自動化儀表2（92頁)ppt課件

1、第二章檢測儀表1.物位檢測儀表第二章檢測儀表溫度檢測儀表 流量檢測儀表檢測儀表的性能目的 壓力檢測儀表成份檢測儀表2第一節(jié) 儀表的性能目的一、丈量誤差 1、誤差的概念： 誤差是某一量值的給定值與客觀真實(shí)值之差。 丈量的目的是希望能正確地反映被測參數(shù)的真實(shí)值。 2、誤差分類 系統(tǒng)誤差 系統(tǒng)誤差決議丈量結(jié)果的準(zhǔn)確性 隨機(jī)誤差 隨機(jī)誤差決議丈量結(jié)果的精細(xì)度 忽略誤差 特別需求防止3第一節(jié) 檢測儀表的性能目的二、丈量儀表的性能目的 儀表的性能目的是評價儀表性能好壞、質(zhì)量優(yōu)劣的主要根據(jù)。 儀表的性能目的： 技術(shù) 經(jīng)濟(jì) 運(yùn)用方面注：儀表性能目的指的是對儀表規(guī)定的正常任務(wù)條件下而言的。4第一節(jié) 檢測儀表的性

2、能目的1、絕對誤差和相對誤差 絕對誤差： 相對誤差： 注：現(xiàn)實(shí)上儀表的準(zhǔn)確度不僅與絕對誤差有關(guān)，而且還與儀表的 丈量范圍有關(guān)。 所以工業(yè)上普通采用援用誤差來衡量儀表的準(zhǔn)確度。5第一節(jié) 檢測儀表的性能目的2、援用誤差： 這是儀表根本誤差的主要方式，可以比較確切地反映儀表的丈量精度，又稱為儀表的根本誤差最大援用誤差：6第一節(jié) 檢測儀表的性能目的3、準(zhǔn)確度及其等級 儀表準(zhǔn)確度俗稱精度，又稱準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度和誤差可以說是孿生兄弟，由于有誤差的存在，才有準(zhǔn)確度這個概念。儀表準(zhǔn)確度簡言之就是儀表丈量值接近真值的準(zhǔn)確程度，普通用允許援用誤差作為確定精度的尺寸。 允許援用誤差 q允 允許誤差去掉“與“% 7精度

3、等級 準(zhǔn)確度常用準(zhǔn)確度等級來表示，這是按國家一致規(guī)定的允許誤差大小而劃分的，某一級儀表的允許誤差劃指在正常情況下，國家規(guī)定這類儀表所允許具有的最大援用誤差。例如0.1級、0.2級、0.5級、1.0級、1.5級等。0.1級表示該儀表在丈量范圍內(nèi)各點(diǎn)處的援用誤差均不允許超越0.1%范圍。準(zhǔn)確度等級數(shù)小，闡明儀表的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，也就是這種儀表精細(xì)。第一節(jié) 檢測儀表的性能目的8 準(zhǔn)確度反響儀表傳感元件丈量結(jié)果與真值的接近程度。它與誤差的大小相對應(yīng)，誤差小那么精度高，反之那么低。精度又分為精細(xì)度、正確度和準(zhǔn)確度。精細(xì)度表示多次反復(fù)丈量中，傳感器測得的值彼此之間的反復(fù)性或分散性大小的程度。它反映

4、隨機(jī)誤差的大小，隨機(jī)誤差越小，測得的值就越密集，反復(fù)性越好，精密度越高。正確度表示多次反復(fù)丈量中，傳感器測得值的算術(shù)平均值與真值的接近程度。它反映系統(tǒng)誤差的大小，系統(tǒng)誤差愈小，測得值的算術(shù)平均值就愈接近真值，正確度愈高。準(zhǔn)確度表示多次反復(fù)丈量中，傳感器測得值與真值的一致的程度。它反映隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合大小，只有當(dāng)隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都小時，準(zhǔn)確度才高。準(zhǔn)確度也簡稱精度。第一節(jié) 檢測儀表的性能目的9第一節(jié) 檢測儀表的性能目的留意： 對于詳細(xì)的儀表傳感元件，精細(xì)度高時，正確度不一定高，而正確度高時，精細(xì)度也不一定高，但準(zhǔn)確度高時，那么精細(xì)度和正確度都高，在消除系統(tǒng)誤差情況下，精細(xì)度與準(zhǔn)確度才是

