选择 4 结晶 结疤及高粘度等介质 应选用法兰式隔膜压力表 5 在机械振动较强的场合 应选用耐震压力表或船用压力表 6 在易燃 易爆的场合 如需电接点信号时 应选用防爆压力控制器或防爆电接点压力表 电接点压力表 电接点压力表概述电接点压力表是工业中长用的压力控制仪表他主要作用是通过控制压力对电机起到转动或停止的目的电接点压力表的原理 接点压力表由测量系统 指示系统 磁助电接点装置 外壳 调整装置和接线盒 插头座 等组成 电接点压力表的工作原理是基于测量系统中的弹簧管在被测介质的压力作用下 追使弹簧管之末端产生相应的弹性变形一位移 借助拉杆经齿轮传动机构的传动并予放大 由固定齿轮上的指示 连同触头 逐将被测值在度盘上指示出来 与此同时 当其与设定指针上的触头 上限或下限 相接触 动断或动合 的瞬时 致使控制系统中的电路得以断开或接通 以达到自动控制和发信报警的目的 电接点压力表的安装方法首先选定量程 电接点压力表按量程可分为0 0 6mpa 0 25mpa 等 根据其不同需要选择合适的量程 0 0 6mpa 0 1 6mpa 0 25mpa 电接点压力表的参数选定 接点电气参数工作电压 最高 380VAC 220VDC最大工作电流 1A持续电流 0 6A最大功率 30W电接点压力表使用工作温度 25 55 工作压力上限 不大于仪表上限的2 3工作环境振动频率不大于25Hz 振幅不大于0 5mm 电接点压力表的安装步骤 1 关闭导压管前端截止阀2 关闭电源3 将电接点压力表缠好生胶带后连接到导压管上4 电接点压力表的接线5 开启截止阀并按相应要求调整高爆点和低爆点 电接点压力表的接线图 一 继电器的结构二 常开及常闭触点三 继电器工作原理四 继电器在电路图中的画法五 继电器在电路图中的表示方法六 电接点压力表指针的用途七 电接点压力表的接线图 交流接触器的结构主要由电磁系统和触点组两部分组成 一 继电器的结构 电磁系统由铁心 衔铁 线圈等零件组成 电磁铁的铁心分为动 静铁心 一般静铁心是固定不动的 动铁心在继电器线圈通电时 在电磁吸作用下向静铁心移动 线圈断电时 在复位弹簧作用下恢复到原来位置 1 1 电路符号 常开 动合 常闭 动断 二 常开触点及常闭触点 当吸引线圈通电时 动铁心克服复位弹簧作用力向静铁心移动 拖动所有触点动作 这时常闭触点断开 常开触点闭合 常开 动合 常闭 动断 三 继电器工作原理 继电器是由线圈 衔铁 铁心 复位弹簧 及触点组成 是根据电磁感应的原理 简单来说就是 电生磁的原理 当继电器线圈两端加上电压后 线圈得电使铁心产生磁力 这时衔铁就会吸向铁心 使触点动作 此时常开触点闭合而常闭触点则断开当线圈两端电压或电流小于一定值时 机械反力大于电磁吸力时 衔铁回到初始状态 常开触点断开 常闭触点接通 电路图中的自保电路图 图中SB2为启动按钮 当按下后电路通电 KM线圈得电 使触点闭合产生回路 由于控制按钮SB在复位弹簧的作用下回位 但KM线圈任然处于得电状态 这种电路现象就称为自保电路 要使KM线圈失电 只需按下停止按钮SB1 四 继电器在电路图中的画法 交流接触器与继电器的区别工作原理一样都是通过电磁感应原理 通过线圈通电是衔铁吸合交流接触器是主设备接通或断开元件 通过工作电流 容量大 继电器是控制元件 通过的是控制电流 容量小 交流接触器用于主电路 电流大 有灭弧装置 一般只能在电压作用下动作 中间继电器用于控制电路 电流小 没有灭弧装置 可用在电量和非电量作用下动作 五 继电器在电路图中的表示方法 图中SB为控制按钮 KM为继电器的线圈 当按下控制按钮后 继电器的线圈KM得电 使触头发生动作 常开触点闭合 产生回路电机得电转动 六 电接点压力表指针的用途 上面的指针是上限 下面的指针是下限 中间的黑色指针指示是实际压力的数值 实际压力在上限之上时 与上限接通 与下限断开 实际压力在上下限之间时 公共端与上限 下限都断开 实际压力在下限之下时 公共端与下限接通 与上限断开 电接点压力表就是控制上下限压力用的 他与继电器配合使用 通过接通或断开来控制电机的起停 七 电接点压力表的接线图 电接点压力表控制电机停转需要两个继电器和一个交流接触器 图中j1 j2为继电器在控制电路中 j3为交流接触器在主电路中 电气原理 以控制压缩机电机为例 储气灌压力到达下限自动开启 到达上限自动停机 