第二章压力液位等检测方法及仪表

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一次能源(煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气) 二次能源(电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、 蒸汽)及含能工质(压缩空气、氧、氮、氢、水)等
环保工程
交通运输
空气污染(烟废气排放 )、水污染 管道输送
流量检测的基本概念
瞬时流量-单位时间内流体通过一定截面积的数量。 体积流量-用流体的体积来表示(qv),单位为m3/h。 质量流量-用流量的质量来表示(qm),单位为kg/h。 累积流量 一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值
式中 α——流量系数
流量与压力差的平方根成正比
差压式流量计
历史悠久、技术成熟、应用最广泛。
孔板
引压 管
测量对象:流体方面,单相、混相、洁净、脏污;
工作状态:常压、高压、真空、常温、高温、低温; 管径方面:从几毫米到几米; 流动条件:亚音速流、临界流、脉动流
差压 计
节流式特点: 结构简单、使用寿命长,适应能力强, 几乎能测量各种工况下的流量。
流量检测方法及仪表
2.4.2
典型流量检测仪表
1. 容积式流量计:标准“计 量空间”、进出口压差
椭圆齿轮流量计 (图2-46) :
qv 4nV
2.4.2
典型流量检测仪表
2. 速度式流量计 (1)节流式(差压式)流量计: 孔板、挡板、文丘里管→孔板
检测原理
• 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。 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。 • 基础:流体连续性方程(质量 守恒定律)和伯努利方程(能 量守恒定律)。 • 压差影响因素: 流量、节流装置形式、管道内 流体的物理性质(密度、粘度)
(负迁移)
1 g (h1 h2 ) 0
2. 电容式液位计
原理:介电常数不同→电容变化→物位
3. 超声波液位计 换能器原理(压电效应):交变电场 作用下,压电晶体将电能转换成振动 称逆压电效应;将振动声波转换成交 变电场称正压电效应; →发射器和接 收器 电子装置:产生交变 电信号、处理电信号 4.辐射式物位计 原理:射线强度随介质厚度的增加而衰减
M i l3 F2 , M f l f Ff , M 0 l
DDZ-Ⅲ型
力矩平衡式 差压变送器
电容式测压原理 采用变电容原理,利用弹性元件受压变形来改变 可变电容器的电容量,然后通过测量电容量C便可 以知道被测压力的大小,从而实现压力 -电容转换 的 。
定极板 弹性元件
C

d
ε——电容器极板间绝缘介质的介电 常数,F/m A——电容器两平行板覆盖的面积,m2
被测压力
动极板
d——两平行板之间的距离,m C——电容量,F
2.3.3 电容式差压变送器(特点、构成)
1. 检测部件(图2-41)
作用:将输入差压线性地转换成两电容之差与两电容之和的比值
2.3.3 电容式差压变送器(特点、构成)
物位检测方法及仪表
2.5
物位的检测与变送(液位、料位、界位)
2.5.1 物位检测的主要方法 1. 静压式测量法 压力式:敞口容器;
差压式:闭口容器
2. 电气式测量法 物位变化→ 电气参数:电阻、电容、磁场等变化→ 与电容式差压变送器配合→标准信号。 3. 声学式测量法;4. 射线式测量法。
2.5
被测压力的最小值也不应低于全量程的1/3
•仪表精度等级的选择
压力检测方法及仪表
压力计的安装 • 安装事项:
– 取压位置:由工艺条件确定;
• 尽量避免涡流影响; • 避免流速影响; • 避免导压管产生压差。
– 隔离:
• 温度隔离:采用铜管散热; • 腐蚀性隔离:采用隔离箱(凝液管); • 脏污隔离:采用空气包。
检测变送器
5. 检测变送器的选用原则
在环境工况条件下应能长期稳定运行。 仪表精度和量程的选择: 选用仪表的精度要合适:应符合工艺检测要求。
