儀表自動(dòng)化.ppt

1、第二節(jié) 彈性式壓力計(jì),一、彈性元件,彈性元件是一種簡(jiǎn)易可靠的測(cè)壓敏感元件。它不僅是彈性式壓力計(jì)的測(cè)壓元件，也經(jīng)常用來(lái)作為氣動(dòng)單元組合儀表的基本組成元件。當(dāng)測(cè)壓范圍不同時(shí)，所用的彈性元件也不一樣，常用的幾種彈性元件的結(jié)構(gòu)如圖2 一2 所示。,1 彈簧管式彈性元件彈簧管式彈性元件的測(cè)壓范圍較寬，可測(cè)量高達(dá)l000MPa 的壓力。單圈彈簧管是彎成圓弧形的金屬管子，它的截面做成扁圓形或橢圓形，如圖2 一2 ( a ）所示。當(dāng)通入壓力p 后，它的自由端就會(huì)產(chǎn)生位移。這種單圈彈簧管自由端位移較小，因此能測(cè)量較高的壓力。為了增加自由端的位移，可以制成多圈彈簧管，如圖2 一2 ( b ）所示。 2 薄膜式彈性

2、元件薄膜式彈性元件根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同還可以分為膜片與膜盒等。它的測(cè)壓范圍較彈簧管式的為低。圖2 一2 ( c ）為膜片式彈性元件，它是由金屬或非金屬材料做成的具有彈性的一張膜片（有平膜片與波紋膜片兩種形式），在壓力作用下能產(chǎn)生變形。有時(shí)也可以由兩張金屬膜片沿周口對(duì)焊起來(lái)，成一薄壁盒子，內(nèi)充液體（例如硅油），稱為膜盒，如圖2 一2 ( d ）所示。 3 波紋管式彈性元件波紋管式彈性元件是一個(gè)周圍為波紋狀的薄壁金屬筒體，如圖2 一2 ( e ）所示。這種彈性元件易于變形，而且位移很大，常用于微壓與低壓的測(cè)量（一般不超過(guò)1MPa ）。,二、彈簧管壓力表,彈簧管壓力計(jì)的基本測(cè)量原理,管子的自由端B 封閉，

3、管子的另一端固定在接頭9 上。當(dāng)通入被測(cè)的壓力p 后，由于橢圓形截面在壓力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。由于變形，使彈簧管的自由端B 產(chǎn)生位移。輸人壓力p 越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸人壓力與彈簧管自由端B 的位移成正比，所以只要測(cè)得B 點(diǎn)的位移量，就能反映壓力p的大小，這就是彈簧管壓力計(jì)的基本測(cè)量原理。,彈簧管自由端B 的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過(guò)放大機(jī)構(gòu)才能指示出來(lái)。具體過(guò)程是這樣的：彈簧管自由端B 的位移通過(guò)拉桿2 （見(jiàn)圖2 一3 ）使扇形齒輪3 作逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，于是指針5 通過(guò)同軸的中心齒輪4 的帶動(dòng)而作順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，在面板6

4、的刻度標(biāo)尺上顯示出被測(cè)壓力p 的數(shù)值。由于彈簧管自由端的位移與被測(cè)壓力之間具有正比關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是線性的。,圖2 一4 是電接點(diǎn)信號(hào)壓力表的結(jié)構(gòu)和工作 原理示意圖。壓力表指針上有動(dòng)觸點(diǎn)2 ，表盤(pán)上另有兩個(gè)可調(diào)節(jié)的指針，上面分別有靜觸點(diǎn)1 和靜觸點(diǎn)4 。當(dāng)壓力超過(guò)上限給定數(shù)值（此數(shù)值由靜觸點(diǎn)4 的指針位置確定）時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2 和靜觸 點(diǎn)4 接觸，紅色信號(hào)燈5 的電路被接通，使紅燈 發(fā)亮，若壓力低到下限給定數(shù)值時(shí)，動(dòng)觸點(diǎn)2 與靜觸點(diǎn)1 接觸，接通了綠色信號(hào)燈3 的電路。靜觸點(diǎn)L4 的位置可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。,第三節(jié) 壓力計(jì)的選用及安裝,一、壓力計(jì)的選用,1 儀表類型的選用 儀表類型

