《参数检测技术》PPT课件.ppt
2023/7/11,5.3 流量的检测,在化工及制药生产过程中流量的检测是必不可少的。经常需测量各种流体介质流量的大小，以便为控制生产过程提供依据。同时，为了进行成本核算，需要知道一段时间（如一班、一天、一批产品等）内消耗的液体介质总量。,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），它是瞬时值。,M=Q 或Q=M/,为流体的质量，体积流量M与质量流量Q之间的关系为,如以t表示时间，则流量和总量之间的关系为,2023/7/11,一般可分为三大类，即速度、容积式和质量式。速度式流量计是以流量测量管道内流体的流速得出流量的，如差压式流量计、转子流量计等。容积式流量计与日常生活工作中用容积（例如升、量杯等）计量体积的方法类似。在工业生产中于密闭管道内连续测量流体的体积，是用容积积分的方法，直接测量流体的体积总量，如椭圆齿轮流体计、活塞式流体计等。质量式流量计分为直接式和间接式两种。直接式质量流量计直接测量质量流量，如角动量式、量热式和科氏力式等；间接式质量流量计是同时测出容积流量和流体的密度而自动计算出质量流量的。质量流量计测量精度不受流体的温度、压力和粘度等影响，是一种新型的正在发展的仪表。,测量流量的方法,2023/7/11,差压式流量计是根据安装于管道中流量检测元件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸以计算流量的仪表。差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对差压式流量计分类，如孔板流量计、文丘里管流量计、均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。差压计既可测量流量参数，也可测量其它参数(如压力、物值、密度等)。,差压式流量计,2023/7/11,1）节流装置：差压式流量计的检测元件,标准孔板,标准喷嘴,差压式流量计,2023/7/11,文丘利喷嘴,2023/7/11,2023/7/11,2）：基本原理 充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图所示，流束将在节流件处形成局部收缩。因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，因而可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差大小不仅与流量还与其它许多因素有关，例如当节流装置型式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。,2023/7/11,3）,2023/7/11,几十年来对上述各种测量对象的研究积累了大量试验资料，其中较成熟的已列入标准文件，如有关国际标准、国家标准。从使用量看，差压式流量计亦居各种流量计的首位，一般选用时皆优先考虑它。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的1434，所占份额与行业情况有关，如冶金、电力部门百分数要高些，而化工、食品、医药等部门则低些。,4）应用概况,差压式流量计应用的领域特别广泛，在封闭管道的流量测量中各种测量对象都能应用，,流体方面：单相、混相、洁净、脏污、粘性流等。工作状态方面：常压、高压、真空、常温、高温、低温等；管径方面；从几mm到几m。流动条件方面：亚音速、音速、脉动流等。,2023/7/11,涡轮流量计,涡轮流量计时根据涡轮的旋转速度随流量变化来测量流量的。它也是一种速度式流量计，。涡轮用高导磁系数的不锈钢材料制成，它安装在非导磁材料制成的水平管断内。磁电感应转换装置由线圈和磁钢组成，用来将涡轮的转速转换成相应的电信号。,2023/7/11,涡轮流量计,2023/7/11,1基本工作原理 图1所示为涡轮流量传感器的结构，由图1可知，当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力而旋转，转速与管道平均流速成正比，叶轮转动后周期性地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。,涡轮流量计,2023/7/11,2 流量方程,涡轮流量计,2023/7/11,涡轮流量计,2023/7/11,涡轮流量计,2023/7/11,涡轮流量计的 优点是精度高、动态响应好，可耐高压、可测脉动流量，输出是 电频率信号，因而不受干扰、便于远传。但是代测流体必须不含污物计固体杂质，以减少磨损和 防止涡轮被卡。实用于测量比较洁净且粘度低的 液体流量。,涡轮流量计,2023/7/11,电磁流量计,导电液体在磁场中作垂直于磁场方向的流动，导体切割磁力线则产生感生电动势E，感生电动势的大小于流速成正比，这就是电磁流量计的工作原理。,电磁流量汁是一种根据法拉第电磁感应定律而进行工作、测量管内无阻流部件、用于测量导电液体和浆液的流量仪表。由于该仪表具有许多独特的特点，因此它应用广泛。世界上一些大仪表公司，如德国的恩德斯豪斯(E十H)公司、科隆（KROHNE)公司和英国肯特(KENT)公司等，相继制造生产了各自的电磁流量计。我国的一些仪表厂家也竞相开发和引进，使我国的电磁流量计市场也具有一定的规模对我国的液体流量检测事业做出了应有的贡献。,2023/7/11,电磁流量计,2023/7/11,电磁流量计,2023/7/11,从其原理可以看出，只要流体具有导电性，电磁流量计即可完成流量测量，电磁流量计具有以下特点：(1)其测量不受流体温度、压力、密度、粘度的影响。(2)流量计内部直通光滑，不对流体产生阻力，无压力损失。(3)直接进行电测量，响应速度快。(4)检测部无运动部件，不会发生滴漏现象。(5)可以测量正反向流体流量而不损害流量计。(6)输出电压正比于流量，计量精度高。(7)内衬可采用聚四氟乙烯塑料和氧化铝陶瓷，具有很强的抗腐蚀性，可以测量强酸高碱等腐蚀性流体。(8)量程比宽。,电磁流量计,2023/7/11,超声波流量计,2023/7/11,1）超声多谱勒法 在声源和接收器之间存在相对运动的情况下，所接收到的声波信号频率与声源频率有差别，这种效应称为多谱勒效应。