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检测仪表新技术的应用

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检测仪表新技术的应用

第一章 压 力 测 量
1.1压力测量
1.1.1压力定义
压力在化工生产过程中是重要的工艺参数之一, 压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力, 物理学中称为压强。
数学表示式为
P=F/A
式中: P-----压力;
F-----垂直作用力;
A-----受力面积。
压力的国际单位制单位为牛顿/米2, N/m2, 称为”帕斯卡”, 简称为帕, 表示为 ”Pa”。它的物理意义是1牛顿的力垂直作用在1平方米面积上所产生的压力。
1.1.2压力的基本概念
1) 压力公式: P=F/S, 压力与所承受力的面积成反比, 而与所受力的作用力成正比。
2) 绝对压力( Pa) : 绝对压力是相对于绝对真空所测得的压力, 是指不附带条件起算的全压力即液体、 气体或蒸气所处空间的全部压力, 又称总压力或全压力, 它表明了测定点的真正压力。
3) 大气压力( Pb) : 大气压力就是地球表面上的空气柱重量所产生的压力, 即围绕地球的大气层, 由于它本身的重力对地球表面单位面积上所产生的压力, 它随某一地点离海平面的高度、 所处纬度和气象情况而变化, 而且随着时间、 地点的不同而变化。
4) 表压力( P) : 表压力又叫剩余压力、 它就是一般压力表所指示的压力, 也即超过大气压力以上的压力数值, 它等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。即: P= Pa- Pb。
5) 负压( 疏空或真空表压力) : 当绝对压力小于大气压力时, 大气压力与绝对压力之差, 即比大气压力低的表压力称为负压。
6) 真空度: 当绝对压力低于大气压力时的绝对压力称为真空度。
1.1.3压力的单位
1、 压力的法定计量单位为帕[斯卡], 符号为: Pa
1帕=1牛/米2 即: 1 Pa =1N/m2
2、 工程技术中各种压力单位与Pa的换算;
1kgf/cm2 = 9.80665×104 Pa
1Pa = 1.0197×10-5 kgf/cm2
1mmHg = 133.3224 Pa
1 Pa=0.75006×10-2 mmHg
1mmH2o = 9.80665 Pa
1 Pa = 0.10197mmH2o
1.2应用液柱测量压力
应用液柱测量压力的方法是以流体静力学原理为基础的。一般采用充有水或水银液体的玻璃U形管、 单管或斜管进行压力测量的。
1.2.1U形管压力计
U形管是用来测量压力和压差的仪表。在被测压力或压差的作用下, U形管两边管内会产生一定的液柱差h, 液柱差的大小与被测压力有关, 因此测得液柱差即可知被测压力或压差的数值。
根据静力平衡原理, 列方程式并最终简化为:
H=( p- pA) /(ρg)
式中H——左右两边液柱差;
p——被测较高一侧的压力;
pA—被测较低一侧的压力;
ρ——被测液体密度;
g——重力加速度。
1.2.2单管压力计
U形管压力计的标尺格值是1mm, 每次读数的最大误差为分格值的一半, 而在测量时需要对左、 右两边玻璃管分别读数, 因此可能产生误差为±1mm。为了减小误差进行一次读数, 采用单管压力计, 读数误差只有±0.5mm。
单管压力计相当于U形管的一端换成一个大直径的容器, 测压原理与U形管相同。
1.2.3斜管压力计
用U形管或单管压力计测量微小差压时, 因为液柱变化很小, 读数困难, 为了提高灵敏度, 减小误差, 将单管压力计的玻璃管制成斜管。
斜管压力计的测量范围一般为0～ Pa。
相对而言, 我公司U形管压力计应用较多, 可是近年来, 数量逐渐减少, 少数单位在使用。
1.3应用弹性变形测量压力
1.3.1测量原理
当被测压力作用于弹性元件时, 弹性元件便产生相应的弹性变形( 及机械位移) , 根据变形量的大小, 测得被测压力的数值。
1.3.2分类
常见的弹性元件有弹簧管、 波纹管、 薄膜等。波纹膜片和波纹管用于微压和低压测量; 单圈和多圈弹簧管用于高、 中、 低压或真空度的测量。弹性元件测压范围宽10-2～109 Pa。
作为现场指示仪表, 现在使用最多的是弹簧管压力表, 特殊的地方使用薄膜压力表。
1.4应用电测法测量压力
电测法是经过压力传感器直接将被测压力变换成电阻、 电流、 电压、 频率等形式的信号来进行压力测量。主要类别有应变式、 霍尔式、 电感式、 压电式、 压阻式、 电容式等。
1.4.1压电式压力传感器
压电式压力传感器是根据”压电效应”原理把被测压力变换成为电信号。
压电式压力传感器测量100MPa以内的压力, 频率响应可达30kHz。
1.4.2压阻式压力传感器
固体受到作用后, 其电阻率会发生变化, 这种现象称为电阻效应。压阻式压力传感器就是利用半导体材料( 单晶硅) 的压阻效应原理制成的传感器。
压阻式压力传感器的特点是易于微小性化; 灵敏度高; 测量范围宽, 低至10Pa微压, 高至60MPa的高压。它的精度高、 工作可靠, 精度为千分之一, 高精度为万分之二。
1.4.3霍尔式压力传感器
霍尔式压力传感器是基于霍尔效应原理, 利用霍尔元件将被测压力转换成霍尔电势输出的一种传感器。
第二章 物 位 测 量
物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。液体介质液面的高低称为液位; 液体——液体或液体——固体的分界面成为界位; 固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。液位、 界位及料位的测量统称为物位测量。
物位测量的目的在于正确的测知容器或设备中储藏物质的容量或质量。
2.1浮力式液位计
2.1.1测量原理
浮力式液位计是应用浮力原理测量液位的。它是利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化; 或利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。前者称为恒浮力法, 后者称为变浮力法。
恒浮力法液位测量
=ρg A ( 2-1-2)
式中ΔH——浮子高度的变化量;
ΔF——浮力变化量;
ρ——被测液体密度;
g——重力加速度;
A——浮子的截面积。
变浮力法液位测量
Cx=W-AHρg ( 2-1-3)

