化工仪表第一章03、04、05节.ppt

第一章 测量仪表,第三节　流量测量第四节　液位测量第五节　温度测量,,—第一章 测量仪表—,智能电磁式流量计,涡街流量计,电传远式转子流量计,SF14转子流量计,GPI-GM系列椭圆齿轮流量计,一、概述,流量通常是指单位时间内流经管道某截面的流体的数量，也就是所谓的瞬时流量；在某一段时间内流过流体的总和，称为总量或累积流量体积流量,以体积表示的瞬时流量用 qv 表示，单位为 m3/s 以体积表示的累积流量用 Qv 表示，单位为 m3,质量流量,以质量表示的瞬时流量用 qm 表示，单位为 kg/s以质量表示的累积流量用 Qm 表示，单位为 kg,标态下的体积流量,由于气体是可压缩的，流体的体积会受工况的影响，为了便于比较，工程上通常把工作状态下测得的体积流量换算成标准状态（温度为20℃，压力为一个标准大气压）下的体积流量标准状态下的体积流量用qvn表示，单位为Nm3/s—第一章 测量仪表—,流量检测的主要方法和分类,流量检测方法有很多，就测量原理而言，可以分为直接测量法和间接测量法两类直接测量法可以直接测量出管道中的体积流量或质量流量间接测量法则是通过测量出流体的(平均)流速，结合管道的截面积、流体的密度及工作状态等参数计算得出。

除了椭圆齿轮流量计直接测量体积流量、科里奥利力质量流量计之外，其它均基于间接法来流量测量,—第一章 测量仪表—,二、 节流式流量计,节流式流量计也称为差压式流量计，它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一 如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体流束的收缩而使流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大的压差 压差的大小与流体流速的大小有关，流速愈大，差压也愈大，因此只要测出差压就可以推算出流速，进而可以计算出流体的流量—第一章 测量仪表—,,(a) 标准孔板,(b) 喷嘴,(c) 文丘里管,把流体流过阻力件使流束收缩造成压力变化的过程称节流过程，其中的阻力件称为节流元件 作为流量检测用的节流元件有标准的和特殊的两种 标准节流元件包括标准孔板、标准喷嘴和标准文丘里管 对于标准化的节流元件，在设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需的有关数据及程序，可直接按照标准制造；安装和使用时不必进行标定 特殊节流元件主要用于特殊介质或特殊工况条件的流量检测，它必须用实验方法单独标定。

相比而言，标准孔板制作最简单，使用也最以泛，以下只介绍标准孔板—第一章 测量仪表—,节流装置,节流孔板,后取压管,前取压管,流体通过节流孔板时，流速加快，后取压管处的压力减小1、节流原理,流动流体的能量有两种形式：静压能和动能流体由于有压力而具有静压能，又由于有流动速度而具有动能，这两种形式的能量在一定条件下是可以相互转化的—第一章 测量仪表—,2、流量方程,根据流体力学中的伯努利方程，可以推导得出节流式流量计的流量方程，也就是差压和流量之间的定量关系式：,α为流量系数 ε为可膨胀性系数A0为节流元件的开孔面积 ρ为节流装置前的流体密度ΔP节流装置前后实际测得的压差,α主要与节流装置的型式、取压方式、流体的流动状态（如雷诺数）和管道条件等因素有关因此，是一个影响因素复杂的综合性参数，也是节流式流量计能否准确测量流量的关键所在，雷诺数大于某一数值（界限雷诺数）时，α值可认为是一常数对于标准节流装置，可以从有关手册中查出；对于非标准节流装置，其值要由实验方法确定ε可膨胀性系数用来校正流体的可压缩性，它与节流元件前后压力的相对变化量、流体的等熵指数等因素有关，其取值范围小于等于1。