5、的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠(yuǎn)傳變送、自動(dòng)記錄或報(bào)警；被測(cè)介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)（諸如腐蝕性、溫度高低、黏度大小、臟污程度、易燃易爆等）是否對(duì)測(cè)量?jī)x表提出特殊要求；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件（諸如高溫、電磁場(chǎng)、振動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)安裝條件等）對(duì)儀表類型有否特殊要求等?？傊?，根據(jù)工藝要求正確選用儀表類型是保證儀表正常工作及安全生產(chǎn)的重要前提。例如普通壓力計(jì)的彈簧管多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼的，而氨用壓力計(jì)彈簧管的材料卻都采用碳鋼的，不允許采用銅合金的。因?yàn)榘睔鈱?duì)銅的腐蝕極強(qiáng)，所以普通壓力計(jì)用于氨氣壓力測(cè)量很快就要損壞。,2 儀表測(cè)量范圍的確定 儀表的測(cè)量范圍是指被測(cè)量可按規(guī)定精確度進(jìn)行測(cè)量的范圍，它是根

6、據(jù)操作中需要測(cè)量的參數(shù)大小來(lái)確定的。 在測(cè)量壓力時(shí)，為了延長(zhǎng)儀表使用壽命，避免彈性元件因受力過(guò)大而損壞，壓力計(jì)的上限值應(yīng)該高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)“化工自控設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定”，在測(cè)量穩(wěn)定壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)量程的2 / 3 ；測(cè)量脈動(dòng)壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)量程的1 / 2 ；測(cè)量高壓壓力時(shí)，最大工作壓力不應(yīng)超過(guò)量程的3 / 5 。 為了保證測(cè)量值的準(zhǔn)確度，所測(cè)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，一般被測(cè)壓力的最小值應(yīng)不低于儀表滿量程的1 / 3 為宜。 根據(jù)被測(cè)參數(shù)的最大值和最小值計(jì)算出儀表的上、下限后，還不能以此數(shù)值直接作為儀表的量程范圍。因?yàn)?/p>

7、儀表標(biāo)尺的極限值不是任意取一個(gè)數(shù)字都可以的，它是由國(guó)家主管部門(mén)用規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了的。因此，我們選用儀表的標(biāo)尺極限值時(shí)，也只能采用相應(yīng)的規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值（一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中查到）。,3 儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的選取,儀表準(zhǔn)確度是根據(jù)工藝生產(chǎn)上所允許的最大測(cè)量誤差來(lái)確定的。一般來(lái)說(shuō)，所選用的儀表越精密，則測(cè)量結(jié)果越精確、可靠。但不能認(rèn)為選用的儀表準(zhǔn)確度越高越好，因?yàn)樵骄艿膬x表，一般價(jià)格越貴，操作和維護(hù)越費(fèi)事。因此，在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡可能選用準(zhǔn)確度較低、價(jià)廉耐用的儀表。,二、壓力計(jì)的安裝,壓力計(jì)的安裝正確與否，影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性和壓力計(jì)的使用壽命。,1 測(cè)壓點(diǎn)的選擇,所選擇的取壓點(diǎn)應(yīng)能反

8、映被測(cè)壓力的真實(shí)大小。 要選在被測(cè)介質(zhì)直線流動(dòng)的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的壓力時(shí)，應(yīng)使取壓點(diǎn)與流動(dòng)方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。 測(cè)量液體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道下部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體；測(cè)量氣體壓力時(shí)，取壓點(diǎn)應(yīng)在管道上方，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存液體。,2 導(dǎo)壓管鋪設(shè), 導(dǎo)出管粗細(xì)要合適，一般內(nèi)徑為6 - 10mm ，長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，最長(zhǎng)不得超過(guò)50m , 以減少壓力指示的遲緩。如超過(guò)50m ，應(yīng)選用能遠(yuǎn)距離傳送的壓力計(jì)。 導(dǎo)壓管水平安裝時(shí)應(yīng)保證有1 ： 10 一1 ： 20 的傾斜度，以利于積存于其中

9、之液體（或氣體）的排出。 當(dāng)被測(cè)介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時(shí)，必須加保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計(jì)之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計(jì)時(shí)使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方,3 其它注意事項(xiàng), 壓力計(jì)應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。 安裝地點(diǎn)應(yīng)力求避免振動(dòng)和高溫影響, 測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測(cè)壓元件接觸見(jiàn)圖2 一11( a ） ；對(duì)于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測(cè)量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，圖2 一11( b ）表示了被測(cè)介質(zhì)密度大于和小于隔離液體密度的兩種情況。, 壓力計(jì)的連接處，應(yīng)根據(jù)被測(cè)壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封，以防泄漏。一般低?0 及2MPa 時(shí)，用牛皮或橡膠