Δx=ΔH=KΔH ( 2-1-5)
式中H——浮筒被液体浸没的高度;
ΔH——液位的变化量;
c——弹簧刚度;
x——弹簧压缩位移;
Δx——浮筒产生的位移;
ρ——被测液体密度;
g——重力加速度;
A——浮子的截面积。
变浮力法液位测量是经过检测元件把液位的变化转换为力的变化, 然后再将力的变化转化为机械位移, 并经过转换将机械位移转换为标准信号, 以便远传和显示。
2.2恒浮力式液位
2.2.1浮球式液位计
浮球式液位计平衡关系式为
( W-F) l1=Gl2 ( 2-1-6)
式中W——浮球的重力;
F——浮球所受的浮力;
G——平衡重物的重力;
l1———转动轴到浮球的垂直距离;
l2———转动轴到重物中心的垂直距离;
2.2.2磁翻转式液位计
2.2.2.1工作原理
磁翻转式( 磁浮翻板式) 液位计在与容器连同的非导磁管内, 带有磁铁的浮子随管内液位的升降, 利用磁性的吸引, 使得带有磁铁的红白两面的翻板产生翻转, 当表体内浮子随液体上下浮动时, 由于磁场力的作用带动转子做半周旋转, 上升时转子翻转成红色, 下降时翻转成白色。有液体的位置红色朝外, 无液体的位置白色朝外, 另外显示器上有标尺, 根据红色指示的高度能够读得液位的具体数值, 以便计算液位指示高度。见图( 二)

图( 二) 翻版式液位计工作示意图
( 分带阀门与不带阀门两种)
1气阀2浮子3显示器4液阀5表体6排污阀

2.2.2.2技术参数
技 术 参 数 一 览 表
工作压力MPa
2.5
4.0
6.4
10.0
12.0
16.0
20.0
25.0
备注
安装中心距L
500、 800、 1100、 1400、 1700………………….

观察范围Li
小于安装中心距100 L1=L-100

工作温度℃
-196～350℃
-196～250℃
≦100℃

液体比重
≧0.45
≧0.5
≧0.6
≧0.7

连接法兰JB82-59
PN(Kg)
25
40
64
100
120
160
200
300
PN≧40为凸面
20、 25
20
DN
法兰方向尺寸A
带阀门
﹤235

