过程控制系统及仪表第3版405第3章3节流量

1、1书名:过程控制系统及仪表(第3版)出版社: 大连理工大学出版社; 第3版 (2010年7月1日) 编著者：李亚芬；主审：邵诚, 丛书名: 高等学校理工科化学工类规划教材 平装: 259页; 语种: 简体中文 开本: 16 isbn: 9787561115015, isbn：7-5611-1501-6 条形码: 9787561115015 尺寸: 25.6 x 18.2 x 1.2 cm 重量: 522 g 原价:25.00元23-4 3-4 流量测量仪表流量测量仪表流量检测方法2概述3 12.12.1、差压式流量计、差压式流量计2.22.2、容积式流量计、容积式流量计2.32.3、浮子式流量

2、计、浮子式流量计2.42.4、电磁流量计、电磁流量计2.52.5、涡街流量计、涡街流量计3一、概述一、概述体积流量体积流量qv ：指单位时间内流过管道某一截面流体的体：指单位时间内流过管道某一截面流体的体积数。其常用单位为积数。其常用单位为m3/h。质量流量质量流量qm：指单位时间内流过管道某一截面流体的质：指单位时间内流过管道某一截面流体的质量数。其常用单位为量数。其常用单位为kg/h 。体积流量与质量流量之间的关系为：体积流量与质量流量之间的关系为：p 在工程应用中，流量通常指单位时间内通过管道某一在工程应用中，流量通常指单位时间内通过管道某一截面的流体数量，称为瞬时流量。用体积流量和质量

3、截面的流体数量，称为瞬时流量。用体积流量和质量流量来表示。流量来表示。4p除了瞬时流量外，有时候还要求知道在一定的除了瞬时流量外，有时候还要求知道在一定的时间内通过管道某一截面的流体数量，称为累计时间内通过管道某一截面的流体数量，称为累计总量。总量。累积总量与瞬时流量的关系是累积总量与瞬时流量的关系是：一、一、概述概述5二、流量检测方法（二、流量检测方法（1）2.12.1、差压式流量计、差压式流量计在流量测量中，差压式流量计是应用最广泛的一在流量测量中，差压式流量计是应用最广泛的一种流量仪表。种流量仪表。差压式流量计通常由差压式流量计通常由节流装置节流装置、引压管引压管和和差压计差压计（或差压

4、变送器）及（或差压变送器）及显示仪表显示仪表组成组成 。 62.1、差压式流量计、差压式流量计 （1 1）节流装置）节流装置 节流装置指安装在管道中的一个局部节流元节流装置指安装在管道中的一个局部节流元件以及相配套的取压装置。件以及相配套的取压装置。测量原理测量原理 流体流经节流装置时，由于节流作用而产流体流经节流装置时，由于节流作用而产生流束收缩，发生能量的转换，在节流装置的前生流束收缩，发生能量的转换，在节流装置的前后产生静压力差。后产生静压力差。这个压差与流体的流量有关，这个压差与流体的流量有关，而且流量越大，压差也越大。而且流量越大，压差也越大。 7以孔板节以孔板节流装置为流装置为例说

5、明：例说明：孔板前后孔板前后流体的速流体的速度与压力度与压力的分布情的分布情况况8 根据能量守恒定律，对于不可压缩的理想流体，在根据能量守恒定律，对于不可压缩的理想流体，在管道任一截面处的流体的动能和静压能之和是恒定管道任一截面处的流体的动能和静压能之和是恒定的。并且在一定条件下互相转化。的。并且在一定条件下互相转化。 当表征流体动能的速度在节流装置的前后发生变化当表征流体动能的速度在节流装置的前后发生变化时，表征流体静压能的静压力也将随之发生变化。时，表征流体静压能的静压力也将随之发生变化。这样在节流装置前后就会产生静压差。这样在节流装置前后就会产生静压差。 测量原理测量原理: 流量越大，节

6、流装置前后产生的静压差流量越大，节流装置前后产生的静压差越大。越大。9（2）流量公式）流量公式 根据伯努利方程式和流体的连续性方程可以推导出节流根据伯努利方程式和流体的连续性方程可以推导出节流装置前后静压差与流量的定量关系式为装置前后静压差与流量的定量关系式为qkp10 （3）标准节流装置）标准节流装置标准节流装置由节流元件、取压装置以及直管段等所标准节流装置由节流元件、取压装置以及直管段等所组成。组成。标准节流装置对流体种类，流动条件，管道条件、安标准节流装置对流体种类，流动条件，管道条件、安装条件、流动参数等均有规定要求，若设计制造、安装装条件、流动参数等均有规定要求，若设计制造、安装使用

