管道常用测量仪表安装.docx
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管道常用测量仪表安装
第四章常用测量仪表
测量仪表是生产自动化的主要工具之一，在整个生产过程中，它起着监视、控制和调节的作用。
管道工程中，最常用的测量仪表有：
温度、压力、流量和液位的测量仪表。
这些仪表在管道系统中的安装工作，一般均由管道工来完成。
因此，管道工应了解管道系统中常用测量仪表的工作原理、性能和安装方法，并能正确地安装。
第一节温度测量仪表
温度测量仪表的种类很多，按其测量方式可分为接触式和非接触式两类；按其测量原理可分为膨胀式、压力式、电阻式、热电式、辐射式五类。
常用测温仪表及其测量范围如表4-1所示。
温度测量仪表的工作范围以选取在仪表刻度的1／3—3／4处为宜。
表4-1常用测温仪表的测量范围（℃）
仪表名称
测温上限
测温下限
玻璃水银温度计
压力式温度计
铂热电阻温度计
铂硅—铂热电阻
镍铬-考铜热电偶
光学高温计
辐射式高温计
600
400
500
1300
600
2000
1800
-30
-60
-200
-20
-50
700
9印
一、膨胀式温度计
大多数物质当温度变化时，其体积也随着改变。
膨胀式温度计就是利用物质的这一物理性质而制成的。
膨胀式温度计常用的工作液有水银、酒精、甲苯和戍烷等。
玻璃管式温度计是最常见的一种。
由于其构造简单，准确度较高，便于使用，且价格低廉，所以在工程测量中被广泛地采用。
管道工程中使用的玻璃管式温度计又称内标式温度计。
其结构形式有直形、90°角形及135°角形三种，测量范围为-30～500°C。
这种温度计一般带有金属保护套管，以免受机械损伤。
其尾部接头配有M27X2等三种螺纹，可与管道或容器连接。
选用内标式温度计时，要注明型号、测温范围、尾部长度及配合螺纹规格。
内标式温度计的安装方式有三种，如图4-1所示。
图4—1内标式温度计的安装方式
a）在水平管道上安装b）在垂直管道上安装c）在弯管外安装
温度计的安装，应在整个工程施工结束时进行。
其安装位置应便于观察和检修，且不易被机械损坏。
安装前，应检查其型号规格是否符合设计图纸要求，测温上、下限范围是否符合被测介质的温度要求，有无损坏。
安装时，注意温包端部应尽可能伸到被测介质管道中心线位置，且受热端应与介质流向逆向。
如果被测介质处于静止状态，则容器内的温度会随测点的位置不同而异。
这时，应根据需要来选定温度计的尾部长度和安装点。
温度计与管道或容器连接时，需在安装位置焊接一螺纹与金属套管接头统一的钢制管接头，然后把温度计套管接头拧人管接头内，并用扳手拧紧。
温度计在测温保护套管内安装时，为了增强传热，当被测介质温度在-30～100°C范围内时，常在保护套管内灌注12号机油，注油高度以浸没工作液球为宜。
当被测介质温度在100～200°C范围内时，可在保护套管内注入气缸油。
当被测介质温度高于200°C时，一般在保护套管内填人铜锯屑或石英末，填人高度只需盖住测温包即可。
二、压力式温度计
压刀式温度计的作用原理，有的是基于温度改变时工作物质的体积变化，也有的是基于温度改变时工作物质的压力变化，从而达到间接测量温度的目的。
压力式温度计可以把温度的指示值传送到较远的地方。
其特点是：
构造简单，耐振动，采用钟表机构传动，防爆性能好，但需经常进行校验，维修较困难。
一般适用于被测介质压力小于5．88MPa，温度不高于400~E的非腐蚀性气体、蒸汽或液体的温度测定。
压力式温度计的构造如图4-2所示。
