壓力、液位、流量測(cè)量課件

壓力測(cè)量及壓力參數(shù)在液位、流量測(cè)量中的應(yīng)用壓力測(cè)量基本概念壓力：所謂的壓力就是指垂直作用于單位面積上的力，用符號(hào)P表示。在國(guó)際單位制中壓力的單位是帕斯卡（簡(jiǎn)稱帕，用符號(hào)Pa表示，1Pa=1N/m2）

由于參考點(diǎn)不同，在工程上又將壓力表示為如下幾種：（1）差壓ΔP：兩個(gè)壓力之間的相對(duì)差值。（2）絕對(duì)壓力Pabs：是指相對(duì)于絕對(duì)真空所測(cè)得的壓力。（3）表壓Pg：是指絕對(duì)壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮毫χ?。?）負(fù)壓Pv：是指當(dāng)絕對(duì)壓力小于大氣壓力之時(shí)，大氣壓力與絕對(duì)壓力之差。彈簧管壓力表電接點(diǎn)壓力表電接點(diǎn)壓力表廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電站、機(jī)械等工業(yè)部門或機(jī)電設(shè)備配套中測(cè)量無(wú)爆炸危險(xiǎn)的各種流體介質(zhì)壓力。通常，儀表經(jīng)與相應(yīng)的電氣器件（如繼電器、PLC輸入模板等）配套使用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或報(bào)警的目的。壓力開關(guān)壓力開關(guān)可以廣泛用于石油、化工、冶金、電力、供水等領(lǐng)域中對(duì)各種氣體、液體的表壓、絕壓的測(cè)量控制，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)理想的智能化測(cè)控儀表。壓力變送器壓力發(fā)生部分測(cè)量部分HART協(xié)議HART協(xié)議最初由美國(guó)Rosemount公司開發(fā)，已應(yīng)用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4—20mA信號(hào)過程量上疊加一個(gè)頻率信號(hào)，成功地把模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)雙向通訊，而互不干擾。HART協(xié)議的物理層規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)在低頻的4—20mA模擬信號(hào)上疊加一個(gè)頻率數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號(hào)的幅度為0.5mA，數(shù)據(jù)傳輸率為1200bps，規(guī)定1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”HART協(xié)議定理說明采樣過程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱取樣定理、抽樣定理。采樣定理說明采樣頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系，是連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)。在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs.max>2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5～10倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理定理歷程1924年奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出在理想低通信道的最高碼元傳輸速率的公式。1928年美國(guó)電信工程師H.奈奎斯特推出采樣定理，因此稱為奈奎斯特采樣定理。1933年由蘇聯(lián)工程師科捷利尼科夫首次用公式嚴(yán)格地表述這一定理，因此在蘇聯(lián)文獻(xiàn)中稱為科捷利尼科夫采樣定理。1948年信息論的創(chuàng)始人C.E.香農(nóng)對(duì)這一定理加以明確地說明并正式作為定理引用，因此在許多文獻(xiàn)中又稱為香農(nóng)采樣定理。采樣定理有許多表述形式，但最基本的表述方式是時(shí)域采樣定理和頻域采樣定理。壓力參數(shù)

在液位測(cè)量中的應(yīng)用差壓式液位計(jì)變送器零點(diǎn)的正負(fù)遷移在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：1、差壓變送器的取壓口低于容器底部對(duì)于上圖所示的情況，輸入變送器的差壓為

Δp=

P1-P2=ρgh+ρgh1

由上式可見，當(dāng)h=0時(shí)，Δp=

ρgh1≠0，變送器的輸出大于4mADC信號(hào)。為了使h=0時(shí)變送器的輸出仍為4mADC信號(hào)，需要通過零點(diǎn)遷移達(dá)到上述目的。由于ρgh1＞0,所以稱為正遷移2、被測(cè)介質(zhì)具有腐蝕性，差壓變送器的正、負(fù)壓室與取壓口之間需要分別安裝隔離罐壓力參數(shù)

在流量測(cè)量中的應(yīng)用伯努利方程丹尼爾·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。這是在流體力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)理論方程建立之前，水力學(xué)所采用的基本原理，其實(shí)質(zhì)是流體的機(jī)械能守恒。即：動(dòng)能+重力勢(shì)能+壓力勢(shì)能=常數(shù)。其最為著名的推論為：等高流動(dòng)時(shí)，流速大，壓力就小。伯努利原理往往被表述為

這個(gè)式子被稱為伯努利方程。式中p為流體中某點(diǎn)的壓強(qiáng)，v為流體該點(diǎn)的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點(diǎn)所在高度，C是一個(gè)常量。它也可以被表述為需要注意的是，由于伯努利方程是由機(jī)械能守恒推導(dǎo)出的，所以它僅適用于粘度可以忽略、不可被壓縮的理想流體。理想流體不可壓縮、不計(jì)粘性（粘度為零）的流體為理想流體自然界中各種真實(shí)流體都是粘性流體。有些流體粘性很?。ɡ缢?、空氣），有些則很大（例如甘油、油漆、蜂蜜）。當(dāng)流體粘度很小而相對(duì)滑動(dòng)速度又不大時(shí)，粘性應(yīng)力是很小的，即可近似看成理想流體。理想流體一般也不存在熱傳導(dǎo)和擴(kuò)散效應(yīng)。實(shí)際上，理想流體在自然界中是不存在的，它只是真實(shí)流體的一種近似模型。但是，在分析和研究許多流體流動(dòng)時(shí)，采用理想流體模型能使流動(dòng)問題簡(jiǎn)化，又不會(huì)失去流動(dòng)的主要特性并能相當(dāng)準(zhǔn)確地反映客觀實(shí)際流動(dòng)，所以這種模型具有重要的使用價(jià)值。流體連續(xù)性原理這是描述流體流速與截面關(guān)系的定理。當(dāng)流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個(gè)粗細(xì)不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時(shí)間內(nèi)，流進(jìn)任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應(yīng)該相等。速度式流量計(jì)差壓式流量計(jì)時(shí)速度式流量計(jì)中的典型代表差壓式流量計(jì)的工作原理就是基于伯努利方程和連續(xù)性原理，即當(dāng)流體流過管道中的節(jié)流元件時(shí)會(huì)使流速產(chǎn)生變化，進(jìn)而使節(jié)流元件前后的差壓也產(chǎn)生相應(yīng)變化，只要測(cè)得差壓便可獲得被測(cè)流量。差壓式流量計(jì)所采用的節(jié)流元件主要有標(biāo)準(zhǔn)孔板、噴嘴和文丘里管等差壓式流量計(jì)理論推導(dǎo)根據(jù)不可壓縮理想流體的伯努利方程和流體連續(xù)性方程由以上兩式可以得到公式中各個(gè)字母代表的含義

實(shí)際應(yīng)用中，由于流體存在黏性和流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦，會(huì)造成動(dòng)量損失，前面上述的公式需要進(jìn)行修正。此外，對(duì)于可壓縮流體，孔板兩側(cè)的流體密度并不相等，即ρ1不等于ρ2，經(jīng)綜合考慮，可推得可壓縮流體的流量方程為：α：為流量系數(shù)；ε：為可膨脹系數(shù)ρ：為孔板前的流體密度假定α、ε、A0

、ρ均為常量，則孔板的輸出差壓Δp與輸入流量qv或質(zhì)量流量qm之間的關(guān)系可簡(jiǎn)化為結(jié)論采用孔板測(cè)量流量實(shí)際上是通過孔板將流量轉(zhuǎn)換成差壓Δp，再將差壓用導(dǎo)壓