過程控制電子檔第二章2.2過程變量的檢測.ppt
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1、過程控制 第二章 第二章 過程建模和過程檢測控制儀表 2.1過程建模 2.2過程變量的檢測 2.3變送器 2.4調(diào)節(jié)器 2.5執(zhí)行器 2.6其他常用的單元儀表 2.2 過程變量的檢測 2.2.1 概述 2.2.2 溫度檢測 2.2.3 壓力檢測 2.2.4 流量檢測 2.2.5 物位檢測 2.2.6 其他參數(shù)的檢測 過程控制 第二章 過程控制 第二章 過程變量檢測 -----指連續(xù)生產(chǎn)過程中的溫度、 壓力、流量、液位和成分等參數(shù)的檢測 。 2.1.1 概述 過程變量的檢測與變送是實現(xiàn)過程變量顯示和過 程控制的 前提 ,是過程控制工
2、程的重要組成部分。 為了能在過程控制中正確選用合適的檢測儀表, 下面我們對檢測的一些 基本概念 作簡單介紹 . 過程控制 第二章 一 .測量誤差 測量誤差 --在測量過程中測量結(jié)果與被測量的真值之間會有一 定的差值。它反映了測量結(jié)果的可靠程度。 1.絕對誤差與相對誤差 絕對誤差 --指測量結(jié)果與被測量的真值之差。 相對誤差 --指絕對誤差與真值或測量值之百分比。 常見有下面三種表示方式: 實際相對誤差 --是指絕對誤差與被測量的真值 (實際值 )之百分比。 標(biāo)稱相對誤差 --是指絕對誤差與儀表示值之百分比。 引用相對誤差 --是指絕對誤差與儀表的量程之
3、百分比。 2.系統(tǒng)誤差、隨機誤差與疏忽誤差 系統(tǒng)誤差 --指測量儀表本身或其他原因 (如零點沒有調(diào)整好等 ) 引起的有規(guī)律的誤差。 隨機誤差 --指在測量中所出現(xiàn)的沒有一定規(guī)律的誤差。 疏忽誤差 --指觀察人員誤讀或不正確使用儀器與測試方案等人 為因素所引起的誤差。 3.基本誤差、附加誤差和允許誤差 過程控制 第二章 二 .檢測儀表的性能指標(biāo) 1.精度等級 %100)(%100 m a x0 ba xx儀表量程絕對誤差的最大值儀表精度 使用儀表前首先必須知道儀表的精度等級,以便估計測量結(jié)果 與真實值的差距。 儀表精度是根據(jù)國家規(guī)
4、定的允許誤差大小分成幾個等級的。 我國過程檢測控制儀表的精度等級有 0.005、 0.02、 0.1、 0.35、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5、 4等。一般工業(yè)用表為 0.5 4級精度。 %2.1%10050550 6m a x 選精度等級 1.0級 在選用儀表的精度等級時,應(yīng)根據(jù)實際需要求定,不能只追求高精度等級。 例:一臺測溫儀的工作范圍為 50 550 ,工藝要求測量時絕對誤差不超 過 6 ,試問如何選擇儀表的精度等級才能滿足要求? 1.5 1.5 精度等級符號 其中 x1、 x2為正、反測量的示值, 變差產(chǎn)生的原因 是由于儀表中彈性元 件、磁化元件;機
5、械結(jié)構(gòu)中的間隙、摩擦等原因所致。 過程控制 第二章 2.靈敏度與靈敏限 靈敏度 --表示測量儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度。通常用儀表的輸出 變化量,如指針的線位移或角位移 與引起此位移的被測參數(shù)變化量 x之比來表示,即 x 靈敏度 靈敏限 儀表能感受到并發(fā)生動作的被測量的最小值。 變差 --在外界條件不變的情況下,用同一儀表對同一個量進行 正、反行程 (即逐漸由小到大或逐漸由大到小 )測量時, 所得儀表兩示值之間的差值。 %100)( m a x21 儀表量程變差 xx 3.變差(回差) %100)( m a x21 儀表量程變差 xx 反行程 正
