操作流体混合单元的控制系统

1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化项目项目5 操作流体混合单元的操作流体混合单元的控制系统控制系统 内容提要内容提要n差压式流量计差压式流量计n节流现象与流量基本方程式节流现象与流量基本方程式n标准节流装置标准节流装置n力矩平衡式差压变送器力矩平衡式差压变送器n差压式流量计的测量误差差压式流量计的测量误差n转子流量计转子流量计n工作原理工作原理n电远传式转子流量计电远传式转子流量计n漩涡流量计漩涡流量计1内容提要内容提要n质量流量计质量流量计n直接式质量流量计直接式质量流量计n补偿式质量流量计补偿式质量流量计n其他流量计其他流量计n 靶式流量计靶式流量计n 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计n 涡轮流

2、量计涡轮流量计n 电磁流量计电磁流量计2概述概述是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。 单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。3概述概述MQQM或如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 ttMdtMQdtQ00,总总测量流体流量的仪表。：测量流体总量的仪表。 4概述概述 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两

3、种。 5分类任务任务1 差压式流量计差压式流量计 是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。 6n 一、节流现象与流量基本方程式一、节流现象与流量基本方程式 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现节流现象象。7图3-1 孔板装置及压力、流速分布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节

4、流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。8 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。 pFMpFQ101022要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。 流量与压力差P的平方根成正比。9 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。 采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定、要求和计算所需要的通用化实验数据资料。10在加工制造和安装方面,以孔板为最简单,喷嘴次之,文丘里管最复杂。造价高低也与此相对应。实际上,在一般场合

5、下,以采用孔板为最多。当要求压力损失较小时,可采用喷嘴、文丘里管等。11在测量某些易使节流装置腐蚀、沾污、磨损、变形的介质流量时,采用喷嘴较采用孔板为好。在流量值与压差值都相同的条件下,使用喷嘴有较高的测量精度,而且所需的直管长度也较短。如被测介质是高温、高压的,则可选用孔板和喷嘴。文丘里管只适用于低压的流体介质。 12 必须保证节流装置的开孔和管道的轴线同心,并使节流装置端面与管道的轴线垂直。 在节流装置前后长度为两倍于管径(2D)的一段管道内壁上,不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象。 13 任何局部阻力 (如弯管、三通管、闸阀等)均会引起流速在截面上重新分布,引起流量系数变化。所以在节流装

6、置的上、下游必须配置一定长度的直管。 标准节流装置 (孔板、喷嘴) ,一般都用于直径D50mm的管道中。 被测介质应充满全部管道并且连续流动。 管道内的流束 (流动状态)应该是稳定的。 被测介质在通过节流装置时应不发生相变。 14 在现场实际应用时，往往具有比较大的测量误差，有的甚至高达1020。 不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，不仅需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保更要注意正确的安装、维护和符合使用条件等，才能保证差压式流量计有足够的实际测量精度。证差压式流量计有足够的实际测量精度。 21 被测流体工作状态的变动。 节流装

7、置安装不正确。 孔板入口边缘的磨损。 导压管安装不正确，或有堵塞、渗漏现象 差压计安装或使用不正确2223 导压管要正确地安装，防止堵塞与渗漏，否则会引起较大的测量误差。对于不同的被测介质，导压管的安装亦有不同的要求，下面分类讨论。图3-3 测量液体流量时的取压点位置 图3-4 测量液体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3放空阀；4平衡阀；5差压变送器；6贮气罐；7切断阀取压点应该位于节流装置的下半部，与水平线夹角为045。 引压导管最好垂直向下，如条件不许可，导压管亦应下倾一定坡度（至少120110），使气泡易于排出。 在引压导管的管路中，应有排气的装置。 2425 取压点应在节流装置的

8、上半部。 引压导管最好垂直向上，至少亦应向上倾斜一定的坡度，以使引压导管中不滞留液体。 如果差压计必须装在节流装置之下，则需加装贮液罐和排放阀，如图3-5所示。 图3-5 测量气体流量时的连接图1节流装置；2引压导管；3差压变送器；4贮液罐；5排放阀图3-6 测量蒸汽流量的连接图1节流装置；2凝液罐；3引压导管；4排放阀；5差压变送器；6平衡阀2627差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。差压计或差压变送器安装或使用不正确也会引起测量误差。 由引压导管接至差压计或变送器前，必须安装切断阀1、2和平衡阀3，如图3-7所示。 测量腐蚀性（或因易凝固不适宜直接进入差压计）的介质流量时，

9、必须采取隔离措施。常用的两种隔离罐形式如图3-8所示。 图3-7 差压计阀组安装示意图1，2切断阀；3平衡阀图3-26 隔离罐的两种形式28任务任务5.2 转子流量计转子流量计n一、工作原理一、工作原理29 转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。图3-9 转子流量计的工作原理图AppgVft21转子流量计中转子的平衡条件是（3-133-13）phMf2根据转子浮起的高度就可以判断被测介质的流量大小或phQf2将式（3-26）代入上两式，得AgVhMfft2或AgVhQfft2AgVpppft21由式（3-25）可得（3-143-14）3031 它可以将反映流量大小的转子高度h转换