膜片式弹性元件
弹 性 元 件 结 构 和 特 点
弹簧管压力计
弹簧管压力表
刻度盘 中心齿轮 弹簧管 游丝 ห้องสมุดไป่ตู้针 扇形齿轮
拉杆 调整螺钉 接头
3.膜片与膜盒(说明)
DDZ-Ⅲ型
力矩平衡式 差压变送器
DDZ-Ⅲ型
力矩平衡式 差压变送器
DDZ-Ⅲ型力矩平衡式差压变送器
l1 F1 Fi l2
差压(压力)变送器
主要用于测量液体、气体或蒸汽的压力、压差、流量、液位等 过程参量,并将其转换成统一的标准信号。 差压变送器 力平衡式变送器 位移平衡式变送器 气动单元组合仪表(简称为QDZ仪表) 20~100KPa 电动单元组合仪表(简称为DDZ仪表) DDZ-Ⅱ型仪表为0~10mADC DDZ-Ⅲ型仪表为4~20mADC
常见压力传感器外形
工业压力变送器
数字压力变送器
通用压力变送器
隔离压力变送器
高温压力变送器
隔离压差变送器
隔离液位变送器
微压变送器
电容压力变送器
隔膜压力变送器
绝压变送器
双膜压差变送器
微型探针压力计
暖风空调压力计
湿式压力变送器
本安压力变送器
OEM血压计
OEM压力芯片
压力的基本概念
垂直而均匀地作用在单位面积上的力
t
累积体积流量 V q v dt
0
m q m dt 累积质量流量
0
t
流量计量-对在一定通道内流动流体的流量进行测量。 流量测量的任务: 根据测量目的,被测流体的种类、状态、测量场所 等条件,研究各种相应的测量方法,并保证流量值的正 确传递。
流量检测方法及仪表
应用容积法检测流量(腰轮流量计) 应用动、静压能转换原理检测流量(差压式流量计) 应用改变流通面积的方法检测流量(转子流量计) 应用电磁感应原理检测流量(电磁流量计) 应用超声波检测流量(超声波流量计)
节流元件附近流速和压力分 布情况
流量基本方程式
根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程,可以推导出
流量与压差之间的流量方程式,即
体积流量 质量流量
Q 0 2p /
0 2p
ε——流束膨胀系数
A0——节流装置的开孔截面积 ρ——流体密度 Δр——节流装置前后实际测得的压力差
压力测量仪表的选用
•仪表种类和型号的选择
工艺要求
介质性质 现场环境
现场指示、远传指示、自动记录、自动调节或信号报警
温度、粘度、脏污程度、腐蚀性、易燃性 温度、湿度、有无振动、有无腐蚀性
•仪表量程的确定
被测压力较稳定的情况,最大压力值应不超过满量程的3/4;
被测压力波动较大的情况,最大压力值应不超过满量程的2/3
物位的检测与变送(液位、料位、界位)
典型物位检测仪表
2.5.2
1. 差压式液位计:取压口与底 部同一水平线(图2-52); 取压口低于容器底部(图2-53)
p p1 p2 gh
p p1 p2 gh gh1
gh1 0
正迁移
取压口装有隔离罐(图2-54)
p p1 p2 gh 1 g (h1 h2 )
差压式流量计
差压计三阀组的安装示意图如图 所示,它包 括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时, 防止差压计单向受到很大的静压力,使仪表产 生附加误差,甚至损坏。为此,必须正确地使 用三阀组。 具体步骤是:
差压计三阀组的安装示意图如图 所示, 它包括两个切断阀和一个平衡阀。 安装三阀组的主 要目的是为了在开停表时, 防止差压计单向受到很大的静压力,使仪 表产生附加误差,甚至损坏。为此,必须 正确地使用三阀组。 具体步骤是: 先开平衡阀 3 ,使正负压室连通;然后再依 次逐渐打开压侧的切断阀 1 和负压侧的切 断阀 2 ,使差压计的正负压室承受同样的 压力;最后再渐渐地关闭平衡阀 3 ,差压 计即投人运行。 当差压计需要停用时,应先打开平衡阀 3 ,然后再关闭切断阀 1 和 2 。
F S
P——压力(Pa) F——均匀垂直作用力(N) S——受力面积(m2)
单位: 牛顿/米2(N/m2),简称“帕”,用符号“
压力的几种表示形式 被测压力通常可表示为绝对压力、表压、 负压(或真空度)
表压(正压)
大气压力线 绝对压力 真空度
绝对压力 绝对压力的零线
压力检测方法