不带阀门
﹤160

液阀下端尺寸B
﹤600

排污阀及夹套出口连接
Z1/2″锥螺纹或焊接
特殊要求可配制法兰

2.2.2.3安装、 调试和维护
2.2.2.3.1安装
液位计按安装示意图进行安装。校对中心距及法兰是否一致, 并注意连接法兰时, 中间要垫橡胶石棉板XB450尺寸根据法兰尺寸而定, 厚度1～2mm都可, 紧固时螺钉受力应均匀一致, 按对角线重复多次进行紧固。带排污阀的产品连接尺寸为Z1/2″锥螺纹, 应将排污管接到可靠的容器内避免液体泄漏。
2.2.2.3.2调试
1) 关闭排污阀和液阀, 缓慢打开气阀, 使气体缓慢进入表体直到全部打开为止, 切不可突然打开气阀, 以避免损坏浮子。这时表内压力与容器内压力相等, 查看液位计有无泄气点, 严重时能够听到丝丝声, 若在法兰处可再紧固, 必要时也要换密封垫。
2) 通满气后, 缓慢打开液阀, 使液体缓慢进入表体, 显示器浮漂( 或转子) 应随表内液位缓慢上升( 或翻转) , 直到达到实际液位高度为止。若液位指示不上升表明液体通路不畅。若液位上升很慢且能一直升到顶部高出实际液位, 表明气路阻塞都应立即解决。
3) 校对液位指示正确性
关掉液阀和气阀; 缓慢打开排污阀, 排除表内液体, 显示器液位指示应随液位下降而缓慢下降。再次关闭排污阀。开启气阀和液阀后, 液位指示恢复到初位为正常。
一般能看到液位仪表指示相同为正常
与其它液位仪表指示相同为正常
2.2.2.3.3维护
液位计安装调试后一般不需要维护, 更不允许强烈冲洗, 以避免将表内浮子损坏。如发现液位指示始终不动, 可能有以下几种情况
1) 时间较长之后, 有可能由于污垢杂物等积沉使浮子不能落到底,表现为在关闭气液阀,开启排污阀放掉液体后,显示浮漂并不沉到底限.此时应卸下法兰清除表体内杂质物,然后重新装好,按调试(二)方法进行调试.
2) 关闭气阀、 液阀, 开启排污阀排除表内液体, 液位指示不下降表明内浮子卡在表体内, 应卸下法兰取出浮子进行检查看是否压扁或损坏, 如浮子没损坏可对表体进行清理, 排除污物等杂物。
3) 液位指示始终在指示器下端, 不随液位上下浮动, 说明表内浮子损坏应卸下法兰取出浮子进行检查, 看是否有破损或漏气现象应进行修理或更换。
4) 液位指示始终在指示器下端, 不随液位上下浮动, 而且浮子无破损, 应检查液体比重是否超出设计给定值使浮子不起来如超出应通知厂家更换浮子。
5) 检查表内浮子位置可用磁钢或导磁性金属沿表体轴线方向贴表体外壁滑动, 浮子内磁钢将对手拿物体进行吸引, 手感可知, 以便帮助检查, 判断其正确与否。
2.3静压式液位计
2.3.1测量原理
静压式液位的测量方法是经过测得液柱高度产生的静压实现液位的测量。
2.3.2压力式液位计
压力式液位计是基于测压仪表所测压力高低来测量液位的原理, 主要用于敞口容器的液位测量。
用测压仪表测量或用吹气法测量。
主要用法兰液位变送器测量液位, 其法兰有DN50及DN80两种, 仪表在选型阶段, 要求工艺、 设备专业提供准确的工艺参数及连接方式, 具体选型见仪表规格书。
三、 差压式液位计
差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。
差压变送器的选择根据现场实际情况和工艺设备专业提供的准确参数进行选型。其附件有双室平衡容器, 由工艺设备专业提供, 而且要求提供其实际加工尺寸, 为仪表专业的调试提供数据。
2.4电容式物位计
2.4.1工作原理
电容式物位计由电容物位传感器和检测电容的电路所组成。电容式电极和容器壁就是电容。被测介质就是介电物质。由于被测介质的介电常数比空气高, 随着被测介质物位不断升高, 电容器的电容不断增大。电容的变化, 以及电阻的变化经过电子部件被转换成与物位成正比例的信号。
它适用于各种导电、 非导电液体的液位或粉末状料位的测量, 全绝缘电极适用于测量导电的液体, 半绝缘电极适用于测量不导电的液体或固体介质。
2.4.2选型、 安装、 调试
2.4.2.1选型
1) 介质名称: 与测量电极材质的耐腐蚀性、 使用寿命等有关
2) 测量范围: 确定测量电极的插入深度
3) 过程接口: 确定测量仪表与设备的连接方式
4) 防爆防护等级: 确定测量仪表能否安全使用
2.4.2.2位置选择:
1) 易于安装接线的位置;
2) 方便维护拆卸显示器的位置;
3) 电极在工作时不能接触容器壁或者其它安装物。
4) 注意事项: 对于缆式电极, 应该固定电极末端; 不能安装在入料的料流内。
2.4.2.3参数设定
1) 零液位: 将现场液位调至零液位或最低液位, 按照测量的电容值进行零点或低液位的设置;
2) 高液位: 将现场液位调至高液位或最高液位, 按照测量的电容值进行高点或高液位的设置。
3) 输出信号: 变送器远传信号一般设定为4～20mA标准电流信号。
2.5非接触式测量物位计
非接触式测量物位计一般用在高压、 剧腐蚀剂的液位、 导电介质的界位等。
2.5.1核辐射物位计
2.5.5.1测量原理
放射性同位素放射出α、 β和γ射线。当这些射线经过一定厚度的物体时, 由于粒子的碰撞和克服阻力, 粒子会消耗能量, 最后动能等于零, 粒子会留在物体中, 射线会被物体吸收。如果动能不等于零, 侧射线会穿透这个厚度的物体。因为α、 β射线的穿透物质的能力比较低, 一般采用γ射线进行物位测量。
射线穿过物体时, 按指数规律衰减, 其关系为
I=I0e-μH ( 2-4-1)
H=lnI0-lnI ( 2-4-2)
式中μ——介质对射线的吸收系数;
H——介质层的厚度;
I0——穿过介质前的射线强度;
I——穿过介质后的射线强度。
不同介质的吸收射线的能力不一样的。一般来说, 固体的吸收能力最强, 液体次之, 气体最弱。当放射源选定, 被测介质不变时, 则I0与μ都是常数。由放射源放射出的射线, 穿过设备和被测介质后, 被探测器接受, 并把射线强度转换成电信号, 经过放大送入显示仪表显示穿过介质后的射线强度I, 就可根据公式( 2-4-2) 测知介质的厚度H, 即液位或料位的高度。
2.5.1.2测量方法
根据测量原理, 只要在容器外部的某一位置相对两册安装放射源和接受器, 由放射源发出的射线, 经过容器中的介质使接受器所接受的射线能量强度随着物位的升高而降低。当前大多数放射源采用钻-60( C060) 或铯-137( CS137) 。
2.5.2超声波物位计
2.5.2.1基本原理
当超声波入射到两种不同介质分界面上, 会产生反射、 折射和透射现象。根据声波从发射至接受到反射回波的时间间隔与物位高度之间的关系, 即可测得物位高度。计算公式如下
H=( 1/2) vt ( 2-4-1)
式中H——介质层的厚度;
v——超声波在介质中传播的速度;
t——反射回波的时间。
2.5.2.2测量方法
根据传声介质的不同, 有液介式、 气介式和固介式; 根据探头的工作方式, 又有自发自受的单探头方式和受、 发分开的双探头方式。
2.5.2.3选型、 安装、 调试
2.5.2.3.1选型
1) 介质名称: 与测量电极材质的耐腐蚀性、 使用寿命等有关
2) 测量范围: 确定测量仪表的测量范围
3) 过程接口: 确定测量仪表与设备的连接方式
4) 防爆防护等级: 确定测量仪表能否安全使用
2.5.2.3.2位置选择:
1) 易于安装接线的位置;
2) 方便维护拆卸显示器的位置;
3) 不能接触容器壁或者物料进口位置, 保证其测量角度范围内无障碍物。
2.5.2.3.3参数设定
1) 零液位: 将现场液位调至零液位或最低液位, 按照测量的实际液位值设置;
2) 高液位: 将现场液位调至高液位或最高液位, 按照测量的实际液位值设置。
3) 输出信号: 变送器远传信号一般设定为4～20mA标准电流信号。
2.5.2.3.4注意事项
1) 请勿将传感器安装在灌顶中央
2) 建议安装防护罩, 防止仪表直接日晒雨淋。
3) 避免加料口位于测量范围内。
4) 在信号波束角内, 避免安装类同限位开关、 温度传感器等装置。
5) 调节传感器位置使之垂直于被测介质表面。
6) 不得在同一罐体上安装两个超声波测量装置, 以免信号相互干扰。