10、墊片；350 一450 及5MPa 以下用石棉或鋁墊片；溫度及壓力更高（50MPa 以下）用退火紫銅或鉛墊片。但測(cè)量氧氣壓力時(shí)，不能使用浸油墊片及有機(jī)化合物墊片；測(cè)量乙炔壓力時(shí)，不能使用銅墊片，因它們均有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。, 當(dāng)被測(cè)壓力較小，而壓力計(jì)與取壓口又不在同一高度時(shí)，對(duì)由此高度差而引起的測(cè)量誤差應(yīng)按卻p=士Hg 進(jìn)行修正。 為安全起見(jiàn)，測(cè)量高壓的儀表除選用表殼有通氣孔的外，安裝時(shí)表殼應(yīng)向墻壁或無(wú)人通過(guò)之處，以防發(fā)生意外,第三章 流量檢測(cè),流量計(jì)：測(cè)量流體流量（瞬時(shí)流量）的儀表一般叫流量計(jì)。 計(jì)量表：測(cè)量流體總量的儀表常稱為計(jì)量表。 瞬時(shí)流量 ：是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道某一截面的流體數(shù)量的大

11、小 流體總量 ：在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)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，稱為總量。,第一節(jié) 概述,流量檢測(cè)儀表的分類,1、速度式流量?jī)x表這是一種以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。例如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、堰式流量計(jì)等。2、容積式流量計(jì)這是一種以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測(cè)量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等。,第二節(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)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)的。它是目前生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能

12、將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴、文丘里管等）和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來(lái)的差壓計(jì)所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號(hào)，經(jīng)常通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)（電的或氣的），以供顯示，記錄或控制用。,一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式,1 節(jié)流現(xiàn)象,節(jié)流裝置前流體壓力較高，稱為正壓，常以“十”標(biāo)志；節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓，常以“一”標(biāo)志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動(dòng)的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測(cè)出孔板前后側(cè)壓差的大小，即可表示流量的大小，這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量的基本原理。,值得注意的是： 要準(zhǔn)確地測(cè)量出截面與截

13、面處的壓力是有困難的，這是因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力的截面 的位置是隨著流速的不同而改變的，事先根本無(wú)法確定。實(shí)際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個(gè)固定的取壓點(diǎn)，來(lái)測(cè)量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化的。因而所測(cè)得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測(cè)壓點(diǎn)及測(cè)壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。,2 流量基本方程式,二、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的選用和安裝使用,1 節(jié)流裝置的選用 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)際上，在一般場(chǎng)合下，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。 在測(cè)量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、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

14、量值與壓差值都相同的條件下，使用噴嘴有較高的測(cè)量精度，而且所需的直管長(zhǎng)度也較短。 如被測(cè)介質(zhì)是高溫、高壓的，則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。,2 節(jié)流裝置的安裝使用,在安裝和使用節(jié)流裝置時(shí)，應(yīng)注意如下事項(xiàng)： 必須保證節(jié)流裝置的開(kāi)孔和管道的軸線同心，并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流裝置前后長(zhǎng)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現(xiàn)象。 任何局部阻力（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。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長(zhǎng)度的直管。 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（孔板、噴嘴），一般都用于直徑D 50mm 的管道中

15、。, 被測(cè)介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動(dòng)。 管道內(nèi)的流束（流動(dòng)狀態(tài)）應(yīng)該是穩(wěn)定的。 被測(cè)介質(zhì)在通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)應(yīng)不發(fā)生相變。例如：流體不蒸發(fā)和析出氣體，氣體不冷凝等。當(dāng)流過(guò)節(jié)流裝置的流體出現(xiàn)氣液混相時(shí)，將會(huì)使測(cè)量造成很大誤差。譬如說(shuō)，測(cè)量飽和蒸汽流量的差壓計(jì)，當(dāng)蒸汽由于溫度降低而冷凝，使蒸汽中夾雜水滴時(shí)，將會(huì)使測(cè)量結(jié)果完全失真，這是使用中特別要注意的。,差壓式流量計(jì)一般應(yīng)由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管、差壓計(jì)三部分組成。用在流量測(cè)量上的差壓計(jì)有很多類型，例如雙波紋管差壓計(jì)、膜盒式蓋壓計(jì)、浮標(biāo)式差壓計(jì)、差壓變送器等。這里我們僅介紹差壓變送器。,三、力矩平衡式差壓變送器,該差壓變送器的工作過(guò)程是這樣的： 測(cè)量氣

