化工儀表及自動(dòng)化第3章流量檢測(cè)ppt課件

1、化工儀表及自動(dòng)化第三章 流量檢測(cè) 內(nèi)容提要差壓式流量計(jì)節(jié)流景象與流量根本方程式規(guī)范節(jié)流安裝力矩平衡式差壓變送器差壓式流量計(jì)的丈量誤差轉(zhuǎn)子流量計(jì)任務(wù)原理電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)漩渦流量計(jì)1內(nèi)容提要質(zhì)量流量計(jì)直接式質(zhì)量流量計(jì)補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)其他流量計(jì)靶式流量計(jì)橢圓齒輪番量計(jì)渦輪番量計(jì)電磁流量計(jì)2概述 介質(zhì)流量是控制消費(fèi)過程到達(dá)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和平安消費(fèi)以及進(jìn)展經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。 流量大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時(shí)流量。 總量：在某一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時(shí)流量在某一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值。定義3概述質(zhì)量流量M體積流量Q如以 t 表示時(shí)間，那么流量和總量之間的關(guān)系是

2、 流量計(jì)：丈量流體流量的儀表。計(jì)量表：丈量流體總量的儀表。 4概述1.速度式流量計(jì) 以丈量流體在管道內(nèi)的流速作為丈量根據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 2.容積式流量計(jì) 以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為丈量根據(jù)來計(jì)算流量的儀表。 3.質(zhì)量流量計(jì) 以丈量流體流過的質(zhì)量M為根據(jù)的流量計(jì)。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。 5分類第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 差壓式也稱節(jié)流式流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流安裝時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量丈量的。 通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流安裝和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。 6第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 一、節(jié)流景象與流

3、量根本方程式1.節(jié)流景象 流體在有節(jié)流安裝的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流安裝前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差別的景象稱為節(jié)流景象。 節(jié)流安裝就是在管道中放置的一個(gè)部分收縮元件,運(yùn)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。 7第一節(jié) 差壓式流量計(jì)圖3-1 孔板安裝及壓力、流速分布圖 要準(zhǔn)確丈量出截面、處的壓力有困難，由于產(chǎn)生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會(huì)改動(dòng)。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來丈量流體在節(jié)流安裝前后的壓力變化。因此所測(cè)得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測(cè)壓點(diǎn)及測(cè)壓方式的選擇是嚴(yán)密相關(guān)的。留意8第一節(jié) 差壓式流量計(jì)2.節(jié)流根本方程式 流量根本方程式是闡明流量與壓差之間定量

4、關(guān)系的根本流量公式。它是根據(jù)流膂力學(xué)中的伯努利方程和流體延續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。 可以看出要知道流量與壓差確實(shí)切關(guān)系，關(guān)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) 差壓式流量計(jì) 二、規(guī)范節(jié)流安裝 國內(nèi)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(jìn)展設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)都有一致規(guī)范的規(guī)定、要求和計(jì)算所需求的通用化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料。 10第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 1.節(jié)流安裝的選用在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡(jiǎn)單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價(jià)高低也與此相對(duì)應(yīng)。實(shí)踐上,在普通場(chǎng)所下,以采用孔板為最多。當(dāng)要求壓力損失較小時(shí),可采用噴嘴、文丘里管等。11

5、第一節(jié) 差壓式流量計(jì)在丈量某些易使節(jié)流安裝腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時(shí),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(yùn)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(cè)介質(zhì)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(zhì)。 12第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 2.節(jié)流安裝的安裝運(yùn)用 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(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平景象。 13第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 任何部分阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會(huì)引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化

6、。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(cè)介質(zhì)應(yīng)充溢全部管道并且延續(xù)流動(dòng)。 管道內(nèi)的流束 (流動(dòng)形狀)應(yīng)該是穩(wěn)定的。 被測(cè)介質(zhì)在經(jīng)過節(jié)流安裝時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變。 14第一節(jié) 差壓式流量計(jì)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。 所謂單元組合式儀表,這是將對(duì)參數(shù)的檢測(cè)及其變送、顯示、控制等各部分,分別做成只完成某一種功能而又能各自獨(dú)立任務(wù)的單元儀表 (簡(jiǎn)稱單元,例如變送單元、顯示單元、控制單元等)。 15第一節(jié) 差壓式流量計(jì)分類 按運(yùn)用的能源不同,單元組合式儀表有氣動(dòng)單元組合式儀表(Q

7、DZ型)和電動(dòng)單元組合式儀表(DDZ型)。 差壓變送器可以將差壓信號(hào)p轉(zhuǎn)換為一致規(guī)范的氣壓信號(hào)或電流信號(hào),可以延續(xù)地丈量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流安裝配合時(shí),可以用來延續(xù)丈量液體、蒸汽和氣體的流量。 16第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測(cè)儀表，它利用負(fù)反響的任務(wù)原理抑制元件資料、加工工藝等不利要素的影響，使儀表具有較高的丈量準(zhǔn)確度 (普通為0.5級(jí))、任務(wù)穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點(diǎn)。17舉例以DDZ-型壓力變送器為例 第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 在差壓p作用下，產(chǎn)生一個(gè)測(cè)試力，即 f為膜片的有效面積。 3-518圖3-2 DDZ