2.5.3雷达液位计
2.5.3.1测量原理
雷达液位计由天线发出, 经介质表面反射, 再由雷达系统接受, 天线接受反射回来的雷达波并传输到内部电子模块, 由微处理器分析这些信号, 并从中识别由介质表面反射回来的有用液位回波。到介质表面的距离与脉冲波传输的时间成正比:
D=c×t/2
其中c表示光速
t表示光波往返时间
D表示介质表面到雷达液位计的距离
L=E-D
其中L为液位
E为空罐标定值
2.5.3.2选型、 安装、 调试
2.5.3.2.1选型
1) 介质名称: 与测量电极材质的耐腐蚀性、 使用寿命等有关
2) 测量范围: 确定测量仪表的测量范围
3) 过程接口: 确定测量仪表与设备的连接方式
4) 探头: 一般情况下, 使用杆式探头。缆式探头用于测量范围大于4m的情况或者顶部空间不允许安装硬性探头的工况。
5) 防爆防护等级: 确定测量仪表能否安全使用
2.5.3.2.2位置选择:
1) 不要将探头安装在加料口附近。
2) 安装时尽量远离罐壁一段距离。
3) 探头尽量远离已安装的设备。
4) 探头与罐底间的最小距离: 缆式为150mm、 杆式为100mm。
2.5.3.2.3参数设定
1) 零液位: 将现场液位调至零液位或最低液位, 按照测量的实际液位值设置;
2) 高液位: 将现场液位调至高液位或最高液位, 按照测量的实际液位值设置。
3) 输出信号: 变送器远传信号一般设定为4～20mA标准电流信号。

