化工儀表及自動化厲玉鳴第三版ppt課件

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第三章第三章 流量檢測流量檢測 內容提要內容提要n差壓式流量計差壓式流量計n節(jié)流景象與流量根本方程式節(jié)流景象與流量根本方程式n規(guī)范節(jié)流安裝規(guī)范節(jié)流安裝n力矩平衡式差壓變送器力矩平衡式差壓變送器n差壓式流量計的丈量誤差差壓式流量計的丈量誤差n轉子流量計轉子流量計n任務原理任務原理n電遠傳式轉子流量計電遠傳式轉子流量計n漩渦流量計漩渦流量計1內容提要內容提要n質量流量計質量流量計n直接式質量流量計直接式質量流量計n補償式質量流量計補償式質量流量計n其他流量計其他流量計n靶式流量計靶式流量計n橢圓齒輪番量計橢圓齒輪番量計n渦輪番量計渦輪番量計n電磁流量計電磁流量計2概

2、述概述3概述概述MQQM或如以 t 表示時間，那么流量和總量之間的關系是 ttMdtMQdtQ00,總總4概述概述 以丈量流體在管道內的流速作為丈量根據來計算流量的儀表。 以單位時間內所排出的流體的固定容積的數目作為丈量根據來計算流量的儀表。 以丈量流體流過的質量M為根據的流量計。質量流量計分直接式和間接式兩種。 5分類第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 差壓式也稱節(jié)流式流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流差壓式也稱節(jié)流式流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)流安裝時產生的壓力差而實現流量丈量的。體流經節(jié)流安裝時產生的壓力差而實現流量丈量的。 通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的

3、節(jié)流安裝和能將此壓差轉通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節(jié)流安裝和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。 6第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計n 一、節(jié)流景象與流量根本方程式一、節(jié)流景象與流量根本方程式 流體在有節(jié)流安裝的管道中流動時，在節(jié)流安裝前后的管壁處，流體的靜壓流體在有節(jié)流安裝的管道中流動時，在節(jié)流安裝前后的管壁處，流體的靜壓力產生差別的景象稱為節(jié)流景象。力產生差別的景象稱為節(jié)流景象。 7第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計圖3-1 孔板安裝及壓力、流速分布圖 要準確丈量出截面要準確丈量出截面、處的壓

4、力有困難，處的壓力有困難，由于產生最低靜壓力由于產生最低靜壓力p2p2的截面的截面的位置隨著的位置隨著流速的不同會改動。因此是在孔板前后的管壁流速的不同會改動。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來丈量流體在節(jié)流上選擇兩個固定的取壓點，來丈量流體在節(jié)流安裝前后的壓力變化。因此所測得的壓差與流安裝前后的壓力變化。因此所測得的壓差與流量之間的關系，與測壓點及測壓方式的選擇是量之間的關系，與測壓點及測壓方式的選擇是嚴密相關的。嚴密相關的。8第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 流量根本方程式是闡明流量與壓差之間定量關系的根本流量公式。它是根據流膂流量根本方程式是闡明流量與壓差之間定量關系

5、的根本流量公式。它是根據流膂力學中的伯努利方程和流體延續(xù)性方程式推導而得的。力學中的伯努利方程和流體延續(xù)性方程式推導而得的。 pFMpFQ101022要知道流量與壓差確實切關系，關鍵在于的取值。 流量與壓力差P的平方根成正比。 9第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 國內外把最常用的節(jié)流安裝、孔板、噴嘴、文丘里管等規(guī)范化，并稱為“規(guī)范節(jié)流安裝。 采用規(guī)范節(jié)流安裝進展設計計算時都有一致規(guī)范的規(guī)定、要求和計算所需求的通用化實驗數據資料。 10第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復雜。造價高低也與此相對應。實踐上,在普通場所下,以采用孔板

6、為最多。當要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。11第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計在丈量某些易使節(jié)流安裝腐蝕、沾污、磨損、變形的介質流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。在流量值與壓差值都一樣的條件下,運用噴嘴有較高的丈量精度,而且所需的直管長度也較短。如被測介質是高溫、高壓的,那么可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質。 12第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 必需保證節(jié)流安裝的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流安裝端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流安裝前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內壁上,不應有凸出物和明顯的粗糙或不平景象。 13第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計

7、 任何部分阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數變化。所以在節(jié)流安裝的上、下游必需配置一定長度的直管。 規(guī)范節(jié)流安裝 (孔板、噴嘴) ,普通都用于直徑D50mm的管道中。 被測介質應充溢全部管道并且延續(xù)流動。 管道內的流束 (流動形狀)應該是穩(wěn)定的。 被測介質在經過節(jié)流安裝時應不發(fā)生相變。 14第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計n三、力矩平衡式差壓變送器三、力矩平衡式差壓變送器 變送器是單元組合式儀表中不可短少的根本單元之一。 15第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計分類 按運用的能源不同,單元組合式儀表有氣動單元組合式儀表(QDZ型)和電動單元組合式