7、符合规定标准，则可不必通过实验标定。使用符合规定标准，则可不必通过实验标定。节流元件的形式很多，有孔板、喷嘴、文丘里管、偏节流元件的形式很多，有孔板、喷嘴、文丘里管、偏心孔板、圆缺孔板、道尔管、环形管等。心孔板、圆缺孔板、道尔管、环形管等。目前，国际上规定的标准节流装置有目前，国际上规定的标准节流装置有标准孔板、喷嘴标准孔板、喷嘴和文丘里管和文丘里管。11（4）差压计）差压计由节流装置测得的差压信号，经过差压计转换成由节流装置测得的差压信号，经过差压计转换成所需要的流量信号。所需要的流量信号。差压计根据需要可配有指示，记录及流量积算等差压计根据需要可配有指示，记录及流量积算等机构以实现流量的显

8、示。机构以实现流量的显示。 节流装置、引压管、差节流装置、引压管、差压变送器、显示仪表压变送器、显示仪表12（5）差压式流量计的安装）差压式流量计的安装取压孔位于取压孔位于管道的下半管道的下半部，导压管部，导压管垂直向下，垂直向下，以便气泡向以便气泡向上排出。上排出。13取压孔位于取压孔位于管道的上半管道的上半部，加装了部，加装了冷凝器。冷凝器。14取压孔位于取压孔位于管道的上半管道的上半部，导压管部，导压管方向朝上。方向朝上。15（6）差压式流量计的投运）差压式流量计的投运差压式流量计在现场安装完毕并经核查和校验合差压式流量计在现场安装完毕并经核查和校验合格后，方可投入运行。格后，方可投入运

9、行。开表前，首先必须使导压管内充满相应的介质，开表前，首先必须使导压管内充满相应的介质，将积存在导压管中的空气排除干净。将积存在导压管中的空气排除干净。然后，按照具体步骤操作三阀组，将差压计投入然后，按照具体步骤操作三阀组，将差压计投入运行。运行。16 三阀组：三阀组： 安装三阀组的目的是为了在开停安装三阀组的目的是为了在开停表时，防止差压计单向受压，使仪表表时，防止差压计单向受压，使仪表产生附加误差，甚至损坏。产生附加误差，甚至损坏。 开表操作步骤：开表操作步骤： 1，先开平衡阀，使正负压室连通，先开平衡阀，使正负压室连通 2，依次打开，依次打开切断切断阀阀 1 和和阀阀2，使差，使差压计的

10、正负压室承受同样的压力压计的正负压室承受同样的压力 3，最后再渐渐地关闭平衡阀。，最后再渐渐地关闭平衡阀。 停表操作步骤：停表操作步骤： 当差压计需要停用时，应先打开平当差压计需要停用时，应先打开平衡阀衡阀 ，然后再关闭切断阀，然后再关闭切断阀 1 和和 2 。 平衡阀平衡阀切断阀切断阀172.2、容积式流量计、容积式流量计 容积式流量计，又称定排量流量计。容积式流量计，又称定排量流量计。 1、 椭圆齿轮式流量计工作原理椭圆齿轮式流量计工作原理 二、流量检测方法（二、流量检测方法（2）18 q = n4v式中式中 q 某段时间内流过流体的体积流量；某段时间内流过流体的体积流量； n 某段时间内

11、齿轮转数；某段时间内齿轮转数； v 由齿轮及壳壁所构成的新月形容积。由齿轮及壳壁所构成的新月形容积。 椭圆齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机椭圆齿轮的转动通过磁性密封联轴器及传动减速机构传递给计数器直接指示被测流体总量。构传递给计数器直接指示被测流体总量。附加发送装置，配以电显示仪表可实现远传指示瞬附加发送装置，配以电显示仪表可实现远传指示瞬时流量或总量。时流量或总量。原理：原理：利用机械部件使被测流体连续充满具有一定容利用机械部件使被测流体连续充满具有一定容积的空间，然后再不断将其从出口排放，根据排放次积的空间，然后再不断将其从出口排放，根据排放次数及容积来测量流体体积总量的流量计。数