第三章 流量测量
3.1浮子流量计
3.1.1定义
以浮子在垂直锥形管中随着流量变化而升降, 改变它们之间的流通面积来进行测量的体积流量仪表, 又称转子流量计。
转子流量计分为玻璃管转子流量计和金属管转子流量计两大类。
3.1.2优点
1) 用于小管径和低流速, 下限流速到0.1m/s ;
2) 用于较低雷诺数 , 即流体粘度变化不影响流量系数;
3) 上游直管段要求 ;有较宽的流量范围度, 一般为10: 1, 最低为5: 1, 最高为25: 1;
4) 流量检测元件的输出接近于线性;
5) 压力损失较低。
3.1.3仪表安装方向
　　绝大部分浮子流量计必须垂直安装在无振动的管道上, 不应有明显的倾斜, 流体自下而上流过仪表。浮子流量计中心线与铅垂线间夹角一般不超过5度, 高精度( 1.5级以上) 仪表θ≤20°。如果θ＝12°则会产生１％附加误差。仪表无严格上游直管段长度要求, 但也有制造厂要求( 2-5) D长度的, 实际上必要性不大。
3.2涡街流量计
3.2.1工作原理
涡街流量计又称卡门旋涡流量计, 它是流体自然震荡的原理制成的一种旋涡分离流量计。当流体以足够大的流速流过柱状物体时, 在柱状物体的后面, 沿两条平行直线上产生整齐排列、 转向相反的涡列, 称为”卡门涡街现象”, 如下图所示。涡列的个数即涡街频率和流体的流速成正比, 可用下列式表示:

