【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)當(dāng)指出，流體的密度是隨工況參數(shù)而變化的。對(duì)于液體，由于壓力變化對(duì)密度的影響很小，一般可以忽略不計(jì)；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，則應(yīng)引起注意。不過(guò)一般溫度每變化 10℃ 時(shí)，液體的密度變化約在 1%以?xún)?nèi)。所以，除溫度變化較大，測(cè)量準(zhǔn)確度要求較高的場(chǎng)合外，往往也可以忽略不計(jì)。對(duì)于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化 10℃ ，密度變化約為 3%。在常壓附近，壓力每變 10kPa，密度也約變化 3%。因此，在測(cè)量氣體體積流量時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量氣體的溫度和壓力，并將工作狀態(tài)下的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量。所謂標(biāo)準(zhǔn)體積流量，在工業(yè)上是指 20℃ 、(稱(chēng)標(biāo)定狀態(tài) )或 0℃ 、 (稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) )條件下的體積流量。在儀表計(jì)量上多數(shù)以標(biāo)定狀態(tài)條件下的體積流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量 。 流量測(cè)量的方法和儀表種類(lèi)繁多，其測(cè)量原理和儀表的結(jié)構(gòu)形式各不相同。針對(duì)石油化工生產(chǎn)過(guò)程的不同要求，采用不同的流量?jī)x表。下表中列出了幾種主要類(lèi)型流量表 (或稱(chēng)流量計(jì) )的性能及適用場(chǎng)合。 儀控部 流量的測(cè)量與變送 儀控部 流量的測(cè)量與變送 差壓式流量計(jì) 差壓式 (也稱(chēng)節(jié)流式 )流量計(jì)是使用歷史最久，應(yīng)用也最廣泛的一種流量測(cè)量?jī)x表，同時(shí)也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測(cè)量?jī)x表之一。它是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。 差壓式流量計(jì)通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置 (包括節(jié)流元件和取壓裝置 )、導(dǎo)壓管和差壓計(jì)或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)，常通過(guò)差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，以供顯示、調(diào)節(jié)用。 儀控部 流量的測(cè)量與變送 節(jié)流現(xiàn)象及其原理 流體在有節(jié)流元件的管道中流動(dòng)時(shí)，在節(jié)流元件前后的管璧處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱(chēng)為節(jié)流現(xiàn)象，如圖 31所示。所謂節(jié)流裝置就是設(shè)置在管道中能使流體產(chǎn)生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱(chēng)。應(yīng)用最廣泛的節(jié)流元件是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。下面以孔板為例說(shuō)明節(jié)流原理。 儀控部 流量的測(cè)量與變送 下圖表示在孔板前后流體的流速與壓力的分布情況： 儀控部 流量的測(cè)量與變送 沿管道軸向連續(xù)地向前流動(dòng)的流體，由于遇到節(jié)流元件的阻擋，使靠近管壁處的流體受到的阻擋作用最強(qiáng)，因而使其一部分動(dòng)壓能轉(zhuǎn)化成靜壓能，于是就出現(xiàn)了節(jié)流元件入口端面靠近管壁處的流體靜壓力 P1，的升高 (即圖中 P1＞ P2)。此壓力比管道中心處壓力要大，即在節(jié)流元件入口端面處產(chǎn)生一徑向壓差。這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)的流向就與管道中心軸線(xiàn)相傾斜，形成了流束的收縮運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于流體運(yùn)動(dòng)的慣性，使得流束收束最厲害 (即流束最小截面 )的位置不在節(jié)流孔處，而是位于節(jié)流孔之后 (即圖中截面 Ⅱ 處 )，并隨流量大小而變化。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時(shí)，流束為什么產(chǎn)生收縮的原因。 儀控部 流量的測(cè)量與變送 由于節(jié)流元件的阻擋造成了流束的局部收縮，同時(shí)，又因流體始終處于連續(xù)穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，因此在流束截面最小處的流速達(dá)到最大。根據(jù)伯努利方程式和位能、動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化原理，在流束截面最小處的流體靜壓力最低，同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來(lái)增大，因此靜壓力也就較原來(lái)為低 (即圖中 P2P1)。故節(jié)流元件入口側(cè)的靜壓 P1比其出口側(cè)的靜壓 P2大，即在節(jié)流元件前后產(chǎn)生壓差 ΔP。節(jié)流元件前流體壓力較高，常稱(chēng)為正壓，并用“ +”標(biāo)記；節(jié)流元件后流體靜壓力較低，常稱(chēng)為負(fù)壓，并用“ — ”標(biāo)記。并且流量愈大，流束局部收縮和位能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)化也愈顯著，即 ΔP也愈大。所以只要測(cè)出元件前后的壓力差 ΔP就可求得流經(jīng)節(jié)流元件的流體流量。這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量基本原理。 儀控部 流量的測(cè)量與變送 流量基本方程式是用來(lái)闡明流量與壓差之間的定量關(guān)系。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程式利連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即式 式中 α一流量系數(shù)。