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仪控部仪控部仪控部仪控部讲课主要内容讲课主要内容一、四大参数的测量原理及仪表二、自动控制基础知识三、调节阀四、轴系仪表五、联锁系统的构成仪控部仪控部一、四大参数的测量原理及仪表一、四大参数的测量原理及仪表 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。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送 温度是石油化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个石油化工生产过程，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最普遍的交换形式。因此，在很多石油化工反应的过程中，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。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送 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。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送 下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示，幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传，以实现对温度的自动记录和调节。因此，在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这两种温度计。仪控部仪控部仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送1.1 热电偶温度计 热电偶温度计由热电偶、电测部份(动圈仪表、电位差计或DCS)及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和多点集中测量，因而在石油化工生产中应用极为普遍。231热电偶温度计测量线路1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表t0t0tAB仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端(自由端)。组成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被测温度t的大小。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送 由于热电极的材料不同，所产生的接触电势亦不同，因此不同热电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在各种热电偶的分度表中可以查到。根据热电测温的基本原理，理论上似乎任意两种导体都可以组成热电偶。但实际情况它们还必须进行严格的选择，热电极材料应满足如下要求。1在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化。2稳定性要高，即在高温下不被氧化和腐蚀。3电阻温度系数要小，导电率要高，组成热电偶后产生的热电势要大，热电势与温度间要成线性关系，这样有利于提高仪表的测量精度。4复现性要好(同种成分的材料制成的热电偶，其热电特性相一致的性质称复现性)，这样便于成批生产，而且在使用上也可保证良好的互换性。5、材料组织要均匀，要有良好的韧性，便于加工成丝。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性能优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号(铂铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜)；T分度号(铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）；R分度号(铂铑13-铂)等热电偶。热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种结构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送1.2 热电阻温度计 热电阻温度计由热电阻、电测仪表(动圈仪表或平衡电桥)和连按导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导体的和半导体两种。热电阻温度计广泛用来测量中、低温(一般为500以下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、自动记录和多点测量。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送热电阻的测温原理 金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来，他们之间的关系为:Rt=R01+(t-t0)Rt=Rt-R0=R0t 式中 Rt 温度为t时的电阻值;R。温度为t0(通常为0)时的电阻值;电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对变化量，单位是 -1，;t 温度的变化量，即t-t。=t Rt 温度改变t时的电阻变化量。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送由上可知，温度的变化，导致了导体电阻的变化。实验证明，大多数金属导体在温度每升高1时，其电阻值要增加0.4一0.6%，热电阻温度计就是把温度变化所引起热电阻的变化值，通过测量电路(电桥)转换成电压(毫伏)信号，然后由显示仪表指示或记录被测温度。热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换为热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来测量温度的。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送对于制作热电阻丝的材料是有一定技术要求的，一般应具有下列特性；电阻温度系数要大，则测量灵敏度就高；热容量要小，则对温度变化的响应就快，即动态特性较好；电阻率要大，则相同的电阻值下电阻体体积就小，因而热容量也小；在整个测温范围内，具有稳定的物理和化学性质；要容易加工，有良好的复制性，电阻与温度的关系最好近于线性或为平滑的曲线，以便于分度和读数；价格便宜等。根据具体情况，目前应用最广泛的是铂和铜，分度号Pt50铂电阻、分度号Pt100铂电阻和分度号Cu50铜电阻、分度号Cu100铜电阻。相应的分度表(电 阻值与温度对照表)可在相关资料中查到。热电阻是由电阻体、保护套管以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。仪控部仪控部1、温度的测量与变送温度的测量与变送在选用测温仪表解决现场测温问题时，首先要分析被测对象特点及状态，然后根据现有温度计的特点及其技术指标确定选用的类型。一般应考虑以下几个方面:1仪表的可能测温范围及常用测温范围，是否符合被测对象的温度变化范围的要求;2仪表的精度、稳定性、响应时间是否适应测温要求;3根据测量场所有无冲击、振动及电磁场，来考虑仪表的防震、防冲击、抗干扰性能是否良好;4仪表输出信号能否自动记录和远传;5仪表的防腐性、防爆性和连续使用期限，是否满足被测对象的要求;6电源电压、频率变化及环境温度变化对仪表示值的影响程度;7测温元件的体积大小是否适当;8仪表使用是否方便、安装维护是否容易。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压、或真空度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：P真=P大-P绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 P表压P负压P绝压P绝压大气压力线 表压、绝压、真空之间的关系图仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 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，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。尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪目前，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。气信号，以远传显示，报警或调节用。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 主要压力检测仪表：主要压力检测仪表：（1 1）弹簧管压力表）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值它有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，品种，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270270度圆孤形的空心管子度圆孤形的空心管子 。