3.4温度变送器和流量

特点：结构简单，加工方便，价格便宜。 压力损失较大，测量精度较低，只适用于 洁净流体介质。
标准孔板
5）节流装置的取压方式
根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、 法兰取压、径距取压与损失取压等五种:
径距取压：上、下游取压管的中心距孔板前端面的距离分别为D和 D/2（D为管道的直径）。
例：普通型装配式 热电偶结构
由于一体化温度变送器直接安装在现场，在一般情 况下变送器模块内部集成电路的正常工作温度为-20～ +80℃，超过这一范围，电子器件的性能会发生变化，变 送器将不能正常工作，因此在使用中应特别注意变送器模 块所处的环境温度。 一体化温度变送器品种较多，其变送器模块大多数 以一片专用变送器芯片为主，外接少量元器件构成，常用 的变送器芯片有AD693、XTRl0l、XTRl03、IXRl00等。
0
累积质量流量：
Qm = ρQυ
（2）流量仪表的种类 测量瞬时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。
3.4.1流量检测的主要方法和分类 一、体积流量的测量方法
（1）容积法： 在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出 流体固定容积数来计算流量。 例如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。 受流体的流动状态影响小，适用于测量高粘度、低雷诺数的流体。 （2）速度法： 这种方法是先测出管道内的平均流速，再乘以管道截面积求得 流体的体积流量。
4) 标准节流装置
孔板是一块具有与管道同心圆形开
孔的圆板，迎流一侧是有锐利直角 入口边缘的圆筒形孔，顺流的出口 呈扩散的锥形。
标准孔板要求： ①斜角F:300~450间 ②d：不小于12.5mm
③β=d/D：0.2～0.75间 ④孔板厚度E：0.005D～0.02D间 ⑤端面平整，表面任何两点连线对垂直与中 心线的平面斜率都应不小于1％。 ⑥上游边缘无划痕也无毛刺。
6）差压流量计的安装和使用
（1）节流装置的安装 ① 节流式流量计仅适用于测量管道直径不 小于50mm，雷诺数在104～105以上的流体，而 且流体应当清洁。 ② 在节流装置上、下游必须配置一定长度 的直管段，节流元件前应有15～20D的直管段， 其后应有5D的直管段。 ③ 安装节流装置应该是直的圆形管道、内 壁洁净，其表面粗糙度应符合标准规定。
qv = α ε ch 2V
(ρ
t
− ρ
f
ρf A
)g
= φh
2V ( ρt − ρ f ) g
ρf A
令：φ＝αε c(仪表常数)
（2）转子流量计种类 两大类型：直读式（现场测量，采用玻璃锥管，流量示值 刻在锥形管上）、远传式（采用金属锥管）。 （3）转子流量计的选用 转子流量计在生产时，通常是在工业基准状态 （20℃，0.10133MPa）下用水或空气进行刻度的。在实 际使用时，如果被测介质的密度和工作状态发生变化， 就必须对流量指示值进行修正。 液体流量测量时的修正：介质密度修正。 气体流量测量时的修正：介质密度、温度、压力的修正。 流量计的最佳测量范围：测量上限的1/3～2/3刻度内。
V ⋅ ( ρt − ρ f ) ⋅ g = ∆p ⋅ Α
（∆p=p1- p2=常数） 其中： ρt：转子的密度 ρf：流体的密度 A：转子的最大截面积 若：流量增加→转子节流作用产生的压差力也增加→转子上升→转子与锥形管壁 间的环形流通面积增大→流过此环隙的流速降低→压差力随之下降，直到其恢复 为原来的压差数值为止→转子就平衡在比原来高的位置上了。 因此，转子的停浮高度与流量大小成对应关系。 V：转子的体积 ∆P：转子前后的压差 ∆P：转子前后的压差
国家规定的标准节流装置有两种取压方法，即角接取压 法和法兰取压法。其中角接取压适用于孔板和喷嘴，而法兰 取压仅用于孔板。 （1）角接取压装置 ） 角接取压：上下游的取压口位于孔板前后端面处。
环室取压：小压差 分类 夹紧环： 大管径（D>500mm） (单独钻孔)
特点：测量精度较高；加工制造 和安装要求严格。
温度变送器组成：量程单元、放大单元。
（1）放大单元的工作原理 放大单元的作用是将量程单元输出的直流毫伏信 号进行电压及功率放大，然后整流输出统一的4～20mADC 标准电流信号和l～5VDC标准电压信号。
（2）量程单元的工作原理 量程单元是直接与测量元件相连的部份，由于不同 的测温范围和条件，我们选择不同分度号的测温元件， 因此，量程单元也具有相应的分度号以适应各测温元件。 所以量程单元不是通用的。其作用是根据输入信号的不 同而实现热电偶冷端温度补偿、测量信号线性化、整机 调零和调量程等。 直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻温度 变送器因其作用不同、输入信号不同、测量范围不同， 它们的量程单元也不同。
能量守恒定律：
2 v12 p2 v2 + = + ρ1 2 ρ2 2
p1
流动连续性定律： （质量流量守恒）
v1 A1 ρ1 = v2 A2 ρ 2
近似
v1 A1 ρ1 = v2 A0 ρ 2
其中：A0 =
π
4