12、及容积来测量流体体积总量的流量计。192椭圆齿轮流量计特点椭圆齿轮流量计特点 适于测量液体介质，尤其适于测量高粘度液体。适于测量液体介质，尤其适于测量高粘度液体。 容积式流量计测量精度较高。容积式流量计测量精度较高。 避免被测介质含有脏污物或颗粒状，以防止早期磨损避免被测介质含有脏污物或颗粒状，以防止早期磨损或损坏仪表，或加装过滤器，以保证测量的准确性。或损坏仪表，或加装过滤器，以保证测量的准确性。201工作原理工作原理o 浮子流量计是由一根自浮子流量计是由一根自下向上扩大的垂直锥管下向上扩大的垂直锥管和一个可以上下自由浮和一个可以上下自由浮动的浮子所组成。如图动的浮子所组成。如图 3-30

13、所示。所示。o 工作原理工作原理: 浮子的位移量浮子的位移量与流量有着对应关系。与流量有着对应关系。2.3、浮子、浮子(转子转子)流量计流量计二、流量检测方法（二、流量检测方法（3）21o 玻璃管、金属管转子流量计玻璃管、金属管转子流量计222 使用特点使用特点 浮子流量计结构简单，工作可靠，压力损失小。浮子流量计结构简单，工作可靠，压力损失小。可连续测量气体、液体的体积流量，尤其适用于可连续测量气体、液体的体积流量，尤其适用于小流量的测量场合。小流量的测量场合。 测量精度为测量精度为1.5%-2.5%。 浮子流量计须垂直安装，使流体自下而上流动。浮子流量计须垂直安装，使流体自下而上流动。需要

14、指出的是：浮子流量计出厂时其刻度是按标需要指出的是：浮子流量计出厂时其刻度是按标准状态下的水或空气标定的，若实际使用中的测准状态下的水或空气标定的，若实际使用中的测量介质或条件不符合出厂标准条件，需考虑测量量介质或条件不符合出厂标准条件，需考虑测量介质密度、温度变化产生的影响，对仪表刻度指介质密度、温度变化产生的影响，对仪表刻度指示值重新标定。示值重新标定。232.4、电磁流量计、电磁流量计1工作原理工作原理 电磁流量计是基于电磁流量计是基于电磁感应定律原理电磁感应定律原理工作的流量工作的流量测量仪表。测量仪表。 当具有一定导电率的液体在垂直于磁场的测量管当具有一定导电率的液体在垂直于磁场的测

15、量管内流动时，液体中会产生电动势。内流动时，液体中会产生电动势。二、流量检测方法（二、流量检测方法（4）24电磁流量计由测量管，左右相对安装的电极，上下安电磁流量计由测量管，左右相对安装的电极，上下安装的磁极装的磁极 n 和和 s 所组成，三者互相垂直。所组成，三者互相垂直。25o 感应电势由两电极引出，其电势的数值与流量大小，感应电势由两电极引出，其电势的数值与流量大小，磁场强度，管径等有关。磁场强度，管径等有关。o 感应电势公式：感应电势公式： e = kbdv 式中式中 e 感应电动势，感应电动势， v ; k 系数；系数； b 磁感应强度，磁感应强度， t ; d 测量管内径，测量管内

16、径， m ; v 平均流速，平均流速， m / s 。26 体积流量体积流量 qv 与流速与流速v的关系为的关系为:当当 b 恒定，管内径恒定，管内径d恒定，恒定， k 由校验确定后，被由校验确定后，被测流量完全与电势成正比。测流量完全与电势成正比。272使用特点使用特点 电磁流量计不受流体密度、粘度、电磁流量计不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，温度、压力和电导率变化的影响，测量管内无阻碍流动部件，不易阻测量管内无阻碍流动部件，不易阻塞，无压力损失，直管段要求较低，塞，无压力损失，直管段要求较低，测量范围度大，用于测量具有一定测量范围度大，用于测量具有一定电导率的液体。电导率的

17、液体。尤其适合测量泥浆、矿桨、纸浆尤其适合测量泥浆、矿桨、纸浆等含有固体颗粒的液体，并能测量等含有固体颗粒的液体，并能测量具有腐蚀性的酸、碱、盐等溶液。具有腐蚀性的酸、碱、盐等溶液。282.52.5、 涡街流量计涡街流量计1 1检测原理检测原理 涡街涡街流量计是利用流量计是利用流体振荡的原理流体振荡的原理进行流量测量。进行流量测量。当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡列，当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡列，旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系，测量出频率的变化，就可以得知流体的流量。量出频率的变化，就可以得知流体的流量。二、流

