【正文】 與電容在電路申的作用相類似。氣容有定氣容 (氣室的容積是固定的)和變氣容(彈性氣室容積隨氣室里的壓力而變)兩種。常見的阻容耦合元件有節(jié)流盲室和節(jié)流通室，一般作為儀表的反饋環(huán)節(jié)，以獲得比例、積分、微分等調(diào)帶規(guī)律。3．噴嘴擋板機構(gòu) 噴嘴擋板機構(gòu)是氣動儀表中的氣動控制元件，它由恒氣阻、氣容和噴嘴擋板型變氣阻串聯(lián)而成，一般用符號 表示。噴嘴擋板機構(gòu)的作用是把擋板相對于噴嘴的微小位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號P背作為它 的輸出。但是這股氣流經(jīng)過恒氣阻時，由于恒節(jié)流孔孔徑很小，它將對壓縮空氣流造成很大的阻力，只有很少量的氣流經(jīng)恒節(jié)流孔進入背壓室。當(dāng)擋板靠近噴嘴時，氣阻增大，背壓室內(nèi)的氣體不易排出，則P背上升，反之，擋板離開噴嘴時，氣阻減小，背壓室內(nèi)氣體容易排出，則P背下降。噴嘴擋板之間距離h不同，就有不同的P背，從而在一定的位移范圍內(nèi)(h的上限值不超過噴呀內(nèi)徑的四分之一，)，完成了把擋板的微小位移轉(zhuǎn)換成氣壓信號的任務(wù)。由圖29可以看出，h和P背之間的關(guān)系是非線性的，一般工作在中間區(qū)段 (相當(dāng)于P背為25~130kPa之間)時，近似可以認為是線性的。 4．功率放大器 控制元件將擋板的微小位移轉(zhuǎn)換成氣壓信號，但是由于受恒節(jié)流孔直徑很小 ()的限制，輸出流量很小，所以輸出的氣壓信號功率很小。所謂氣動功率是指壓力和流量的乘積。功率放大器一般用符號 表示。測量部分是將被測壓力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的測量力，再由氣動轉(zhuǎn)換部分將測量力成比例地轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一氣壓信號20~1OOkPa輸出。變送器是采用力短平衡原理工作的，其動作過程如下：被測壓力引至測量波紋管，對主杠桿下端產(chǎn)生一個推力（測量力），于是產(chǎn)生使主杠桿圍繞密封膜片的中心作逆時針方向偏轉(zhuǎn)的測量力矩，當(dāng)主杠桿作逆時針方向偏轉(zhuǎn)時，帶動擋板向噴嘴靠攏，噴嘴背壓就上升，經(jīng)放大器放大后即為壓力變送器的輸出，同時，輸出壓力進入反饋波紋管，產(chǎn)生一個反饋力推動副杠桿以量程螺母為支點作順時針偏轉(zhuǎn)，使擋板離開噴嘴，這種相反的作用，直至反饋力矩和測量力矩相等時，杠桿就處于平衡狀態(tài)，擋板和噴嘴間距離不再變化，變送器就穩(wěn)定地輸出一個與被測壓力或比例的氣壓信號。第三節(jié) 壓力測量儀表的選用與安裝 為使石油化工生產(chǎn)中的壓力測量和控制達到經(jīng)濟、合理和有效，正確選用、正確安裝壓力測量儀表是十分重要的。并確定是否需要帶有遠傳、報警等附加裝置。1．類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工藝生產(chǎn)的要求。普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有采用碳鋼，而氨用壓力表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓力表禁油。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污的壓力表測量氧氣壓力時，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認真檢查直到無油污為止。對于彈性式壓力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程的上限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。為了保證測量的準(zhǔn)確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限值 ，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應(yīng)不低于量程的1/3。3．精度級的選取 儀表的精度主妥是根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定的。下面通過一個例子來說明壓力表的選用。工藝要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力麥，指出型號、精度級和測量范圍。由于25/60＞1/3故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。至此，可以確定，選用的壓力表為YXC一l50型電接點壓力表，量程為0~6OMPa。1．測壓點的選擇 選擇測壓點的原則是應(yīng)使所選測壓點能反映被測壓力的真實情況。(1)測壓點要選在被測介質(zhì)作直線流動的直管段上，不可選在拐彎、分岔、死角或能形成旋渦的地方。(3)測量液體壓力時，取壓點最好水平取壓，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣體；當(dāng)測量氣體壓力時，取壓點應(yīng)在管道上方，使導(dǎo)壓管內(nèi)不會積存液體。（1）導(dǎo)壓管粗細要合適，一般內(nèi)徑為6~10mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲延。(3)如果被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，應(yīng)加裝保溫伴熱管。3．壓力表的安裝要求如下。安裝地點應(yīng)力求避免振動?？傊?，針對被測介質(zhì)的不同性質(zhì)，要采取相應(yīng)的防熱、防腐、防凍、防堵等措施。而壓力表與取壓口又不在同一高度時，見圖211(C)，對由此高度差而引起的測量誤差應(yīng)按△P=177。式中H為高度差。(4)壓力表的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力高低 和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)材料，作為密封墊片，以防泄漏。