6、行程 max 被測參數(shù) 儀表示值 過程控制 第二章 三 .儀表的選用 實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化,不但需要有正確的控制方案,而且還需要正確 合理地選用自動化儀表。 儀表的選用應(yīng)該從生產(chǎn)實際出發(fā),結(jié)合過程的特點,根據(jù)工藝過程的實 際需要來考慮。要綜合考慮 精度 、功能、測量范圍、適用場合、經(jīng)濟性等諸 多因素,具體選用在后續(xù)章節(jié)中結(jié)合實例討論。 注意:在確定一個儀表的精度等級時,要求儀表的允許誤差應(yīng)該大于或 等于儀表校驗時所得到的 最大引用誤差 ;而根據(jù)工藝要求來選擇儀表的 精度等級時,儀表的允許誤差應(yīng)該小于或等于工藝上所允許的最大引用 誤差。 有兩臺測溫儀表,它們的測溫范
7、圍分別為 0-100 和 100-300 ,校驗表時得 到它們的最大絕對誤差均為 2 ,試確定這兩臺儀表的精度等級。 %1%100 100300 2 %2%100 0100 2 2 1 解 這兩臺儀表的最大引用誤差分別為 一臺儀表的精度等級為 2.5級,而另一臺儀表的精度等級為 1級。 過程控制 第二章 2.2.2 溫度檢測 二 .熱電偶 三 .熱電阻 四 .其它測溫元件 一 . 概述 過程控制 第二章 溫度是化工過程中最普遍而重要的操作參數(shù)。 所有的過程都是在一定的溫度條件下進行的; 溫度決定一些反應(yīng)能否進行和反應(yīng)方向;
8、溫度決定一些反應(yīng)的進程程度; 溫度顯示反應(yīng)的能量變化。 一 . 概述 測溫方法 ( 按測量體與被測介質(zhì)接觸與否 ) 1.接觸式測溫 原理: 被測介質(zhì) 熱交換 熱平衡 測量體 特點: 簡單、可靠、精度高 缺點: 滯后現(xiàn)象、產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、測量體受耐高溫材料限制 過程控制 第二章 2.非接觸式測溫 原理: 特點: 溫度上限原則上不受限制、測溫快、 可測量運動體的溫度 缺點: 物體的輻射率、距離、煙塵、水汽等因 素影響,精度較低 被測介質(zhì)的輻射熱來判斷溫度 常用溫度計的種類及適用溫度見下頁圖
9、 C C C C C CC C C C C C C C C 2000200: 35000: 1700900: 3200700: 2000400: 15050:600200: 60050: 100050: 16000: 2500: 60020: 60030: 60080: 60050: 熱電式 光電式 紅外線 比色 光輻射 熱輻射 輻射式 非接觸式 、銅熱電阻:鉑 考銅鎳鉻 鎳硅鎳鉻 鉑鉑銠 熱電偶 蒸汽 氣體 液體 壓力式 雙金屬 玻璃液體 膨脹式 接觸式 溫度計 過程控制 第二章 常用
10、溫度計的種類及適用溫度見下圖 金屬 B 金屬 A 過程控制 第二章 二 . 熱電偶溫度計 (一) .測溫原理 A B t t0 熱電效應(yīng)為基礎(chǔ) 熱電偶 熱電動勢主要是由 接觸電動勢 組成的 + + - - 擴散作用 電場作用 N ANB 電動勢的大小取決于接觸點的溫度和 A、 B的材料 當(dāng)兩個接觸點的溫度不同時, 便產(chǎn)生兩個不同的接觸電動勢 EAB(t)、 EAB(t0) 回路總電動勢 E(t, t0)= EAB(t)-EAB(t0) 當(dāng)熱電偶材料一定時, E(t, t0)成為溫度 t0和 t的函數(shù)差 即 E(t, t0)=f( t) -f(t0)
11、如果使冷端溫度 t0固定,對于 一定材料的熱電偶, E(t, t0)=f( t) -C =(t) 在熱電偶回路中接入第三種材料的導(dǎo)線,只要第三種材料 的 導(dǎo)線兩端溫度相同,第三種材料導(dǎo)線的引入不 會影響熱電偶的總熱電動勢。( p36證明) 過程控制 第二章 E(t, t0)=(t) 若兩接點溫度相同,盡管導(dǎo)體 A、 B的材料不同,熱電偶回路 內(nèi)的總熱電動勢也為零。 熱電偶回路內(nèi)的總熱電動勢與 A、 B材料的中間溫度無關(guān),只 與接觸點溫度有關(guān)。 說明 : 若組成熱電偶回路的兩種導(dǎo)體相同。則無論兩接點溫度如 何,回路的總熱電動勢為零。