18、量检测方法（二、流量检测方法（5）29图图3-29 卡门涡街形成原理卡门涡街形成原理在流体中垂直于流动方向放置一个非流线型的物体，在流体中垂直于流动方向放置一个非流线型的物体，在它的下游两侧就会交替出现旋涡，两侧旋涡的旋转方在它的下游两侧就会交替出现旋涡，两侧旋涡的旋转方向相反，并轮流地从柱体上分离出来。向相反，并轮流地从柱体上分离出来。这两排平行但不对称的旋涡列称为卡门涡列或涡街。这两排平行但不对称的旋涡列称为卡门涡列或涡街。30图图3-29 卡门涡街形成原理卡门涡街形成原理由于涡列之间的相互作用，旋涡的涡列一般是不稳定的。由于涡列之间的相互作用，旋涡的涡列一般是不稳定的。实验表明，只有当两

19、列旋涡的间距实验表明，只有当两列旋涡的间距h与同列中相邻旋涡的间与同列中相邻旋涡的间距距l满足条件满足条件h/l=0.281时，这两个旋涡列才是稳定的。时，这两个旋涡列才是稳定的。31tvfsd式中，式中，st是一个无因次数；是一个无因次数；d为旋涡发生体的特征尺寸；为旋涡发生体的特征尺寸； v为旋涡发生体处的流速。为旋涡发生体处的流速。稳定的旋涡产生频率稳定的旋涡产生频率f与旋涡发生处的流速有确定的关系。与旋涡发生处的流速有确定的关系。当旋涡发生体的形状和尺寸确定后，可以通过测量当旋涡发生体的形状和尺寸确定后，可以通过测量旋涡产生频率来测量流体的流量，流量方程式为：旋涡产生频率来测量流体的流

20、量，流量方程式为：vfqk式中式中:qv为流体流量；为流体流量；k为流量计的仪表系数，为流量计的仪表系数，一般通过实验获得一般通过实验获得。322 2涡街流量计的特点涡街流量计的特点涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量。涡街流量计适用于气体、液体和蒸汽介质的流量测量。涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；输涡街流量计在仪表内部无可动部件，使用寿命长；输出为频率信号，测量精度也比较高，大约为出为频率信号，测量精度也比较高，大约为0.5%0.5%1.0%1.0%；它是一种正在得到广泛应用的流量仪表。；它是一种正在得到广泛应用的流量仪表。涡街流量计可水平安装，也可垂宜安装。在垂直安装

21、涡街流量计可水平安装，也可垂宜安装。在垂直安装时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。时，流体必须自下而上通过，使流体充满管道。涡街流量计的不足之处，主要是流体流速分布情况和涡街流量计的不足之处，主要是流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被玷污也会脉动情况将影响测量准确度，旋涡发生体被玷污也会引起测量误差。引起测量误差。33课程小结课程小结p 流量测量：流量测量： 了解了解各类流量计的工作原理和特点；各类流量计的工作原理和特点； 重点掌握重点掌握差压式流量计的测量原理、流量方程式差压式流量计的测量原理、流量方程式和投运。和投运。 34电信学院自动化系先进控制技术研究所电信学

22、院自动化系先进控制技术研究所35内容简介过程控制系统及仪表(第3版)内容简介：过程控制系统的理论分析和设计需要较多的数学知识，自动化仪表在设计制造方面也有许多技术问题值得探讨。但是，对于工艺技术人员来说，主要关心的问题是控制系统和仪表的基本原理及其应用特性。因此，过程控制系统及仪表(第3版)尽量避免繁杂的数学推导，力求用简明扼要的文字和插图使读者对所学知识有更多的定性了解，通俗易懂，这是过程控制系统及仪表(第3版)的另一个特色。过程控制系统和仪表涉及的领域十分广阔，研究内容也极其丰富。本着理论联系实际、学以致用的原则，过程控制系统及仪表(第3版)在取材方面，不追求包罗万象、面面俱到，而是力争把

23、最基本、最常用的内容都包含进来。突出重点，注重实用是过程控制系统及仪表(第3版)的第三个特色。 第第3版版2010-07第第2版版出版日期：出版日期：2006-08-01 36目录 第1篇 过程控制基础知识第1章 绪论1.1 生产过程自动化概述1.1.1 生产过程及其特点1.1.2 生产过程对控制的要求1.1.3 生产过程自动化的发展历程1.2 过程控制系统的组成及分类1.2.1 过程控制系统的组成1.2.2 过程控制系统的分类1.3 过程控制系统的方块图与工艺控制流程图1.3.1 过程控制系统的方块图1.3.2 过程控制系统的工艺控制流程图1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标1.4.1