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 弹簧管压力表1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板7、游丝 8、调整螺钉 9 接头ab仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a2a与图面垂与图面垂直的弹簧管的中心轴直的弹簧管的中心轴O O相平行。管子封闭的一端相平行。管子封闭的一端B B为自由端，为自由端，即位移输出端；而另一端即位移输出端；而另一端A A则是固定的，作为被测压力的则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端输入端。当由它的固定端A A通入被测压力通入被测压力P P后，由于呈椭圆后，由于呈椭圆形截面的管子在压力形截面的管子在压力P P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧的作用下，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，使自由端形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B B发发生位移。此时弹簧管的中心角生位移。此时弹簧管的中心角要随即减小要随即减小，也就是，也就是自由端将由自由端将由B B移到移到B B，处，如图，处，如图2-3(b)2-3(b)上虚线所示。此位移上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端量就相应于某一压力值。自由端B B的弹性变形位移通过拉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相对变化值/与被测压力与被测压力P P之间具有比例关系，因此之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，而且还可制成真空表或压力真空表。而且还可制成真空表或压力真空表。弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。使用时应予以注意。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送（2 2）应变式压力变送器）应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记录仪和调节器等仪表。录仪和调节器等仪表。应变片有金属电阻丝应变片应变片有金属电阻丝应变片(金属丝粘贴在衬底上组金属丝粘贴在衬底上组成的元件成的元件)和半导体应变片两类。和半导体应变片两类。根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变形形dL/L(dL/L(即应变即应变e)e)，其电阻值随之发生变化。如果已如，其电阻值随之发生变化。如果已如应变片的电阻变化与其变形应变片的电阻变化与其变形(即应变即应变)的关系，那么，通过的关系，那么，通过对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送（3 3）单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的制成两个完全一致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生振型谐振梁，并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。具有优良的过压性能和范围较宽的量程。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 基础基础振子振子引伸张力引伸张力硅膜片硅膜片过程压力过程压力变送器工作原理图 仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送（4 4）电容式传感器电容式传感器SS0S0S2S1图2-19膜片位移原理图420 mA放大电路原理：P变化 C 电流的变化仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。有效的目的。1 1类型的选用类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、如是否需要远传变送、自动记录或报警；被测介质的物理化学性质自动记录或报警；被测介质的物理化学性质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、易燃易爆等易燃易爆等)是否对是否对仪表提出特殊要求；现场环境条件仪表提出特殊要求；现场环境条件(如高温、电磁场、振动等如高温、电磁场、振动等)对仪对仪表有否特殊要求等。表有否特殊要求等。普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。真检查直到无油污为止。仪控部仪控部2、压力的测量与变送压力的测量与变送 2 2测量范围的确定测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据 化工自控设计化工自控设计技术规定技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/32/3；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/21/2；测量高压压力时，测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的最大工作压力不应超过量程的3/53/5。为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的于量程的1/31/3。按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。品目录申查到。3 3精度级的选取精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。较低、价廉耐用的仪表。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 在石油化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常在石油化工生产过程中，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需要测量生产过程中各种介质(如液体、气体和蒸汽等如液体、气体和蒸汽等)的流量，以的流量，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道在一般时间(如一班、一天等如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，对管道内流过的介质总量。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。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。或质量，即瞬时流量。流量的计量单位如下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表示体积流量的单位常用立方米每小时(m3/h)(m3/h)、升每分、升每分(I/min)(I/min)、升每秒升每秒(l/s)(l/s)等；等；表示质量流量的单位常用吨每小时表示质量流量的单位常用吨每小时(t/h)(t/h)、千克每小时、千克每小时(kg/h)(kg/h)、千、千克每秒克每秒(kg/s)(kg/s)等。等。若流体的密度是若流体的密度是，则体积流量，则体积流量Q Q与质量流量与质量流量M M的关系是的关系是:M=Q M=Q 或或 Q=M/Q=M/仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 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生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化1010时，液体的密度时，液体的密度变化约在变化约在1%1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场以内。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，温度每变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化1010，密度变化约为，密度变化约为3%3%。在常压附近，压力每变在常压附近，压力每变10kPa10kPa，密度也约变化，密度也约变化3%3%。因此，在测量气体。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2020、0.10133MPa(0.10133MPa(称标定状态称标定状态)或或00、0.10133MPa(0.10133MPa(称标准状态称标准状态)条件下的条件下的体积流量。