由温包、毛细管、接头及表头等组成，在密封的温包内充灌有工作介质。
当温包受热或遇冷时，工作介质体积的膨胀或收缩，通过金属软管传到表头，导致表头内管式弹簧末端产生微小的伸屈，从而推动指针偏转，指针在刻度盘上即指示出被测介质的温度。
图4-2压力式温度计
1-温包2口金属毛细管3-管式弹簧管4-游丝
5-小齿轮6-拉杆7-扇形齿轮8-支架
安装压力式温度计时，温包应立装，表头应高于温包位置，并使温包尽量多插入被测介质中一些，以减少测温误差。
在小管径管道上安装时，若感温部位无法置于管道中心线处，应装设扩大管。
表头应装在易于观察的地方，表头和，金属软管的环境温度应在5-50Y范围内。
敷设金属软管时，应尽量少拐弯，需弯曲时，其弯曲半径不应小于50mm。
金属软管一般为管内或线槽内敷设，也可直接沿墙敷设，每隔200～300mm设固定夹固定，多余的金属软管应盘好并固定在适当位置。
压力式温度计与管道或设备连接的接头螺纹，一般为M27X2或M33X2不等。
安装时，需在管道或设备上焊接一个与其接头螺纹相同的钢制管接头，然后把接头拧人管接头内，用扳手拧紧。
安装温包时，应先计算好插入长度，以免在拧紧接头螺母时，温包端部顶撞管壁，损坏温包。
第二节压力测量仪表
为了及时、准确、直观地反映管道系统内工作介质的压力状态，通常在系统中适当位置装设压力表，用以测量管道内输送介质的压力。
管道系统中所用压力表的选择，应根据被测介质的性质及压力参数等因素来确定。
压力表的种类很多，对于蒸汽、凝结水、压缩空气、给水、热水、氧气等介质管道，当工作压力大于0．098MPa（表压）时，一般采用弹簧管式压力表；对于煤气、氢气、低压空气等介质管道，采用U形管压力表和膜片（盒）式压力表等；对于乙炔管道，一般采用YQA型铜管弹簧乙炔压力表。
一、弹簧管压力表
弹簧管压力表主要由表盘、弹簧管、拉杆、扁形齿轮、轴心架和指针等机件组成，如图4-3所示。
表内弹簧金属管断面呈扁圆形，其一端封闭。
当被测介质进入弹簧管时，由于介质压力的作用，而使弹簧管产生变形。
弹簧管的延伸，经齿轮机构传动，带动指针偏转，从而在表盘上指示出被测介质压力的变化情况。
图4-3弹簧管压力表
1-表壳2-表盘3-弹簧管4-指针5-扇形齿轮6-连杆7-轴心架
弹簧管压力表可测量0．0196～58．8MPa的压力，精度等级有0．5、1．0、1．5、2．5级等。
其测量范围广，使用简单，安装方便，精确度较高，一般均能满足测压要求，因而被广泛采用。
其中以Y型压力表在管道工程中应用最为普遍。
其主要技术参数见表4-2，它可用于测量气（汽）体、液体的压力。
表4-2Y型弹簧管压力表主要技术参数
型号
表面直径
/mm
测量范围／MPa
接头螺纹
精度
等级
下限
上限
Y-60
60
60
0．1568，0．245，0．392，0．588，0．98，1．568，2．45，3．92，5，88，9．8，15．68，24．5
M14×1．5
1．5
2．5
4
Y-100
100
100
0．098，0．1568，0．245，0．392，0．588，0．98，1．568，2．45，3．92，5．88，9．8，15．68，24．5，39．2
M20×1．5
1．5
2．5
Y-150
150
150
0．098，0．1568，0．245，0．392，0．588，0．98，1．568，2．45，3．92，5．88，9．8，15．68，24．5，39．2，58．8
M20×1．5
1．5
2．5
Y-250
250
250