控制过程如下 在压力到达 或开机时低与 下限时 电接点压力表的活动触点 电源共公端 与下限触头接通 继电器J1动作 并形成自保电路 其常开触头闭合驱动J3 电动机得电运转 当压力到达上限时 活动触点与上限触头接通 继电器J2动作 其常闭触头断开 切断J1供电 其常开点断开 J3释放 电机停转 如此往复 达到自动控制的目的 压力表常见故障及处理方法 1 电接点压力表触头是劣质触头排除方法 1 对劣质的电接点触头更换2 大电流长期使用 产生火花和电弧现象 形成一层氧化膜 接触不良 2 排除方法 形成氧化膜的触头用细砂布抛光 压力升到上限值或降到下限值时不能控制发生这种原因如下 隔膜压力表 隔膜压力表适用于测量强腐蚀 高温 高粘度 易结晶 易凝固 有固体浮游物的介质压力以及必须避免测量介质直接进入通用型压力仪表和防止沉淀物积聚且易清洗的场合 隔膜压力表由隔膜隔离器与通用型压力仪表组成一个系统的隔膜表 隔膜压力表与设备连接方式主要有螺纹连接和法兰连接及卫生卡箍式等 隔膜压力表主要用于石油化工 制碱 化纤 染化 制药 食品 卫生系统和制碱等工业部门生产过程中测量流体介质的压力之用 隔膜压力表结构原理当测量介质的压力P作用于隔膜 则隔膜产生变形 压缩压力仪表测压系统的密封液 使其形成P P的压力 当隔膜的刚性足够小时 则 P也很小 压力仪表测压系统形成的压力就近于测量介质的压力 隔膜压力表的用途当我们测量一般气体 水和油液的压力时 可选用一般压力表 当测量硝酸 磷酸 强碱的压力时 可用不锈钢压力表 但是当被测量的介质有很强的腐蚀性 如盐酸 湿氯气 二氯化铁 有很高的粘度 如乳胶 易结晶 如盐水 易凝固 如热沥青 有固态浮游物 如污水 则再选用以上压力表是不可行的 因为就是SUS316不锈钢管也会被盐酸腐蚀 沥青和污水中的浮游物很快会将压力表的导压孔堵塞 而使仪表失去使用功能 隔膜压力表则能解决这些问题 人们可以根据不同的强腐蚀介质而选用不同的耐腐蚀隔膜膜片材质而起到防腐的作用 技术指标1 温度特性 由于隔膜压力表系统由填充了密封液作为传递压力的介质 则由于密封液的温度体膨胀系数 使压力仪表随受压部温度升高而示值也升高 其温度影响量与密封液体膨胀系数 隔膜刚度以及受压部温度有关 尤其对于低量程的压力仪表 则影响更明显 一般受压部温度误差规定不大于0 1 故隔膜压力仪表总的温度影响一般是由通用型仪表温度影响量与隔膜装置受压部温度影响量两者之和 2 精度等级 1 6级 2 5级3 测量范围 Mpa 螺纹连接式 0 1 0 0 60 0 100法兰连接式 0 1 0 0 25卡箍卫生型 0 1 0 0 2 54 隔膜材料 0Crl7Nil2Mo2 316 蒙乃尔合金 Cu30Ni70 哈氏合金 H276C 钽 Ta 及氟塑料 F4 5 密封垫圈材料 丁晴橡胶 氟塑料 内部填充工作液 1 硅油 2 根据客户需求填充6 工作条件 1 温度 环境温度 20 55 被测介质温度 20 55 2 工作压力 静负荷 用至测量上限值的3 4 3 交变负荷 用至测量上限值的2 3 4 短时压力 用至测量上限值 7 连接尺寸 1 螺纹连接 M20 1 5 G3 8 G1 2 2 法兰连接 A 机械工业部标准JB81 94 平焊钢法兰 B 化学工业部标准 耐酸平焊钢法兰 C 根据用户需求定制8 仪表外径 60mm 75mm 100mm 150mm9 仪表执行标准JB T8624 199710 外形尺寸ZNYM系列适用于测量具腐蚀性 易结晶 高粘度 易凝固 温度较高的液体 气体或颗粒状固体介质的压力以及必须避免测量介质直接进入压力仪表和防止沉淀物积累且易清洗的场合 隔膜压力表主要用于石油 染化 制药 化工 化纤 制碱食品等工业部门 化工 食品行业指定用表 隔膜压力表选型标准 选配压力表型号 隔膜膈离器型式L 螺纹式 60MPa F 法兰式 25MPa F10 工字形法兰式 4MPa C 夹子式 0 1 2 5MPa N 螺母式 0 1 2 5MPa Z 螺栓式 1 25MPa H 均质机用 10 60MPa 连接的代号0 直接 被测介质温度 80 1 角形 被测介质温度 150 2 硬管 被测介质温度 200 3 软管 1米 2米 4米 6米 4 散热器 被测介质温度 200 5 阻尼器 膜片材料 压力表首选中能仪表 316 316L 