12、補償導(dǎo)線 : 保證熱電偶冷端溫度不變,使得電動勢 E與溫度 呈單值關(guān)系; 它的作用是把熱電偶參考端移至離熱 源較遠及環(huán)境溫度較恒定的地方。 過程控制 第二章 (三 )熱電偶的補償導(dǎo)線 (二 )熱電偶回路 C A B C 補償導(dǎo)線 to to 儀表室 + - t1 t 1 現(xiàn)場 t 過程控制 第二章 (四 )熱電偶的冷端溫度補償 R 1 R 2 R C U R 4 a b m v t t 0 必須注意的是: 補償導(dǎo)線只起 延長電極 的作用,將其冷端延伸到 溫度比較穩(wěn)定的地方。但是熱電偶冷端暴露在大
13、 氣中,受環(huán)境溫度波動的影響較大。 由國家規(guī)定的 分度表 ( 熱電動勢與溫度 t的關(guān)系 ) 是規(guī)定冷端溫度 t0=0C時制定的。 I. 冷端恒溫法 :冷端放在恒溫裝臵中,該法多用于實驗室。 II.補償電橋法 : 利用不平衡電橋產(chǎn)生 的熱電勢補償熱電偶 因冷端溫度的變化而 引起的熱電動勢的變化。 冷端溫度補償 :保證冷端溫度不變或者使 t0的溫度為 0C 。 過程控制 第二章 利用補償導(dǎo)線或冷端溫度補償使熱電偶冷端溫度相對恒定, 但只要冷端溫度不為 0度,則必須對指示值進行校正,因為與熱
14、電偶配套使用的儀表都是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的分度表進行刻度的,因此當(dāng) 冷端溫度不為 0時, 為求得真實溫度,可利用下式進行修正。 證明:由熱電偶回路熱電勢平衡方程 冷端 t=t0 時, E(t,t0)= E(t)-E(t0) 冷端 t=tn 時 , E(t,tn)= E(t)-E(tn) 兩式相減得 E(t,t0) E(t,tn) E(tn)-E(t0) E (tn,t0) 在 t0=0 時(分度表條件), E(t,0) E(t,tn) E(tn,0) E (t,0) E (t,tn) E (tn,0) III.計算校正法 過程控制 第二章 1.熱電極 工作部分 2.保
15、護套管 保護熱電偶不直接與惡劣、特殊環(huán)境接觸 3.絕緣子或絕緣套管 防止電極與電極、套管短路 4.接線盒 (五 )熱電偶的外形結(jié)構(gòu) 為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對它的結(jié)構(gòu) 要求如下: 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固; 兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路; 補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠; 保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 2 4 1 3 過程控制 第二章 手柄式 補償導(dǎo)線式 無固定裝臵式 固定螺紋式 活動法蘭式 過程控制 第二章 (七)、熱電偶材料和常用熱電偶 1、熱電偶材料 常用的熱電偶
16、材料有銅、 鐵、鉑銠合金和鎳鉻合金等。 2 、常用的熱電偶 ( p38) (六)熱電偶的材質(zhì)要求: 單位溫度變化的熱電勢大,且盡量接近線性關(guān)系; 熱電性質(zhì)穩(wěn)定; 化學(xué)穩(wěn)定性好:高溫下抗氧化,抗腐蝕; 具有較好的延展性,易于加工; 復(fù)現(xiàn)性好,便于批量生產(chǎn)和互換。 不同材質(zhì)的熱電偶有不同的特性,應(yīng)根據(jù)實際需要選擇 測量范圍、放大系數(shù)(以分度值表示)、測量精度、 抗腐蝕能力、價格等。 過程控制 第二章 1.精度高 2.測量范圍寬: -200OC 1800OC 3.響應(yīng)時間快 4.穩(wěn)定性、復(fù)現(xiàn)性較好 5.在小范圍內(nèi) ,熱電動勢與溫度基本呈 單值、線性關(guān)系