5、一致的。 下面我們就以打靶結(jié)果來闡明儀表傳感元件精度的高低。10第一節(jié) 檢測儀表的性能目的a 表示系統(tǒng)誤差大而隨機(jī)誤差小，即精細(xì)度高而正確度低；b 表示系統(tǒng)誤差小而隨機(jī)誤差大，即精細(xì)度低而正確度高；c 表示系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小，精細(xì)度合正確度都高，這是我們最希望得到的結(jié)果。11第一節(jié) 檢測儀表的性能目的4、回差又稱變差 呵斥回差的緣由： 傳動機(jī)構(gòu)的間隙運(yùn)動部件的磨擦彈性元件的彈性滯后的影響12第一節(jié) 檢測儀表的性能目的 0 xyYFSRmax注：回差的大小反映了儀表的精細(xì)度，因此要求儀表的回差不能超出儀表精度等級所限定的允許誤差。13第一節(jié) 檢測儀表的性能目的5、靈敏度、靈敏限及分辯率 靈敏

6、度 規(guī)定：儀表標(biāo)尺刻度上的最小分格值不能小于儀表允許的 絕對誤差值。靈敏限：規(guī)定儀表的靈敏限不得大于儀表允許絕對誤差的一半。分辯率 數(shù)字儀表能穩(wěn)定顯示的位數(shù)越多，那么分辯率就越高。14第一節(jié) 檢測儀表的性能目的6、反響時間 反響時間是指儀表輸入一個階躍量時，其輸出由初始值第一次到達(dá)最終穩(wěn)定值的時間間隔，可用儀表的輸出由開場變化到到達(dá)新穩(wěn)定值的95%時所用的時間來表示反響時間。注：儀表反響時間長短，反映了儀表動態(tài)特性的好壞。15第一節(jié) 檢測儀表的性能目的7、可靠性 儀表可靠性是工業(yè)自動化儀表所追求的另一重要性能目的。可靠性和儀表維護(hù)量是相輔相成的，儀表可靠性高闡明儀表維護(hù)量小，反之儀表可靠性差，

7、儀表維護(hù)量就大。 隨著儀表更新?lián)Q代，特別是微電子技術(shù)引入儀表制造行業(yè)，使儀表可靠性大大提高。儀表消費(fèi)廠商對這個性能目的也越來越注重，通常用有效率來描畫儀表的可靠性。 16第一節(jié) 檢測儀表的性能目的8、穩(wěn)定性 在規(guī)定任務(wù)條件內(nèi)，儀表某些性能隨時間堅持不變的才干稱為穩(wěn)定性。 儀表穩(wěn)定性是自動化儀表非常關(guān)懷的一個性能目的。由于工業(yè)使用儀表的環(huán)境相對比較惡劣，被丈量的介質(zhì)溫度、壓力變化也相對比較大，在這種環(huán)境中投入儀表運(yùn)用，儀表的某些部件隨時間堅持不變的才干會降低，儀表的穩(wěn)定性會下降。 17第一節(jié) 檢測儀表的性能目的補(bǔ)：滯環(huán)和死區(qū)18第一節(jié) 檢測儀表的性能目的補(bǔ)：滯環(huán)和死區(qū)校驗(yàn)得上升曲線和下降曲線常不

8、重合，是由于有滯環(huán)和死區(qū)的存在。滯環(huán)：有能量吸收死區(qū)：有傳動摩擦間隙，晶體管起始偏置不當(dāng)， 輸入變化小到一定程度便沒有輸出變化了。19第一節(jié) 檢測儀表的性能目的補(bǔ)：反復(fù)性 同一任務(wù)條件下，對同一輸入值，按同一方向多次丈量的輸出值之間的一致程度，稱為“反復(fù)性。補(bǔ)：再現(xiàn)性 再現(xiàn)性是在不同丈量條件下，如不同的方法，不同的觀測者，在不同的檢測環(huán)境對同一被檢測的量進(jìn)展反復(fù)檢測時，其丈量結(jié)果一致的程度。丈量再現(xiàn)性也是儀表的重要性能目的之一。注：反復(fù)性、再現(xiàn)性的優(yōu)良是保證準(zhǔn)確的先決條件。20第一節(jié) 檢測儀表的性能目的反復(fù)性：不包括滯環(huán)、死區(qū)代表儀表不受隨機(jī)影響的能力。再現(xiàn)性：包括滯環(huán)、死區(qū)。21第一節(jié) 檢測