8、儀表(DDZ型)。 差壓變送器可以將差壓信號p轉換為一致規(guī)范的氣壓信號或電流信號,可以延續(xù)地丈量差壓、液位、分界面等工藝參數。當它與節(jié)流安裝配合時,可以用來延續(xù)丈量液體、蒸汽和氣體的流量。 16第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計17第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計pfF測 在差壓p作用下，產生一個測試力，即 f為膜片的有效面積。 3-51818圖3-2 DDZ-型差壓變送器表示圖1丈量氣室 ; 2丈量膜片 ; 3支點 ; 4主杠桿 ; 5推板 ; 6矢量板 ; 7拉桿 ; 8支撐簧片 ; 9動鐵心 ; 10差動變送器 ; 11副杠桿 ; 12放大器 ; 13永久磁鋼 ; 14可動線圈

9、 ; 15調零彈簧 DDZ-型差壓變送器將差壓信號轉換為420mA的直流電流信號。 第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 該變送器是按力矩平衡原理任務的。根據主、副杠桿的平衡條件可以推導出被測該變送器是按力矩平衡原理任務的。根據主、副杠桿的平衡條件可以推導出被測壓力壓力pp與輸出信號與輸出信號I0I0的關系。的關系。 211lFlF測3-6式中， 、 分別為F測、F1離支點O1的間隔。1l2l將式3-5代入式3-6，有pKpfllF12113-7式中, 為一比例系數。fllK21119第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計0302342IKIKllFtan0pKI31KKK 3l4l電F將式

10、3-10代入式3-9，得02IKF 電3-10432lFlF電 、 分別為F2及電磁力 離副杠桿十字支撐簧片的間隔。3-93-11tantan112pKFF而3-8聯立式3-8與3-11，得3-20式中， 為轉換比例系數。20第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計 在現場實踐運用時，往往具有比較大的丈量誤差，有的甚至高達1020。 21第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計被測流體任務形狀的變動。節(jié)流安裝安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏景象差壓計安裝或運用不正確22第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計23 導壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否那么會引起較大的

11、丈量誤差。對于不同的導壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否那么會引起較大的丈量誤差。對于不同的被測介質，導壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。被測介質，導壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。 圖3-3 丈量液體流量時的取壓點位置 圖3-4 丈量液體流量時的銜接圖1節(jié)流安裝；2引壓導管；3放空閥；4平衡閥；5差壓變送器；6貯氣罐；7切斷閥第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計取壓點應該位于節(jié)流安裝的下半部，與程度線夾角為045。 引壓導管最好垂直向下，如條件不答應，導壓管亦應下傾一定坡度至少120110，使氣泡易于排出。 在引壓導管的管路中，應有排氣的安裝。 24第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量

12、計差壓式流量計25取壓點應在節(jié)流安裝的上半部。 引壓導管最好垂直向上，至少亦應向上傾斜一定的坡度，以使引壓導管中不滯留液體。 假設差壓計必需裝在節(jié)流安裝之下，那么需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。 第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計圖3-5 丈量氣體流量時的銜接圖1節(jié)流安裝；2引壓導管；3差壓變送器；4貯液罐；5排放閥圖3-6 丈量蒸汽流量的銜接圖1節(jié)流安裝；2凝液罐；3引壓導管；4排放閥；5差壓變送器；6平衡閥26第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計27差壓計或差壓變送器安裝或運用不正確也會引起丈量誤差。差壓計或差壓變送器安裝或運用不正確也會引起丈量誤差。 由引壓導管接至差壓計或變

13、送器前，必需安裝切斷閥由引壓導管接至差壓計或變送器前，必需安裝切斷閥1 1、2 2和平衡閥和平衡閥3 3，如圖，如圖3-73-7所示。所示。 丈量腐蝕性或因易凝固不適宜直接進入差壓計的介質流量時，必需采取隔丈量腐蝕性或因易凝固不適宜直接進入差壓計的介質流量時，必需采取隔離措施。常用的兩種隔離罐方式如圖離措施。常用的兩種隔離罐方式如圖3-83-8所示。所示。 第一節(jié)第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計圖3-7 差壓計閥組安裝表示圖1，2切斷閥；3平衡閥圖3-26 隔離罐的兩種方式28第二節(jié)第二節(jié) 轉子流量計轉子流量計n一、任務原理29 轉子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量丈量方法。圖3-9 轉

14、子流量計的任務原理圖第二節(jié)第二節(jié) 轉子流量計轉子流量計AppgVft21轉子流量計中轉子的平衡條件是3-133-13phMf2根據轉子浮起的高度就可以判別被測介質的流量大小或phQf2將式3-26代入上兩式，得AgVhMfft2或AgVhQfft2AgVpppft21由式3-25可得3-143-1430第二節(jié)第二節(jié) 轉子流量計轉子流量計31 它可以將反映流量大小的轉子高度h轉換為電信號，適宜于遠傳，進展顯示或記錄。 LZD系列電遠傳式轉子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。 圖3-10 差動變壓器構造第二節(jié)第二節(jié) 轉子流量計轉子流量計 假設將轉子流量計的假設將轉子流量計的轉子與差動變壓器