,工作原理,超声波流量计,2023/7/11,超声波流量计,2023/7/11,超声波流量计,2023/7/11,2023/7/11,换能器1向换能器2发射超声波,信号，这是顺流方向，其传播时间为,2023/7/11,2023/7/11,(1)适用的场合不同 固定式超声波流量计用于安装在某一固定位置，对某一特定管道内流体的流量进行长期不问断的计量；便携式超声波流量计具有很大的机动性，主要用于对不同管道的流体流量作临时性测量。,超声波流量计的种类,1根据超声波流量计使用场合不同，可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计，其主要区别在于：,2023/7/11,超声波流量计和便携式超声波流量计，其主要区别,2023/7/11,超声波流量计和便携式超声波流量计，其主要区别,2023/7/11,(1)外贴式 外贴式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉，且应用最广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。,2按超声波流量计换能器供电方式不同，可分为：,2023/7/11,管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。,(2)管段式 某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。,2按超声波流量计换能器供电方式不同，可分为：,2023/7/11,2按超声波流量计换能器供电方式不同，可分为：,2023/7/11,超声波流量计的选型,1）多谱勒式超声波流量计 只能用于测量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、末处理的污水、杂质含量稳定的工厂过程液等。它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂质含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。,2023/7/11,2）便携式超声波流量计 适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便，又经济。,2023/7/11,3）时差式超声波流量计 目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体，在自来水公司和工业用水领域，得到广泛应用。此外它也可以测量杂质含量不高(杂质含量小于108IJ，粒径小于1一)的均匀流体，如污水等介质的流量，而且精度可达土15。应用表明，选用时差式超波流量计，对相应流体的测量都可以达到满意的效果。,4）管道式超声波流量计 精度最高，可达到土05，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也随着增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。,2023/7/11,5）固定式超声波流量计 如果有足够的安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用不断推广。,2023/7/11,上述各种流量计都是测量体积流量的仪表。速度式流量计有的给出体积流量，虽然有的给出质量流量，但其测量结果却与密度有关。但被测介质密度受温度、压力、粘度等多种因素的影响，气体尤为突出，因而这种将已测出的体积流量乘以密度而得到的质量流量，其测量结果必然有较大的误差。质量流量计一般可分为两类：一类式直接式质量流量计，它直接根据质量流量与输出变量之间的单值函数关系得到质量流量。另一类式间接式或推导式质量流量计，它采用间接推导方法，如给体积流量仪表配以密度计，再通过运算器的计算得出质量流量。密度计有振动管式、超声波和同位素等可连续测量密度的仪表。,当前在现场应用的质量流量计品种很多，如热流式质量流量计、差压式质量流量计、哥氏力质量流量计、温度与压力补偿式质量流量计等，大多数有微机与其搭配组成智能型流量检测仪表。,质量测量计,2023/7/11,5.3 物位检测 物位检测在生产过程中十分重要，尤其是现代化工业设备规模的扩大和集中管理及计算机投入运行后，物位的测量与远传更显得重要。在化工生产中，用来测量液位、固体料位和两种不同液体的分界面的仪表分别是液位计、料位计和界面计，统称物位仪表。工业生产种对物位仪表的要求各不相同，基本要求是精度、量程、经济和安全可靠等方面，首要是安全可靠。物位仪表种类很多，常用的有以下几种。玻璃管式液位计 这类仪表应用连通管原理，以玻璃管与待测容器连通，直接读其液面高度。浮筒式液位计 浮筒式液位计是利用浮力原理来测量液位的。浮筒沉于液体中，液位变化引起浮筒受到的浮力发生变化，浮力变化的大小于液位的 变化乘正比，从而测出液位。它适用于粘度或温度较高的介质和高压介质。,2023/7/11,物位仪表种类很多，常用的有以下几种。玻璃管式液位计 这类仪表应用连通管原理，以玻璃管与待测容器连通，直接读其液面高度。浮筒式液位计 浮筒式液位计是利用浮力原理来测量液位的。浮筒沉于液体中，液位变化引起浮筒受到的浮力发生变化，浮力变化的大小于液位的 变化乘正比，从而测出液位。它适用于粘度或温度较高的介质和高压介质。,差压式物位仪表 差压式仪表又可分为压力式物位仪表和差压式物位仪表。它利用液柱的静压对液位进行测量；物料的堆积式通过对其固定电产生的压力来进行测量的，适用范围广，且已得到广泛的应用。,2023/7/11,以超声波位信号源，向待测介质发出信号，超声波在介质的分界面上发生反射，用仪表接受反射波，从发出信号导接受导反射波这段时间与此待测介质的厚度成正比，从而测出物位。从类仪表精度高，测量范围较广，但要求被测介质对超声波衰减较小，且没有散射作用。液体、粉末、快体的物位都可测量。因传感元件不与被测介质接触，所以可测量有腐蚀性、毒性、易燃、易挥发液体的液位。也可测量低温介质的液位。,电容器电容量的大小与两极之间的电介质有关。不同的电介质其电介质常数不一样，而电容量的大小与介电常数乘正比，因此可通过测量电容量的变化来检测液位、料位或两种不同的液体分界面，适用于各种导电，非导电液体的液位。不同液体的分界面或粉末状料位的 连续测量和指示。,超声波式物位仪表,此外，还有电磁式、辐射式、光学式物位仪表,电容式物位仪表,2023/7/11,图42 电容液位计原理图,2023/7/11,2023/7/11,