9、儀表的性能目的補(bǔ)：零點(diǎn)遷移 假設(shè)丈量范圍改動的結(jié)果是輸入輸出之間特性曲線有平移而斜率不變，那么稱為零點(diǎn)遷移。補(bǔ)：量程遷移 假設(shè)丈量范圍改動的結(jié)果是輸入輸出間的特性曲線斜率發(fā)生變化時，其起點(diǎn)并不改動，這就是量程遷移。注：零點(diǎn)遷移和量程遷移可以使儀表擴(kuò)展通用性，但遷移的條件及范圍要視詳細(xì)構(gòu)造和電路而定。22第一節(jié) 檢測儀表的性能目的例：某儀表廠消費(fèi)測溫儀表，測溫范圍200-700，檢驗(yàn)?zāi)潮硭玫降淖畲蠼^對誤差為4，確定此儀表的精度等級。解：最大援用誤差為： 去掉“，去掉“%，數(shù)值為0.8，國家規(guī)定等級中沒有0.8。但其qmax0.5級儀表的允許誤差為0.5%。 其精度等級為1.0級，其允許誤差為1

10、%。23第一節(jié) 檢測儀表的性能目的闡明： 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級和根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級、要求是不同的。 根據(jù)儀表校驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)大于或至少等于儀表檢驗(yàn)結(jié)果所得的最大援用誤差； 根據(jù)工藝要求來選擇儀表精度等級時，儀表的允許誤差應(yīng)小于或至多等于工藝上所允許的最大援用誤差。24第一節(jié) 檢測儀表的性能目的課堂練習(xí)1、有一塊精度為2.5，丈量范圍為01000KPa的壓力表，它的刻度標(biāo)尺最多可分為多少格？2、某壓力表的丈量范圍為01MPa，精度為1.0級，試問，此壓力儀表允許的最大絕對誤差是多少？假設(shè)用規(guī)范壓力計來校驗(yàn)壓力表，在校驗(yàn)點(diǎn)為0.5MPa時，壓

11、力表的指示上行程為0.497MPa，下行程為0.508MPa，試問該壓力表能否符合1.0級的精度要求，為什么？3、有一丈量范圍010MPa，精度為0.5級的壓力表，它在1MPa、5MPa、10MPA三點(diǎn)處的最大允許絕對誤差和相對誤差各應(yīng)是多少？25第二節(jié) 壓力的檢測與變送壓力儀表 壓力表、差壓變送器、胎壓計、氣壓/液壓自動調(diào)理控制儀器等。26第二節(jié) 壓力的檢測與變送一、概述 壓力是工業(yè)消費(fèi)中的重要參數(shù)，在消費(fèi)過程中，對液體、蒸汽、和氣體壓力的檢測是保證工藝要求、設(shè)備和人身平安并使設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件。1、所謂壓力，就是指均勻而垂直作用于單位面積上的力。 2727第二節(jié) 壓力的檢測與變送2、壓

12、力表示方法： 在壓力丈量中，通常有絕對壓力，表壓力、負(fù)壓真空度等名詞。 絕對壓力是指介質(zhì)所受的實(shí)踐壓力。 表壓是指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓之差，即： P表=P絕-P大 負(fù)壓與真空度是指大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之差，即： P真 =P大-P絕 絕對壓力、表壓力、大氣壓力、負(fù)壓力真空度之間的關(guān)系如下圖所示。2828第二節(jié) 壓力的檢測與變送29P表壓P負(fù)壓P絕壓P絕壓大氣壓力線表壓、絕壓、真空之間的關(guān)系圖絕壓零線留意：由于各種工藝設(shè)備和丈量儀表都處于大氣中，所以工程上都用表壓力或真空度來表示壓力的大小。我們用壓力表來丈量壓力的數(shù)值，實(shí)踐上也都是表壓或真空度絕對壓力表的指示值除外。因此，在工