哈氏合金 蒙抗尔合金 钽片 氟塑料 测量范围 法兰标准代号 ML螺纹式隔离器型式 维护与保养一 压力表运行至三个月进行一次一级保养 其内容和要求如下 1 检查三通旋塞以及存水弯管接头 消除泄漏 2 检查压力表能否回零 3 检查并冲洗存水弯管 确保畅通 二 压力表运行至一年后进行一次二级保养 其内容和要求如下 1 把压力表拆卸下来 送计量部门校验并铅封 2 拆卸检查存水弯管 丝扣应完好 3 拆卸检查三通旋塞 研磨密封面 保证严密不泄漏 其连接丝扣应完好无损 4 存水弯管 三通旋塞除锈 涂刷油漆 三 压力表使用时的更换当压力表在运行中发现失准时 必须及时更换 操作步骤 1 更换的压力表必须是经过计量部门校验合格的有铅封的 在校验有效期的压力表或有出厂合格证明的新表 2 换表之前 必须将三通旋塞旋至冲洗压力表的位置 将存水弯管内的污物冲洗干净 3 将三通旋塞旋至使存水弯管存水的位置 用扳手取下旧表 换上新的压力表 4 将三通旋塞旋至正常工作时的位置 使新表投入运行 2 精确度等级的选择1 一般测量用压力表 膜盒压力表和膜片压力表 应选用1 5级或2 5级 2 精密测量用压力表 应选用0 4级 0 25级或0 16级 3 外型尺寸的选择1 在管道和设备上安装的压力表 表盘直径为l00mm或150mm 2 在仪表气动管路及其辅助设备上安装的压力表 表盘直径为小于60mm 3 安装在照度较低 位置较高或示值不易观测场合的压力表 表盘直径为大于150mm或200mm 4 测量范围的选择 1 测量稳定的压力时 正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1 3 2 3 2 测量脉动压力 如 泵 压缩机和风机等出口处压力 时 正常操作压力值应在仪表测量范围上限值的1 3 1 23 侧量高 中压力时 正常操作压力值不应超过仪表测量范围上限值的1 2 5 安装附件的选择 1 测量水蒸汽和温度大于60 的介质时 应选用冷凝管或虹吸器 2 测量易液化的气体时 若取压点高于仪表 应选用分离器 3 测量含粉尘的气体时 应选用除尘器 4 测量脉动压力时 应选用阻尼器或缓冲器 5 在使用环境温度接近或低于测量介质的冰点或凝固点时 应采取绝热或伴热措施 9 如何检查氧气压力表内有无油脂在进行氧气压力表示值检定时 应先检定氧气压力表内有无油脂 方法是 先将纯净的温水注入弹簧管内 经过摇荡 再将水倒入盛有清水的器皿内 如水面上没有彩色的油影 即可认为没有油脂 氧气压力表的校验工作与普通压力表的一样 但氧气压力表是禁油的 因此校验它时应使用专用校验设备和工具 氧气压力表校验常用的设备是油水隔离装置 10 测压仪表分类及其测量原理 测压仪表按转换原理大致分为四大类 液柱式压力计 它是根据流体静力学原理 将被压力转换成液柱高度进行测量的 弹性式压力计 它是将被测压力转换成弹性元件变形位移进行测量的 电气式压力计 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量来进行测量的仪表 活塞式压力计 它是根据水压机液体传送压力的原理 将被测压力转换成活塞上所加砝码的质量来进行测量的 11 液柱式压力计的测量原理及常用类型 工作原理基于流体静力学原理 用于测量小于200kpa的低负压或压差 常用的有U型管式 单管式 斜管式三种 12 电接点压力表的组成及工作原理电接点压力表由 静触点 动触点 指示灯及压力表本体组成电接点压力表由动触点指示实测压力 静触点指示设定值 当实测压力 动触点 与设定值 静触点 接触时 就会使气源接通 发出相应的报警信号或引起相应的联锁动作 13 压力开关是一种简单的压力控制装置 其工作原理是 当被测压力超过额定值时 弹性元件的自由端产生位移 直接或经过比较后推动开关元件 改变开关元件的通断状态 送出报警或控制信号 达到控制被测压力的目的 七 常用温标摄氏温标 华氏温标 凯氏温标 K 三者的关系是 5 9 32 K 273 15 9 5 32 K 273 15八 温度测量仪表1 测温仪表按测量方式分为 按测量方式分接触式和非接触式两大类 2 接触式测温仪表分为 分为膨胀式 压力式 热电偶 热电阻四大类 3 非接触式测温仪表分 非接触式测温仪表有辐射式和红外线两大类 4 