流量检测与变送.docx

1、流量检测与变送第一节 流量检测与变送一、概述工业生产过程中另一个重要参数就是流量。流量就是单位时间内流经某一截面的流体数量。流量可用体积流量和质量流量来表示。其单位分别用m3/h、L/h和kg/h等。流量计是指测量流体流量的仪表，它能指示和记录某瞬时流体的流量值；计量表（总量表）是指测量流体总量的仪表，它能累计某段时间间隔内流体的总量，即各瞬时流量的累加和，如水表、煤气表等等。工业上常用的流量仪表可分为两大类。（1）速度式流量计 以测量流全在管道中的流速作为测量依据来计算流量的仪表。如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计、冲量式流量计、激光流量计、堰式流量计和叶轮水表等。（2）容

2、积式流量计 它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、乔板式流量计和活塞式流量计等等。常用流量计的性能比较见表2-1-18。二、差压式流量计节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，仍是目前炼油、化工生产中使用最广的一种流量测量仪表。目前工业生产中应用有各种各样的节流装置，如图2-1-15所示。上图所示的节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘里管和文丘利喷嘴。这四种节流元件历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以称它们为“标准节流装置”。其他形式的节流元件，如双重孔板、圆缺孔板等等，由于开头特殊，形容尚不深透，缺乏足够的实验数据，所以尚未标准化，故称

3、它们为特殊节流装置。这类特殊装置设计制造后，必须先进行标定，然后才能使用。节流元件具有结构简单，便于加工制造，工作可靠，适应性强，使用寿命长等优点。1 测量原理在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件 下这两种能量可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的，奕用节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。根据能量守恒定律及流体连续性原理，节流装置的流量公式可以写成：体积流量 （2-1-11）质量流量 （2-1-12）式中M质量流量，kg/s; Q体积流量，m3/s流量系数；流束膨胀系数；F0节流装置开孔截面积，m2；1流体流经节流元件前的密度，kg/m3;p节流元件前后压力差，即p=p1-p

4、2,pa。在计算时，根据我国现用单位的习惯，如果Q的单位为m3/h，M为kg/ h，F为mm2，p为pa，为kg/m3单位时，则上述流量公式可换算为衫流量计算公式，即：（2-1-13）（2-1-14） 式中d为节流元件的开孔直径，。我国自1993年8月1日起采用GB/T262493标准，代替GB262481标准。本标准适用于角接取压、法兰取压、D和D/2取压的孔板、喷嘴和文丘利管的节流装置；同时也只适用于管道公称通径为501200mm的流量测量和管道雷诺数大于3150的场合。GB/T262493新标准采用流出系数C来代替过去的流量系数。两者的换算关系如下； C=/E式中E渐近速度系数，并由下式

5、确定： 2节流装置的取压方式节流装置的取压方式，就孔板而言有五种，如图2-1-16所示；就喷嘴而言只有角接取压和径距取压两种。 （1）角接取压 上、下游侧取压孔轴心线与孔板（喷嘴）前后端面的间距各等于取压孔直径的一半或等于取压环隙宽度的一半，因而取压孔穿透处与孔板端面正好相平。角接取压包括环室取压和单独钻孔取压，如图中1-1。 （2）法兰取压 上、下游侧取压孔中心至孔板前后端面的间距均为mm，如图2-2。 （3）径距取压 上游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）前端面的距离为1D，下游侧取压孔中心与孔板（喷嘴）后端面的距离为1/2D，如图中3-3。 （4）理论取压法 上游侧的取压孔中心至孔板中心至孔板前

6、端面的距离为1D;下游侧的取压孔中心线至孔板后端面的距离随的值大小而异详见表2-1-19表2-1-19理论取压时下游取压孔位置d/D下游取压孔位置d/D下游取压孔位置(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1(1 （5）管接取压 上游侧取压孔的中心线距孔板前端面为，下 游侧取压孔中心线距孔板后端面为8D，如图中5-5所示。 以下五种取压方式中，角接取压方式用得最多，其次是法兰取压院 法。 3标准孔板 标准孔板的基本结构如图2-1-17所示。 标准孔板各部分的加工要求如下：孔板前端面A不允许有明显的 划痕，其加工表面粗糙度要求：50mmD500mm时，为m;500 D750mm时,