17、 (八 )熱電偶的特點 鉑電阻 :物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,測溫精度高。 銅電阻 :價格便宜,電阻與溫度幾乎呈線性關(guān)系。在 -50 150 C測溫范圍內(nèi)穩(wěn)定性好,超過 100C易被氧化。 在測量精度要求不很高、溫度較低的場合廣泛應(yīng)用。 半導(dǎo)體熱敏電阻 :將一些金屬氧化物按一定比例混合、壓制和 燒結(jié)而成。它的體積小,因此熱慣性小,適 用于快速測溫,靈敏度高;但非線性嚴重, 測溫范圍較窄( -50 300 C) 過程控制 第二章 C0 C0 C0 (一) .測溫原理 三 .熱電阻溫度計 金
18、屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻會隨溫度的變化而變化的特性 , 因此只要測出感溫元件熱電阻的阻值變化,就可測得被測溫度。 (二) .特點 在測量 150以下溫度時,它的輸出信號比熱電偶大得多。 測量精度高,性能穩(wěn)定;同時又不需要冷端溫度補償。 所以在中低溫( -270 900 C)測量中得到了廣泛的應(yīng)用。 (三) .工業(yè)熱電阻種類 C0 C0 )。 過程控制 第二章 C0 C0 C0 (三) .熱電阻阻值與溫度的關(guān)系 b.銅電阻: t)1 0 0t(CBtAt1RR C 0-2 0 0- 32 0t 時 2 t0 0 - 8 5 0 C R R (1 A t B t )
19、 時 a. 鉑電阻: 線性關(guān)系 時 )t1(RR C 1 5 050- 0t 過程控制 第二章 C0 C0 C0 R t ( a ) 二 線 制 r r r r r R t R 3 R 1 R 2 E 檢 流 計 ( b ) 三 線 制 R t ( c ) 四 線 制 r 1 r 4 r 2 r 3 U M V I v I I M R t U M / I M (四)熱電阻的接法 簡單、費用低,引線電阻 及其變化會帶來測量誤差, 此接法適用于導(dǎo)線不長、 測溫準(zhǔn)確度要求較低的場合 較好地消除引線電阻的影響,測量準(zhǔn)確度較高,工業(yè) 上應(yīng)用較廣,尤其在測溫范圍較窄、引線長、架
20、設(shè)銅 線途中溫度發(fā)生變化等情況下必須采用三線制。 高精度檢測、能完全消 除引線電阻的影響。 過程控制 第二章 C0 C0 C0 云 母 片 骨 架 銅 電 阻 絲 塑 料 骨 架 銅 絲 引 出 線 ( 圓 柱 形 結(jié) 構(gòu) ) (五)熱電阻的結(jié)構(gòu)外形 過程控制 第二章 C0 C0 C0 結(jié)構(gòu)組成:一般包括電阻體、絕緣套管、保護套管和接線盒等部分。 過程控制 第二章 C0 C0 C0 d.安裝時要求儀表與介質(zhì)充分接觸;注意使用現(xiàn)場的工作環(huán)境,合理 選擇儀表的精度和量程,正確選擇安裝位臵,采用正確安裝方法 等保證儀表正常工作。 (六)熱電阻熱電偶的選擇與安裝
21、使用 a. 熱電偶用于較高溫度測量, 500度以下用熱電阻; b.熱電偶使用時注意正確使用補償導(dǎo)線的類型并注意配套連接 c.熱電阻測溫應(yīng)該注意三線制接線方法;也可以 采用四線制接法。 過程控制 第二章 四 .其它測溫元件 一、膨脹式溫度計 雙金屬溫度計 不同金屬受熱膨脹不同,雙金屬片在受熱情況下發(fā)生 彎曲而顯示溫度 C0 C0 C0 玻璃溫度計 玻璃液體溫度計 利用液體受熱膨脹并沿玻璃毛細管延伸而直接顯示溫度 過程控制 第二章 二、壓力式溫度計 利用液體的蒸發(fā)或氣體的膨脹而 引起的壓力變化進行測量。 溫包:傳熱、容納膨脹介質(zhì); 毛細管:傳遞壓力;
22、 彈簧管:顯示壓力(溫度)。 C0 C0 C0 溫包 毛細管 彈簧管 過程控制 第二章 C0 C0 C0 (三)紅外線測溫儀(非接觸式測溫) 由于不同溫度的物體都有不同的紅外輻射,而紅外測溫 就是通過對物體紅外輻射的測量來確定物體的溫度。 過程控制 第二章 C0 C0 C0 溫度測量儀表的掌握要點: 1.工業(yè)上通常采用的測溫方法有哪些? 2.熱電偶和熱電阻測溫的原理分別是什么,各有什么特點? 3.熱電偶測溫為什么要進行冷端溫度補償? 4.熱電阻測溫為什么通常采用三線制接法? 5.會查用熱電偶分度表 6.補償導(dǎo)線和冷端溫度補償?shù)哪康姆謩e是什