热电偶温度计热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表 5 热电偶温度计的测温原理热电偶温度计的测温原理基于热电偶的热电效应 热电偶产生的电势差 会随被测温度的变化而变化 因此 可以用热电偶作为测温元件 6 热电阻温度计热电阻温度计是用热电阻作为测温 感温 元件的温度计 7 热电阻温度计的测温原理热电阻温度计时利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的 8 温度仪表最高使用指示值一般为满量程的90 正常的指示值为满量程的1 2 3 4 流量测量仪表 流量计 作业区常见的流量计 流量计的分类 按结构原理分 按测量原理分 容积式流量计 叶轮式流量计 差压式流量计 电磁流量计 质量流量计 流体振荡流量计 冲量式流量计 物理原理 力学原理 热学原理 光学原理 差压式流量计 差压原理 标准孔板 常见故障 结构 工作原理 标准孔板 涡轮流量计 涡街流量计 电磁流量计 椭圆齿轮流量计 质量流量计 转子流量计 工作原理 流量计结构 安装注意事项 常见故障 故障原因 处理方法 故障原因 处理方法 一 流量计的分类二 差压流量计三 涡轮流量计四 涡街流量计五 电磁流量计六 椭圆齿轮流量计七 科里奥利质量流量计八 转子流量计 流量计分类 测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表 流量计是工业测量中重要的仪表之一 随着工业生产的发展 对流量测量的准确度和范围的要求越来越高 流量测量技术日新月异 为了适应各种用途 各种类型的流量计相继问世 目前已投入使用的流量计已超过100种 从不同的角度出发 流量计有不同的分类方法 常用的分类方法有两种 一是按流量计采用的测量原理进行归纳分类 二是按流量计的结构原理进行分类 一 按测量原理分类 1 力学原理 属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式 转子式 利用动量定理的冲量式 可动管式 利用牛顿第二定律的直接质量式 利用流体动量原理的靶式 利用角动量定理的涡轮式 利用流体振荡原理的旋涡式 涡街式 利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰 槽式等等 2 电学原理 用于此类原理的仪表有电磁式 差动电容式 电感式 应变电阻式等 3 声学原理 利用声学原理进行流量测量的有超声波式 声学式 冲击波式 等 4 热学原理 利用热学原理测量流量的有热量式 直接量热式 间接量热式等 5 光学原理 激光式 光电式等是属于此类原理的仪表 6 原于物理原理 核磁共振式 核幅射式等是属于此类原理的仪表 7 其它原理 有标记原理 示踪原理 核磁共振原理 相关原理等 二 按流量计结构原理分类按当前流量计产品的实际情况 根据流量计的结构原理 大致上可归纳为以下几种类型 1 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 2 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 0 2 一0 5 3 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 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 俘子即静止 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 5 动量式流量计利用测量流体的动量来反映流量大小的流量计称动量式流量计 由于流动流体的动量P与流体的密度及流速v的平方成正比 即pv2 当通流截面确定时 v与容积流量Q成正比 故pQ2 设比例系数为A 则Q A因此 测得P 即可反映流量Q 这种型式的流量计 大多利用检测元件把动量转换为压力 位移或力等 然后测量流量 这种流量计的典型仪表是靶式和转动翼板式流量计 6 冲量式流量计利用冲量定理测量流量的流量计称冲量式流量计 多用于测量颗粒状固体介质的流量 还用来测泥浆 结晶型液体和研磨料等的流量 流量测量范围从每小时几公斤到近万吨 典型的仪表是水平分力式冲量流量计 