d 2 (d − 开孔直径)
注意：有压力损失δp
2) 流量基本方程式：
体积流量
q v = αε Α 2
孔板流量计： 节流面积不变
流量变化 流量变化
压差发生变化 节流面积发生变化
比较：
转子流量计：
压差不变
其测量主体是由一根自下向上扩大的垂直锥 管和一只可以沿锥管轴向上下自由移动的转 子组成。 转子受到三种力的作用：流体对转子的 浮力（向上）；节流引起的压差力（向 上）及转子本身重量引起的重力（向 下）。稳定时：重力=浮力十压差力。 平衡时：
注意：流量与压力差的平方根成正比
3）差压式流量计的组成 ）
节流装置包括节流件、取压装置和符合要求的前后直管段。 节流装置分为标准节流装置和非标准节流装置两大类。 标准节流装置是指节流件、取压装置都标准化，前后直 管段符合规定要求。设计加工完成的标准节流装置可以直接 投人使用，无需进行单独的标定。国内外已把最常用的节流 装置：孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为标准的节流 装置
2. 温度检测仪表的使用原则
当选用热电偶测温时，必须注意正确使用补偿导线的 类型及其与热电偶的配套连接和极性。同时一定要进行冷 端温度补偿。 若选用热电阻测温时，则必须注意三线制接法，同时 要保证三引线的阻值符合后续仪表设备对其之要求。 下图为一般工业用温度测量仪表的选型原则：
3.4流量检测
流量的基本概念 （1）流量的基本概念及单位 瞬时流量：单位时间内（1s）流过管道某一横截面的流体数量。 体积流量：用流体的体积来表示（ qv ），单位：m3/s。qv=VA 质量流量：用流体的质量来表示（qm ），单位：kg/s。qm=ρqv 累积流量：在某一段时间内流过管道横截面的流体总和，也称为总（流)量， 记为Q t Qυ = ∫ qυ dt 累积体积流量：
例如差压式流量计、转子流量汁、电磁流量计、涡轮流量计等。
较宽的使用条件，可用于各种工况下的流体的流量检测。
二、质量流量的测量方法
（1）直接法： 利用检测元件，使输出信号直接反映质量流量。 例如：基于科里奥利力效应的检测方法。 （2）间接法： 用两个检测元件分别测出两个相应参数，通过运算间接获取流体的质 量流量。
已知：
V ⋅ ( ρt − ρ f ) ⋅ g = ∆p ⋅ Α
流量方程式：
得流量公式： 其中：
qv = αεΑ 0
2
ρ
∆p
q v = αε Α 0
2V ( ρ t − ρ f ) g
ρf A
A0:环隙面积，对应于转子高度h 近似有：A0=ch
α：流量系数
系数c与转子和锥管的几何形状及尺寸有关。 流量方程式可写作： ：
例如：qv检测元件和ρ检测元件的组合
3.4.2 节流式（差压式）流量计 基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置（流动阻 力件）时产生的压力差而实现流量的测量。
组成： 1-节流装置 （主体：节流元件） 2-引压管路 3-差压计
节流元件：如孔 板、喷嘴、文丘 利管等
1) 工作原理
当流体流经管道内的节 流件时，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。
主要特点： 1、采用低漂移、高增益的线性集成电路作为主放大器，提高了仪表 的可靠性，稳定性及各项技术性能。 2、采用了线性化处理电路，使变送器的输出与被测温度之间呈线性 关系。 3、采用了安全火花防爆措施，故可用于危险场所中的温度测量。
普通型：无防爆能力 仪表防爆能力 隔爆型：消极防爆，采取隔爆措施（隔爆外壳） 安全火花型：从根本上杜绝因电信号所产生的 爆炸事故的仪表，防爆性能最好。方法：限制 危险场所电气设备中的能量，使其在任何故障 下所产生的电火花或发热量不足以点燃易燃易 爆物质。
3.4.3 转子流量计 优点：①适宜于测量管径50mm以下管道的流量； ②测量的流量可小到每小时几升； ③对仪表前后直管段长度要求不高； ④压力损失小而且恒定； ⑤量程比可达10:1。 缺点：仪表的测量值易受被测介质的密度、粘度、温度、压 力、纯净度影响。
（1）检测原理及结构
工作原理：节流变截面。
3.3.4 温度变送器简介
包括：常规的DDZ-Ⅲ型温度变送器、一体化温度 变送器、智能温度变送器
1 .DDZ-Ⅲ型温度变送器 三个品种：直流毫伏变送器、热电偶温度变送器、热电阻 温度变送器。 前一种是将直流毫伏信号转换ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ4～20mADC和1～5VDC的 统一输出信号；后两种分别与热电偶、热电阻配合使用，将温 度信号转换成与之成正比的4～20mADC和1～5VDC的统一信 号输出。
①热电偶温度变送器
组成：输入回路、放大电路、反馈电路。
1、输入回路包括：冷端温度补偿回路（采用补偿电桥）、零点调整。 2、反馈电路：由于热电偶的特性是非线性的，则线性化负反馈通道的设 计就是用于补偿非线性环节的，以保证热电偶温度变送器具有线性化的 输入输出特性。 方法：多段折线法（利用并联电阻来改变特性曲线各段的斜率） 通过反馈回路的非线性来补偿热电偶的非线性．使I 通过反馈回路的非线性来补偿热电偶的非线性．使I0与T成线性关系。 3、放大电路（mV→V→4~20mA电流I0）