但測量氧氣壓力時，不能使用浸油墊片及有機化合物墊片；測量乙炔壓力時，不能使用銅墊片，因它們均有發(fā)生爆炸的危險。閥門應(yīng)裝在靠近取壓口的地方，如圖211所示。11112111311141111111211131114111211141111111（c）壓力表位于生產(chǎn)設(shè)備之下（a）測量蒸汽（b）測量有腐蝕性介質(zhì)圖211壓力表安裝示意圖 壓力表 截止閥 隔離罐 工藝管線 ρ1被測介質(zhì)密度 ρ隔離液密度 隔閡1111211131114111ρ1ρ2ρ2ρ1第三章 流量的測量和變送第一節(jié) 概 述在石油化工生產(chǎn)過程中，為了有效地進行生產(chǎn)操作和控制，經(jīng)常需要測量生產(chǎn)過程中各種介質(zhì) (如液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。所以，對管道內(nèi)介質(zhì)流量的測量和變送是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制以及進行經(jīng)濟核算所必需的。 流量的計量單位如下: 表示體積流量的單位常用立方米每小時 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等；表示質(zhì)量流量的單位常用噸每小時 (t/h)、千克每小時 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等?？偭坑址Q累積流量。對于液體，由于壓力變化對密度的影響很小，一般可以忽略不計；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，則應(yīng)引起注意。所以，除溫度變化較大，測量準(zhǔn)確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。在常壓附近，壓力每變10kPa，密度也約變化3%。所謂標(biāo)準(zhǔn)體積流量，在工業(yè)上是指20℃、 (稱標(biāo)定狀態(tài))或0℃、 (稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))條件下的體積流量。流量測量的方法和儀表種類繁多，其測量原理和儀表的結(jié)構(gòu)形式各不相同。表31中列出了幾種主要類型流量表 (或稱流量計)的性能及適用場合。它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實現(xiàn)流量測量的。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號，常通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號或氣信號，以供顯示、調(diào)節(jié)用。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。下面以孔板為例說明節(jié)流原理。沿管道軸向連續(xù)地向前流動的流體，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，因而使其一部分動壓能轉(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)。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)點的流向就與管道中32心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運動。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時，流束為什么產(chǎn)生收縮的原因。根據(jù)伯努利方程式和位能、動能的相互轉(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，由于流速已比原來增大，因此靜壓力也就較原來為低 (即圖中P2P1)。節(jié)流元件前流體壓力較高，常稱為正壓，并用“+”標(biāo)記；節(jié)流元件后流體靜壓力較低，常稱為負壓，并用“—”標(biāo)記。所以只要測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。從圖32可以看出，由于孔板端面處，流通截面突然縮小與擴大，使流體形成局部渦流，要消耗一部分能量，同時流體流經(jīng)孔板時，要克服摩擦力，所以流束恢復(fù)到截面Ⅲ后，流體的靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值P。應(yīng)當(dāng)指出：在相同的流體流量下，不同的取壓點所測得的壓差ΔP的大小是不相同的，所以，流量與壓差間的關(guān)系，與取壓點位置的選擇即取壓方式是緊密相關(guān)的。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程式連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即式Q=αεA02ΔPρ1　M=αεA0√2ρ1ΔP 式中 α一流量系數(shù)?？蓮挠嘘P(guān)手冊查得 ε—— 膨脹校正系數(shù)。也可從有關(guān)手冊查得。 A。 ΔP —— 節(jié)流元件前后實際測得的靜壓差。以上流量公式表明，當(dāng)αερ d等均為常數(shù)時，流量與壓差的平方根成正比。因為流量與壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計測量流量時，如果不加開方器，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。因此，在用差壓法測量流量時，被測流量值不應(yīng)接近于儀表刻度的下限值，否則誤差將會很大。表32中列出了流量范圍的選用要求。因此，國內(nèi)外已把幾種最常用的節(jié)流裝置:孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱之為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。