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1、计量仪表知识培训第1页，此课件共86页哦现场仪表测量参数的分类：现场仪表测量参数一般分为温度、压力、液位、流量四大参数。下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理，以及测量这四大参数所运用的仪表。2第2页，此课件共86页哦第一章、温度的测量与变送温度是工厂生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个工厂生产过程，都伴随着物质的物理或化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多生产过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。3第3页，此课件共86页哦一、温度测量分类温度测量
2、仪表种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。接触式：感温元件与被测介质直接接触，测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。非接触式：测温仪表不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量精度较低。4第4页，
3、此课件共86页哦5下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这两种温度计。第5页，此课件共86页哦6第6页，此课件共86页哦二、热电偶温度计1、热电偶原理 热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。组成热电偶的两根导体或
4、半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被测温度t的大小。7第7页，此课件共86页哦 2、热电偶温度计组成8 热电偶温度计由热电偶、二次仪表及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和多点集中测量，因而在石油化工、热工、建材生产中应
5、用极为普遍。231热电偶温度计测量线路1、热电偶 2、连接导线 3、二次仪表t0t0tAB第8页，此课件共86页哦3、热电偶分类由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在各种热电偶的分度表中可以查到。国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性能优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号(铂铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜)；T分度号(铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）；R分度号(铂铑13-铂)等热电偶。9第9页，此课件共8
6、6页哦3、热电偶结构热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种结构型式，有瓷套管的、不锈钢套管的、铂金套管的、铠装的等等。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。10第10页，此课件共86页哦三、温度的测量与变送1、热电阻的测温原理热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换为热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来测量温度的。金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来，他们之间的关系为:Rt=R01+(t-t0)Rt=Rt-R
7、0=R0t式中Rt温度为t时的电阻值;R。温度为t0(通常为0)时的电阻值;11第11页，此课件共86页哦12电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对变化量t温度的变化量，即t-t。=tRt温度改变t时的电阻变化量。2、热电阻温度计组成热电阻温度计由热电阻、二次仪表和连按导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半导体两种。热电阻温度计广泛用来测量中、低温(一般为500以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高。第12页，此课件共86页哦133、温度测量分类及结构 目前应用较广泛的热电阻是铂和铜，主要有Pt50、Pt100、Cu50、Cu100四种，最
8、常用的是pt100。热电阻是由电阻体、保护套管以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。PT100：在0300范围内，公式为：电阻 100+0.385t100 0，109.6 25，138.5 100，175.86 200第13页，此课件共86页哦144、热电阻接线从温度传感器热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过温度传感器热电阻阻值的变化来测量的，因此，温度传感器热电阻的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。第14页，此课件共86页哦第二章、压力的测量与变送 压力测量中，通常有绝压、表压
9、、负压、或真空度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：P真=P大-P绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。15第15页，此课件共86页哦16表压、绝压、真空之间的关系图P表压表压P负压负压P P绝压绝压P P绝压绝压大
10、气压力线大气压力线（100KPa)0压力线第16页，此课件共86页哦17压力测量仪表的品种，规格很多。常用的压力测量方法和仪压力测量仪表的品种，规格很多。常用的压力测量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）
11、来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、
12、频率等）来件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。第17页，此课件共86页哦18 目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性
13、变型，而在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。（1 1）弹簧管压力表）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，品种规，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主
14、要由点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270270度圆孤形度圆孤形的空心管子的空心管子 。第18页，此课件共86页哦2、压力的测量与变送19 弹簧管压力表 1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板 7、游丝 8、调整螺钉 9、接头第19页，此课件共86页哦20 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆
15、的长轴它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a2a与图面垂与图面垂直的弹簧管的中心轴直的弹簧管的中心轴O O相平行。管子封闭的一端相平行。管子封闭的一端B B为自由端，为自由端，即位移输出端；而另一端即位移输出端；而另一端A A则是固定的，作为被测压力的输则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端入端。当由它的固定端A A通入被测压力通入被测压力P P后，由于呈椭圆形后，由于呈椭圆形截面的管子在压力截面的管子在压力P P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B B发生位移。此
