過程控制電子檔第二章2.2過程變量的檢測.ppt

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 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)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； 溫度決定一些反應能否進行和反應方向； 溫度決定一些反應的進程程度； 溫度顯示反應的能量變化。 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)生化學反應、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 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 熱電效應為基礎 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) 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線，只要第三種材料 的 導線兩端溫度相同，第三種材料導線的引入不 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體相同。則無論兩接點溫度如 何，回路的總熱電動勢為零。 補償導線 ： 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 )熱電偶的補償導線 (二 )熱電偶回路 C A B C 補償導線 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 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 電偶配套使用的儀表都是根據(jù)標準的分度表進行刻度的，因此當 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很好地絕緣，以防短路； 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護套管應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.響應時間快 4.穩(wěn)定性、復現(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 (八 )熱電偶的特點 鉑電阻 ：物理、化學性質(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用。 半導體熱敏電阻 ：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 金屬導體或半導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 ) 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， 此接法適用于導線不長、 測溫準確度要求較低的場合 較好地消除引線電阻的影響，測量準確度較高，工業(yè) 上應用較廣，尤其在測溫范圍較窄、引線長、架設銅 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線的類型并注意配套連接 c.熱電阻測溫應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； 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.補償導線和冷端溫度補償?shù)哪康姆謩e是什么？ 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）， 工程大氣壓 -kgf/cm2 標準大氣壓 -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 標準大氣壓 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 砝碼的重量進行測量。 測量原理： G=PS 所以 P=G/S 精確度高 常用作標準儀表，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用。 P 波 紋 管 單 膜 片 P 彈簧管式壓力表動畫 利用電阻應變片將被測壓力轉(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錄。 電阻絲應變片是用 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 線，線柵上面粘貼有保護層。 基 片 引 線 l b 電 阻 絲 應 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） .應變片式壓力計 原理：運用霍爾元件的霍爾效應，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 當電線受到拉（應）力作用時， L變大， S變小， R變大。 當一組串聯(lián)平行細導線（電阻應變片）的金屬（彈性元件）因 壓力變化而發(fā)生微小變形（應變）時，細導線的電阻隨之發(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 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以及它們的 10n倍數(shù)（ n為整數(shù)）。 儀表精度等級的選擇：應根據(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 流體重度 速度式流量計 根據(jù)流體力學，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 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，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。 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<p1 不計阻力損失，由伯努力方程，可得 )( 2g 1pp , 2 1 p 2 1 p 2 1 2 2 21 2 22 2 11 即 2211 AAq 由連續(xù)性方程，可得 聯(lián)立求得 )PP(2g 1-)AA( 1 21 2 2 1 1 這種利用差壓測量流量的方法歷史悠久，比較成熟，一般都用在比較重 要的場合，約占各種流量測量方式的 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 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 “ 渦街 ” 之稱。 過程控制 第二章 電磁流量計的原理： 電磁流量計是應用導電體在磁場中運動產(chǎn)生感應 電動勢，而感應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 當流道兩側(cè)有磁場作用時， 導電流體在流動過程中切 割磁力線，產(chǎn)生感應電動 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。但導電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則 不能應用。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 流測量中的廣泛應用。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） .測量導電液體時 H 2 r 2 R 導 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 第二章 思考？ 為什么測量導電液體的液位時，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 沫漂浮）。 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 -用來測量化學性質(zhì)、化學成分、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）