04 热控测量仪表(流量、液位)

04 热控测量仪表（流量、物位）
孔板流量计： 制造均按国际标准ISO5167或国家标准GB/T2624的规定进行。无需实流标定。它结构坚固、 简单，安装方便，性能稳定，使用可靠。取压方式有环室取压、单独钻孔取压和法兰取压。当 ≥20Mpa时，采用高压透镜孔板或全焊接式孔板。适合测量洁净、无腐蚀、无固体颗粒的单相流体。
仪表里标准的三种节流元件： a: 孔板 b: 喷嘴 c: 文丘里管
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测量原理（以标准孔板为例）： 充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收 缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越 大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。 这种测量方法是以伯努利方程（能量守衡定律）和流动连续性方程（质量守恒定律）为基础的。
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3、磁翻板液位计 磁翻板液位计的翻版是由导磁的薄铁皮 制成。垂直排列，并各自能绕框架上的小轴 翻转（如图）。翻版一面涂红漆，另一面涂 银灰色漆。工作时，液位计的连通管经法兰 与容器相连通，构成一连通器。连通器中间 有浮标，它随液位的变化而变化。浮标中间 有一磁钢，其位置正好与液面一致。当液位 上升时，磁钢将吸引翻版，并将它们逐个翻 转，使红的一面在外边；下降时，又将它们 翻过来，使银灰的一面在外边。即以颜色表 示液位高低，十分醒目。
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4、浮子流量计
浮子流量计,又称转子流量计,是变 面积式流量计的一种 , 在一根由下向上 扩大的垂直锥管中 , 圆形横截面的浮子 的重力是由液体动力承受的 , 浮子可以 在锥管内自由地上升和下降。在流速和 浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡 后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。 一般分为玻璃和金属转子流量计。金属 转子流量计是工业上最常用的，对于小 管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于 玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点 也有用全钛材等贵重金属为材质的转子 流量计 。
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二、物位测量
1、概念 生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位。把料位、堆场仓库等 储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互不溶的物质的界面 位置称为界位。液位、料位以及界位总称为物位。用来测量物位的仪表称为物位仪表。 2、分类 物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分： （1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、 电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。 （2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。 （3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等。
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5、重锤式探测料位测量
重锤式料位传感器是通过测量重锤的移动距离来测量料位的。 传感器采用重锤探测式，应用在我厂煤仓顶部，重锤由电机通过不锈钢带或钢丝绳牵引吊入在 仓内，由传感器控制自动定时对料位进行探测，每次测量时重锤从仓顶起始位置开始下降，碰到料 面立即返回到仓顶等待下一次测量。 重锤下降的高度距离即为仓顶到料面的距离h1，假设仓高为H ，则料位高度h 为： 料位高度信号由霍尔元件取出，即可就地显示，也可进行远传。
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热控测量仪表 （流量、物位）
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一、流量测量
1、基本概念 流量是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分 别为m3/h、L/h、kg/h和T/h等。 流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是 指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、 煤气表等。 体积流量：流体量以体积表示时称为体积流量。 质量流量：流体量以质量表示时称为质量流量。 2、分类 工业上常用的流量仪表可分为两大类 （1）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的仪表。如差压式流量 计、变面积流量计、电磁流量计、涡街流量计、堰式流量计和叶轮水表等。 （2）容积式流量计：它以单位时间内所排出的流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。
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3、玻璃管（板）液位计 玻璃管（板）液位计是一种直读式液位测量仪表，适用于工业生产过程中一般贮液设 备中的液体位置的现场检测，其结构简单，测量准确，是传统的现场液位测量工具。但其 缺点是玻璃管易脏、易碎。