0．098，0，1568，0．245，0．392，
0．588，0．98，1．568，2．45，3．92，
5．88
M20×1．5
1
1．5
2．5
选用弹簧压力表时，精度等级一般可取2．5级，表盘大小要适当。
在选用压力表刻度范围时，为防止弹性元件疲劳损坏，其正常的指示值不应接近最大刻度值；当被测介质压力比较稳定时，仪表的正常指示刻度为最大刻度的2／3或3／4；当测量波动压力时，仪表的正常指示刻度宜为最大刻度的1／2。
由于弹性元件的下限灵敏度低，误差大，为此，最小指示刻度可取最大刻度的1／3。
另外，当被测介质不同时，对弹簧管压力表的要求也不同。
如被测介质为氧气时，要求采用不含油脂的金属材料制成的压力表；而当介质为乙炔时，则不宜采用铜的质量分数超过70％的铜合金制造的压力表。
压力表应垂直安装在直管段上，不应设置在三通、弯头、变径管等改变介质流速和流向的管件附近，以免产生过大的测量误差。
取压点位置按以下规定选取：
被测介质为气体时，在管道的上部取压；被测介质为液体时，在管道的上部或中心取压。
压力表应安装在光线充足、便于观察和方便检修的地方。
安装前应检查有无检验合格铅封，无合格铅封者，应交计量部门校验合格后才能安装。
压力表一般在其它安装工作结束后，管道与设备系统进行试运转之前进行安装。
为避免压力表直接与被测介质接触而被损坏，常在压力表与管道或设备间的连接管上设置表弯管。
表弯管可由市场采购或自行煨制，其种类和安装形式如图4-4所示。
在锅炉等压力容器上安装时，压力表与表弯管间应装设三通阀，以便于管路冲洗、零点校正以及压力表的校验。
在取压口到压力计之间，靠近取压口处，应装设控制阀门，以备检修压力表时使用。
安装压力表时，由于表接头螺纹通常与管螺纹不一致，需另配制螺纹接头。
螺纹接头可按图4-5进行加工。
各种压力计安装完毕，在被测介质的工作压力上下限值点需做出明显的标志。
使用中的压力表应定期进行检验和校正。
二、U形管压力计
U形管压力计，适用于测量小于0．098MPa（表压）的气体或液体的压力、真空度或压力差，也可作为校验流量计的标准差压计。
这种压力计，由一根U形玻璃管和一块划有刻度的板面组成，如图4—6所示。
U形玻璃管固定在刻度板上，根据所测压力的需要，在玻璃管
图4-4弹簧压力表的安装
a）在水平管道上安装b）在垂直管道上安装
图4-5弹簧管压力计螺纹接头
内装入水银或水及其它液体作为工作液。
为测量时读数方便，常使管内所充工作液面达到刻度板上零点位置。
测压时，用一根软管把管道系统上的测压点与U形管的一端接通，而U形管的另一端与大气相通。
由于管道系统内压力的作用，使U形管内左右两边的液面产生高差h。
根据所测的液柱高度差，换算成国际单位制的压力单位。
其计算式为：
当工作液为水时，被测系统内的压力：
P=9.81h（4-1）
式中P——被测系统内的压力（Pa）；
h——形管内左右两边的液面高差（mm）。
当工作液为水银时，被测系统内的压力为
P=133．32h（4-2）
利用上述公式计算时，若U形管与被测系统连接端液面低于自由端液面，那么计算所得的值即为被测系统内的相对压力（即表压力）；若U形管与被测系统连接端液面图高于自由端液面，那么计算所得4-6U形管压力计
的值即为被测系统内的真空度值；例如图4-7所示，用U1-橡胶软管2-刻度标尺
形管测压计测量容器内气体的压力。
已知测压计内工作液3-U形玻璃管4-面板
为水银，U形管测压计水银面高度差为：
图4-7a中h=15mm，图4-7b中h=lOOmm，求容器内气体的压力或真空度值?