23、么? 2.2.3 壓力檢測 過程控制 第二章 二 . 液柱式壓力表 三 .活塞式壓力表 五 .電氣式壓力表 一 . 概述 四 .彈性式壓力表 六 .壓力儀表的選用 過程控制 第二章 一 . 概述 壓力 是保證工藝要求、生產(chǎn)設(shè)備和人身安全及生產(chǎn)過程正常運 行的一個必要條件。而且溫度、流量、液位等往往也通過壓力來間 接測量,所以壓力檢測在生產(chǎn)過程自動化中具有 特殊重要的地位 。 工程上 所說的壓力就是物理學(xué)中的 壓強 ,即垂直均勻地作用于單位 面積上的力。 壓力單位 : 國際單位制( SI) ---帕( Pa), 工程
24、大氣壓 ---kgf/cm2 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ---atm 毫米汞柱 ---mmHg 毫米水柱 ---mmH2O 單位之間的換算關(guān)系見教材 p47 表 2-12 (二) . 壓力定義及壓力單位 (一)、壓力檢測 過程控制 第二章 Pabs Pv Pg 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 Pabs 絕對壓力零線 大絕表 PPP 絕大真 PPP 壓力有三種表示方法: 絕對壓力 、 表壓 、 負壓或真空度 。 負壓或真空度 Pv---指大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差, 即 Patm-Pabs (三) . 壓力的表示方法 表壓 Pg ---指高于大氣壓的絕對壓
25、力與大氣壓力之差, 即 Pabs-Patm 絕對壓力 Pabs ---指介質(zhì)所受的實際壓力。以絕對壓力零線 作起點計算的壓力。 過程控制 第二章 (四) . 壓力表的種類 工業(yè)壓力表通常按 敏感元件的類型 進行分類: 液柱式壓力表 活塞式壓力表 彈性式壓力表 電氣式壓力表 過程控制 第二章 根據(jù)流體靜力學(xué)原理,將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱的高度來測量的。 單管壓力計 U型管 壓力計 斜管壓力計 二 . 液柱式壓力表 過程控制 第二章 三 .活塞式壓力表 根據(jù)液壓機傳遞壓力的原理,將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡 砝碼的重
26、量進行測量。 測量原理: G=PS 所以 P=G/S 精確度高 常用作標(biāo)準(zhǔn)儀表,檢驗其它壓力計 過程控制 第二章 四 .彈性式壓力表 根據(jù)彈性元件受力變形的原理,將被測壓力轉(zhuǎn)換成為位移, 再通過機械傳動和放大,推動指針偏移來測量的, 如:彈簧管壓力表、膜片、波紋管式壓力表。 P 彈 簧 管 特點及適用場合: 結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜、測壓范圍寬,測量精度也比較高, 在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應(yīng)用。 P 波 紋 管 單 膜 片 P 彈簧管式壓力表動畫 利用電阻應(yīng)變片將被測壓力轉(zhuǎn)換為電阻值的變化,再通過橋式 電路獲得 mV級的電量輸出,然后由二次儀表顯示或記
27、錄。 電阻絲應(yīng)變片是用 0.025mm的 具有高電阻率的電阻絲制成的。 為了獲得高的電阻值,電阻絲排 列成網(wǎng)狀,并粘貼在絕緣的基片 上,電阻絲的兩端焊接有引出導(dǎo) 線,線柵上面粘貼有保護層。 基 片 引 線 l b 電 阻 絲 應(yīng) 變 片 過程控制 第二章 五 .電氣式壓力表 將被測壓力轉(zhuǎn)換成電勢、電容、電阻等電量的變化間接測量壓力。 特點及適用場合: 反應(yīng)較快,測量范圍較廣、精度可達 0.2,便于遠距離傳送。 所以在生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動檢測、自動控制和報警,適 用于測量壓力變化快、脈動壓力、高真空和超高壓的場合。 (一) .應(yīng)變片式壓力計 原理:運