7、为m; 750mmD1000mm时，为m; 孔板的后端面B应与A平行,其表面粗糙度可适当降低.上游侧入口边 缘G和圆筒形下游侧出口边缘应无刀痕和毛刺,入口边缘G要求十分尖锐。标准孔板各部分的尺寸要求如下：孔板开孔圆筒形的长度e要求e,表面粗糙度不能低于m,其出口边缘无毛刺.孔板的厚度E应为eE,当管道直径为50100mm之间时,允许E=3mm.随着管道直径D的增加,E也要适当加厚.当Ee时，其斜面倾角F应为30oF45o，表面粗糙度为m，孔板的不平度在1%以内。孔板开孔直径d的加工要求非常精确，当时,d的公差为;当时, d d.图2-1-18的上半部分为环室取压,p1由前环室取出,p2由后环室

8、取出,前环室宽度c,后环室宽度c,环室壁厚f2a(a为环缝隙的宽度),环腔横截面积gh至少为50mm2,g、h均不得小于6mm，取压孔应是圆形的，直径为4mm10mm。图2-1-18的下部分为单独钻孔取压方式示意图。孔板上游侧的静压力p1由前夹紧环取出，p2由后夹紧环取出。取压孔应为圆筒形，与孔板前后端面的夹角应小于或等于3o。两种取压孔的直径规定如下：时,时,(2)法兰取压标准孔板 图2-1-19为标准孔板使用法兰取压的安装图.从图中知法兰取压孔在法兰盘上,上下游取压孔的中心线距孔板的两个端面的距离均为mm,并垂直于管道的轴线, 取压孔直径d.最好取d为612mm之间.法兰取压标准孔板可适用

9、于管径D=50750mm和直径比=的范围内.4.差压变送器由节流元件、连接管路和差压变送器组成一体，统称为差压式流量计。目前国内生产的定型的差压变送器的主要技术性能见表2-1-20。图2-1-20为DDZ-差压变送器结构示意图。由图2-1-20看出，差压变送器由两部分组成，下半部分为测量部分，上半部分为转换部分。测量部分包括测量室、测量元件（膜盒）等，转换部分包括主杠杆、矢量机构、副杠杆、差动变压器、反馈机构、调零装置和放大器等。被测差压信号由高、低压室引入，在膜盒3上转换为中力Fi(Fi=piA,pi=p1-p2,A为膜盒有效面积)。此力作用于主杠杆5的下端，使主杠杆以轴封膜片4为支点偏转，

10、并以力Fi沿水平方向推动矢量机构8。矢量机构8将推力Fi分解成F2和F3。F3沿矢量板方向作用，被固定于基座上的矢量板平衡掉。F2使矢量机构的推板向上移动，并通过连接簧片带动副杠杆14以M为支点逆时针转动，使固定在副杠杆上的差动变压器的检测片（衔铁）12靠近差动变压器13，使两者间的气隙减小，这时差动变压器的输出增加，并通过放大器15放大为420mA的输出电流I0。当输出电流流过反馈动圈16时，产生电磁反馈力Ff，使副杠杆向顺时针方向偏转。当反馈力Ff所产生的力矩与Fi产生的力矩相等时，变送器便达到一个新的稳定状态，此时放大器输出电流即为变送器的输出电流，它与被测差压信号成正比。名称测量差压上

11、限pa工作压力Mpa环境温度 精度输 出信 号特点主要生产厂家单腊盒差压变送器10060010004000600025000,1632-10150010mA030mV差压范围大,体积小,重量轻,一般用于中、小型工厂杭州压力表厂膜盒式差压变送器600025000最大迁移量-1600010000100001600025641016-10+601010mA030mV020mA杭州压力表厂，上海自动化仪表一厂，四川仪表十六厂等气动差压变送器1001600000最大迁移量100%,16,32-10+601002有耐腐型,其正负室材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，膜盒材料为Cr18Ni1232Mpa，可附

12、平衡阀天津自动化仪表厂，上海自动化仪表一厂，四川仪表十六厂等气动法兰式差压变送器1000250000最大迁移量100%256410+601002有单法兰、单插入式法兰、双平法兰、双插入式法兰，耐腐型膜片材料为金属钽气内藏孔板差压变送器160025000025-10+602002适用于洁净小流量液体辽宁岫岩仪表厂电动差压变送器型60250000迁移量100%,10,1625,3240-10+551010 mA有普通型、隔爆型和隔爆安全火花及安全火花型，防腐材料一般为含钼不锈钢北京自动化仪表厂，四川仪表七厂天津自动化仪表厂，大连仪表厂西安仪表厂，上海调节器厂型60106迁移量100%,1016,2