8、-型差壓變送器表示圖1丈量氣室 ; 2丈量膜片 ; 3支點(diǎn) ; 4主杠桿 ; 5推板 ; 6矢量板 ; 7拉桿 ; 8支撐簧片 ; 9動(dòng)鐵心 ; 10差動(dòng)變送器 ; 11副杠桿 ; 12放大器 ; 13永久磁鋼 ; 14可動(dòng)線圈 ; 15調(diào)零彈簧 DDZ-型差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為420mA的直流電流信號(hào)。 第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 該變送器是按力矩平衡原理任務(wù)的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導(dǎo)出被測(cè)壓力p與輸出信號(hào)I0的關(guān)系。 當(dāng)主杠桿平衡時(shí)，應(yīng)有 3-6式中， 、 分別為F測(cè)、F1離支點(diǎn)O1的間隔。將式3-5代入式3-6，有3-7式中, 為一比例系數(shù)。19第一節(jié) 差壓式流量計(jì)將式3-10代

9、入式3-9，得3-10 、 分別為F2及電磁力 離副杠桿十字支撐簧片的間隔。3-93-11而3-8聯(lián)立式3-8與3-11，得3-20式中， 為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。20第一節(jié) 差壓式流量計(jì) 四、差壓式流量計(jì)的丈量誤差 在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，往往具有比較大的丈量誤差，有的甚至高達(dá)1020。 不僅需求合理的選型、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)計(jì)算和加工制造，更要留意正確的安裝、維護(hù)和符合運(yùn)用條件等，才干保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)踐丈量精度。 留意21第一節(jié) 差壓式流量計(jì)誤差產(chǎn)生的緣由被測(cè)流體任務(wù)形狀的變動(dòng)。節(jié)流安裝安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏景象差壓計(jì)安裝或運(yùn)用不正確22第一節(jié) 差壓式流量計(jì)2

10、3 導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否那么會(huì)引起較大的丈量誤差。對(duì)于不同的被測(cè)介質(zhì)，導(dǎo)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(shí)的取壓點(diǎn)位置 圖3-4 丈量液體流量時(shí)的銜接圖1節(jié)流安裝；2引壓導(dǎo)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) 差壓式流量計(jì)取壓點(diǎn)應(yīng)該位于節(jié)流安裝的下半部，與程度線夾角為045。 引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不答應(yīng)，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度至少120110，使氣泡易于排出。 在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的安裝。 1丈量液體的流量時(shí)，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充溢同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。24第一節(jié) 差壓式

11、流量計(jì)252丈量氣體流量時(shí)，上述的這些根本原那么依然適用。 取壓點(diǎn)應(yīng)在節(jié)流安裝的上半部。 引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。 假設(shè)差壓計(jì)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。 3丈量蒸汽的流量時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述的根本原那么，必需處理蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對(duì)丈量精度的影響。常見的接法見圖3-6所示。第一節(jié) 差壓式流量計(jì)圖3-5 丈量氣體流量時(shí)的銜接圖1節(jié)流安裝；2引壓導(dǎo)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(dǎo)管；4排放閥；5差壓變送器；6平衡閥26第一節(jié)

12、 差壓式流量計(jì)27差壓計(jì)或差壓變送器安裝或運(yùn)用不正確也會(huì)引起丈量誤差。 由引壓導(dǎo)管接至差壓計(jì)或變送器前，必需安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。 丈量腐蝕性或因易凝固不適宜直接進(jìn)入差壓計(jì)的介質(zhì)流量時(shí)，必需采取隔離措施。常用的兩種隔離罐方式如圖3-8所示。 第一節(jié) 差壓式流量計(jì)圖3-7 差壓計(jì)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) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)一、任務(wù)原理29 轉(zhuǎn)子流量計(jì)采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量丈量方法。圖3-9 轉(zhuǎn)子流量計(jì)的任務(wù)原理圖第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流量計(jì)中轉(zhuǎn)子的平衡條件是3-13根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判別被測(cè)介質(zhì)的流量大小或?qū)⑹?-2

13、6代入上兩式，得或由式3-13可得3-1430第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)31 二、電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì) 它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，適宜于遠(yuǎn)傳，進(jìn)展顯示或記錄。 LZD系列電遠(yuǎn)傳式轉(zhuǎn)子流量計(jì)主要由流量變送及電動(dòng)顯示兩部分組成。 1.流量變送部分 圖3-10 差動(dòng)變壓器構(gòu)造第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)換原理 假設(shè)將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子與差動(dòng)變壓器的鐵芯銜接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)鐵芯一同運(yùn)動(dòng)，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢(shì)的大小。32第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計(jì)332.電動(dòng)顯示部分LTD系列電遠(yuǎn)傳轉(zhuǎn)子流量計(jì)圖3-11第三節(jié) 漩渦流量計(jì) 精度高、丈量范圍寬、沒有運(yùn)動(dòng)部件、無機(jī)械磨損、維護(hù)方便