13、程上無特別闡明時，所提的壓力均指表壓力或真空度。29第二節(jié) 壓力的檢測與變送二、測壓儀表的分類及其根本原理 30液柱式壓力計彈性式壓力計電氣式壓力計活塞式壓力計樣常用于校驗(yàn)其它壓力計U型管壓力計單管壓力計斜管壓力計彈簧管壓力計波紋管壓力計薄膜式壓力計電容式壓力計電感式壓力計應(yīng)變片式壓力計霍爾片式壓力計30第二節(jié) 壓力的檢測與變送 目前，石油化工消費(fèi)中運(yùn)用中廣泛的一種壓力丈量儀表是彈性元件。根據(jù)測壓范圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測介質(zhì)壓力的作用下，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應(yīng)的位移，能過轉(zhuǎn)換位置，可將位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號或氣信號，以遠(yuǎn)傳顯示，報

14、警或調(diào)理用。3131第二節(jié) 壓力的檢測與變送彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為廣泛的運(yùn)用價值 ，它具有構(gòu)造簡單，種類規(guī)格齊全、丈量范圍廣、便于制造和維修和價錢低廉等特點(diǎn)。彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪、示數(shù)安裝指針和分度盤以及外殼等幾部份組成，如以下圖所示。彈簧管是一端封鎖并彎成270度圓孤形的空心管子 。32322、 壓力的檢測與變送 33 彈簧管壓力表1、彈簧管 2拉桿 3、扇型齒輪 3、中心齒輪 5、指針 6、面板7、游絲 8、調(diào)整螺釘 9 接頭ab33第二節(jié) 壓力的檢測與變送 它的截面呈扁圓形

15、或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封鎖的一端B為自在端，即位移輸出端；而另一端A那么是固定的，作為被測壓力的輸入端。當(dāng)由它的固定端A通入被測壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，使自在端B發(fā)生位移。此時彈簧管的中心角要隨即減小，也就是自在端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應(yīng)于某一壓力值。自在端B的彈性變形位移經(jīng)過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉(zhuǎn)，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力的數(shù)值。由于彈簧管自在端位移而引起彈簧管中心角相對變化

16、值/與被測壓力P之間具有比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是均勻的。3434第二節(jié) 壓力的檢測與變送 由上述可如，彈簧管自在端將隨壓力的增大而向外伸張。反之假設(shè)管內(nèi)壓力小于管外壓力，那么自在端將隨負(fù)壓的增大而向內(nèi)彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。 彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能闡明詳細(xì)適用何種特殊介質(zhì)的壓力丈量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標(biāo)，并注有特殊介質(zhì)的稱號，運(yùn)用時應(yīng)予以留意。3535第二節(jié) 壓力的檢測與變送應(yīng)變式壓力變送器 應(yīng)變式變送器以是以電為能源，它利用應(yīng)變片作為

17、轉(zhuǎn)換元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級的電量輸出，供顯示儀表顯示被測壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成一致規(guī)范信號后，再傳送到記錄儀和調(diào)理器等儀表。 應(yīng)變片有金屬電阻絲應(yīng)變片(金屬絲粘貼在襯底上組成的元件)和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。 根據(jù)電阻應(yīng)變原理，應(yīng)變片在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形dL/L(即應(yīng)變e)，其電阻值隨之發(fā)生變化。假設(shè)已如應(yīng)變片的電阻變化與其變形(即應(yīng)變)的關(guān)系，那么，經(jīng)過對應(yīng)變片電阻變化的丈量就可測知被測壓力。3636第二節(jié) 壓力的檢測與變送 3737第二節(jié) 壓力的檢測與變送單晶硅諧振式傳感器 諧振式傳感器是采用超精細(xì)加工工藝在單晶硅資料上制成兩個完全一致的H型諧振

18、梁，并以一定的頻率產(chǎn)生振動。其諧振頻率取決于梁的長度及張力，而張力隨壓力的變化而變化，實(shí)現(xiàn)了壓力變化轉(zhuǎn)換成頻率信號的變化，并采用了頻率差分技術(shù)，將兩個頻率信號直接輸出到脈沖計數(shù)器。從而使傳感器具有誤差小，反復(fù)性好、分解才干和反響靈敏度高、直接輸出數(shù)字信號等特點(diǎn)。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，而且具有優(yōu)良的過壓性能和范圍較寬的量程。3838第二節(jié) 壓力的檢測與變送 39根底振子引伸張力硅膜片過程壓力變送器任務(wù)原理圖 39第二節(jié) 壓力的檢測與變送電容式傳感器40SS0S0S2S1圖2-19膜片位移原理圖420mA放大電路原理：P變化 C 電流的變化40第二節(jié) 壓力的檢測