28、用霍爾元件的霍爾效應(yīng),把被測壓力作用下所產(chǎn)生的彈 性元件位移轉(zhuǎn)換為電勢輸出。 過程控制 第二章 單根電線的電阻為: R=L/S 當(dāng)電線受到拉(應(yīng))力作用時, L變大, S變小, R變大。 當(dāng)一組串聯(lián)平行細導(dǎo)線(電阻應(yīng)變片)的金屬(彈性元件)因 壓力變化而發(fā)生微小變形(應(yīng)變)時,細導(dǎo)線的電阻隨之發(fā)生 變化。從而,將壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化為電阻參數(shù)。 彈性變形 電阻變化 測量電路 壓力變化 基 片 引 線 l b 電 阻 絲 應(yīng) 變 片 -電阻率, m L-電阻絲長度 S-電阻絲的截面積 m2 (二) .霍爾片式壓力計 選擇的主要依據(jù) : 必須滿足工藝生產(chǎn)過程的要求,包
29、括量程與精度。 必須考慮被測介質(zhì)的性質(zhì),如溫度高低、工作壓力大小、粘度、易 燃易爆程度等。 必須注意儀表安裝使用的現(xiàn)場環(huán)境條化,如環(huán)境溫度、電磁場、振 動等。 選擇的主要方面: 儀表量程的選擇:對于 彈性式 壓力表,為了保證彈性元件在彈性 形變范圍內(nèi)可靠工作, 確定量程時要留有 余地 :測量穩(wěn)定壓力( 4/3被測壓力最大值), 測量波動較大的壓力( 3/2被測壓力最大值); 被測壓力最小值不低于量程的 1/3。 我國出廠的壓力表有統(tǒng)一的量程系列, 1.0kPa, 1.6kPa, 2.5kPa, 4.0kPa, 6. 0kPa
30、以及它們的 10n倍數(shù)( n為整數(shù))。 儀表精度等級的選擇:應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝對壓力測量所允許的最大誤差 來決定。工業(yè)用(選 1.5級或 2.5級),實驗室或校驗用(選 0.5級以 上)。 過程控制 第二章 六 .壓力儀表的選用 例題:一壓力容器在正常工作時壓力變化范圍為 0.4 0.6MPa,要求使用彈性壓力表進行檢測, 并使測量誤差不大 于被測壓力的 4,試確定該表的量程與精度等級。 過程控制 第二章 過程控制 第二章 2.2.3 流量檢測 二 . 差壓流量計 三 .其它流量計 一 . 概述 過程控制 第二章 一 . 概述 流量是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動
31、化的重要過程參數(shù)之一,常用 測量和控制流量來確定物料的 配比與消耗量 。 流量 --指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積,即瞬時流量。 (一)、流量的三種表示方法: 體積流量 qv---單位時間內(nèi)通過管道某一截面的物料體積( m3/h) 重量流量 qG---單位的間內(nèi)通過管道某一截面物料的重量( kgf/h) ( N/h) 質(zhì)量流量 qm---單位時間內(nèi)通過管道某一截面物料的質(zhì)量( kg/h) 三者關(guān)系: qm=qv qG=gqm=gqv=qv
32、 流體重度 速度式流量計 根據(jù)流體力學(xué),通過測量過流速度,用過流面積換算成 流量。包括差壓流量計、轉(zhuǎn)子流量計、渦輪流量計等。 容積式流量計 采用單位時間所內(nèi)排出固定容積的量來計算流體總量。 精度較高。包括橢圓齒輪流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計等。 質(zhì)量流量計 計量可壓縮流體的質(zhì)量通過量。一種是通過直接檢測與 質(zhì)量流量成比例的參數(shù)來實現(xiàn)質(zhì)量流量的直接測量,另 一種是通過檢測體積流量與密度計的組合來實現(xiàn)質(zhì)量流 量的間接測量。 過程控制 第二章 流量檢測方法多達百種,用于工業(yè)生產(chǎn)的有十余種; 按測量途徑大致分為三大類: (二)、流量檢測方法