13、532,40-25+801420 mA有普通型、隔爆型及安全火花型，防腐材料为含钼不锈钢及NiMo28V（相当于哈氏合金B）或金属钽上海自动化仪表厂，四川仪表七厂，天津自动化仪表厂，大连仪表厂电动法兰差压变送器型600060000迁移量100%464-10+55115010 mA有单平法兰、双平法兰、单插入法兰等型式，有隔离防爆型，防腐型材料含钼不锈钢上海调节器厂大连仪表厂天津自动化仪表厂型2500250000迁移量100%254644080-25+60115420 mA法兰形式同型，心爆有隔爆型和安全火花，防腐材料为含钼不锈钢天津自动化四厂四川仪表七厂1151系列变送器差压变送器125710

14、E6迁移量+500%-600%0770-29+660202505420 mA隔离膜片为316S、S、哈氏合金C、蒙耐尔合金或钽，有隔爆型和安全火花型西安仪表厂流量变送器01270190500迁移量10%70025隔离膜片材料与防爆型同上，变送器具有开方功能，使输出信号与流量成线性，不需附加电源和开方器 表2-1-21DDZ-系列差压变送器型号规格表产品名称型号测量范围静压精度等级超限后允许扩大的测量范围差压变送器DBC-111A-0100pa0300pa10kpa065pa0100pa连续可调DBC-112A-0200pa0600pa10kpa0140pa0200pa连续可调DBC-211A-

15、002Kpa100连续可调DBC-212A-006Kpa101Kpa0连续可调DBC-311A-05Kpa020Kpa00连续可调DBC-711A-05Kpa020Kpa32Mpa100连续可调DBC-312A-015Kpa060Kpa010Kpa015Kpa连续可调DBC-712A-015Kpa060Kpa32Mpa1010Kpa015Kpa连续可调DBC-321A-060Kpa0250Kpa045Kpa060Kpa连续可调DBC-721A-060Kpa0250Kpa32Mpa1045Kpa060Kpa连续可调DBC-731A-0200Kpa0800Kpa32Mpa10140Kpa0200K

16、pa连续可调DBC-732A-0032Mpa100连续可调表2-1-22 DDZ-系列差压变送器常见故障及原因序号故障现象可能原因1通电后输出为零连接导线可能断了,24VDC电源没供上电源极性接反2通电后输出最大，用手推平衡锤也降不下来（大于20mA）差动变压器原边线圈A、B断线差动变压器原边与副边任意两点短路（AC、AD、BC、DB）E、F两点短路检查晶体管放大器是否正常3输出两位式跳动，调零位不能使输出固定工某一位置反馈动圈短路，整机无反馈反馈动圈的电流方向接反而变为正反馈调零弹簧和衔铁片（检测片）的相对位置没找好，或调零弹簧压得太紧或拉得太松动圈与磁钢卡住，或调零的空心螺钉磨擦太大4电源

17、接通后输出始终停留在小于2mA的位置，用手推平衡锤也上不去感应片位置太高，差动变压器没有进入工作区差动变压器副边绕组CD断线，振荡器不振电容C4损坏三极管损坏调零弹簧调整过度5线性不好检查可动部件是否有卡碰现象注意过载保护弹簧片在量程上限是否脱开膜盒线性不好或膜盒已变形放大器放大倍数下降6变差大紧固件转动反馈动圈与气隙不均匀，动圈与导磁体有磨擦磁钢中有污物、铁屑阻碍动圈运动7静压误差大测量杠杆与轴封支架装配不正静压调整装置不对膜盒性能变坏8输出无规律漂移导线或元件连接有虚焊反馈动圈与壳体短路9给输入信号，输出上不去膜盒弹簧片是否松动静压螺钉与矢量杠杆接触是否良好正、负压室密封性能不好，泄漏比较

18、厉害10输入振荡低档时端子板中的13端子没短路高档时端子板中的710端子没短路放大器灵敏度太高三、容积式流量计容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷凝液、树脂和液态食品等粘稠流体的流量对于高粘度介质的流量，其他流量计很难测量，而容积式流量计却能精确测量，精度可达%。常用的容积式流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮（罗茨）流量计、活塞式流量计、刮板式流量计、圆盘式流量计、湿式气体流量计及皮囊式流量计可用来测量气体流量。1 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计的测量部分是由两个互相啮合的椭圆形齿轮、轴和壳体（它与椭圆形齿轮构成计量室）等组成。其测量原理如图2-1-21所示。当被测流体流过椭圆齿轮流