19、與變送三、壓力檢測儀表的選用、安裝及校驗(yàn) 壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝消費(fèi)過程對壓力丈量的要求，被測介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來思索儀表的類型、量程和精度等級。并確定能否需求帶有遠(yuǎn)傳、報警等附加安裝。這樣才干到達(dá)經(jīng)濟(jì)、合理和有效的目的。1類型的選用 儀表類型的選用必需滿足工蘭消費(fèi)的要求。例如能否需求遠(yuǎn)傳變送、 自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) (如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、 易燃易爆等)能否對儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件 (如高溫、電磁場、振動等)對儀表有否特殊要求等。 普通壓力表的彈簧管資料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，而氨用壓力表的彈簧管資料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。

20、由于氨氣對銅的腐蝕極強(qiáng)，所以普通壓力表用于氨氣壓力丈量很快就要損壞。 氧氣壓力表與普通壓力表在構(gòu)造和材質(zhì)上完全一樣，只是氧用壓力表禁油。由于油進(jìn)入氧氣系統(tǒng)會引起爆炸。假設(shè)必需采用現(xiàn)有的帶油污的壓力表丈量氧氣壓力時，運(yùn)用前必需用四氯化碳反復(fù)清洗，仔細(xì)檢查直到無油污為止。4141第二節(jié) 壓力的檢測與變送 2丈量范圍確實(shí)定 儀表的丈量范圍是根據(jù)被測壓力的大小來確定的。對于彈性式壓力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地任務(wù)，量程的上限值應(yīng)高于工藝消費(fèi)中能夠的最大壓力值。根據(jù)化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定，在丈量穩(wěn)定壓力時，最大任務(wù)壓力不應(yīng)超越量程的2/3；丈量脈動壓力時，最大任務(wù)壓力不超越量程的1/

21、2； 丈量高壓壓力時，最大任務(wù)壓力不應(yīng)超越量程的3/5。 為了保證丈量的準(zhǔn)確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限值 ，亦即儀表的量程不能選得太大，普通被測壓力的最小值應(yīng)不低于量程的1/3。 按上述要求算出后，實(shí)取稍大的相鄰系列值，普通可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄申查到。 3精度級的選取 儀表的精度主妥是根據(jù)消費(fèi)上允許的最大丈量誤差來確定的。此外，在滿足工藝要求的前提下，還要思索經(jīng)濟(jì)性，即盡能夠選用精度較低、價廉耐用的儀表。4242第二節(jié) 壓力的檢測與變送 4壓力表的安裝 A、測壓點(diǎn)的選擇 B、導(dǎo)壓管的敷設(shè) C、壓力表的安裝 5壓力計的校驗(yàn) 壓力計在長期的運(yùn)用中，因彈性元件疲勞、傳動機(jī)構(gòu)磨損及化學(xué)腐蝕等

22、呵斥丈量誤差，所以有必要對儀表定期進(jìn)展校驗(yàn)，新儀表在安裝運(yùn)用前也應(yīng)校驗(yàn)，以便更恰當(dāng)?shù)毓烙媰x表指示值的可靠程度。4343第二節(jié) 壓力的檢測與變送 校驗(yàn)原理 校驗(yàn)任務(wù)是將被校儀表與規(guī)范儀表處在一樣條件下的比較過程。 規(guī)范儀表的選擇原那么：) 校驗(yàn)儀器 - 活塞式壓力計 校驗(yàn)內(nèi)容 指示值誤差 變差 線性調(diào)整 校驗(yàn)詳細(xì)步驟4444第三節(jié) 流量的檢測與變送一、概述： 在消費(fèi)過程中，為了有效地進(jìn)展消費(fèi)操作和控制，經(jīng)常需求丈量消費(fèi)過程中各種介質(zhì) (如液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為消費(fèi)操作和控制提供根據(jù)。同時，為了進(jìn)展經(jīng)濟(jì)核算，也需求知道在普通時間 (如一班、一天等)內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，對管道內(nèi)介質(zhì)流