33、 高溫高壓、低溫低壓場合;高粘度、低粘度、強腐蝕性; 層流、紊流、脈動流;范圍從每秒數(shù)滴到每小時數(shù)百噸; 管道直徑從數(shù)毫米到 1米以上等 過程控制 第二章 二 . 差壓流量計 p1 p2 差壓式流量計使用歷史最久、最常用的一種流量計。它是根據(jù)節(jié) 流原理利用流體流經(jīng)節(jié)流裝臵時產(chǎn)生的壓力差來測量流量的。 (一)、節(jié)流裝臵測流量的基本原理 由流體力學(xué),流體在管道中流動時,具有 動能 和 位能 ,并在一定 條件下相互轉(zhuǎn)換,但總能量不變。 如右圖,水平管道中 垂直安裝一塊孔板,在節(jié) 流裝臵的上下游之間會產(chǎn) 生壓差,流量越大,壓差 也越大,流量與壓差之間 存在一定關(guān)系。
34、 過程控制 第二章 P1 v1 v1 I 截面 I之前,流速 v1,其靜壓力為 p1 P2 v2 II 截面 II, v2最大,靜壓力為 p2最小 III P3 P1-P3 v3 截面 III,流速 v3 v1,其靜壓力為 p3 35、的 70。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等 的流量測量都采用這種表計。 過程控制 第二章 )PP(2g 1-)1( 1 21 2 1 1 1 1 1 22 A 2gq A ( P P ) 1- 0 1 1 1 22 A 2gq A ( P P ) m 1- )PP(2g 1-)AA( 1 21 2 2 1 1 令 =A2/A1 1 1 22 2g ( P P ) 1- 1 1 22 2g ( P P ) 1- )PP(2gAq )PP(2gAq 210G210 ( P1-P2) 代替 ( P1-P2) 令 m=A0/A1 21m 36、 過程控制 第二章 三 .其它流量計 (一) .渦輪流量計 渦輪流量計的原理 :在管道中心安放一個渦輪,當(dāng)流體通過管道 時,沖擊渦輪葉片,對渦輪產(chǎn)生驅(qū)動力矩,使渦輪克服摩擦力矩 和流體阻力矩而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)在一定的流量范圍內(nèi),對一定的流體 介質(zhì)粘度,渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成正比由此,流體流 速可通過渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度得到,從而可以計算得到通過管道的 流體流量 過程控制 第二章 (二) .漩渦流量計 漩渦流量計的原理 :在管道中橫向設(shè)臵阻流元件,使流體流過柱 狀物之后形成兩列漩渦,根據(jù)漩渦出現(xiàn)的頻率來測量流體流量。 因為漩渦呈兩列平行狀,并且左右交替出現(xiàn),猶如街道兩旁的路 燈,故有 37、 “ 渦街 ” 之稱。 過程控制 第二章 電磁流量計的原理: 電磁流量計是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場中運動產(chǎn)生感應(yīng) 電動勢,而感應(yīng)電動勢又和流量大小成正比,通過測電動勢來反映管 道流量的原理而制成的。 (三) . 電磁流量計 EX1 EX2 當(dāng)流道兩側(cè)有磁場作用時, 導(dǎo)電流體在流動過程中切 割磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電動 勢: Ex=BDv 所以有: q=K Ex 其測量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測量水、礦漿等介質(zhì)的流量。 可測最大管徑達 2m,而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì),如氣體、蒸汽等則 不能應(yīng)用。