对于不可压缩性流体，ε＝1；对于可压缩性流体，则ε＜1应用时可以查阅有关手册而得,要准确测量出截面Ⅰ、Ⅱ处的压力有困难，因为产生最低静压力p2′的截面Ⅱ的位置随着流速的不同会改变因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的图3-18 孔板装置及压力、流速分布图,注意,3、标准节流元件(孔板),节流装置包括节流元件、取压装置和符合要求的前后直管段标准节流装置是指节流元件、取压装置都标准化，前后直管段符合规定要求，可以直接投入使用,标准孔板，要求： d/D 应在0.2～0.75之间 d不小于12.5mm 直孔厚度h应在0.005D到0.02D之间 孔板的总厚度H应在h和0.05D之间 圆锥面的斜角α应在30～45°之间 ………… 标准喷嘴和标准文丘里管的结构参数的规定也可以查阅相关的设计手册有手册可查，不要求记,—第一章 测量仪表—,,标准节流装置组成4、标准取压方式,国家规定标准的取压方式有角接取压和法兰取压角接取压,角接取压的两个取压口分别位于孔板上下端面与管壁的夹角处取压口可以是环室取压口和单钻孔取压口,环室取压利用左右对称的两个环室把孔板夹在中间，通常要求环隙在整个圆周上穿通管道，或者每个夹持环应至少有四个开孔与管道内部连通，每个开孔的中心线彼此互成等角度，再利用导压管把孔板上下游的压力分别引出,当采用单钻孔取压时，取压口的轴线应尽可能以90°与管道轴线相交,环室宽度和单钻孔取压口的直径 a 通常在4～10mm之间 显然，环室取压由于环室的均压作用，便于测出孔板两端的平稳差压，能得到较好的测量精度，但是夹持环的加工制造和安装要求严格。

当管径D＞500mm时，一般采用单独钻孔取压—化工仪表及自动化—,法兰取压,法兰取压装置是由一对带有取压口的法兰组成取压口轴线距离孔板上、下端面均为（25.4±0.8）mm,—第一章 测量仪表—,1—管道法兰；2—环室；3—孔板；4—夹紧环,法兰取压的取压孔轴线与孔板上下游两侧端面的距离各25.4±0.8mm角接取压的取压孔位于孔板或喷嘴上下游两侧端面处5、节流式流量计的安装,原理总结：,节流装置,,,引压管,,差压变送器,,显示仪表/控制器,在各种标准的节流装置中以标准孔板的应用最为广泛，它具有结构简单、安装使用方便的特点，适用于大流量的测量孔板的最大缺点是流体流经节流元件后压力损失较大，当工艺管路不允许有较大的压力损失时，一般不宜选用孔板流量计标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较小，但结构比较复杂，不易加工虽然节流式流量计的应用非常广泛，但是如果使用不当往往会出现很大的测量误差，有时甚至高达10～20％下面列举一些造成测量误差的原因，以便在安装使用过程中得到充分的注意，并予以适当的解决 《差压变送器的安装如前所述》,流体在管道中正常流动（v、p）,,节流元件使流体收束，流速增大，压力降低,,节流元件前后出现“压差”,,“压差”与流量有关,,再采用差压变送器，将差压信号转换为统一的标准信号，便于显示及控制,—第一章 测量仪表—,6、节流式流量计的使用特点和要求,标准孔板应用广泛，它具有结构简单、安装方便的特点，适用于大流量的测量。

孔板测量的压损大，当不允许有较大的管道压损时，便不宜采用在一般场合下，仍采用孔板为多标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104～105以上的流体；流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变；为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态，在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段（与管径、节流元件的开孔面积以及管路上的弯头数都有关系）节流装置经过长时间的使用，会因物理磨损或者化学腐蚀，造成几何形状和尺寸的变化，从而引起测量误差，因此需要及时检查和维修，必要时更换新的节流装置,—第一章 测量仪表—,7、节流式流量计误差产生的原因,实际工况与设计要求不符，如：温度、压力、湿度以及相应的流体重度、粘度、雷诺数等参数数值发生变化，则会造成较大的误差为了消除这种误差，必须按新工艺重新设计计算，或加以必要的修正节流装置安装不正确节流装置安装不正确，在安装时，特别要注意节流装置的安装方向在使用中，要保持节流装置的清洁如在节流装置处防止有沉淀、结焦、堵塞等现象节流装置的磨损，应注意日常检查、维修，必要时应换用新的孔板导压管安装不正确，或有诸塞、渗漏现象，,—第一章 测量仪表—,Eg.自动控制系统中：LC表示液位控制器；PT表示压力变送器 IC表示电流控制器； TC表示温度控制器,转子流量计,转子流量计基本上由两个部分组成：一个是由下往上逐渐扩大的锥形管；另一 个是放在锥形管内的自由运动的转子。