23、量的丈量和變送是實(shí)現(xiàn)消費(fèi)過程的控制以及進(jìn)展經(jīng)濟(jì)核算所必需的。4545第三節(jié) 流量的檢測與變送流量的概念：在工程上，指流經(jīng)管道或設(shè)備某一截面的流體數(shù)量。瞬時流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體數(shù)量。體積流量Q QvA ; 質(zhì)量流量M MQ累計流量：某段時間內(nèi)流經(jīng)某一有效截面的流體數(shù)量的總和。體積總量Q總 ； 質(zhì)量總量M總46第三節(jié) 流量的檢測與變送二、分類： 差壓式流量計 轉(zhuǎn)子式流量計 速度式流量計 靶式流量計 電磁式流量計 渦輪式流量計 橢圓齒輪番量計 容積式流量計 腰輪番量計 刮板流量計 熱式質(zhì)量流量計 質(zhì)量式流量計 補(bǔ)償式質(zhì)量流量計 振動式質(zhì)量流量計47第三節(jié) 流量的檢測與變送4848第

24、三節(jié) 流量的檢測與變送三、差壓式流量計 差壓式 (也稱節(jié)流式)流量計是運(yùn)用歷史最久，運(yùn)用也最廣泛的一種流量丈量儀表，同時也是目前消費(fèi)中最成熟的流量丈量儀表之一。它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流安裝時產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實(shí)現(xiàn)流量丈量的。 差壓式流量計通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流安裝 (包括節(jié)流元件和取壓安裝)、導(dǎo)壓管和差壓計或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流安裝所產(chǎn)生的差壓信號，常經(jīng)過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號或氣信號，以供顯示、調(diào)理用。4949第三節(jié) 流量的檢測與變送50第三節(jié) 流量的檢測與變送 沿管道軸向延續(xù)地向前流動的流體，由于遇

25、到節(jié)流元件的阻撓，使接近管壁處的流體遭到的阻撓作用最強(qiáng)，因此使其一部分動壓能轉(zhuǎn)化成靜壓能，于是就出現(xiàn)了節(jié)流元件入口端面接近管壁處的流體靜壓力P1的升高。此壓力比管道中心處壓力要大，即在節(jié)流元件入口端面處產(chǎn)生一徑向壓差。這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度，從而使接近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向就與管道中心軸線相傾斜，構(gòu)成了流束的收縮運(yùn)動。同時，由于流體運(yùn)動的慣性，使得流束收束最厲害 (即流束最小截面)的位置不在節(jié)流孔處，而是位于節(jié)流孔之后 ，并隨流量大小而變化。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時，流束為什么產(chǎn)生收縮的緣由。5151第三節(jié) 流量的檢測與變送1、節(jié)流原理及節(jié)流元件 流體在有節(jié)流元件的管道中流動時，在

26、節(jié)流元件前后的管璧處，流體的靜壓力產(chǎn)生差別的景象稱為節(jié)流景象，如下圖。所謂節(jié)流安裝就是設(shè)置在管道中能使流體產(chǎn)生部分收縮的節(jié)流元件和取壓安裝的總稱。運(yùn)用最廣泛的節(jié)流元件是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。5252第三節(jié) 流量的檢測與變送規(guī)范孔板(Orifice Plate)53第三節(jié) 流量的檢測與變送規(guī)范噴嘴(Nozzle)54第三節(jié) 流量的檢測與變送文丘里管(Venturi Tube)55第三節(jié) 流量的檢測與變送以下圖表示在孔板前后流體的流速與壓力的分布情況： 5656第三節(jié) 流量的檢測與變送 由于節(jié)流元件的阻撓呵斥了流束的部分收縮，同時，又因流體一直處于延續(xù)穩(wěn)定的流動形狀，因此在流束截面最小處的流

27、速到達(dá)最大。根據(jù)伯努利方程式和位能、動能的相互轉(zhuǎn)化原理，在流束截面最小處的流體靜壓力最低，同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來增大，因此靜壓力也就較原來為低。故節(jié)流元件入口側(cè)的靜壓P1比其出口側(cè)的靜壓P2大，即在節(jié)流元件前后產(chǎn)生壓差P。節(jié)流元件前流體壓力較高，常稱為正壓，并用“+標(biāo)志；節(jié)流元件后流體靜壓力較低，常稱為負(fù)壓，并用“標(biāo)志。并且流量愈大，流束部分收縮和位能、動能的轉(zhuǎn)化也愈顯著，即P也愈大。所以只需測出元件前后的壓力差P就可求得流經(jīng)節(jié)流元件的流體流量。這就是節(jié)流安裝丈量流量根本原理。5757第三節(jié) 流量的檢測與變送 流量根本方程式是用來闡明流量與壓差之間的定量關(guān)系。它是根據(jù)流膂力學(xué)