電磁流量計造價較高,且信號易受外磁場干擾,影響了在工業(yè)管 流測量中的廣泛 38、應(yīng)用。為此,產(chǎn)品在不斷改進更新,向微機化發(fā)展 過程控制 第二章 超聲波流量計的原理 :基于超聲波在流動介質(zhì)中傳播的速度等于 被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和原理而設(shè)計的。它 也是由測流速來反映流量大小的。 超聲波流量計雖然在 70年代才出現(xiàn),但由于它可以制成非接 觸型式,并可與超聲波水位計聯(lián)動進行開口流量測量,對流體又 不產(chǎn)生擾動和阻力,所以很受歡迎,是一種很有發(fā)展前途的流量 計。 (三) .超聲波流量計 過程控制 第二章 2.2.5 物位檢測 物位 : 液位:容器中液體表面的高低; 料位:容器中固體的堆積高度; 過程控制 第二章 物位計的 39、分類 直讀式物位計 浮力式物位計 壓差式物位計 電容式物位計 超聲波物位計 過程控制 第二章 (一)、直讀式物位計 用帶有刻度的透明物質(zhì)(如玻璃、有機玻璃)作為 容器壁的一部分或連通管,可以直接顯示容器內(nèi)液 位的高低。 過程控制 第二章 (二)、浮力式物位計 利用浮子高度隨液面變化而變化的原理工作。 過程控制 第二章 (三)、壓差式物位計 利用物料內(nèi)靜壓力與物料深度或堆積高度成正比的關(guān) 系進行測量。 液體密閉容器 液體敞開容器 固體稱重倉 過程控制 第二章 原理 :利用容器里的液位高度產(chǎn)生的靜壓力隨其液位 變化而變化的原理進 40、行工作。 對于不可壓縮的液體, 液位高度與液位的靜壓力 成正比: PH 靜壓式液位計 H 差 壓 計 過程控制 第二章 (四)、電容式物位計 如右圖所示,兩個同軸圓筒極板 組成的電容器,在兩筒之間充以介電 常數(shù)為 的介質(zhì)時,則兩筒間的電容 量為: d D L C ln 2 Dd 外 電 極 內(nèi) 電 極L 金屬棒 作為內(nèi)電極, 外面套上一層絕緣套。 導(dǎo)電液體和金屬容器一起 作為外電極。 若忽略液面以上部分的電容量 ,則 過程控制 第二章 電容式液位計 (一) .測量導(dǎo)電液體時 H 2 r 2 R 導(dǎo) 41、 電 液 體 金 屬 容 器 l r R ln H2 C 兩個同心圓柱狀電極;絕緣容器。 被測液體的介電常數(shù)為 液面上氣體的介電常數(shù)為 0 當(dāng)容器內(nèi)液面發(fā)生變化時, 兩極板間的電容量 C就會發(fā)生變化。 過程控制 第二章 (二) .測量非導(dǎo)電液體時 2 R 0 圓 柱 狀 電 極 2 r l H r R ln 2 r R ln 2 2 0 1 H C Hl C )( 氣體介質(zhì)間的電容量 C1和 液體介質(zhì)間的 C2分別為: 成線性關(guān)系與 )( HC r R ln 2 r R ln 2 0 HHl C 過程控制 42、第二章 思考? 為什么測量導(dǎo)電液體的液位時,液面以上部分的電容 量就可以忽略呢? 過程控制 第二章 (五)、超聲波物位計 利用聲波在空氣中傳播速度不變的原 理,通過檢測聲波發(fā)射和反射全過程 的時間間隔可以計算出物料界面到探 頭的距離,從而得到物位的高低。 注意事項: 確保反射波能回到探頭; 防止物料對聲波的吸收(如表面泡 沫漂?。? 過程控制 第二章 2.2.6 其他參數(shù)的檢測 成分分析儀表 分析儀表 --用來測量化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分、粘度、濃度、密度、 重度、比重等這些參數(shù)的儀表。 流程分析儀表 -----能夠自動監(jiān)視與測量工業(yè)生產(chǎn)過程中物料成 分或性質(zhì)的分析儀表。 常用成分分析儀表 紅外線氣體分析儀表(略) 氣相色譜分析儀表(略) 熱磁式氧氣分析儀表(略) 氧化鋯氧量分析儀表(略)
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