它與節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、孔口截面積之比 m；雷諾數(shù) Re、孔口邊緣尖銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)。可從有關(guān)手冊(cè)查得 ε—— 膨脹校正系數(shù)。它與孔板前后壓力的相對(duì)變化量、介質(zhì)的等熵指數(shù) m等有關(guān)。也可從有關(guān)手冊(cè)查得。但對(duì)不可壓縮的液體來(lái)說(shuō)，常取 ε=1。 A。 —— 節(jié)流元件的開(kāi)孔截面積 。 ΔP —— 節(jié)流元件前后實(shí)際測(cè)得的靜壓差 。 ρ1———— 節(jié)流元件前流體密度 Q=αεA0 2ΔP ρ1 M=αεA0 √ 2ρ1ΔP 儀控部 流量的測(cè)量與變送 在計(jì)算時(shí)，如果把 Ao用 π/4d2 表示， d為工作溫度下孔板孔口直徑，單位為 mm，而 ΔP以 Mpa為單位，則上述基本流量方程式可換算為實(shí)用流量計(jì)算公式，即： 式中 =3600 106 π/4 √2。 以上流量公式表明，當(dāng) αερ d等均為常數(shù)時(shí)，流量與壓差的平方根成正比。因此，由理論推導(dǎo)得來(lái)的流量基本方程式，應(yīng)用到測(cè)量實(shí)際生產(chǎn)中的流體流量時(shí)，公式中各系數(shù)應(yīng)能滿(mǎn)足在測(cè)量條件下的相對(duì)穩(wěn)定，這是采用這種流量計(jì)能否達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的前提。 因?yàn)榱髁颗c壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計(jì)測(cè)量流量時(shí)，如果不加開(kāi)方器，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。起始部分的刻度很密，后來(lái)逐漸變疏。因此，在用差壓法測(cè)量流量時(shí)，被測(cè)流量值不應(yīng)接近于儀表刻度的下限值，否則誤差將會(huì)很大。一般不要讓流量計(jì)運(yùn)行在量程的 30%以下。 Q= ΔP ρ1 M= √ ρ1ΔP 儀控部 液位的測(cè)量與變送 在石油化工生產(chǎn)中，常遇到測(cè)量容器中介質(zhì)的液位和界面的位置問(wèn)題，液位測(cè)量是這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)方面。一般液位測(cè)量有兩種目的：一種是通過(guò)液位測(cè)量來(lái)確定容器里的原料或產(chǎn)品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)得到預(yù)先計(jì)劃好的原料用量或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；另一種是通過(guò)液位測(cè)量，了解液位是否在規(guī)定范圍內(nèi)，以便及時(shí)監(jiān)視或控制容器液位，保證安全生產(chǎn)以及產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 由于各種被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)不同，各種生產(chǎn)設(shè)備的操作條件也不同，所以需要各種各樣的液位測(cè)量?jī)x表，以滿(mǎn)足生產(chǎn)的不同需要，下表列出了各種液位測(cè)量?jī)x 表的主要特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。 儀控部 液位的測(cè)量與變送 儀控部 液位的測(cè)量與變送 浮筒式液位計(jì) 浮筒式液位計(jì)是一種應(yīng)用浮力原理測(cè)量液位的儀表。利用浮筒浸沉在被測(cè)液體中，當(dāng)液位變化時(shí)，浮筒被浸沒(méi)程度不同，浮筒所受浮力也不同。只要測(cè)出浮力的變化，液位的高低便確定了。它主要由浮筒、杠桿、扭力臂及芯軸等組成。浮筒垂直地懸掛在杠桿的一端，杠桿的另一端與扭力管、芯軸的 B端垂直地固定在一起，并由固定在外殼上的支點(diǎn)所支撐。扭力管的 A端通過(guò)法蘭固定在儀表外殼上，芯軸的另一端為自由端，用來(lái)輸出角位移。 儀控部 液位的測(cè)量與變送 儀控部 液位的測(cè)量與變送 當(dāng)液位低于浮筒時(shí)，浮筒的全部重量作用在杠桿上，因而作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管帶動(dòng)芯軸扭轉(zhuǎn)的角位移也最大 (約 7。 )。此時(shí)扭力管扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彈性反力矩與鈕力矩相平衡；當(dāng)液位高于浮筒下端時(shí)，作用在杠桿上的力為浮筒重量與浮筒所受浮力之差，因此，隨著液位的升高，扭力矩將減小，扭力管帶動(dòng)芯軸的扭角也相應(yīng)減小。在最高液位時(shí)，扭角最小 (約 2。 )。 由上可知，扭力管扭角的變化量即芯軸角位移的變化量Δθ與液位 H成比例，其關(guān)系如下 Δθ= KH 式中 K 轉(zhuǎn)換系數(shù)。 儀控部 液位的測(cè)量與變送 即液位愈高，扭角愈小。若將扭角通過(guò)芯軸變成擋板或霍爾片的位移，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣信號(hào)或電信號(hào)，這樣就構(gòu)成了氣動(dòng)或電動(dòng)轉(zhuǎn)換部分。 浮筒式液位變送器的輸出信號(hào)不僅與液位高度有關(guān)，而且還與被測(cè)介質(zhì)的密度有關(guān)。因此 對(duì)于同一液位高度，當(dāng)介質(zhì)種類(lèi)不同或因工藝操作條件變化使介質(zhì)密度改變時(shí)，儀表的測(cè)量結(jié)果是不相同的。 儀控部 液位的測(cè)量與變送 差壓式液位計(jì) 差壓式液位計(jì)是應(yīng)用差壓計(jì)或差壓變送器來(lái)測(cè)量變送器液位的，是目前應(yīng)用得最廣泛的一種液位測(cè)量?jī)x表。差壓式液位汁是利用容器內(nèi)液位改變時(shí)，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如圖所示。 + H P氣 P液 Q入 P出 排污 當(dāng)差壓變送器的一端接液相，另 一端接氣相時(shí)根據(jù)流體靜力學(xué)原理， 我們知道，變送器正壓室受到的壓力 為： Pl=P氣 十 Hρg 式中 H 液位高度 。 ρ 介質(zhì)密度 。 g 重力加速度 。 P氣 氣相壓力。 圖 43 差壓變送器測(cè)量液位示意圖 儀控部 液位的測(cè)量與變送