液柱式测压法 弹性式变形法 液柱式测压法
电气式力法
活塞式压力法
液柱测压法 根据流体静力学原理,将被测压力转换成 液柱高度进行测量。
P0 p1 p2
1 1
1
1
p h1
h1 h h2
2 2
h2
0
0
2
常用的压力表有U形管压力表、单管压力表、 斜管压力表和活塞式压力表等。
压力检测方法及仪表
弹性变形法
将被测压力转换成弹性元件变形的位移
P
P
弹簧管式弹性元件
(1) 电容/电流转换与差压/电流转换
2.3.4 智能式差压变送器(1151)
1. 1151的特点 1)精度高(±5%)、稳定、可靠; 3)具有数字、模拟输出方式; 2.硬件构成及其功能 1) 传感器部分: 将差压→0~2.5V;供电电 压:5V,工作电流:0.8mA. 2) A/D转换:带有前 置放大,16位,具有自校 准功能。。。 3)CPU:AT89S8252与MCS51兼容; 8KB F ROM、2KB EPROM、256B RAM、32 I/O口线、2个DPTR、三个16位定时/计数器、一个全双工串行口及可编程看门 狗、振荡器与时钟电路等 4)HART通信部分:二进制数字信号与FSK信号之间的转换 2)具有补偿功能 4)具有多种其他功能。。。
(2)涡街流量计(图2-48)
h / l 0.281
v f St d
qv Kf
St 0.21 、 0.16、 0.17
灵巧型涡街流量变送器(图2-49)
3.直接式质量流量计(科氏流量计)(图2-50) 实验图示说明:a) 水静止、管摆动; b) 、c) 水流动、管摆动,出水侧 的摆动先于入水侧;出水侧摆动的 相位超前入水侧;相位差→质量流 量
检测变送器
3. 检测变送器的作用
把工艺生产过程的变量(流量、压力、 温度、液位和成分等)及检测、转换单元转 换成标准的电或气信号。 变送器输出是被控变量的测量值,它被 送到显示和控制装置,用于显示和控制。
4. 检测变送器的基本要求
正确性:正确反映被控变量,误差小。
快速性:及时反映被控变量的变化。
可靠性:长期稳定运行。
例题
有一台空压机的缓冲罐,其工作压力变化范围为13.5~16 MPa ,工艺要
求最大测量误差为0.8 MPa,并可就地观察及高低限报警。试选一合适的 压力表(包括测量范围、精度等级)。

仪表量程选择 空压机的缓冲罐的压力视为脉动压力
P Pmax 2 16 2 32Pa
根据就地观察及能进行高低报警的要求,可选用YX-150型电接点压力 表,测量范围为0 ~ 40MPa。 检验量程下限
双弯管型(图2-51):水按箭头 流入、流出;A、B、C三处各按一 组压电换能器:A处加交变电压, B、C检测振动幅度→相位差→4~ 20mA →质量流量
物位检测方法与仪表
物位的基本概念
物位-----指容器中的液体介质的液位、固体的料位或颗粒 物的料位和两种不同液体介质分界面的总称 液位――容器中的液体介质的高低 料位――容器中固体或颗粒状物质的堆积高度 物位检测的作用 ①确定容器中的贮料数量,以保证连续生产的需要或进行经济核算; ②为了监视或控制容器的物位,使它保持在规定的范围内; ③对它的上下极限位置进行报警,以保证生产安全、正常进行。
13 .5 Pa 1 40 Pa 3
0.8 100 % 2% 40
被测压力的最小值不低于满量程的1/3,符合要求。 最大引用误差 所以选择测量范围为0
~ 40
Mpa,精度等级为1.5级的YX-150型电接点压力表。
流量检测方法及仪表
流量测量技术和仪表的应用领域
工业生产过程 能源计量
h 1 vt 2
3.6 控制系统传感与变送
典型的检测变送器
1. 检测变送器的一般结构
一般包含一个传感器及一个激励元件(转换器)。
2. 检测(传感与变送)仪表分类
(1) 按仪表使用的能源分类:电动仪表、气动仪表。 (2) 按信号的处理过程分类:检测表、显示表、控制表、执行器。 (3) 按仪表的组成形式分类:基地式仪表、单元组合仪表。 (4) 按被测量的参数分类:温度表、流量表、压力表、物位表。 (5) 按具体显示形式分类:指针式仪表、数字式仪表、记录打印型仪表。
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