其测量原理是当被测介质从一定高度h自由下落到有倾斜角的检测板上产生一个冲力 冲力的水平分力马质量流量成正比 故测量这个水平分力即可反映质量流量的大小 按信号 九 的检测方式 该型流量计分位移检测型和直接测力型 7 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 8 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 9 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 10 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 在现代工业生产中 流动工质的温度 压力等运行参数不断提高 在高温高压的情况下 由于材质和结构等方面的原因 直接式质量流量计的应用遇到困难 而间接式质量流量计由于密度计受湿度和压力适用范围的限制 往往也不好实际应用 因此 在工业生产中广泛采用的是温度压力补偿式质量流量计 可把它看作一种间接式质量流量计 不是配用密度计 而是利用温度 压力与密度间的关系 用温度 压力信号经函数运算为密度信号 与容积流量相乘而得到质量流量 目前温度 压力补偿式质量流量计虽已实用化 但当被测介质参数变化范围很大或很迅速时 正确地补偿将很困难或不可能 因此进一步研究在实际生产中适用的质量流量计和密度计还是一个课题 2 1差压流量计 2 1 1差压式流量计的结构原理充满管道的流体 当它流经管道内的节流件时 如图所示 流速将在节流件处形成局部收缩 因而流速增加 静压力降低 于是在节流件前后便产生了压差 流体流量愈大 产生的压差愈大 这样可依据压差来衡量流量的大小 这种测量方法是以流动连续性方程 质量守恒定律 和伯努利方程 能量守恒定律 为基础的 压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关 例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质 密度 粘度 不同时 在同样大小的流量下产生的压差也是不同的 2 1 2楔形孔板楔形孔板的结构如图所示 其检测件为V形 设计合适时节流件上下游无滞流区 不会使管道堵塞 取压方式未标准化 1 高压取压口 2 低压取压口 3 测量管 4 楔形孔板 5 法兰 2 1 3标准孔板又称同心直角边缘孔板 其轴向截面如图4 2所示 孔板是一块加工成圆形同心的具有锐利直角边缘的薄板 孔板开孔的上游侧边缘应是锐利的直角 标准孔板有三种取压方式 角接 法兰及D D 2取压 如图4 3所示 为从两个方向的任一个方向测量流量 可采用对称孔板 节流孔的两个边缘均符合直角边缘孔板上游边缘的特性 且孔板全部厚度不超过节流孔的厚度 2 1 4差压式流量计常见故障 原因及排除方法 1 指示零或移动很小 其原因为 1 平衡阀未全部关闭或泄漏 2 节流装置根部高低压阀未打开 3 节流装置至差压计间阀门 管路堵塞 4 蒸气导压管未完全冷凝 5 节流装置和工艺管道间衬垫不严密 6 差压计内部故障 其对应处理方法为 1 关闭平衡阀 修理或换新 2 打开 3 冲洗管路 修复或换阀 4 待完全冷凝后开表 5 拧紧螺栓或换垫 6 检查 修复 2 指示在零下 其原因为 1 高低压管路反接 2 信号线路反接 3 高压侧管路严重泄漏或破裂 其对应处理方法为 1 检查并正确连接好 2 检查并正确连接好 3 换件或换管道 3 指示偏低 其原因为 1 高压侧管路不严密 2 平衡阀不严或未关紧 3 高压侧管路中空气未排净 4 差压计或二次仪表零位失调或变位 5 节流装置和差压计不配套 不符合设计规定 其对应处理方法为 1 检查 排除泄漏 2 检查 关闭或修理 3 排净空气 4 检查 调整 5 按设计规定更换配套的差压计 4 指示偏高其原因为 1 低压侧管路不严密 2 低压侧管路积存空气 3 蒸气等的压力低于设计值 4 差压计零位漂移 5 节流装置和差压计不配套 不符合设计规定 其对应处理方法为 1 检查 排除泄漏 2 排净空气 3 按实际密度补正 4 检查 调整 5 按规定更换配套差压计 5 指示超出上限其原因为 1 实际流量超过设计值 2 低压侧管路严重泄漏 3 信号线路有断线 其对应处理方法为 