28、中的伯努利方程式利延續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即式 式中 一 流量系數(shù)。它與節(jié)流元件的構(gòu)造方式、取壓方式、孔口截面 積之比m；雷諾數(shù)Re、孔口邊緣鋒利度、管壁粗糙度等要素有 關(guān)。可從有關(guān)手冊查得； 膨脹校正系數(shù)。它與孔板前后壓力的相對變化量、介質(zhì)的等 熵指數(shù) m等有關(guān)。也可從有關(guān)手冊查得。但對不可緊縮的液 體來說，常取=1; A。 節(jié)流元件的開孔截面積; P 節(jié)流元件前后實(shí)踐測得的靜壓差; 節(jié)流元件前流體密度。5858第三節(jié) 流量的檢測與變送 在計算時，假設(shè)把Ao用圓面積表示，d為任務(wù)溫度下孔板孔口直徑，單位為mm，而P以Mpa為單位，那么上述根本流量方程式可換算為適用流量計算公式，即： 以上流量

29、公式闡明，當(dāng) d等均為常數(shù)時，流量與壓差的平方根成正比。因此，由實(shí)際推導(dǎo)得來的流量根本方程式，運(yùn)用到丈量實(shí)踐消費(fèi)中的流體流量時，公式中各系數(shù)應(yīng)能滿足在丈量條件下的相對穩(wěn)定，這是采用這種流量計能否到達(dá)準(zhǔn)確丈量的前提。 由于流量與壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計丈量流量時，假設(shè)不加開方器，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。起始部分的刻度很密，后來逐漸變疏。因此，在用差壓法丈量流量時，被測流量值不應(yīng)接近于儀表刻度的下限值，否那么誤差將會很大。普通不要讓流量計運(yùn)轉(zhuǎn)在量程的30%以下。 5959第三節(jié) 流量的檢測與變送流量公式2、差壓式流量計的丈量實(shí)現(xiàn)：60第三節(jié) 流量的檢測與變送61第三節(jié) 流量的檢測與變

30、送差壓流量計的組成62第三節(jié) 流量的檢測與變送差壓計三閥組示安裝意圖63第三節(jié) 流量的檢測與變送3、取壓方式：角接取壓：緊貼節(jié)流元件上、下游兩側(cè)端面取壓法蘭取壓：在距節(jié)流元件前、后端面各1吋位置上鉆孔取壓， 與管道中心線垂直。徑距取壓：在距節(jié)流元件前端面上游為1D，下游為D/2 處的管道上鉆孔取壓，其他它要求同法蘭取壓。4、差壓計：凡可丈量差壓的儀表均可作為差壓式流量計運(yùn)用。64第三節(jié) 流量的檢測與變送5、差壓式流量計的安裝： 正確安裝是保證其丈量精度的重要環(huán)節(jié)。 節(jié)流安裝的安裝 差壓信號管路的敷設(shè) 差壓計的安裝 6、差壓式流量計的總體特點(diǎn)：A、構(gòu)造簡單、任務(wù)可靠，運(yùn)用壽命長，順應(yīng)性強(qiáng)，幾乎可

31、丈量各種任務(wù) 形狀下的單相流體丈量。B、適用于50-1000mm管徑的流體丈量，精度可達(dá)0.5級，只需嚴(yán)厲遵照加工安裝要求，不需求單獨(dú)標(biāo)定。C、缺乏是壓力損失較大，刻度非線性，維護(hù)任務(wù)量大。 65第三節(jié) 流量的檢測與變送四、轉(zhuǎn)子流量計 在工業(yè)消費(fèi)和科研任務(wù)中，經(jīng)常遇到小管徑，低雷諾數(shù)的小流量丈量，其他幾種流量計對于小管徑的丈量均遭到規(guī)范化式構(gòu)造等方面的條件限制，所以對較小管徑的流量丈量常采用轉(zhuǎn)子流量計，它適用的管徑范圍為1-150mm66轉(zhuǎn)子流量計1、轉(zhuǎn)子流量計任務(wù)原理F2F1WP1P2F2F1WP1P267轉(zhuǎn)子流量計2、轉(zhuǎn)子流量計所測介質(zhì)流量的大小公式68第三節(jié) 流量的檢測與變送 3、轉(zhuǎn)子流