16、时弹发生位移。此时弹簧管的中心角簧管的中心角要随即减小要随即减小，也就是自由端将由，也就是自由端将由B B移到移到B B，处，如图，处，如图2-3(b)2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端力值。自由端B B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值位移而引起
17、弹簧管中心角相对变化值/与被测压力与被测压力P P之之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。的。第20页，此课件共86页哦21 由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途弹簧
18、管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。时应予以注意。第21页，此课件共86页哦22（2 2）应变式压力变送器）应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，为转换元件
19、，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。再传送到记录仪和调节器等仪表。应变片有金属电阻丝应变片应变片有金属电阻丝应变片(金属丝粘贴在衬底上组成金属丝粘贴在衬底上组成的元件的元件)和半导体应变片两类。和半导体应变片两类。根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形变形dL/L(dL/L(即应变即应变e)e)，其电阻值随之发生变化。如果已
20、如，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形应变片的电阻变化与其变形(即应变即应变)的关系，那么，通过的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。第22页，此课件共86页哦23第23页，此课件共86页哦24（3 3）单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的两个完全一致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，振频率取决于梁的
21、长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。程。第24页，此课
22、件共86页哦25基础基础振子振子引伸张力引伸张力硅膜片硅膜片过程压力过程压力变送器工作原理图 第25页，此课件共86页哦26（4 4）电容式传感器电容式传感器SS0S0S2S1图2-19膜片位移原理图420 mA放大电路原理：P变化 C 电流的变化第26页，此课件共86页哦27 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和定是否需要带有远传、报警等附
23、加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。有效的目的。1 1类型的选用类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、如是否需要远传变送、自动记录或报警；被测介质的物理化学性质自动记录或报警；被测介质的物理化学性质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等易燃易爆等)是否对是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件仪表提出特殊要求；现场环境条件 (如高温、电磁场、振动等如高温、电磁场、振动等)对仪表对仪表有否特殊要求等。有否特殊要求等。普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采
24、用碳钢，普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。第27页，此课件共86页哦282 2测量范围的确定测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小
25、来确定的。对于弹性式仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据 化工自控化工自控设计技术规定设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/32/3；测量；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/21/2；测量高压压力时，最大工作测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的
26、压力不应超过量程的3/53/5。为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的的1/31/3。按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。录申查到。3 3精度级的选取精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要
27、求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。仪表。第28页，此课件共86页哦第三章、流量的测量与变送 在生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过在生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等如液体、气体和蒸汽等)的流量，以便为生产操作和控制提的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间 (如一班、一如一班、一天等天等)内流过的介质总量
28、。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。控制以及进行经济核算所必需的。在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下:表示体积流量的单位常用立方米每小时表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)(m3/h)、升每分、升每分 (I/min)(I/min)、升每、升每秒秒(l/s)(l/s)等；等；表示质量流量的单位常用吨每小时表示质量流量的单
29、位常用吨每小时 (t/h)(t/h)、千克每小时、千克每小时 (kg/h)(kg/h)、千克每、千克每秒秒 (kg/s)(kg/s)等。等。若流体的密度是若流体的密度是，则体积流量，则体积流量Q Q与质量流量与质量流量M M的关系是的关系是:M=Q M=Q 或或 Q=M/Q=M/29第29页，此课件共86页哦30 应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化影响，
30、则应引起注意。不过一般温度每变化1010时，液体的密度变化约时，液体的密度变化约在在1%1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指业上是指20
31、20、0.10133MPa(0.10133MPa(称标定状态称标定状态)或或00、0.10133MPa(0.10133MPa(称标称标准状态准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量的体积流量为标准体积流量。流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。下表中列出了几种主要类型流量计的性能及适用场合。各不相同。下表中列出了几种主要类型流量计的性能及适用场合。第30页，此课件共86页哦31第31页，此课件共86页哦1、差压流量计1.