1 换用合适范围的差压计 2 排除泄漏 3 检查 修复 6 流量变化时指示变化迟钝其原因为 1 连接管路及阀门有堵塞 2 差压计内部有故障 其对应处理方法为 1 冲洗管路 疏通阀门 2 检查排除 7 指示波动大其原因为 1 流量参数本身波动太大 2 测压元件对参数波动较敏感 其对应处理方法为 1 高低压阀适当关小 2 适当调整阻尼作用 8 指示不动其原因为 1 防冻设施失效 差压计及导压管内液压冻住 2 高低压阀未打开 其对应处理方法为 1 加强防冻设施的效果 2 打开高低压阀 3 1涡轮流量计 涡轮流量计是一种速度式流量仪表 由于具有测量精度高 反应速度快 测量范围广 价格低廉 安装方便等优点 被广泛应用于化工生产中 3 1 1涡轮流量计的工作原理涡轮流量计由涡轮 轴承 前置放大器 显示仪表组成 被测流体冲击涡轮流量计涡轮叶片并使之转 涡轮的转速随流量的成正比变化 再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲 经前置放大器放大后 送入涡轮流量计流量积算仪进行计数和显示 根据单位时间内的脉冲和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量 3 1 2涡轮流量计的安装及使用1 涡轮流量计的电源线最好采用蔽线电缆 并进行良好接地 电源为直流24V 650 阻抗 2 涡轮流量计应水平安装 避免垂直安装 并保证其前后有适应的直管段 一般前10D 后5D 3 保证流体的流动方向与涡轮流量计外壳的箭头方向一致 不得装反 4 被测介质对涡轮不能有腐蚀 特别是轴承处 否则应采取措施 5 涡轮流量计磁感应部分不能碰撞 6 安装涡轮流量计前 管道要清扫 被测介质不洁净时 要加过滤器 否则导致涡轮 轴承被卡住 7 投运前先进行仪表系数的设定 仔细检查 确定仪表接线无误 接地良好 方可送电 8 安装涡轮流量计时 前后管道法兰要水平 否则管道应力对流量计影响很大 3 1 3涡轮流量计常见故障处理3 1 3 1液体正常流动无显示 累积量数不增加1 供电电路或信号电路断路或接触不良 故障排除方法 用万用表检查 排除故障点2 显示仪的印刷线路板 接插件故障或接触不良故障 排除方法 更换印刷线路板3 前置放大器故障 故障排除方法 用铁条在检测头下快速移动 无信号输出 则应检查线圈有无断线和焊点脱焊4 供给前置放大器的电压太低 故障排除方法 发将电源电压提高至规定要求5 叶轮卡住不转 故障排除方法 去除异物 并清洗或更换损坏零件 更换零件后应重新标定 3 1 3 2流量显示逐渐减小1 过滤器堵塞 压损逐渐增大 使流量减小 故障排除方法 清除过滤器内杂物2 管道上阀芯松动 阀门开度自动减少 故障排除方法 修理或更换阀门3 叶轮受杂物阻碍或轴承间隙内进入异物 阻力增大使转速减慢故障 排除方法 清洗流量计 必要时重新标定 3 1 3 3流量为零时 流量显示不为零 显示值不稳1 传输线屏蔽接地不良 外界电磁场的干扰 故障排除方法 检查接地 排除干扰2 管道振动 引起叶轮抖动 故障排除方法 加固管线或在流量计前后加装支架3 截止阀泄漏 故障排除方法 检修或更换阀门4 显示仪内部线路板之间或电子元件变质损坏 产生干扰 故障排除方法 采取 短路法 或逐一检查 找出故障点 3 1 3 4显示流量与实际流量不符1 叶轮被腐蚀 叶片变形 故障排除方法 修理叶轮或更换后重新标定2 杂物阻碍叶轮旋转 故障排除方法清除杂物3 检测线圈输出信号失常 故障排除方法检查线圈绝缘电阻和导通电阻4 旁通阀泄漏 故障排除方法关严旁通阀 必要时更换5 流量计上游流速分布发生畸变或出现脉动流 故障排除方法找出产生畸变或脉动流的原因 采取措施予以消除6 显示仪表故障 故障排除方法修复显示仪表7 显示仪表接线不正确 故障排除方法更正接线8 显示仪表设定错误 故障排除方法更正设定9 实际流量超出规定的流量范围 故障排除方法更换合适口径的流量计 4 1涡街流量计 4 1 1工作原理与结构4 1 1 1工作原理在流体中设置旋涡发生体 阻流体 从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡 这种旋涡称为卡曼涡街 如图1所示 旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列 