【正文】 上位機(jī)同時(shí)建立通訊關(guān)系。 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能： 數(shù)據(jù)的采集：流量積算儀的數(shù)據(jù)采集與智能調(diào)節(jié)儀的數(shù)據(jù)采集類似，輸入信號規(guī)格只能是1～5VDC變送器信號，只是參數(shù)設(shè)置不同，具體參數(shù)介紹，詳見使用說明書。第五章 傳感器工作原理認(rèn)識及使用實(shí)驗(yàn)本章節(jié)實(shí)驗(yàn)所涉及內(nèi)容，主要完成對裝置中檢測元件的認(rèn)識和使用實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)如何通過傳感器、變送器和二次儀表的配合使用，完成對相關(guān)參數(shù)的具體測量、輸出和顯示，并送到上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。流量檢測 流量的概念和單位流體的流量是指在短暫時(shí)間內(nèi)流過某流通截面的流體數(shù)量與通過時(shí)間之比，該時(shí)間足夠短以致可認(rèn)為在此期間的流動是穩(wěn)定的。流體數(shù)量以體積表示稱為體積流量，流體數(shù)量以質(zhì)量表示稱為質(zhì)量流量。體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為： （53）流體在流通截面上各點(diǎn)的速度是不均勻的，存在一定的速度分布，所以上式中流體平均流速的概念只是一個(gè)數(shù)學(xué)定義。在某段時(shí)間內(nèi)流體通過的體積或質(zhì)量總量稱為累積流量或流過總量，它是體積流量或質(zhì)量流量在該段時(shí)間中的積分，表示為： （55） （56）式中為體積流量；為質(zhì)量總量；為測量時(shí)間。本套裝置中流量計(jì)分為電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量計(jì)，三種流量檢測元件都是工業(yè)上的較多的典型應(yīng)用產(chǎn)品，因測量原理和檢測元件的差異，它們各有優(yōu)勢。在國際單位制中，定義1牛頓力垂直均勻地作用在1平方米面積上所形成的壓力為1“帕斯卡”，簡稱“帕”，符號為Pa。本套裝置中壓力傳感器較多有擴(kuò)散硅壓力變送器2支、差壓擴(kuò)散硅變送器1支、電容式壓力變送器1支、電容式差壓變送器1支，其中有通過液位高度產(chǎn)生的重力和大氣壓力之和產(chǎn)生的液位壓力的測量，也有直接測量水壓的壓力變送器。溫度檢測：溫度反映物體的冷熱程度，是物體分子運(yùn)動平均動能大小的標(biāo)志。溫度測量原理就是選擇合適的物體作為溫度敏感元件，其某一物理性質(zhì)隨溫度而變化的特性為已知，通過溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關(guān)的物理量，即可確定被測對象的溫度。熱電阻測溫的優(yōu)點(diǎn)是信號可以遠(yuǎn)傳、靈敏度高、無需參比溫度。其缺點(diǎn)是需要電源激勵(lì)、有自熱現(xiàn)象，影響測量精度。本套裝置中共設(shè)有3個(gè)溫度測試點(diǎn)，一路PT100和一路Cu50共同測量復(fù)合加熱水箱加溫桶的溫度；還有一路PT100為配合環(huán)室節(jié)流裝置的流量測量而安裝在管道上，主要為了測量被輸送的介質(zhì)水的溫度。電磁流量計(jì)基于電磁感應(yīng)原理，導(dǎo)電流體在磁場中垂直于磁力線方向流過，在流通管道兩測的電極上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與流體速度有關(guān)，通過測量此電勢可求得流體流量。當(dāng)儀表結(jié)構(gòu)參數(shù)確定之后，感應(yīng)電勢與流速成對應(yīng)關(guān)系，則流體體積流量可以求得。 電磁流量計(jì)的組成：電磁流量計(jì)的測量主體由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極和調(diào)整轉(zhuǎn)換裝置等組成。導(dǎo)管外圍的激磁線圈用來產(chǎn)生交變磁場。電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換部分的輸出電流與平均流速成正比。電磁流量計(jì)測量導(dǎo)電流體的電導(dǎo)率一般要求，因此不能測量氣體，蒸汽和電導(dǎo)率低的石油流量。安裝地點(diǎn)應(yīng)盡量避免劇烈振動和交直流強(qiáng)磁場。要確保流體、外殼、管道間的良好接地和良好點(diǎn)接觸。其測量準(zhǔn)確度受導(dǎo)管的內(nèi)壁，特別是電極附近結(jié)垢的影響，應(yīng)注意維護(hù)清洗。 電磁流量計(jì)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：本套裝置可采用容積法對電磁流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)，重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)流量計(jì)校核的操作過程。