10、为电信号，适合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。 图3-10 差动变压器结构 若将转子流量计的转子若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运来，使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量的大小转换成就可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小。输出感应电势的大小。3233图3-11 LTD系列电远传转子流量计任务任务5.3 漩涡流量计漩涡流量计 精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。 34 漩涡流量计是利用

11、有规则的漩涡剥离现象来测量流体漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。流量的仪表。图3-12 卡门涡列 (a)圆柱涡列； (b)三角柱涡列 热学法热学法 电容法电容法 压差法压差法漩涡频率的检测方法漩涡频率的检测方法图3-13 圆柱检出器原理图1空腔；2圆柱棒；3导压孔；4铂电阻丝；5隔墙 满足hL0.281时，则所产生的涡街是稳定的。由圆柱体形成的卡曼漩涡，其单侧漩涡产生的频率为dvSff35任务任务5.4 质量流量计质量流量计直接测量单位时间内所流过的介质的质量,即质量流量M。 质量流量计的最后输出信号只与介质的质量流量M成比例,这就能从根本上提高流量测量的精度,省去了烦

12、琐的换算和修正。 vAM36n 一、直接式质量流量计一、直接式质量流量计图3-14 双孔板差压式质量流量测量示意图232212QqKppQqKpp（3-183-18）（3-193-19）将式(3-19)减去式(3-18),可得QqKpp431KqMpp431即37QvAM38n 二、补偿式质量流量计二、补偿式质量流量计1.流速-密度补偿法图3-15 流速-密度补偿法vAM2.压差-密度法图3-16 压差-密度补偿法3.压差-流速补偿法图3-17 压差-流速补偿法39QQQM2vAQ 又由于vQAM21将式 (3-21)代入式 (3-20)，得任务任务5.5 其他流量计其他流量计n 一、靶式流量

13、计一、靶式流量计便于某些黏度较高或含有悬浮物介质的流量检测。图3-18 半导体应变片式靶式流量变送器1靶；2输出力杠杆； 3推杆； 4悬臂块；R1R4半导体应变片40n 二、椭圆齿轮流量计二、椭圆齿轮流量计41图3-19 椭圆齿轮流量计结构原理通过椭圆齿轮流量计的体积流量04nVQ 适用于高黏度介质的流量测量。 测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。 椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。 椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。 n 三、涡轮流量计三、涡轮流量计42图3-20 涡轮流量计1涡轮；2导流器；3磁电感应转换器；4外壳；5前置放大器 安

14、装方便。 测量精度高，可耐高压。 反应快，可测脉动流量。 输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。 一般应加过滤器。 安装时，前后要有一定的直管段。 n 四、电磁流量计四、电磁流量计43能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。 图3-21 电磁流量计原理BDvKEX感应电势的方向由右手定则判断，大小由下式决定 （3-23）vDQ241而（3-24）KDDBDKEX4将式（4-24）代入式（4-23），得 只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外

15、界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。 44例题分析例题分析1.1.某差压式流量计的流量刻度上限为某差压式流量计的流量刻度上限为320320m3/h , ,差差压上限压上限25002500Pa。当仪表指针指在。当仪表指针指在160160m3/h时时, ,求相应求相应的差压是多少的差压是多少 ( (流量计不带开方器流量计不带开方器)?)? pFQ102解解：由流量基本方程式可知 流量是与差压的平方根成正比的。当测量的所有条件都不变时,可以认为式中的、F0、1均为不变的数。如果假定上题中的 Q1 = 320m3/h ;p1 = 2500Pa

16、 ; Q2 = 160m3/h ;所求的差压为p2 ,则存在下述关系45例题分析例题分析2121ppQQ121222pQQp由此得)(6252500320160222Pap代入上述数据,得 该例说明了说明了差压式流量计的标尺如以差压刻度,则是均匀的,但以流量刻度时,如果不加开方器,则流量标尺刻度是不均匀的。当流量值是满刻度的1/2时,指针却指在标尺满刻度的1/4处。46例题分析例题分析2.2.通常认为差压式流量计是属于定节流面积变压降通常认为差压式流量计是属于定节流面积变压降式流量计式流量计, ,而转子流量计是属于变节流面积定压降式而转子流量计是属于变节流面积定压降式流量计流量计, ,为什么为什么? ? 这可以从它们的工作原理上来分析。 差压式流量计在工作过程中,只要节流元件结构已定,则其尺寸是不变的,因此它是属于定节流面积的。当流量变化时,在节流元件两侧的压降也随之而改变,差压式流量计就是根据这