32、量計示值的修正 該當(dāng)指出，流體的密度是隨工況參數(shù)而變化的。對于液體，由于壓力變化對密度的影響很小，普通可以忽略不計；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，那么應(yīng)引起留意。不過普通溫度每變化10時，液體的密度變化約在1%以內(nèi)。所以，除溫度變化較大，丈量準(zhǔn)確度要求較高的場所外，往往也可以忽略不計。對于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化10，密度變化約為3%。在常壓附近，壓力每變10kPa，密度也約變化3%。因此，在丈量氣體體積流量時，必需同時丈量氣體的溫度和壓力，并將任務(wù)形狀下的體積流量換算成規(guī)范體積流量。 所謂規(guī)范體積流量，在工業(yè)上是指20、0.10133MPa(稱標(biāo)定形狀

33、)或0、0.10133MPa (稱規(guī)范形狀)條件下的體積流量。在儀表計量上多數(shù)以標(biāo)定形狀條件下的體積流量為規(guī)范體積流量。 6969第三節(jié) 流量的檢測與變送 A、氣體流量的修正 70 B、液體流量的修正 其中：70第三節(jié) 流量的檢測與變送粘度補(bǔ)償型帶玻璃視窗的金屬轉(zhuǎn)子流量控制器VKG 粘度補(bǔ)償型全金屬轉(zhuǎn)子流量控制器VKA 71第三節(jié) 流量的檢測與變送差動變壓器任務(wù)原理72第三節(jié) 流量的檢測與變送五、電磁流量計 1、電磁流量計的原理與構(gòu)造73電磁流量計74第三節(jié) 流量的檢測與變送 電磁流量計的根本原理基于電磁感應(yīng)定律。 其中：Ex-感應(yīng)電勢 B磁感應(yīng)強(qiáng)度 D管道直徑即流體垂直切割磁力線的長度 v垂

34、直于磁力線方向的液體流速 C比例系數(shù)那么體積流量Q與流速v的關(guān)系為：有：K為儀表常數(shù)75第三節(jié) 流量的檢測與變送 2、電磁流量計的運(yùn)用 A、流體應(yīng)具有導(dǎo)電性 B、普通不采用直流磁場而用交流磁場 C、必需妥善屏蔽 3、電磁流量計的特點(diǎn) 構(gòu)造簡單，上下游完全對稱，丈量精度高，可測大口徑管流。76第三節(jié) 流量的檢測與變送六、超聲波式流量計77第三節(jié) 流量的檢測與變送 1、超聲波式流量計任務(wù)原理 超聲波在流體的傳播速度與流體的流動速度有關(guān)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn) 流量丈量，這種方法不會呵斥壓力損失，并且適宜于大管徑，非導(dǎo)電 性，強(qiáng)腐蝕性的液體或氣體流量的丈量。 注：超聲波的發(fā)射和接納都要用換能器，多半由壓電陶瓷

35、元件制成。 為保證聲能損失小，方向性強(qiáng)，必需把壓電陶瓷封裝在聲楔中。 聲楔資料應(yīng)有良好的透聲性能，常用有機(jī)玻璃、橡膠或塑料，而壓電元件那么為鋯鈦酸鉛PZT78第三節(jié) 流量的檢測與變送 2、超聲波式流量計實(shí)現(xiàn)方法 A、時差法：在管道的兩側(cè)斜向安裝兩個換能器，使其軸線重合在 一斜線上。 A發(fā)射，B接納，順流，速度快，時間短 t1=L/(c+v) A接納，B發(fā)射，逆流，速度慢，時間快 t2=L/(c-v) 兩方向傳播的時間差 t=t2-t1=2Lv/(c2-v2) 討論： 結(jié)論：此方法實(shí)現(xiàn)不了準(zhǔn)確的丈量 79第三節(jié) 流量的檢測與變送 B、速差法：在管道的兩側(cè)斜向安裝兩個換能器，使其軸線重合在 一斜線上。 A發(fā)射，B接納，順流，速度快，時間短 t1=L/(c+v)