19、量计时，它将带动椭圆齿轮旋转，椭圆齿轮每旋转一周，就有一定数量的流体流过仪表，只要用传动及累积机构记录下椭圆齿轮的转数，就能知道被测流体流过仪表的总量。当流体流过齿轮流量计时，因克服仪表阻力必将引起压力损失而形成压力差p=p1-p2,p1为入口压力，p2为出口压力。在此p的作用下，图2-1-21（a）中的椭圆齿轮A将受到一个合力矩的作用，使它绕轴作顺时针转动，而此时椭圆齿轮B所受到的合力矩为零。但因两个椭圆齿轮是紧密啮合理的，故椭圆齿轮A将带动B绕轴作逆时针转动，并将A与壳体之间月牙形容积内的介质排至出口。显然，此时A为主动轮，B为从动轮。当转至图2-1-21（b）所示的中间位置时，齿轮A与B

20、均为主动轮。当再继续转至图2-1-21（c）所示位置时，A轮上的合力矩降为零，而作用在B轮上的合力矩增至最大，使它继续向逆时针转动，从而也将B齿轮与壳体间月牙形容积的介质排至出口。显然这时B为主动轮。这与图中（a）所示的情况刚好相反。齿轮A和齿轮B就这样反复循环，相互交替地由一个带动另一个转动，将被测介质以月牙形容积为单位，一次一次地由进口排至出口。图2-1-21表示了椭圆齿轮转过1/4周的情形，在这段时间内，仪表仅排出了其量为一个月牙形容积的被测介质。所以，椭圆齿轮每转一周所排出的被测介质量为月牙形容积的四位，因而从齿轮的转数便可以计算出排出介质的数量，由图2-1-21（d）可知，通过流量计

21、的体积总量V为： （2-1-15）式中 n椭圆齿轮的旋转次数；V0椭圆齿轮与壳体间形成的月牙形体积；R壳体容室的半径；a、b椭圆齿轮的长半轴和短半轴；椭圆齿轮的厚度。LCB-9400系列不锈钢椭圆齿轮流量计，不仅具有直读式计数器显示流量总量，还可通过高速输出口，配上脉冲传感器，将其信号输入计算机或显示仪表，实现流量的远距离显示和控制。LCB-9000S/P系列流量计是在9400基础上，省去了衔接器、齿轮箱和直读计数器，然后装上S/P脉冲发生器而成的流量变送器，故它只有远传功能，而没有现场显示功能。9400流量计和S/P流量计主要用于直接测量流经管道内流体的瞬时流量和总量。它们具有耐腐蚀，测量精

22、度高，使用寿命长，压力损失小，容易安装和维修等特点。其型号规格见表2-1-23。表2-1-23 LCB-9400、9000S/P椭圆齿轮流量计型号规格表型号通径工作方式流量范围，m3/hinmm60水60110热水150mm管道中的气体或液体通渠道 流量的测量,它的压力损失较小,但它只能测得局部漩涡的速 度,因此,它的测量精度要低些,并且对仪表前后直管段的安 装要求较高.1.旋进漩涡流量计划内 图2-1-23为旋进漩涡流量计的测量原理图.流经旋进漩涡流度 量计的流体,流过一组螺诈叶片后被强制旋转,便形成了漩涡 漩涡的中心是速度很高的区域,称为涡核,它的外围是环流. 在文丘利收缩段,涡核与流量计

23、的轴线相一致.当进入扩大段 后,涡核就围绕着流量计的轴作螺旋状进动.该进动是帖近扩大段的壁面进行的,进动频率和流体的体积流量成比例.涡核的频率通过热敏电阻来检测.热敏电阻就被冷却一次.这样,热敏电阻的温度随涡涡核的进动频率而作周期性的变化,该变化又促使热敏电阻的阻值也作周期性变化.这一阻值变化经检测放大器处理后转换成电压信号,即可获得与体积流量成比例的电脉冲信号传送到显示仪表,以实现瞬时流量的指示和总量的积算.旋进漩涡流量计由变送器、检测放大器和数字显示仪表组成。变送器由壳体、螺旋叶片、消漩叶片、敏感元件、放大器、紧固环等构成，如图2-1-24所示。2 涡街流量计涡街流量计是根据卡门涡街原理制成的。在流动的流体中插入一个非流线型柱状物（如圆柱体或三角形柱体），则在柱体下游会产生如图2-1-25所示的两列不对称且又有规律的漩涡。该漩涡在柱体的侧后产生、分开、形成漩涡列，通常称作卡门涡街或卡门涡列。当满足h/l=时，所产生的卡门漩涡是稳定的，而且产生单列漩涡的频率