32、1 测量原理 差压式(也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。下面以孔板为例说明节流原理。右图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：32第32页，此课件共86页哦33沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强流体受到的阻挡作用最强,于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁
33、处的流体静压力压力P1升高升高(即图中即图中P1P2)使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害得流束收束最厉害(即流束最小截面即流束最小截面)的位置不在节流孔处，而是位于节流的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后孔之后(即图中截面即图中截面处处)，并随流量大小而变化。，并随流量大小而变化。由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于连续稳定由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处
34、于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低(即图中即图中P2P1)。故节流元。故节流元件入口侧的静压件入口侧的静压P1比其出口侧的静压比其出口侧的静压P2大，即在节流元件前后产生压差大，即在节流元件前后产生压差P。并且流量愈大，流束局部收缩
35、愈显著，即并且流量愈大，流束局部收缩愈显著，即P也愈大。所以只要测出元件前后的压也愈大。所以只要测出元件前后的压力差力差P就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。第33页，此课件共86页哦2、流量公式 流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式的，即式 式中式中 一流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口一流量系数。它与节流元件
36、的结构形式、取压方式、孔口截面积之比截面积之比m；雷诺数；雷诺数Re、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有关。可从有关手册查得素有关。可从有关手册查得 膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数等熵指数 m等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液体来说，常取体来说，常取=1;A。节流元件的开孔截面积节流元件的开孔截面积;P 节流元件前后实际测得的静压差节流元件前后实际测得的静压差;1 节流元件前流体密度节流元件前流体密度34Q=A0 2P 1M=A0
37、21P第34页，此课件共86页哦35在计算时，如果把在计算时，如果把Ao用用/4d2 表示，表示，d为工作温度下孔板孔口直径，单位为工作温度下孔板孔口直径，单位为为mm，而，而P以以Mpa为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计算公式，即：算公式，即：式中式中 0.3998=360010-6/42。以上流量公式表明，当以上流量公式表明，当 d等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流
38、体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。这种流量计能否达到准确测量的前提。因为流量与压差的平方根成正比，故在差压变送器里要开平方，且被测流量值不因为流量与压差的平方根成正比，故在差压变送器里要开平方，且被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的的30%以下。以下。Q=0.003998d2 P 1M=0.003998d2 1P第35页，此课件共86页哦3、差压流量计组成