14、、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。 34 漩渦流量計(jì)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。圖3-12 卡門渦列 (a)圓柱渦列； (b)三角柱渦列第三節(jié) 漩渦流量計(jì) 熱學(xué)法 電容法 壓差法漩渦頻率的檢測(cè)方法圖3-13 圓柱檢出器原理圖1空腔；2圓柱棒；3導(dǎo)壓孔；4鉑電阻絲；5隔墻 滿足hL0.281時(shí)，那么所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體構(gòu)成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為35第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)定義直接丈量單位時(shí)間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。 優(yōu)點(diǎn) 質(zhì)量流量計(jì)的最后輸出信號(hào)只與介質(zhì)的質(zhì)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。 質(zhì)量流量的根本方程式

15、為36第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)一、直接式質(zhì)量流量計(jì)圖3-14 雙孔板差壓式質(zhì)量流量丈量表示圖3-183-19將式(3-19)減去式(3-18),可得即37第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì)38 二、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)1.流速-密度補(bǔ)償法圖3-15 流速-密度補(bǔ)償法質(zhì)量流量 2.壓差-密度法圖3-16 壓差-密度補(bǔ)償法第四節(jié) 質(zhì)量流量計(jì) 3.壓差-流速補(bǔ)償法圖3-17 壓差-流速補(bǔ)償法393-20又由于3-21將式 (3-21)代入式 (3-20)，得第五節(jié) 其他流量計(jì)一、靶式流量計(jì)便于某些黏度較高或含有懸浮物介質(zhì)的流量檢測(cè)。圖3-18 半導(dǎo)體應(yīng)變片式靶式流量變送器 1靶；2輸出力杠桿； 3推桿； 4懸臂塊；R1R4半

16、導(dǎo)體應(yīng)變片40第五節(jié) 其他流量計(jì)二、橢圓齒輪番量計(jì)411.任務(wù)原理圖3-19 橢圓齒輪番量計(jì)構(gòu)造原理經(jīng)過橢圓齒輪番量計(jì)的體積流量2.運(yùn)用特點(diǎn) 適用于高黏度介質(zhì)的流量丈量。 丈量精度較高，壓力損失較小，安裝運(yùn)用也較方便。 橢圓齒輪番量計(jì)的入口端必需加裝過濾器。 橢圓齒輪番量計(jì)的運(yùn)用溫度有一定范圍。 橢圓齒輪番量計(jì)的構(gòu)造復(fù)雜，加工本錢較高。 第五節(jié) 其他流量計(jì)三、渦輪番量計(jì)42圖3-20 渦輪番量計(jì)1渦輪；2導(dǎo)流器；3磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器；4外殼；5前置放大器優(yōu)點(diǎn) 安裝方便。 丈量精度高，可耐高壓。 反響快，可測(cè)脈動(dòng)流量。 輸出信號(hào)為電頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)傳，不受干擾。 缺陷 普通應(yīng)加過濾器。 安裝時(shí)，前后

17、要有一定的直管段。 第五節(jié) 其他流量計(jì)四、電磁流量計(jì)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(jì)原理感應(yīng)電勢(shì)的方向由右手定那么判別，大小由下式?jīng)Q議 3-23而3-24將式4-24代入式4-23，得第五節(jié) 其他流量計(jì)留意 只能用來丈量導(dǎo)電液體的流量，且導(dǎo)電率要求不小于水的導(dǎo)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(shù)的放大器，會(huì)呵斥丈量系統(tǒng)很復(fù)雜、本錢高，并且易受外界電磁場(chǎng)的干擾。運(yùn)用中要留意維護(hù)，防止電極與管道間絕緣的破壞。安裝時(shí)要遠(yuǎn)離一切磁源。不能有振動(dòng)。 44例題分析舉例 1.某差壓式流量計(jì)的流量刻度上限為320m3/h ,差

18、壓上限2500Pa。當(dāng)儀表指針指在160m3/h時(shí),求相應(yīng)的差壓是多少 (流量計(jì)不帶開方器)? 解：由流量根本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當(dāng)丈量的一切條件都不變時(shí),可以以為式中的、F0、1均為不變的數(shù)。假設(shè)假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差壓為p2 ,那么存在下述關(guān)系45例題分析由此得代入上述數(shù)據(jù),得 該例闡明了差壓式流量計(jì)的標(biāo)尺如以差壓刻度,那么是均勻的,但以流量刻度時(shí),假設(shè)不加開方器,那么流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。當(dāng)流量值是滿刻度的1/2時(shí),指針卻指在標(biāo)尺滿刻度的1/4處。 46例題分析舉例 2.通常以為差壓式流量計(jì)是屬于定節(jié)流面積變壓降式流量計(jì),而轉(zhuǎn)子流量計(jì)是屬于變節(jié)流面積定壓降式流量計(jì),為什么? 解：這可以從它們的任務(wù)原理上來分析。 差壓式流量計(jì)在任務(wù)過程中,只需節(jié)流元件構(gòu)造已定,那么其尺寸是不變的,因此它是屬于定節(jié)流面積的。當(dāng)流量