因水箱需采集液位，所以水箱中間有一個(gè)緩沖槽，該緩沖槽和水箱由下半部打孔的隔板分開，且緩沖槽作為液位水箱的一部分用來儲存液體水。下圖所示為液位水箱容積法校驗(yàn)流程圖。圖511 電磁流量計(jì)校驗(yàn)流程圖進(jìn)行校驗(yàn)的方法有動態(tài)校驗(yàn)法和停止校驗(yàn)法兩種。停止校驗(yàn)法是控制停止閥或切換機(jī)構(gòu)讓一定體積的液體進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)容器，測定開始流入到停止流入的時(shí)間間隔。根據(jù)電磁流量計(jì)的特性，～，所以盡量將待校驗(yàn)的流量值控制在這個(gè)范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求：① 畫出本實(shí)驗(yàn)對象系統(tǒng)方框圖；② 根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，計(jì)算出校驗(yàn)流量值；③ 根據(jù)校驗(yàn)流量值與實(shí)測電磁流量計(jì)瞬時(shí)流量值，計(jì)算并判斷電磁流量計(jì)的精度等級。 渦輪流量計(jì)的構(gòu)成和流量方程式：渦輪流量計(jì)殼體的結(jié)構(gòu)如圖所示：流量計(jì)主要由殼體、導(dǎo)流器、支承、渦輪和磁電轉(zhuǎn)換器組成，渦輪是測量元件，它由導(dǎo)磁系數(shù)較高的不銹鋼材料制成，軸芯上裝有數(shù)片呈螺旋形或直形的葉片，流體作用于葉片，使渦輪轉(zhuǎn)動。在導(dǎo)流件上裝有滾動軸承或滑動軸承，用來支撐轉(zhuǎn)動的渦輪。磁電感應(yīng)信號檢出器包括磁電轉(zhuǎn)換器和前置放大器，磁電轉(zhuǎn)換器由線圈和磁鋼組成，用于產(chǎn)生與葉片轉(zhuǎn)速成比例的電信號，前置放大器放大微弱電信號，使之便于遠(yuǎn)傳。渦輪流量計(jì)的流量方程式表示為： （512）式中為體積流量；為信號脈沖頻率；為儀表常數(shù)。在流量較小時(shí)，值隨流量增加而增大，只有流量達(dá)到一定值后近似為常數(shù)。渦輪流量計(jì)的顯示儀表是一個(gè)脈沖頻率測量和計(jì)數(shù)的儀表，根據(jù)單位時(shí)間的脈沖數(shù)和一段時(shí)間的脈沖計(jì)數(shù)，分別顯示瞬時(shí)流量和累積流量。它的測量精度較高，在小范圍內(nèi)誤差可以；由于儀表刻度為線性，范圍寬可達(dá)（10～20）:1；輸出頻率信號便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連；儀表有較寬的工作溫度范圍（200～400℃），可耐較高工作壓力（100MPa）。為保證被測介質(zhì)潔凈，表前應(yīng)裝過濾裝置。渦輪流量計(jì)缺點(diǎn)是制造困難，成本高。通常渦輪流量計(jì)主要用于測量精度要求高、流量變化快的場合，還用作標(biāo)定其他流量的標(biāo)準(zhǔn)儀表。 渦輪流量計(jì)的校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：，重點(diǎn)在于學(xué)習(xí)流量計(jì)校核的操作過程。② 熟悉校驗(yàn)的操作過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)施：化工自動化儀表實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線、秒表。推薦使用第一種方法，因?yàn)橐ＷC電磁流量計(jì)（）比渦輪流量計(jì)（1級）的精度高，需保證電磁流量計(jì)的使用流量范圍在滿刻度流量的1/3～4/5，最好能大于刻度流量的1/2，所以校驗(yàn)范圍受限，%。實(shí)驗(yàn)步驟：① 實(shí)驗(yàn)之前先將儲水箱中貯足水量，一般接近儲水箱容積的4/5,然后將閥F1F1F17全開，其余手動閥門關(guān)閉；② 將“渦輪流量計(jì)”的輸出對應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“0～5V/1～5V輸入”端，將智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“4～20mA輸出”端對應(yīng)接至“電動調(diào)節(jié)閥”的控制信號輸入端；③ 打開對象系統(tǒng)儀表控制箱的單相空氣開關(guān)，給所有儀表上電；④ 智能儀表Ⅰ基本參數(shù)設(shè)置：Sn=3DIP=0、dIL=0、dIH=1200、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；⑤ 手動控制電動調(diào)節(jié)閥開度到20%左右，打開離心泵電源，給水箱供水，通過調(diào)節(jié)液位水箱出水閥F17，最終使液位穩(wěn)定在30cm左右，注意不要低于隔板開孔的液位高度以下，觀察并記錄下此時(shí)穩(wěn)定的液位高度和渦輪流量計(jì)的瞬時(shí)流量值；⑥ 