转子的平衡条件,,,,,,ρtVg,ρ fVg,(P1-P2)A,1,2,转子体积,转子最大横截面积,被测流体密度,转子密度,,,t,f,（1）当压差ΔP对浮子产生向上的作用力与介质对浮子的浮力之和等于浮子重量时，浮子就处于平衡状态3）随着流量减少，差压ΔP减小，所以浮子下降，,（2）随着流量的增加，差压ΔP增大，所以浮子上升原理,恒压降变截面,,流量不同转子的高度不同,转子流量计的特点、适用范围：转子流量计是目前工业生产和实验室中广泛应用的一种小流量测量仪表只用在测量低压力和小流量的情况下三、 转子流量计,在工业生产中经常遇到小流量的测量，因其流体的流速低，这就要求测量仪表有较高的灵敏度，才能保证一定的精度转子流量计特别适宜于测量管径50mm以下管道的流量，测量的流量可小到每小时几升孔板流量计：,节流面积不变,,流量变化,,压差发生变化,转子流量计：,压差不变,,流量变化,,节流面积发生变化,转子流量计主要由两个部分组成： 一是由下往上逐渐扩大的锥形管（通常用透明玻璃制成） 二是放在锥形管内可自由运动的转子被测流体由锥形管下端进入，流经转子与锥形管之间的环隙，再从上端流出。

当流体流过的时候，位于锥形管中的转子受到向上的一个力，使其浮起当这个力正好等于转子重量减去流体对转子的浮力，此时转子就停浮在一定的高度上 若流体流量突然由小变大时，作用在转子上的向上的力就加大，转子上升，环隙增大，即流通面积增大随着环隙的增大，使流体流速变慢，流体作用在转子上的向上力也就变小这样，转子在一个新的高度上重新平衡这样，转子在锥形管中平衡位置的高低h与被测介质的流量大小相对应—第一章 测量仪表—,转子流量计的特点 （1）可以测量液体、气体、蒸汽等几乎所有流体的流量；（2）与节流流量计比较，结构简单，适合于流量的现场指 示作为现场指示型流量计，由于不需要电源，所以即使是易燃易爆环境其本质也是安全的；（3）结构上可以测量微小流量及低雷诺数的流量；（4）有效测量范围广，最小刻度值一般是最大刻度值的1/10，即范围度为10：1；,（5）刻度为基本均等的直线刻度；（6）因结构简单，容易制造耐腐蚀的流量计，适用于测量含腐蚀性的气体、液体的流量； （7）压力损失较小； （8）对直管段部分一般不需要； （9）不受液体中所含的各种杂音（电气的、化学的及流体的等）的影响；（10）低价格，容易安装。

转子流量计的缺点主要有：      （1）有可动部件，存在一些压力损失等；      （2）精度受流体物理参数变化的影响1、工作环境温度低于60℃，防震、防晒、防雨淋，便于操作；2、锥管垂直安装，倾斜小于30/；流体必须自下而上流动3、在仪表之前安装过滤器转子流量计量程的的安装和使用,——流量方程,转子的平衡关系：,V为转子的体积；ρt和ρf分别为转子和流体的密度；g为重力加速度；ΔP为转子前后的压差；A为转子的最大截面积,转子和锥形管间的环隙面积相当于节流式流量计的节流孔面积，但它是变化的，并与转子高度h成近似的线性关系，因此，转子流量计的流量公式可以表示为：,。