所謂“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”，就是它們的結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件都有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)計算數(shù)據(jù)都經(jīng)系統(tǒng)試驗而有統(tǒng)一圖表。在同一流量下，當(dāng)取壓位置不同時，所測得差壓也不同。所謂角接取壓是指上、下游取壓孔位于孔板(噴嘴也相同)的前、后端面處。節(jié)流元件上、下游的靜壓力分別由前夾緊環(huán)或前環(huán)室和后夾緊環(huán)或后環(huán)室取出，見圖33所示。在夾緊環(huán)或環(huán)室的外圓表面上，刻有表示安裝方向的符號(十、一)、出廠編號、安裝位號和管道內(nèi)徑D的設(shè)計尺寸值。法蘭取壓是指上、。法蘭的外圓表面上也刻有表示安裝方向的符號、出廠編號、安裝位號和管道內(nèi)徑的設(shè)計尺寸值。為此，我國國家標(biāo)準(zhǔn)新規(guī)定增加標(biāo)準(zhǔn)測量管作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的一個組成部分，以代替靠近節(jié)流元件前后的35管段，上游側(cè)長10D，下游側(cè)長5D，內(nèi)徑等于被測管道內(nèi)徑。標(biāo)準(zhǔn)測量管前后配有聯(lián)接法蘭，為了保證同心，將聯(lián)接法蘭焊接到管道上后，再進行內(nèi)表面加工。節(jié)流裝置的選用 選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時，應(yīng)根據(jù)被測流體流量測量的條件和要求， 結(jié)合各種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的特點，從測量精度要求、允許壓力損失大小、必要與可能給出的直管段長度、被測流體的物理化學(xué)性質(zhì) (如腐蝕、臟污等)、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價格的高低、 安裝是否方便等幾方面綜合考慮。(1)當(dāng)要求壓損較小時，可采用噴嘴，文丘里管。 （3）在流量值和壓差值都相同的條件下，使用噴嘴有較高的測量精度，且所需的直管段長度也較短。造價高低也與此相應(yīng)。 (5)如被測介質(zhì)是高溫、高壓的，則可選用孔板和噴嘴。節(jié)流裝置的安裝使用， 在安裝和使用節(jié)流裝置時，應(yīng)符合下列條件。例如在節(jié)流裝置前后長度為2D的一段管道的內(nèi)壁上，不應(yīng)有任何突出部分或明顯的粗糙不平現(xiàn)象；在節(jié)流裝置的直管段前面如有各種閥門、彎頭等局部阻力時，必須保證在節(jié)流裝置前后的直管段長度能滿足設(shè)計要求的范圍內(nèi)。(3)被測流體應(yīng)充滿全部管道截面連續(xù)流動。(5)被測流體在通過節(jié)流裝置時應(yīng)不發(fā)生相變。當(dāng)流過節(jié)流裝置的流體出現(xiàn)氣液混相時，將會使測量造成很大誤差。3．現(xiàn)在許多風(fēng)、水的測量都采用了勻帶管測量，對勻束管的前后直管段也有要求，如表34所示表34勻束管所要求最短直管段長度第三節(jié) 電容式差壓變送器節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的壓差大小，這個壓差信號經(jīng)導(dǎo)壓管接到差壓變送器，實現(xiàn)流量的檢測和變送，差壓變送器分為氣動和電動兩大類，這里我們僅介紹在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用較多的電容式差壓變送器。也可測量和變送差壓、壓力、液位等工藝參數(shù)。1．電容式差壓變送器的結(jié)構(gòu)原理 電容式差壓變送器包括電容式感壓組件部分和轉(zhuǎn)換放大電路部分，后者殼體內(nèi)裝有現(xiàn)場指示麥。電容式感壓組件的結(jié)構(gòu)如圖 2—18 所示。內(nèi)充硅油或氟油，用以傳遞壓力。電極引線通過接線柱與轉(zhuǎn)換放大電路相連。 ΔSS0S0S2S1圖36膜片位移原理圖設(shè)中心感壓測量膜片與兩邊固定電極之間的距離分別為S1和S2。當(dāng)有差壓輸入，即ΔP≠O時，如上所述，測量膜片產(chǎn)生位移ΔS。 S2=S0ΔSC1=εAS1　εAS0+ΔS　=C2=εAS2　εAS0ΔS　=測量膜片與其兩邊弧形固定電極構(gòu)成的電容C1和C2，可近似地看成是平板電容器，其電容量分別為式中：ε——極板間介質(zhì)的介電常數(shù)A——固定極板的面積。兩電容量之差為 1S0+ΔS　——1S0ΔS　ΔC=C2C1=εA（ ）說明兩電容的差值與測量膜片的位移ΔS成非線佳關(guān)系。若將變送器輸入差壓ΔP與中心感壓測量膜片位移ΔS的關(guān)系表示為，ΔS=K1ΔP 式28式中，K1為由膜片材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)所確定的系數(shù)。2．電容式差壓變送器的使用特點 電容式差壓變送器由于采用微位移式工作原理，并采用差動電容作為檢測元件，故整個變送器無機械傳動部件。因此，其結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、動態(tài)性能好；具有高精度(%)、高穩(wěn)定性、高可靠性，高抗振性等優(yōu)點。 電容式差壓變送器的產(chǎn)品型號有，引進技術(shù)、國內(nèi)生產(chǎn)的1151系列、3051系列和FC系列等。第四節(jié) 差壓式流量計使用中的測量誤差分析 差壓式流量計在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達10~20%。出此可知，當(dāng)用差壓式流量計進行流量測量時，不僅需要合理選型、準(zhǔn)確的設(shè)計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護和符合使用條件等，才能保證它有足夠的測量精度。1．被測流體工作狀態(tài)的變動 如果實際使用時被測流體的工作狀態(tài)(溫度、壓力、濕度)以及相應(yīng)的流體成分、粘度、雷諾數(shù)等參數(shù)數(shù)值，偏離設(shè)計值而未加修正，則會造成原來由差壓計算得到的流量值與實際的流量值之間有較大的誤差。2．節(jié)流裝置安裝不正確 在