24、过程控制系统的过渡过程1.4.2 过程控制系统的性能指标习题第2章 被控对象的特性2.1 概述2.1.1 基本概念2.1.2 被控对象的阶跃响应特性2.2 被控对象特性的数学描述2.2.1 一阶对象的机理建模及特性分析2.2.2 二阶对象的机理建模及特性分析2.2.3 纯滞后对象的机理建模及特性分析2.3 被控对象的实验测试建模2.3.1 阶跃响应曲线的获取2.3.2 一阶纯滞后对象特性参数的确定2.3.3 二阶对象特性参数的确定习题 第2篇 过程自动化装置第3章 过程测量仪表 3.1 测量仪表中的基本概念3.1.1 测量过程及测量仪表3.1.2 检测系统的基本特性及性能指标 3.2 温度测量

25、3.2.1 概述3.2.2 热电偶温度计3.2.3 热电阻温度计3.2.4 温度测量仪表的选用3.2.5 温度交迭器3.2.6 一体化温度变送器3.2.7 智能温度变送器 3.3 压力测量3.3.1 概述3.3.2 弹性式压力表3.3.3 电容武压力变送器3.3.4 扩散硅压力变送器3.3.5 智能差压变送器3.3.6 压力表的选择和使用 3.4 流量测量3.4.1 概述3.4.2 差压式流量计3.4.3 容积式流量计3.4.4 浮子式流量计3.4.5 电磁流量计3.4.6 涡街流量计37 3.5 物位测量3.5.1 概述3.5.2 静压式液位计3.5.3 磁浮子式液位计3.5.4 电容武物位

26、计3.5.5 其他物位测量仪表 3.6 显示仪表3.6.1 概述3.6.2 模拟式显示仪表3.6.3 数字式显示仪表3.6.4 智能化、数字化记录仪习题 第4章 过程控制仪表4.1 基本控制规律4.1.1 位式控制4.1.2 比例控制4.1.3 比例积分控制4.1.4 比例微分控制4.1.5 比例积分微分控制4.2 ddz一型调节器4.2.1 主要功能4.2.2 构成原理4.3 可编程调节器4.3.1 kmm可编程调节器的构成4.3.2 kmm可编程调节器的主要功能4.3.3 正面板和侧面板 4.4 可编程控制器4.4.1 可编程控制器的产生与发展4.4.2 可编程控制器的应用场合4.4.3

27、可编程控制器的构成、分类及工作过程4.4.4 可编程控制器的编程语言4.4.5 可编程控制器选型基本原则4.4.6 松下fpi可编程控制器习题第5章 过程执行仪表5.1 概述5.2 执行机构5.2.1 气动执行机构5.2.2 电动执行机构5.3 调节机构5.3.1 常用调节机构及特点5.3.2 流量系数与可调比5.3.3 流量特性5.4 电一气转换器和阀门定位器5.4.1 电一气转换器5.4.2 阀门定位器的主要用途5.4.3 电一气阀门定位器习题38 第3篇 垃程控制系统 第6章 简单控制系统6.1 概述6.2 被控变量的选择6.3 操纵变量的选择6.3.1 对象静态特性对控制质量的影响6.

28、3.2 对象动态特性对控制质量的影响6.3.3 选择操纵变量的原则6.4 控制系统中盼测量变送问题6.4.1 测量变送问题对控制质量的影响6.4.2 克服测量变送问题的措施6.5 执行器的选择6.5.1 阀流量特性的选择6.5.2 执行器开闭形式的选择6.6 控制器的选择6.6.1 控制规律的选择6.6.2 控制器正反作用的确定6.7 控制系统的投运及控制器参数的整定6.7.1 控制系统的投运6.7.2 控制器参数的整定习题第7章 复杂控制系统7.1 串级控制系统7.1.1 串级控制系统的结构7.1.2 串级控制系统的工作过程7.1.3 串级控制系统的特点及应用场合7.1.4 串级控制系统设计中的几个问题7.1.5 串级控制系统的整定 7.2 比值控制系统7.2.1 概述7.2.2 比值控制系统的类型7.3 前馈控制系统7.3.1 概述7.3.2 前馈控制系统的结构形式7.3.3 前馈控制系统的应用7.4 均匀控制系统7.4.1 均匀控制问题的提出7.4.2 均匀控制的特点7.4.3 均匀控制系统的结构形式7.5 分程控制系统7.5.1 基本概念7.5.2