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现场仪表四大参数的测量原理及分类

浏览次数:259发布日期:2020-10-23

 

现场仪表测量参数的分类:现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。 下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理,以及测量这四大参数所运用的仪表。 

  • 温度的测量与变送  

温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个化工生产过程,都伴随着物质的物理和化学性质的改变,都必然有能量的转化和交换,而热交换则是这些能量转换中zui普遍的交换形式。因此,在很多煤化工反应的过程中,温度的测量和控制,常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节;它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。  温度测量仪麦种类繁多,若按测量方式的不同,测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温元件与被测介质直接接触,后者的感温元件却不与被测介质相接触。接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高;但是,由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡,因而产生了滞后现象,而且可能与被测介质产生化学反应;另外高温材料的限制,接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。而非接触式测温仪表不与被测介质接触,因而其测温范围很广,其测温上限原则上不受限限制;由于它是通过热辐射来测量温度的,所以不会破坏被测介质的温度场,测温速度也较快,但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响,因此测量量精度较低。  

  •  压力的测量与变送 

压力测量仪表的品种,规格甚多。常用的压力测量方法和仪表有:通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计;将被测压力通过一些隔离元件(如弹性元件)转换成一个集中力,并在测量过程中用一个外界力(如电磁力或气动力)来平衡这个未知的集中力,然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子;根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多,若根据所用弹性元件来分,可分为薄膜式,波纹管式,弹簧管式压力表;能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量(如电压、电流、频率等)来测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。  

目前,石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同,常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下,弹性元件发生弹性变型,而产生相应的位移,能过转换位置,可将位移转换成相应的电信号或气信号,以远传显示,报警或调节用。  它的截面呈扁圆形或椭圆形,椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端,即位移输出端;而另一端A则是固定的,作为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力P后,由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下,将趋于圆形,弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形,使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角γ要随即减小Δγ,也就是自由端将由B移到B,处,如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转,使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转,从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值Δγ/γ与被测压力P之间具有比例关系,因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。  

  •  流量的测量与变送 

在化工生产过程中,为了有效地进行生产操作和控制,经常需要测量生产过程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等)的流量,以便为生产操作和控制提供依据。同时,为了进行经济核算,也需要知道在一般时间 (如一班、一天等)内流过的介质总量。所以,对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。  在工程上,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,即瞬时流量。  

流量的计量单位如下:  表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等;  表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。  若流体的密度是ρ,则体积流量Q与质量流量M的关系是:  M=Qρ 或 Q=M/ρ  应当指出,流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体,由于压力变化对密度的影响很小,一般可以忽略不计;但因温度变化所产生的影响,则应引起注意。不过一般温度每变化10℃时,液体的密度变化约在1%以内。所以,除温度变化较大,测量准确度要求较高的场合外,往往也可以忽略不计。对于气体,由于密度受温度、压力变化影响较大,例如,在常温附近,温度每变化10℃,密度变化约为3%。在常压附近,压力每变10kPa,密度也约变化3%。因此,在测量气体体积流量时,必须同时测量气体的温度和压力,并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量,在工业上是指20℃、0.10133MPa(称标定状态)或0℃、0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。  流量测量的方法和仪表种类繁多,其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求,采用不同的流量仪表。下表中列出了几种主要类型流量表 (或称流量计)的性能及适用场合。  

  • 液位的测量与变送  

即液位愈高,扭角愈小。若将扭角通过芯轴变成挡板或霍尔片的位移,并转换成相应的气信号或电信号,这样就构成了气动或电动转换部分。浮筒式液位变送器的输出信号不仅与液位高度有关,而且还与被测介质的密度有关。因此 对于同一液位高度,当介质种类不同或因工艺操作条件变化使介质密度改变时,仪表的测量结果是不相同的。   

差压变送器负压室压力P2=P气,则正负压室的差压为:ΔP=P1-P2通常,被测介质的密度是已知的。因此,测得差压值就能知道液位高度。若被测容器是敞口的,气相压力为大气压力,则差压变送器的负压室通大气就可以了,这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的,则将负压室与容器气相相连接,以平衡气相压力的静压作用。为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大,易疑固等液体液位及引压管线被腐蚀、被堵的问题,而专门生产了法兰式差压变送器。变送器的法兰直接与容器上的法兰相连接,如图所示。作为敏感元件的测量头(金属膜盒),经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油,作为传压介质,并使被测介质不进入毛细管与变送器。 

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