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。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下表中列出了几种主要类型流量表(或称流量计或称流量计)的性能及适用场合。的性能及适用场合。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送3.1 差压式流量计差压式流量计差压式差压式(也称节流式也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广泛的流量计是使用历史最久，应用也最广泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它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它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与其流量有关而实现流量测量的。差与其流量有关而实现流量测量的。差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置(包括节流元件和取压装置包括节流元件和取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显示、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用。节用。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送节流现象及其原理节流现象及其原理流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图3-1所示。所谓节所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。下面以孔板为例说明节流原理。下面以孔板为例说明节流原理。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力力P1，的升高，的升高(即图中即图中P1P2)。此压力比管道中心处压力要大，即。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害流束收束最厉害(即流束最小截面即流束最小截面)的位置不在节流孔处，而是位于节的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后流孔之后(即图中截面即图中截面处处)，并随流量大小而变化。以上就是流体流，并随流量大小而变化。以上就是流体流经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低大，因此静压力也就较原来为低(即图中即图中P2P1)。故节流元件入口侧。故节流元件入口侧的静压的静压P1比其出口侧的静压比其出口侧的静压P2大，即在节流元件前后产生压差大，即在节流元件前后产生压差P。节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用“+”标记；节流元件标记；节流元件后流体静压力较低，常称为负压，并用后流体静压力较低，常称为负压，并用“”标记。并且流量愈大，标记。并且流量愈大，流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即P也愈大。所以只也愈大。所以只要测出元件前后的压力差要测出元件前后的压力差P就可求得流经节流元件的流体流量。这就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理。就是节流装置测量流量基本原理。仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式式中式中一流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面积一流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面积之比之比m；雷诺数；雷诺数Re、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有关。可从、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有关。可从有关手册查得有关手册查得膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数数m等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液体来说，常等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液体来说，常取取=1;A。节流元件的开孔截面积节流元件的开孔截面积;P节流元件前后实际测得的静压差节流元件前后实际测得的静压差;1节流元件前流体密度节流元件前流体密度Q=A0 2P 1M=A0 21P仪控部仪控部3、流量的测量与变送流量的测量与变送 在计算时，如果把在计算时，如果把Ao用用/4d2表示，表示，d为工作温度下孔板孔口直径，为工作温度下孔板孔口直径，单位为单位为mm，而，而P以以Mpa为单位，则上述基本流量方程式可换算为实为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计算公式，即：用流量计算公式，即：式中式中0.3998=360010-6/42。以上流量公式表明，当以上流量公式表明，当d等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用到测量实际生产中的流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。采用这种流量计能否达到准确测量的前提。因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于来逐渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的程的30%以下。以下。Q=0.003998d2 P 1M=0.003998d2 1P仪控部仪控部4、液位的测量与变送液位的测量与变送在石油化工生产中，常遇到测量容器中介质的液位和在石油化工生产中，常遇到测量容器中介质的液位和界面的位置问题，液位测量是这个问题的一个方面。一般界面的位置问题，液位测量是这个问题的一个方面。一般液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器里液位测量有两种目的：一种是通过液位测量来确定容器里的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预先的原料或产品的数量，以保证生产过程中各环节得到预先计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位测计划好的原料用量或进行经济核算；另一种是通过液位测量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制容量，了解液位是否在规定范围内，以便及时监视或控制容器液位，保证安全生产以及产品的质量和数量。器液位，保证安全生产以及产品的质量和数量。由于各种被测介质的性质不同，各种生产设备的操作由于各种被测介质的性质不同，各种生产设备的操作条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满足条件也不同，所以需要各种各样的液位测量仪表，以满足生产的不同需要，下表列出了各种液位测量仪生产的不同需要，下表列出了各种液位测量仪表的主要特表的主要特点和应用场合。点和应用场合。仪控部仪控部4、液位的测量与变送液位的测量与变送 仪控部仪控部4、液位的测量与变送液位的测量与变送4.1浮筒式液位计浮筒式液位计 浮筒式液位计是一种应用浮力原理测量液位浮筒式液位计是一种应用浮力原理测量液位的仪表。利用浮筒浸沉在被测液体中，当液位变的仪表。利用浮筒浸沉在被测液体中，当液位变化时，浮筒被浸没程度不同，浮筒所受浮力也不化时，浮筒被浸没程度不同，浮筒所受浮力也不同。只要测出浮力的变化，液位的高低便确定了。同。只要测出浮力的变化，液位的高低便确定了。它主要由浮筒、杠杆、扭力臂及芯轴等组成。浮它主要由浮筒、杠杆、扭力臂及芯轴等组成。浮筒垂直地悬挂在杠杆的一端，杠杆的另一端与扭筒垂直地悬挂在杠杆的一端，杠杆的另一端与扭力管、芯轴的力管、芯轴的B端垂直地固定在一起，并由固定端垂直地固定在一起，并由固定在外壳上的支点所支撑。扭力管的在外壳上的支点所支撑。扭力管的A端通过法兰端通过法兰固定在仪表外壳上，芯轴的另一端为自由端，用固定在仪表外壳上，芯轴的另一端为自由端，用来输出角位移。来输出角位移。仪控部仪控部4、液位的测量与变送液位的测量与变送 仪控部仪控部4、液位的测量与变送液位的测量与变送当液位低于浮筒时，浮筒的全部重量作用在杠杆上，当液位低于浮筒时，浮筒的全部重量作用在杠杆上，因而作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管带动芯轴扭因而作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管带动芯轴扭转的角位移也最大转的角位移也最大(约约7。)。