f=(S× v) / b
S— 斯特劳哈 (Strouhal)数, 无量纲, 在一定的雷诺数范围内为常数;
b— 漩涡发生体特征宽度, 米;
v— 漩涡发生体两侧的平均流速, 米 / 秒;
旋涡发生体的挠性振动频率f, 由在旋涡发生体中的传感器检测, 送到信号转换器进行运算, 即可测得管道中介质的流量。
3.2.2特点
1) 无运动部件, 具有很高的稳定性和可靠性。
2) 测量系统简单, 便于维护, 具有较好的经济性。
3) 测量精度高, 量程比宽。
3.2.3流量计选型
涡街流量计的口径对其性能很重要, 首先必须符合流体的雷诺系数和流速要求, 工艺设备专业按照仪表选型要求提供的参数必须真实、 准确, 才能确保口径的正确选择。具体如下:
1) 管道
( 1) 外径×壁厚( mm)
( 2) 管道材质( 碳钢、 不锈钢、 合金钢)
( 3) 管道方向( 水平、 垂直、 倾斜)
2) 介质
( 1) 介质名称( 气体、 液体、 蒸汽)
( 2) 流量
①最大流量
②正常值
③最小流量
( 3) 温度
①最高温度
②正常温度
③最低温度
( 4) 压力( 表压、 绝压)
①最大压力
②正常压力
③最小压力
( 5) 密度
( 6) 防爆防护等级
3.2.4安装方式
1) 流量计的安装位置应使流量计满管, 无集气( 或集液) , 在上游和下游保留足够的直管段以保证直行和对称的流形, 一般上游必须有至少10倍口径( D) 的直管段, 下游有至少5倍口径( D) 的直管段; 尽可能在流量计的下游安装阀门, 压力和温度补偿质量流量时, 压力检测点有至少4倍口径( D) 的直管段, 温度检测点有至少6倍口径( D) 的直管段。具体直管段要求根据管道实际情况, 按照使用说明书具体选择, 以满足使用要求。
2) 测量液体首选垂直安装, 并使被测液体由下向上流动, 以使仪表保持满管而且流体中的任何固态物都能均匀分布。
3) 环境要求: 为了保证流量计的最长使用寿命, 要避免过热于强振。一体式电子系统对于严重振动的管道、 温暖气候时的太阳直射处、 或者严寒气候时的野外, 都是容易发生问题的区域。应避免将流量计及其导线敷设在会发生强电磁场或静电电场的设备附近, 如电焊机、 大电机、 大变压器以及通讯发射器。
3.3电磁流量计
3.3.1工作原理
电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律, 按照该定律, 导电流体经过磁场作切割磁力线运动时在垂直于磁场及流速的方向上产生感应电势。
这电势由下式给出:
U = K×B×V×D
式中: U----感应电势 K----仪表常数
B----磁感应强 V----平均流速
D----测量管内直径
电磁流量计是用于测量导电液体的流量。
电磁流量计传感器它有一双产生磁场的线圈、 测量管、 电极、 磁路基本件组成。
3.3.2选型条件
1) 管道
( 1) 外径×壁厚( mm)
( 2) 管道材质( 碳钢、 不锈钢、 合金钢)
( 3) 管道方向( 水平、 垂直、 倾斜)
2) 介质
( 1) 介质名称
( 2) 流量
①最大流量
②正常值
③最小流量
( 3) 温度
①最高温度
②正常温度
③最低温度
( 4) 压力( 表压、 绝压)
①最大压力
②正常压力
③最小压力
( 5) 密度
( 6) 防爆防护等级
3.3.3安装要求
1) 安装地点和位置可按需要选择。但二只电极的轴线必须大致在水平方向上
2) 传感器能够倾斜或垂直安装, 不论采用何种安装方式, 都要求测量管内保证充满被测介质, 不能有非满管或气泡集聚在测量管段中的现象。
3) 流动方向必须按传感器上的箭头所指的方向为流动的正方向
4) 在传感器的上游侧直管段长度不小于10D, 下游侧不小于2D。
5) 对于旋涡流体, 应增加前后直管段长度或安装流动整直器以消除旋涡。
6) 对于测量不同的液体的混合, 传感器应安装在混和点的下游至少30D处, 或将混和点置于传感器之后, 否则流量计的输出信号可能不稳定。
7) 传感器在安装时必须正确接地。所使用的接地导线必须不传导任何其它干扰电压。因此, 不要把接地线与其它带电的电气设备连在一起。
8) 振动。如果管道系统有较强振动时, 要求在传感器两侧的管道上加支撑。
3.4威力巴流量计
3.4.1组成及工作原理
3.4.1.1组成
威力巴测量系统由节流装置( 差压发生器) 、 差压变送器以及流量积算仪等二次仪表组成。
3.4.1.2测量公式
威力巴流量计算公式:
Q(流量)=K×C×(DP)1/2
K:流量系数
C: 流体常数
威力巴流量量程比公式: 流量量程比=( 最大流量时对应的差压/最小允许的差压) 1/2
威力巴测量时所需最小流速( 差压) 要求