设旋涡的发生频率为f 被测介质来流的平均速度为U 旋涡发生体迎面宽度为d 表体通径为D 根据卡曼涡街原理 有如下关系式 f SrU1 d SrU md 1 式中U1 旋涡发生体两侧平均流速 m s Sr 斯特劳哈尔数 m 旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比4 1 1 2结构涡街流量计由传感器和转换器两部分组成 传感器包括旋涡发生体 阻流体 检测元件 仪表表体等 转换器包括前置放大器 滤波整形电路 D A转换电路 输出接口电路 端子 支架和防护罩等 近年来智能式流量计还把微处理器 显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内 涡街流量计图 转换器原理框图 1 安装注意事项VSF属于对管道流速分布畸变 旋转流和流动脉动等敏感的流量计 因此 对现场管道安装条件应充分重视 遵照生产厂使用说明书的要求执行 VSF可安装在室内或室外 如果安装在地井里 有水淹的可能 要选用涎水型传感器 传感器在管道上可以水平 垂直或倾斜安装 但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰 安装位置要注意 如图16所示 图16混相流体的安装 a 测量含液体的气体流量仪表安装 b 测量含气液体流量仪表安装 VSF必须保证上 下游直管段有必要的长度 如图17所示 在各种资料中数据有差异 其原因可能是 旋涡发生体尚未标准化 形状尺寸的差异有多少影响尚待验证 对各类阻流件必要的直管段长度试验研究尚不够 即还不成熟 对比节流式差压流量计 这方面工作还处于初始阶段 图17涡街流量计对上 下游直管段长度的要求 a 一个90o弯头 b 同心扩管 c 同心收缩全开阀门 d 不同平面两个90o弯头 e 调节阀半开阀门 f 同一平面两个90o弯头 传感器与管道的连接如图18所示 在与管道连接时要注意以下问题 1 上 下游配管内径D与传感器内径D 相同 其差异满足下述条件 0 95D D 1 1D 2 配管应与传感器同心 同轴度应小于0 05D 3 密封垫不能凸入管道内 其内径可比传感器内径大1 2mm 4 如需断流检查与清洗传感器 应设置旁通管道如图19所示 5 减小振动对VSF的影响应该作为VSF现场安装的一个突出问题来关注 首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源 其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑 第三 加装管道支撑物是有效的减振方法 一种管道支撑方法如图20所示 4 1 2涡街流量计常见故障处理4 1 2 1通电后无流量时有输出信号1 输入屏蔽或接地不良 引入电磁干扰 处理方法 改善屏蔽与接地 排除电磁干扰2 仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源 处理方法 远离干扰源安装 采取隔离措施加强电源滤波3 管道有较强振动 处理方法 采取减震措施 加强信号滤波降低放大器灵敏度4 转换器灵敏度过高 处理方法 降低灵敏度 提高触发电平 4 1 2 2通电通流后无输出信号1 电源出故障 故障排除方法 检查电源与接地2 输入信号线断线故障排除方法 检查信号线与接线端子3 放大器某级有故障故障排除方法 检测工作点 检查元器件4 检测元件损坏故障排除方法 检查传感元件及引线 检查阀门 增大流量或缩小管径6 管道堵塞或传感器被卡死故障排除方法 检查清理管道 清洗传感器 4 1 2 3输出信号不规则不稳定1 有较强电干扰信号 处理方法 加强屏蔽和接地2 传感器被沾污或受潮 灵敏度降低 处理方法 清洗或更换传感器 提高放大器增益3 传感器灵敏度过高 处理方法 降低增益 提高触发电平4 传感器受损或引线接触不良 处理方法 检查传感器及引线5 出现两相流或脉动流 处理方法 加强工艺流程管理 消除两相流或脉动流现象6 管道震动的影响 处理方法 采取减震措施7 工艺流程不稳定 处理方法 调整安装位置8 传感器安装不同心或密封垫凸入管内 处理方法 检查安装情况 改正密封垫内径9 上下游阀门扰动 处理方法 加长直管段或加装流动调整器10 