壓力、液位、流量測量課件

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

由于參考點不同，在工程上又將壓力表示為如下幾種：（1）差壓ΔP：兩個壓力之間的相對差值。（2）絕對壓力Pabs：是指相對于絕對真空所測得的壓力。（3）表壓Pg：是指絕對壓力與當?shù)卮髿鈮毫χ睢＃?）負壓Pv：是指當絕對壓力小于大氣壓力之時，大氣壓力與絕對壓力之差。彈簧管壓力表電接點壓力表電接點壓力表廣泛應用于石油、化工、冶金、電站、機械等工業(yè)部門或機電設備配套中測量無爆炸危險的各種流體介質(zhì)壓力。通常，儀表經(jīng)與相應的電氣器件（如繼電器、PLC輸入模板等）配套使用，實現(xiàn)自動控制或報警的目的。壓力開關(guān)壓力開關(guān)可以廣泛用于石油、化工、冶金、電力、供水等領域中對各種氣體、液體的表壓、絕壓的測量控制，是工業(yè)現(xiàn)場理想的智能化測控儀表。壓力變送器壓力發(fā)生部分測量部分HART協(xié)議HART協(xié)議最初由美國Rosemount公司開發(fā)，已應用了多年。HART協(xié)議使用FSK技術(shù)，在4—20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功地把模擬信號和數(shù)字信號雙向通訊，而互不干擾。HART協(xié)議的物理層規(guī)定了信號的傳輸方法、傳輸介質(zhì)。采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號在低頻的4—20mA模擬信號上疊加一個頻率數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通信。數(shù)字信號的幅度為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頻譜之間的關(guān)系，是連續(xù)信號離散化的基本依據(jù)。在進行模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當采樣頻率fs.max大于信號中最高頻率fmax的2倍時(fs.max>2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般實際應用中保證采樣頻率為信號最高頻率的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)推導出在理想低通信道的最高碼元傳輸速率的公式。1928年美國電信工程師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格地表述這一定理，因此在蘇聯(lián)文獻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域采樣定理和頻域采樣定理。壓力參數(shù)

在液位測量中的應用差壓式液位計變送器零點的正負遷移在實際應用中，會出現(xiàn)兩種情況：1、差壓變送器的取壓口低于容器底部對于上圖所示的情況，輸入變送器的差壓為

Δp=

P1-P2=ρgh+ρgh1

由上式可見，當h=0時，Δp=

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

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

這個式子被稱為伯努利方程。式中p為流體中某點的壓強，v為流體該點的流速，ρ為流體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度，C是一個常量。它也可以被表述為需要注意的是，由于伯努利方程是由機械能守恒推導出的，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、不計粘性（粘度為零）的流體為理想流體自然界中各種真實流體都是粘性流體。有些流體粘性很?。ɡ缢⒖諝猓?，有些則很大（例如甘油、油漆、蜂蜜）。當流體粘度很小而相對滑動速度又不大時，粘性應力是很小的，即可近似看成理想流體。理想流體一般也不存在熱傳導和擴散效應。實際上，理想流體在自然界中是不存在的，它只是真實流體的一種近似模型。但是，在分析和研究許多流體流動時，采用理想流體模型能使流動問題簡化，又不會失去流動的主要特性并能相當準確地反映客觀實際流動，所以這種模型具有重要的使用價值。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。當流體連續(xù)不斷而穩(wěn)定地流過一個粗細不等的管子，由于管中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來，因此在同一時間內(nèi)，流進任意切面的流體質(zhì)量和從另一切面流出的流體質(zhì)量應該相等。速度式流量計差壓式流量計時速度式流量計中的典型代表差壓式流量計的工作原理就是基于伯努利方程和連續(xù)性原理，即當流體流過管道中的節(jié)流元件時會使流速產(chǎn)生變化，進而使節(jié)流元件前后的差壓也產(chǎn)生相應變化，只要測得差壓便可獲得被測流量。差壓式流量計所采用的節(jié)流元件主要有標準孔板、噴嘴和文丘里管等差壓式流量計理論推導根據(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字母代表的含義

實際應用中，由于流體存在黏性和流動產(chǎn)生的摩擦，會造成動量損失，前面上述的公式需要進行修正。此外，對于可壓縮流體，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)系可簡化為結(jié)論采用孔板測量流量實際上是通過孔板將流量轉(zhuǎn)換成差壓Δp，再將差壓用導壓