4、差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静 压也相应变化的原理而工作的。 图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相， 另一端接气相时，根据液体静力学原理，有Pb=Pa+ρ gH， 式中H=液位高度，ρ =被测介质密度，g=被测当地的重力加 速度，所以有△P=Pb-Pa=ρ gH，在一般情况下，被测介质的 密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与 液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了 测量差压的问题。
文丘里管： 压力损失小于喷嘴，可用于大流量的情况。精确度高， 体积较大，价格贵，安装麻烦。适合测量压损低、清洁的 流体。
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节流件安装要求： 节流件沿流体流动方向不能反装。比如孔板安装正确时，其孔板缩口朝向流体前进的方向。流体在 节流中心处局部收缩，使流速增加静压力降低，于是在孔板前后产生了静压差，该压差和流量呈一定的 函数关系。孔板装反后，其孔板入口端面呈锥形状，流体流经孔板时的收缩程度较正装时小，流束缩颈 与孔板距离较正装时远，流体流经孔板后端面时速度比正装时小，使所测流量值随之减少，影响了流量 的准确性。 ①垂直度 节流件上游端面与管道轴线的垂直度不大于1°。 ②不同轴度 节流件应与管道同轴。 ③直管段长度 节流装置应安装在两段有恒定横截面积的圆筒形直管段之间，最短直管段长度随节流件形式、阻流 件形式和直径比而异。 ④节流装置安装在垂直管道上时，取压口的位置在取 压装置的平面上可任意选择。 气体 ⑤节流装置安装在水平管道或倾斜管道上时，取压口 的位置选择取决于被测介质的特性。
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7、超声波流量计
超声波流量计常见的时间差计量（传播速度差法）
超声波流量计的特点： 1、应用范围广 2、适用介质多 3、原理上不受管径限制，适用于圆形、矩形管道 4、可实现非接触测量，进行移动性测量 5、无压力损失，操作费用低 6、测量精度不够理想 7、介质温度不能太高（受换能器耐温限制），一 般≤200℃ 8、技术复杂，价格较高 9、传播时间法超声波流量计只能用于清洁液体和 气体
喷嘴流量计： 喷嘴流量计又叫做标准喷嘴流量计、标准喷嘴与标准孔板、文丘里管流量计一样属于国家标准 规定的标准节流装置。符合国家标准GB/T2624，因此与标准孔板一样无需实流标定，只要按国际 设计和加工就能达到设计的精度，但前提同样要用户能够较准确的提供：常用流量、介质、工作温 度、工作压力、工艺管内外径这五个参数。 与孔板流量计相比，喷嘴流量计的压力损失较小，因而节约能源，比较坚固耐用，适合高温高 压流体，广泛使用在电力、化工等行业的蒸汽流量测量。
04 热控磁流量计是利用电磁感应原理制成的流量测量仪表，可用来测量导电液体体积流量 （流速）。变送器几乎没有压力损失，内部无活动部件，用涂层或衬里易解决腐蚀性介质流 量的测量。检测过程中不受被测介质的温度、压力、密度、粘度及流动状态等变化的影响， 没有测量滞后现象。 智能电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律：导电液体在磁场中作切割磁力 线运动时，导体中产生感应电势。其感应电势E为：E=B·V·D·K，式中：E-感应电势；K-与磁 场分布及轴向长度有关的系数；B-磁感应强度；V-导电液体平均流速；D-电极间距（测量 管内直径）； 传感器将感应电势作为流量信号，传送到转换器，经放大，变换滤波等信号处理后，用 带背光的点阵式液晶显示瞬时流量和累计流量。转换器有4~20mA输出，报警输出及频率输 出，并设有RS485等通讯接口，并支持HART和MODBUS协议。 电磁流量计简单说是由流量传感器变送器组成的。电磁流量计的安装要求是一定要安装 在管路的最低点或者管路的垂直段，但是一定是在满管的情况下，对直管段要求是前5D后 3D，这样才能保证电磁流量计的使用和对精度的要求。 电磁流量传感器测量的被测流体必须是导电的，不能测量气体、蒸汽和石油制品等含有 大量气体和电导率很低的液体流量；由于测量管内衬里材料和电气绝缘材料的限制，电磁流 量传感器不能用于测量高温介质的流量。
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4、 超声波物位测量
超声波物位测量是利用超声波在气体、液体和固体介质中传播的回声测距原理进行测量的，超 声波发射到分界面（即物料表面或液体表面）后产生反射，由接收换能器接收反射回波，利用发射 到接收的时间间隔及声速，通过计算得到物位高度。 超声波物位测量是一种非接触式的物位测量方法，应用领域十分广泛。即可用于液位测量，也 可用于料位测量。 超声波探头固定在粉仓顶部，当它向料面发射一个超声脉冲波，该波在空气中传播，遇到料面 时反射回来。若超声波探头到料面的距离为L，超声波在空气中的传播速度为v，则有下列简单关系： 从顶部的已知高度L 处向料面发射一个超声脉冲波， 该波在空气中传播（速度是v=340m/s），遇到料面时反射 回来。若能测得声波往返时间t ，则由下式就能求得料位高 度h 值。 h=L-1/2vt 其中， t ——超声脉冲从发射到接收所经过的时间； h ——料位高度。 由式所示，只要测得声波往返时间t ，就能求得料位 高度h 值。
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3、差压式流量计 节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，是目前使用最广的一种流量测量仪表。在管道中 流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不 变的。节流元件测量流量就是利用这个原理实现的。在节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文 丘里管等。 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，在智能流量变送器中集 成了差压信号开方电路，使差压与流量成线性关系，输出统一的4~20mA标准信号。