流体
最小差压( KPa)
流速(m/s)
气体
0.025
4.5
液体
0.25
0.6
蒸汽
0.38
9.7

3.4.1.3测量原理
当流体流过探头时, 在其前部产生一个高压分布区, 高压分布区的压力略高于管道的静压; 根据伯努利方程原理, 流体流过探头时, 速度加快, 在探头后部产生一个低压分布区, 低压分布区的压力略低于管道的静压; 流体从探头流过后在探头后部产生部分真空, 而且在探头的两侧出现漩涡; 威力巴均速流量探头能精确地检测到由流体的平均速度所产生的平均压差, 应用差压能够测得流体的流量。
3.4.1.4性能
1) 测量精度: ±1%
2) 重复精度: 0.1%
3) 适用压力: 0～40MPa
4) 适用温度: -180℃～550℃
5) 测量上限: 取决于探头强度
6) 测量下限: 取决于测量最小差压要求
7) 量程比: 大于10: 1
8) 适用介质: 威力巴流量计适用于满管、 单向流动、 单相的气体、 蒸汽和液体。
3.4.2特点
与孔板流量计相比较其具有以下特点:
1) 长期精度高。不受磨损、 杂质和油脂的影响; 没有可活动部件; 一体化结构避免高低压腔室之间的信号渗漏。
2) 节省大量的安装费用。威力巴的安装只需简单的焊接; 管道口径越大节省的费用越多。
3) 节省大量的运行费用。比孔板压损低95%以上, 是一种高效节能的均速流量探头。
3.4.3选型条件
1) 管道
( 1) 外径×壁厚( mm)
( 2) 管道材质( 碳钢、 不锈钢、 合金钢)
( 3) 管道方向( 水平、 垂直、 倾斜)
2) 介质
( 1) 介质名称( 气体、 液体、 蒸汽)
( 2) 流量
①最大流量
②正常值
③最小流量
( 3) 温度
①最高温度
②正常温度
③最低温度
( 4) 压力( 表压、 绝压)
①最大压力
②正常压力
③最小压力
( 5) 密度
( 6) 防爆防护等级
3.4.3安装要求
1) 安装位置要求: ( 1) 满足直管段要求, ( 2) 安装在管道的下半部分。
2) 直管段要求: 前后直管段根据实际情况选择, 弯管后的最小直管段为2D。
3) 取压管要求: 建议最好使用不锈钢管。
第四章 温度测量
4.1概论
4.1.1概述
温度是表征物体冷热程度的物理量, 温度量值如何确定以及怎样保证温度量值的准确一致这是现代计量科学技术的重要组成部分。温度概念的建立以及温度的测量, 都是以热平衡现象为基础的, 两个冷热程度不同的物体, 当它们互相接触以后就会产生热量交换使原有的平衡状态受到破坏, 经过一段时间以后, 就不再发生热量交换, 两个物体处于同样的冷热状态。
我公司主要温度计的检定包括热电阻温度计、 热电偶温度计、 双金属温度计。当前公司在用热电阻温度计大约有( 800多) , 热电偶温度计大约有( 300多) , 双金属温度计大约有( 1000多) 。热电阻( 偶) 及检测系统在化工生产中起着非常重要的检测和控制作用。
金属温度计的测温范围:
热电偶的测温范围: —270℃~ ℃
双金属的测温范围: —80℃~500℃
4.2热电阻温度计
热电阻是中、 低温区最常见的一种温度检测器, 它的主要特点是测温范围宽, 测量精度高, 稳定性好, 能远距离测量, 便于实现温度控制和自动记录等优点。
当前我公司主要应用的是铠装式铂电阻。
4.2.1测温原理
热电阻测温是基于于属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻的测温范围为-200℃～600℃。
热电阻温度测量系统的组成形式有三种组成形式:
1) 热电阻——电缆——显示仪表
2) 热电阻一体化温度变送器——电缆——显示仪表
3) 热电阻——电缆——温度变送器——电缆——显示仪表
4.2.2选型条件
1) 介质
( 1) 名称
( 2) 状态
( 3) 温度
( 4) 压力
2) 过程接口
( 1) 法兰
①标准
②公称直径
③压力等级
( 2) 螺纹
3) 插入深度( mm)
4) 防爆防护等级
公司现用的温度计多数为铠装Pt100温度计
4.2.3安装
电阻体在工艺管道上的安装方式一般采用螺纹连接方式; 在工艺设备衬里管道, 被测介质为强腐蚀性介质的为法兰连接方式。
安装位置选择: 在工艺介质温度变化灵敏而且具有代表性的地方, 不宜先在阀门、 节流部件的附近和介质流束的盲区及振动较大的地方。
1) 温度取源部件在工艺管道上安装:
( 1) 管径较大时, 可垂直安装;
( 2) 管径较小时, 可倾斜安装, 为的是增大热传导接触面积, 注意: 取源部件的轴线应逆着工艺介质流向并与工艺管道轴线相交。
( 3) 在工艺管道拐弯处安装时, 宜逆着工艺介质流向取源部件轴线相重合。
( 4) 管径小于DN80时, 取源部件需要安装在扩大管上, 导径管的安装方式应符合设计文件规定。
2) 安装注意事项:
( 1) 取源部件的开孔不宜在工艺设备和管道的焊缝处, 在高压、 合金钢、 有色金属工艺管道和设备上开孔, 应采用机械加工的方法不可用火炬切割。
( 2) 取源部件的安装应在工艺管道预制安装的同时进行特别是在防腐、 衬里管道、 砌体、 混凝土浇注体上取源部件应预埋、 预留。
( 3) 开孔、 焊接必须在设备、 管道的防腐衬里和压力试验前完成。
4.3热电偶温度计
4.3.1工作原理
将两种不同材料的导体A、 B或半导体焊接起来, 构成一个闭合回路, 当导体A、 B的两个接点之间存在温差时, 两者之间便产生电动势, 因而在回路中形成一定大小的电流, 这种现象称为热电效应, 热电偶就是利用这一效应来工作的。见图说明
A
1 2
B
1端为工作端, 温度会随时发生变化, ２端为自由端放在温度为t0的恒定温度下, 当工作端的被测温度发生变化时, 热电势随之发生变化, 将热电势送入显示仪表进行指示或记录。
1端和2端的热电势能差为Et=eAB(t)－eAB(t)
当组成热电偶的热电极的材料均匀时,其热电势的大小与热电及本身的长度和直径大小无关,只与热电极材料的成分及两端的温度有关,因此不同的用途采用不同的材料.
4.3.2热电偶冷端温度补偿
1) 原因
各种分度号热电偶的分度值是: 在冷端温度为0℃的条件下取得的, 可是现场环境温度并非处在恒0℃, 而是受到生产条件和环境温度的变化会给温度测量带来误差, 由于现场环境温度的多变, 也给人工修正带来困难。
2) 补偿导线法: 有两种
( 1) 补偿型补化学偿导线主要用于由贵重金属制成的热电偶。
( 2) 延伸型补偿导线主要用于廉金属制成的热电偶。
补偿导线的作用并不起冷端温度补偿的作用, 作用是将热电偶冷端延伸到温度较恒定的环境中, 以便于进行人工和自动补偿。
对于具有冷端温度自动补偿功能的显示仪表或温度变送器所组成的检查回路, 则无需采取人为补偿措施。
4.3.3选型
1) 介质
( 1) 名称
( 2) 状态
( 3) 温度
( 4) 压力
2) 过程接口
( 1) 法兰
①标准
②公称直径
③压力等级
( 2) 螺纹
3) 插入深度( mm)
4) 防爆防护等级
4.3.4注意事项
1) 首先查该热电偶、 温度变送器、 冷端补偿器, 专用显示仪表和补偿导线的分度号, 分度号必须一致;
2) 接线前应仔细分辩热电偶、 补偿导线和相关仪表设备的极性, 正、 负不可接反。
大口径管路液体流量测量