流体未充满管道 处理方法 更换装流量传感器地点和方式11 发生体有缠绕物 处理方法 消除缠绕物12 存在气穴现象 处理方法 降低流速 增加管内压力 4 1 2 4测量误差大1 直管段长度不足 处理方法 加长直管段或加装流动调整器2 模拟转换电路零漂或满量程调整不对 处理方法 校正零点和量程刻度3 供电电压变化过大 处理方法 检查电源4 仪表超过检定周期 处理方法 及时送检5 传感器与配管内径差异较大 处理方法 检查配管内径 修正仪表系数6 安装不同心或密封垫凸入管内 处理方法 调整安装 修整密封垫7 传感器沾污或损伤 处理方法 清洗更换传感器8 有两相流或脉动流 处理方法 排除两相流或脉动流9 管道泄漏 处理方法 排除泄漏 4 1 2 5测量管泄漏1 管内压力过高 处理方法 调整管压 更改安装位置2 公称压力选择不对 处理方法 选用高一档公称压力传感器3 密封件损坏 处理方法 更换密封件4 传感器被腐蚀 处理方法 采取防腐和保护措施4 1 2 6传感器发出异常啸叫声1 流速过高 引起强烈颤动 处理方法 调整流量或更换通径大的仪表2 产生气穴现象 处理方法 调整流量和增加液流压力3 发生体松动 处理方法 紧固发生体 5 1电磁流量计 5 1 1电磁流量计原理EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律 即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势 如图1所示 导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动 与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势 电动势的方向按 弗来明右手规则 其值如下式式中式中E 感应电动势 即流量信号 V k 系数 B 磁感应强度 T D 测量管内径 m 平均流速 m s 设液体的体积流量为 则式中K为仪表常数 K 4KB D 5 1 2EMF由流量传感器和转换器两大部分组成 传感器典型结构示意如图2 测量管上下装有激磁线圈 通激磁电流后产生磁场穿过测量管 一对电极装在测量管内壁与液体相接触 引出感应电势 送到转换器 激磁电流则由转换器提供 5 1 3使用时应注意的一般事项液体应具有测量所需的电导率 并要求电导率分布大体上均匀 因此流量传感器安装要避开容易产生电导率不均匀场所 例如其上游附近加入药液 加液点最好设于传感器下游 使用时传感器测量管必须充满液体 非满管型例外 有混合时 其分布应大体均匀 液体应与地同电位 必须接地 如工艺管道用塑料等绝缘材料时 输送液体产生摩檫静电等原因 造成液体与地间有电位差 5 1 3 1流量传感器安装 1 安装场所通常电磁流量传感器外壳防护等极为IP65 GB4208规定的防尘防喷水级 对安装场所有以下要求 1 测量混合相流体时 选择不会引起相分离的场所 测量双组分液体时 避免装在混合尚未均匀的下游 测量化学反应管道时 要装在反应充分完成段的下游 2 尽可能避免测量管内变成负压 3 选择震动小的场所 特别对一体型仪表 4 避免附近有大电机 大变压器等 以免引起电磁场干扰 5 易于实现传感器单独接地的场所 6 尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体 7 环境温度在 25 10 50 600 范围内 一体形结构温度还受制于电子元器件 范围要窄些 8 环境相对湿度在10 90 范围内 9 尽可能避免受阳光直照 10 避免雨水浸淋 不会被水浸没 如果防护等级是IP67 防尘防浸水级 或IP68 防尘防潜水级 则无需上述8 10 两项要求 2 直管段长度要求为获得正常测量精确度 电磁流量传感器上游也要有一定长度直管段 但其长度与大部分其它流量仪表相比要求较低 90 弯头 T形管 同心异径管 全开闸阀后通常认为只要离电极中心线 不是传感器进口端连接面 5倍直径 5D 长度的直管段 不同开度的阀则需10D 下游直管段为 2 3 D或无要求 但要防止蝶阀阀片伸入到传感器测量管内 3 安装位置和流动方向传感器安装方向水平 垂直或倾斜均可 不受限制 但测量固液两相流体最好垂直安装 自下而上流动 这样能避免水平安装时衬里