15、的鐵芯轉子與差動變壓器的鐵芯銜接起來，使轉子隨流量銜接起來，使轉子隨流量變化的運動帶動鐵芯一同變化的運動帶動鐵芯一同運動，那么，就可以將流運動，那么，就可以將流量的大小轉換成輸出感應量的大小轉換成輸出感應電勢的大小。電勢的大小。32第二節(jié)第二節(jié) 轉子流量計轉子流量計33圖3-11 LTD系列電遠傳轉子流量計第三節(jié)第三節(jié) 漩渦流量計漩渦流量計 精度高、丈量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。 34 漩渦流量計是利用有規(guī)那么的漩渦剝離景象來丈量流漩渦流量計是利用有規(guī)那么的漩渦剝離景象來丈量流體流量的儀表。體流量的儀表。圖3-12 卡門渦列 (a)圓柱渦列； (b)

16、三角柱渦列第三節(jié)第三節(jié) 漩渦流量計漩渦流量計 熱學法熱學法 電容法電容法 壓差法壓差法漩渦頻率的檢測方法漩渦頻率的檢測方法圖3-13 圓柱檢出器原理圖1空腔；2圓柱棒；3導壓孔；4鉑電阻絲；5隔墻 滿足hL0.281時，那么所產生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體構成的卡曼漩渦，其單側漩渦產生的頻率為dvSff35第四節(jié)第四節(jié) 質量流量計質量流量計直接丈量單位時間內所流過的介質的質量,即質量流量M。 質量流量計的最后輸出信號只與介質的質量流量M成比例,這就能從根本上提高流量丈量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。 vAM36第四節(jié)第四節(jié) 質量流量計質量流量計n 一、直接式質量流量計圖3-14 雙孔板差壓式質

17、量流量丈量表示圖232212QqKppQqKpp3-183-183-193-19將式(3-19)減去式(3-18),可得QqKpp431KqMpp431即37第四節(jié)第四節(jié) 質量流量計質量流量計QvAM38n 二、補償式質量流量計二、補償式質量流量計1.流速-密度補償法圖3-15 流速-密度補償法vAM圖3-16 壓差-密度補償法第四節(jié)第四節(jié) 質量流量計質量流量計圖3-17 壓差-流速補償法39QQQM2vAQ 又由于vQAM21將式 (3-21)代入式 (3-20)，得第五節(jié)第五節(jié) 其他流量計其他流量計n 一、靶式流量計便于某些黏度較高或含有懸浮物介質的流量檢測。圖3-18 半導體應變片式靶式

18、流量變送器40第五節(jié)第五節(jié) 其他流量計其他流量計n 二、橢圓齒輪番量計41圖3-19 橢圓齒輪番量計構造原理經過橢圓齒輪番量計的體積流量04nVQ 適用于高黏度介質的流量丈量。適用于高黏度介質的流量丈量。 丈量精度較高，壓力損失較小，丈量精度較高，壓力損失較小，安裝運用也較方便。安裝運用也較方便。 橢圓齒輪番量計的入口端必需加橢圓齒輪番量計的入口端必需加裝過濾器。裝過濾器。 橢圓齒輪番量計的運用溫度有一橢圓齒輪番量計的運用溫度有一定范圍。定范圍。 橢圓齒輪番量計的構造復雜，加橢圓齒輪番量計的構造復雜，加工本錢較高。工本錢較高。 第五節(jié)第五節(jié) 其他流量計其他流量計n 三、渦輪番量計42圖3-20

19、 渦輪番量計1渦輪；2導流器；3磁電感應轉換器；4外殼；5前置放大器 安裝方便。安裝方便。 丈量精度高，可耐高壓。丈量精度高，可耐高壓。 反響快，可測脈動流量。反響快，可測脈動流量。 輸出信號為電頻率信號，便于遠輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。傳，不受干擾。 普通應加過濾器。普通應加過濾器。 安裝時，前后要有一定的直管段。安裝時，前后要有一定的直管段。 第五節(jié)第五節(jié) 其他流量計其他流量計n 四、電磁流量計43可以丈量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒例如泥漿或纖維液體的流量。 圖3-21 電磁流量計原理BDvKEX感應電勢的方向由右手定那么判別，大小由下式決議 3-23vDQ241而3-

20、24KDDBDKEX4將式4-24代入式4-23，得第五節(jié)第五節(jié) 其他流量計其他流量計 只能用來丈量導電液體的流量，且導電率要求不小于只能用來丈量導電液體的流量，且導電率要求不小于水的導電率，不能丈量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。水的導電率，不能丈量氣體、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍數的放大器，會呵斥丈量系統(tǒng)很復雜、本要引入高放大倍數的放大器，會呵斥丈量系統(tǒng)很復雜、本錢高，并且易受外界電磁場的干擾。運用中要留意維護，錢高，并且易受外界電磁場的干擾。運用中要留意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠離一切磁源。防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時要遠離一切磁源。不能有振動。不能有振動。