(1)   大口径管路液体流量测量的特点
①     管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径的方法提高流速。
②     流速一般都很高。新设计安装的管路, 一般均选择经济流速。因为流速太低, 势必增加管路的投资, 流速太高, 会造成动力损耗大幅度增加, 导致运行成本上升, 都是不经济的。但有些老管路, 由于增产的需要而提高了流速。
③     由于流速较低, 流体中的污垢、 淤泥等极易在管道内壁沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。
④     测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、 冬季和夏季流量相差悬殊, 多达10～20倍, 有些空调用水, 到一定季节干脆就停用, 因此, 这些水的流量计, 就要求范围度特别大。
⑤     防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设, 为的是节省空间, 在北方, 也是防冻的需要。因此流量传感器大多被安装在仪表井内管段上。由于雨水、 井壁渗漏和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器, 因此设计时就应估计到这种情况, 选用防持续浸水影响的流量传感器, 例如IP68的防护等级。
( 2) 仪表选型
① 电磁流量计。电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位, 这是因为该种仪表具有下列特点。
a.       无可动部件, 可靠性高, 长期稳定性好。
b.       无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义。
c.       测量精确度高。典型产品在 1m/s时, 精确度可达到±0.3％R。
d.       范围度大。保证精确度的范围度一般可达40∶1, 可测范围可达200∶1, 例如IFM系列产品, 在v＝0.06m/s时, 基本误差仍可小于±2％R。
e.       直管段要求相对较低。对于大口径管路, 这一点也很重要。有多种流量计要求前后直管达到30D, 对于管径1m以上的管路, 就意味着须具备30m以上的直管段, 这在多数情况下难以满足。
f.        有大口径产品。国内最大提供DN3000的产品, 从而能满足大口径水流量测量的需要。
g.       品种齐全。有防浸水型IP68产品。
h.       其不足之处是大口径产品价格高, 而且口径越大价格增长得越快。尽管如此, 像水厂、 成品水和源水等计量, 因牵涉到贸易结算, 对计量精确度要求高, 还是愿意花较多的钱选用电磁流量计。
②超声流量计。超声流量计在大口径管路的流量测量中占有重要地位, 原因如下。
a.       超声流量计的夹装式, 其价格与口径无关, 用来测量大口径管