16、室1 由測(cè)量膜片2 分隔開(kāi)，右側(cè)為高壓室（正壓室）, 左側(cè)為低壓室（負(fù)壓室）。當(dāng)測(cè)量膜片的兩側(cè)分別通以p1和p2信號(hào)后，測(cè)量膜片在差壓 p =p1一p2的作用下產(chǎn)生一個(gè)測(cè)量力F ，測(cè)量力F 測(cè)通過(guò)連桿推動(dòng)主杠桿4 繞軸封膜片上的支撐點(diǎn)Ol 轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)推板5 作用在矢量板6 上，矢量板6 將推板的作用力F1分解成沿著矢量板作用在支點(diǎn)上的F3 （消耗在支點(diǎn)上）和沿著拉桿7 向上的F2。拉桿向上的作用力F2帶動(dòng)副杠桿11 繞十字簧片8 轉(zhuǎn)動(dòng)，使與副杠桿剛性連接的動(dòng)鐵心9 和差動(dòng)變壓器10 之間的距離改變，從而改變差動(dòng)變壓器原、副邊繞組的磁藕合，使差動(dòng)變壓器副邊繞組輸出電壓改變，經(jīng)檢測(cè)放大器12 放大

17、后轉(zhuǎn)換成電流I0輸出，以改變可動(dòng)線圈14 和永久磁鋼之間的電磁平衡力矩，與在F2作用下副杠桿的驅(qū)動(dòng)力矩重新平衡。在這個(gè)新的平衡位置上，檢測(cè)放大器有一個(gè)確定的對(duì)應(yīng)輸出電流I0，從而把氣室兩側(cè)的差壓轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。,當(dāng)矢量板6 的傾角改變到圖中虛線所示的位置時(shí)，同樣差壓F 得到的驅(qū)動(dòng)副杠桿的作用力F2 不同，在相應(yīng)的平衡位置時(shí)，輸出電流I。也不同。因而調(diào)整矢量板的夾角，可以方便地調(diào)整差壓測(cè)量范圍。通常，矢量板的角可以在40 一150之間調(diào)整。,四、差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差,差壓式流量計(jì)的應(yīng)用是非常廣泛的。但是，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)10 % - 20 % （應(yīng)當(dāng)指出

18、，造成這么大的誤差實(shí)際上完全是由于使用不當(dāng)引起的，而不是儀表本身的測(cè)量誤差）。,下面列舉一些造成測(cè)量誤差的原因，以便在應(yīng)用中注意，并予以適當(dāng)解決。 1 被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng) 如果實(shí)際使用時(shí)被測(cè)流體的工作狀態(tài)（溫度、壓力、濕度）以及相應(yīng)的流體重度、黏度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值，與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)有所變動(dòng)，則會(huì)造成原來(lái)由差壓計(jì)算得到的流量值與實(shí)際的流量值之間有較大的誤差。為了消除這個(gè)誤差，必須按新的工藝條件重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，或者將所測(cè)的數(shù)值加以必要的修正。,2 節(jié)流裝置安裝不正確 節(jié)流裝置安裝不正確，也是引起差壓式流量計(jì)測(cè)量誤差的重要原因之一。在安裝節(jié)流裝置時(shí)，除了要注意前面所講的節(jié)流裝置的安裝使用方面的問(wèn)題外，還必須注意節(jié)流裝置的安裝方向。一般地說(shuō)，節(jié)流裝置露出部分所標(biāo)注的“十”號(hào)一側(cè)，應(yīng)當(dāng)是流體的入口方向。當(dāng)用孔板作為節(jié)流裝置時(shí)，應(yīng)使流體從孔板900銳口的一側(cè)流人。 另外，在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處有沉淀、結(jié)焦、堵塞等現(xiàn)象，也會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，必須及時(shí)清洗。,3 孔板人口邊緣的磨損 節(jié)流裝置使用日久，特別是在被測(cè)介質(zhì)夾雜有固體顆粒等機(jī)械物情況下，或者由于化學(xué)腐蝕，都會(huì)造成節(jié)流裝置的幾何形狀和尺寸的變化。對(duì)于使用廣泛的孔板來(lái)說(shuō)，它的人口邊緣的