39、差压流量计组成差压式流量计通常由节流装置(包括节流元件和取压装置)、导压管和差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号。4 4、差压流量计常见故障、原因及排除方法（见下表）。、差压流量计常见故障、原因及排除方法（见下表）。36第36页，此课件共86页哦37现象原因处理方法指示零或移动很小平衡阀未全部关闭或泄漏关闭平衡阀，修理或换新节流装置根部高低压阀未打开打开节流装置至差压计间阀门、管路堵塞冲洗管路，修复或换阀蒸气导压管未完全冷凝待完全冷凝后开表节流装置和工艺管道间衬垫不严密拧紧螺栓或换垫差压计内部故障。检查、修复指示在
40、零下高低压管路反接检查并正确连接好信号线路反接检查并正确连接好高压侧管路严重泄漏或破裂换件或换管道指示偏低高压侧管路不严密检查、排除泄漏高压侧管路中空气未排净排净空气平衡阀不严或未关紧检查、关闭或修理差压计或二次仪表零位失调或变位检查、调整节流装置和差压计不配套，不符合设计规定按设计规定更换配套的差压计流量变化时指示变化迟钝连接管路及阀门有堵塞冲洗管路、疏通阀门差压计内部有故障检查排除指示波动大。其原因为流量参数本身波动太大高低压阀适当关小测压元件对参数波动较敏感适当调整阻尼作用指示不动防冻设施失效，差压计及导压管内液压冻住加强防冻设施的效果高低压阀未打开打开高低压阀第37页，此课件共86页哦
41、3.1涡轮流量计涡轮流量计是一种速度式流量仪表，由于具有测量精度高、反应速度快、测量范围广、价格低廉、安装方便等优点，被广泛应用于化工生产中。3.1.1涡轮流量计的工作原理 涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。被测流体冲击涡轮流量计涡轮叶片并使之转，涡轮的转速随流量的成正比变化，再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲，经前置放大器放大后，送入涡轮流量计流量积算仪进行计数和显示，根据单位时间内的脉冲和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。38第38页，此课件共86页哦3.1.2涡轮流量计的安装及使用 1、涡轮流量计的电源线最好采用蔽线电缆，并进行良好接地。电源为直流24
42、V，650阻抗。2、涡轮流量计应水平安装，避免垂直安装，并保证其前后有适应的直管段，一般前10D，后5D。3、保证流体的流动方向与涡轮流量计外壳的箭头方向一致，不得装反。4、被测介质对涡轮不能有腐蚀，特别是轴承处，否则应采取措施。5、涡轮流量计磁感应部分不能碰撞。6、安装涡轮流量计前，管道要清扫。被测介质不洁净时，要加过滤器。否则导致涡轮、轴承被卡住。7、投运前先进行仪表系数的设定。仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。8、安装涡轮流量计时，前后管道法兰要水平，否则管道应力对流量计影响很大。39第39页，此课件共86页哦3.1.3涡轮流量计常见故障处理3.1.3.1液体正常流动无显示
43、，累积量数不增加1）供电电路或信号电路断路或接触不良；故障排除方法：用万用表检查，排除故障点 2）显示仪的印刷线路板，接插件故障或接触不良故障；排除方法：更换印刷线路板3）前置放大器故障；故障排除方法：用铁条在检测头下快速移动，无信号输出，则应检查线圈有无断线和焊点脱焊4）供给前置放大器的电压太低；故障排除方法：发将电源电压提高至规定要求5）叶轮卡住不转；故障排除方法：去除异物，并清洗或更换损坏零件，更换零件后应重新标定40第40页，此课件共86页哦3.1.3.2流量显示逐渐减小1）过滤器堵塞，压损逐渐增大，使流量减小；故障排除方法：清除过滤器内杂物2）管道上阀芯松动，阀门开度自动减少；故障排
44、除方法：修理或更换阀门3）叶轮受杂物阻碍或轴承间隙内进入异物，阻力增大使转速减慢故障；排除方法：清洗流量计，必要时重新标定3.1.3.3流量为零时，流量显示不为零，显示值不稳1）传输线屏蔽接地不良，外界电磁场的干扰；故障排除方法：检查接地，排除干扰2）管道振动，引起叶轮抖动；故障排除方法：加固管线或在流量计前后加装支架3）截止阀泄漏；故障排除方法：检修或更换阀门4）显示仪内部线路板之间或电子元件变质损坏，产生干扰；故障排除方法：采取“短路法或逐一检查，找出故障点41第41页，此课件共86页哦3、流量的测量与变送3.1.3.4显示流量与实际流量不符1）叶轮被腐蚀，叶片变形；故障排除方法：修理叶轮