图4-7U形管压力计测量气体压力
解在图4-7a中，由于U形管内自由端液面高于与所测容器连接一端玻璃管内液面，说明容器内压力大于大气压力。
容器内的压力为
P=133．32×15=1999．8Pa
而在图4-7b中，由于U形管内自由端液面低于与所测容器连接一端玻璃管内液面，说明容器内压力小于大气压力，计算出来的即为容器内气体的真空度值。
P=133．32×10=1333．2Pa
由上可以看到，U形管压力计构造简单，便于制作，使用方便。
安装U形管压力计时，除要求方便读数和操作外，还应设置在环境温度为10～60℃范围内的地方。
使用时，需将压力计垂直固定在墙或支架上，其垂直度误差不应大于2mm。
当以水为工作液时，可在水内加入几滴颜料液，以便于操作时观察液面。
控制阀要慢慢开启，避免工作液溢出。
读数时，以水银为工作液的U形管应取凸面上缘，以水为工作液时应取凹面下缘。
第三节流量测量仪表
流量可以用堰流槽、节流设备、容器及流量计量仪表等多种方式进行测定。
管道系统中最常用的流量测量仪表有转子流量计、差压式流量计及水表。
水表的构造、工作原理及安装已在初级本中叙述过，这里不再重复。
现将转子流量计、差压式流量计的构造、工作原理和安装方法分述如下：
一、转子流量计
转子流量计是用来测量液体，气体等单相介质流量最常用的仪表之一。
机械工厂中广泛应用转子流量计于动力站房内，测量空气、水或其它动力用气体和液体的流量。
它适用于压力不大于1．96MPa，温度不高于+2印咒的工作场所。
转子流量计的结构如图4-8所示。
由锥形管和浮子组成。
锥形管分玻璃制和金属制两种；浮子常用不锈钢、铝等材料制造。
安装时，锥形管的大端在上，浮子随流量大小沿锥形管轴线方向上下移动。
当被测介质由下而上通过锥形管时，由于浮子上下两侧压差的影响，作用在浮子上的上升力大于浸在流体内浮子所受的重力，使浮子上升。
随着浮子上升，浮子最大外径与锥形管壁间的环形面积也逐渐增加；而当浮子下降时，浮子最大外径与锥形管壁间的环形面积逐渐减小，当被测介质作用在浮子上的上升图4-8转子流量计
力等于浮子所受的重力时，浮子就稳定在某一高度。
由于浮1-浮子2-锥形管
子的质量不变，浮子上下的压力差一定，那么所通过的介质流量只和环形间隙的面积有关，从而根据浮子在锥形管内的高度位置，利用锥形管外壁上的刻度就可读出所测的流量值。
转子流量计与管道系统的连接方式有法兰连接、螺纹联接和软管连接三种。
安装工作应在管道系统及其它设施安装完毕，并经调整合格后才能进行。
转子流量计必须垂直安装在振动小的管道上。
流体自下而上流动，锥形管的中心线应垂直，其垂直误差不应大于±2mm。
为提高测量精度，在流量计的连接部分上游侧，必须设置长度为直径5倍以上的直管段，下游侧必须设置长度为管径3倍以上的直管段。
转子流量计具有方向性，不应反向安装。
为方便维修，常加设旁通管。
其安装方式如图4-9所示。
图4-9转子流量计安装
1-流量计2-阀门
测量时，一定要用下游侧的阀门来调节流量，开启关闭阀门要缓慢进行，待浮子位置稳定后再进行测定。
用于测定气体流量的转子流量计，出厂时其流量刻度用空气进行标定；用于测量液体流量者，其流量刻度用水进行标定。
当被测定介质的密度和粘度与用于标定的介质不同时，测得的流量还需进行修正。
二、差压式流量计
差压式流量计是利用流体流动的节流原理，即利用流体流经节流装置时产生的压力差来实现流量测定的。
差压式流量计由节流装置、导压管和差压计三部分组成，并按一定的差压值配套使用。