45、或更换后重新标定2）杂物阻碍叶轮旋转；故障排除方法清除杂物3)检测线圈输出信号失常；故障排除方法检查线圈绝缘电阻和导通电阻4）旁通阀泄漏；故障排除方法关严旁通阀，必要时更换5）流量计上游流速分布发生畸变或出现脉动流；故障排除方法找出产生畸变或脉动流的原因，采取措施予以消除6）显示仪表故障；故障排除方法修复显示仪表7）显示仪表接线不正确；故障排除方法更正接线8）显示仪表设定错误；故障排除方法更正设定9）实际流量超出规定的流量范围；故障排除方法更换合适口径的流量计42第42页，此课件共86页哦2、涡街流量计2.1工作原理 在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这
46、种旋涡称为卡曼涡街，如图1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。设旋涡的发生频率为f，被测介质来流的平均速度为U，旋涡发生体迎面宽度为d，表体通径为D，根据卡曼涡街原理，有如下关系式f=SrU1/d=SrU/md（1）式中U1-旋涡发生体两侧平均流速，m/s；Sr -斯特劳哈尔数；m -旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比43第43页，此课件共86页哦442.2结构涡街流量计由传感器和转换器两部分组成。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等；转换器包括信号处理板、通讯模块、支架和防护罩等。第44页，此课件共86页哦2.3、涡街流量计的安装2.3.1 安装方式 普通型：传
47、感器和转换器一起安装在官道上。高温型：传感器和转换器分开安装。测常温的液体、气体时（如压空、水）选用一体式安装即可。测高温的液体或气体时（如：热煤、蒸汽）要采用高温型分体式安装。2.3.2 安装位置 涡街流量计可安装在室内或室外。如果安装在地井里，有水淹的可能，要选用防水型传感器。传感器在管道上可以水平、垂直或倾斜安装，但测量液体和气体时为防止气泡和液滴的干扰，安装位置要注意，如图16所示。45 图图16 16 混相流体的安装混相流体的安装 （a a）测量含液体的气体流量仪表安装；测量含液体的气体流量仪表安装；（b b）测量含气液体流量仪表安装测量含气液体流量仪表安装 第45页，此课件共86页
48、哦462.3.3直管段要求涡街流量计属于对管道流速分布畸变、旋转流和流动脉动等敏感的流量计，安装时必须保证上、下游直管段有必要的长度，如图17所示。第46页，此课件共86页哦472.3.4 预防振动的干扰 减小振动对涡街流量计的影响应该作为涡街流量计现场安装的一个突出问题来关注。首先在选择传感器安装场所时尽量注意避开振动源。其次采用弹性软管连接在小口径中可以考虑。第三，加装管道支撑物是有效的减振方法，一种管道支撑方法如图20所示。第47页，此课件共86页哦2.4 常见故障处理482.4.1 通电后无流量时有输出信号 1)输入屏蔽或接地不良，引入电磁干扰；处理方法：改善屏蔽与接地，排除电磁干扰
49、2)仪表靠近强电设备或高频脉冲干扰源；处理方法：远离干扰源安装，采取隔离措施加强电源滤波 3)管道有较强振动；处理方法：采取减震措施，加强信号滤波降低放大器灵敏度 4)转换器灵敏度过高；处理方法：降低灵敏度，提高触发电平第48页，此课件共86页哦492.4.2 通电通流后无输出信号 1)电源出故障。排除方法：检查电源与接地 2)输入信号线断线。排除方法：检查信号线与接线端子 3)放大器某级有。排除方法：检测工作点，检查元器件 4)检测元件损坏。排除方法：检查传感元件及引线，检查阀门，增大流量或缩小管径 5)管道堵塞或传感器被卡死。排除方法：检查清理管道，清洗传感器。第49页，此课件共86页哦5
50、02.4.3 输出信号不规则不稳定 1)有较强电干扰信号；处理方法：加强屏蔽和接地 2)传感器被沾污或受潮，灵敏度降低；处理方法：清洗或更换传感器，提高放大器增益 3)传感器灵敏度过高；处理方法：降低增益，提高触发电平 4)传感器受损或引线接触不良；处理方法：检查传感器及引线 5)出现两相流或脉动流。处理方法：加强工艺流程管理，消除两相流或脉动流现象 6)管道震动的影响。处理方法：采取减震措施 7)工艺流程不稳定。处理方法：调整安装位置 8)传感器安装不同心或密封垫凸入管内。处理方法：检查安装情况，改正密封垫内径 9)上下游阀门扰动。处理方法：加长直管段或加装流动调整器 10)流体未充满管道。