节流装置部分，根据构造形式的不同，可分为孔板、喷嘴和文丘里管三种，如图4-10所示。
由于孔板节流装置结构简单，加工、安装方便，价格较低，并能保证一定的测量精度，因此，常被用来测定水、空气及蒸汽的流量，应用最广。
利用节流装置测量流体流量的原理是：
由于节流装置的中间有一孔径比管道直径小的圆孔，当流体通过直线管道进入节流装置时，因管道截面积突然减小，流体的部分压力能转变为动能，从而使节流装置收缩截面内的介质平均流速急剧增大，在该截面内的静压力就变得小于节流装置前的静压力，然后借助于导压管和差压计测量出其压力差的变化值，从而计算出管道内所通过的被测介质的流量。
节流装置及差压计，一般由自动化仪表厂配套供应，安装工作则应在现场进行。
其各部分安装的正确与否，直接关系到测量结果能否达到预期精度要求，为此对各部件安装提出如下要求：
1．节流装置的安装
节流装置可以安装在水平、垂直或倾斜管道上，但必须是管径不变的直线管道，且被测介质完全充满管道。
节流装置安装处前后2D范围内，管道内表面应光滑，无明显凸凹现象，其内径偏差不应超过下述规定：
当（d／D）>0．55时，为土0．005D；当（d／D）2≤0．55时，为土0．02D（d为节流件镗孔内径，D为管道内径）。
安装前应正确找准安装方向，孔板锐边部分小口应迎着介质流动方向。
为了使通过节流装置的流束不受涡流影响，节流装置前后均要求具有一定长度的直管段，在这一管段上不得安装任何其它管道部件。
安装节流装置时，先在管道上节流装置的安装位置按其要求长度用气焊切割去一段，并用手提砂轮或锉刀将管口打出焊接坡口，同时检查管径和管内壁粗糙度。
符合设计要求时，即可在管口焊接法兰。
所焊法兰应垂直于管道轴线，法兰中心线必须与管道中心线一致。
法兰焊好后，将管口处焊渣清理干净，然后把孔板装到两个法兰之间。
孔板中心线与管道中心线必须一致，允许偏差为管道直径的1％。
孔板两侧的垫片必须放正，垫片内径不得小于管道内径。
图4-10节流装置结构
a）文丘里管b）喷嘴c）孔板
1-前环室2-孔板3-垫片4-导压管5-后环室6-均压环
7-导压槽8-排水孔
2．导压管、差压计的安装
节流装置前后压力引出口，一般由生产厂家事先钻好，以备接管。
如在安装时加工，钻孔应垂直于管内介质的流速方向，孔径大小为：
当管道内径小于l00mm时，可采用6mm；当管道内径等于或大于l00mm时，可采用8～l0mm。
为了防止被测介质中夹带的杂质进入导压管和差压计，使测量数值失准，在测量不同状态的介质时，对节流装置前后压力引出口的位置选择有如下要求：
测定液体介质的流量时，应从管道下半部45°角的方向引出，差压计最好装在被测管道的下方。
若必须装在管道上方时，应在导压管的最高点设置分气器，以收集并排除进入导压管中的气体。
测定气体介质流量时，应从管道的上部引出取压管，差压计最好布置在管道的上方。
如必须设置在管道下方时，应设置分液器，以免液体进入差压计内。
测量蒸汽流量时，必须在导压管上部设置冷凝器。
为了便于导压管和差压计的维修，在靠近管道压力引出口处的导压管上必须安装阀门。
管道工作压力在0．98MPa以内，可采用普通阀门；压力较高时，应选用针形阀门。
在导压管末端也应安装阀门，以便于冲洗或放空导压管。
差压计应安装在便于观察、无振动和无机械损伤的地方。
差压计的周围环境温度，不宜低于+1O°C或高于+60°C。
从取压点到差压计的距离，不得小于3m或大于50m。
第四节液位测量仪表
容器中液体表面的位置称做液位。
液位的测量方法很多，这里仅介绍二种常用的液位测量仪表，即玻璃管液位计和直读式浮标液面计。
一、玻璃管液位计
玻璃管液位计是利用连通器的原理测量容器内的液位。
它由玻璃管、针形阀和锁紧螺母等件组成，如图4-11所示。
玻璃管两端用填料挤紧，由锁紧螺母固定在两个针形阀内。
在上下针形阀内各装有一个钢球，以便当玻璃管被意外损坏时堵住通道，阻止容器内液体外流。
低处的针形阀下设有堵头或排液阀，用来排放管中的液体或冲洗玻璃管。
玻璃管长度一般以1m为宜，如所测液面变化幅度很大时，可交错设置几根。
通常要求液位计玻璃管的最低可见边缘比容器的最低液位低25mm以上，而玻璃管的最高可见边缘应比容器的最高液位高出25mm以上。
玻璃管的外径不应小于13mm。
安装时，应先检查液位计的允许工作压力和工作温度是否适合安装处容器内压力和温度的要求，然后用外接头把针形阀装在预先固定在容器上的管接头上，上下针形阀的锁紧螺母中心应在同一铅垂线上。
当两锁紧螺母中心有少量偏差时，可将针形阀上的锁紧螺母松开，将一直径与玻璃管大小相近长度相等的钢筋棒插入针形阀内，上紧锁紧螺母进行校正。
如容器上原来焊接的两个管接头中心偏差较大，可在针形阀与管接头间加一大于90°的带弯短节进行校正，此时应注意液面计离容器距离不能过图4-11玻璃管液位计
远，以免影响其它设备的安装和正常操作。
l-玻璃管2-针形阀3一锁紧螺母
安装玻璃管时一定要小心，把玻璃管插入两端针形阀内，加入填料挤严，用手拧紧锁紧螺母。
若接头渗漏时，可用大小适当的扳手缓慢上紧。
玻璃管液面计针形阀应灵活，玻璃管应清晰，安装端正牢固。
玻璃管过长需切断时，可用小砂轮片在玻璃管上划一周，把表面划开，或用旧锉刀在玻璃管上锉一圈小槽，然后把玻璃管放入水中，双手握住切口两侧往外用力拉断，切不可双手握管掰断。
二、浮标液位计
浮标液位计是用来测定液面的一种最简单的仪表。
它的工作原理是，由于浮标受到浮力的作用而浮在液面上，并随着液面的高低而升降。
浮标的位移可直接从标尺上看出，还可以通过传动装置传递给指示仪表，也可以通过带有液位传感器的电测系统发出电信号，进行远距离的测量、记录、调节、控制或报警。
直读式浮标液位计是最常见的一种液位测量仪表，它的结构形式如图4-12所示。
浮标置于容器内，浮在液面上，通过绳索、滑轮、平衡块和指示器，直接在标尺上指示出液面的高低值。
这种液位计构造简单，造价低，直观，维修也较方便，适用于开口容器的液面测量。
安装直读式浮标液面计时，应使浮标固定位置远离容器液体进出口；浮标、绳索、滑轮、标尺应在相应的平面内保持垂直；标尺顶部的绳索、滑轮应设置防护罩，确保升降灵活。
寒冷地区利用直读式浮标液面计测量容器液位时，装在室外的绳索和滑轮之间，冬季应采取相应的防冻措施。
图4-12直读式浮标液面计
1-盛液容器2-浮标3-滑轮
4-绳索5-标尺6-平衡块和指示器
复习题
1．管道工程中，常用的热工测量仪表有哪几种?
2．试述玻璃管水银温度计的工作原理及安装方法。
3．试述压力式温度计的工作原理、特点及安装方法。
4．试述弹簧管压力表的构造、工作原理及安装方法。
5．安装和使用U形管式压力计时应注意些什么?
6．试述转子流量计的安装要求。
7．差压式流量计由哪几部分组成?
对各部分安装有什么要求?
8．试述玻璃管液位计的工作原理、组成及安装方法。
9．试述浮标式液位计的工作原理、构造及安装时应注意些什么?
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