將水箱的出水閥F17關(guān)死，同時(shí)打開秒表進(jìn)行記時(shí)，在液位達(dá)到50cm的瞬間，關(guān)閉進(jìn)水閥F13，然后關(guān)閉離心泵，停止記時(shí)，觀察并紀(jì)錄此時(shí)的實(shí)際液位高度和秒表顯示的時(shí)間；⑦ 計(jì)算流量： （513） （514）S為水箱隔板開孔以上液位高度的水箱截面積，,可知: （515）⑧ 將校驗(yàn)流量值與瞬時(shí)流量值進(jìn)行比較,求出渦輪流量計(jì)的精度:l/h （516）⑨ 重復(fù)⑤、⑥、⑦、⑧步，將電動調(diào)節(jié)法的開度設(shè)置為30%、40%、50%、60%、70%、80%，分別計(jì)算渦輪流量計(jì)在不同流量范圍內(nèi)的精度等級。② 根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，計(jì)算出校驗(yàn)流量值。 孔板流量計(jì)的工作原理認(rèn)識和標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 孔板流量計(jì)的工作原理：孔板流量計(jì)又稱節(jié)流式流量計(jì)，節(jié)流式流量計(jì)可用于測量液體、氣體或蒸汽的流量。節(jié)流式流量計(jì)中產(chǎn)生差壓的裝置稱節(jié)流裝置，其主體是一個(gè)局部收縮阻力件，稱為節(jié)流元件，如下圖所示。節(jié)流式流量計(jì)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件；可靠性較高；復(fù)現(xiàn)性能好；適應(yīng)性較廣，它使用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計(jì)，裝置標(biāo)準(zhǔn)化?？装辶髁坑?jì)的節(jié)流元件為孔板，即中央開有圓孔的金屬板，將孔板垂直安裝在管路中，以一定取壓方式測取孔板前后兩端的壓差，并與差壓變送器相連，即構(gòu)成孔板流量計(jì)，如下圖所示：下圖中，流體在管路截面11’處流速為u1，繼續(xù)向前流動時(shí)，受節(jié)流元件的制約，流束開始收縮，其流速增加。流束截面最小處稱為縮脈（vena contracta）。圖531 孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖在流速變化的同時(shí)，流體的壓力也隨之發(fā)生變化。但在孔板出口處由于流通截面突然縮小與擴(kuò)大而形成渦流，消耗一部分能量，所以流量在33’截面的壓力p3不能恢復(fù)到原來的壓力p1，使p3p1。流量愈大，也就愈大，并存在對應(yīng)關(guān)系，因此通過測量孔板前后的壓差即可測量流量。如上圖所示，在11’截面和22’截面間列伯努利方程，若暫時(shí)不計(jì)流量損失，有+=+ （517）變形得 = （518）或 = （519）由于上式未考慮能量損失，實(shí)際上流體流經(jīng)孔板的能量損失不能忽略不計(jì)；另外，縮脈位置不定，未知，但孔口面積已知，為便于使用可用孔口速度替代縮脈速度；同時(shí)兩測壓孔的位置也不一定在11’和22’截面上，因此引入一校正系數(shù)C來校正上述各因素的影響，則上式變?yōu)?=C （519）根據(jù)連續(xù)性方程，對于不可壓縮性流體 （520）將上式代入式（519），整理得 （521）令 （522）則 （523） 根據(jù)即可計(jì)算流體的體積流量 （524）及質(zhì)量流量 （525）式中， 稱為流量系數(shù)，（flow coefficient）或孔流系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)測定。對于取壓方式、結(jié)構(gòu)尺寸、加工狀況均已規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)孔板，流量系數(shù)可以表示為 （526）式中，Re是以管路的內(nèi)徑計(jì)算的雷諾數(shù)，即Re= （527）對于按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格及精度制作的孔板，用角接取壓法安裝在光滑管路中的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，實(shí)驗(yàn)測得的與Re、的關(guān)系曲線可參考有關(guān)化工原理書籍。當(dāng)增大到一定界限值后，不再隨Re變化，成為一個(gè)僅取決于的常數(shù)。～。即先假設(shè)Re超過，由從圖中查得，然后根據(jù)式計(jì)算流量，再計(jì)算管路中的流速及相應(yīng)的Re。 孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，制作和安裝方便，其主要缺點(diǎn)是能量損失較大。如前所述，雖然流體經(jīng)管口后某一位置流速已恢復(fù)到流過孔板前的數(shù)值，但靜壓力卻不能恢復(fù)，產(chǎn)生了永久壓力降，此壓力降隨面積比的減小而增大。 孔板流量計(jì)的技術(shù)指標(biāo)： 詳見節(jié)流裝置技術(shù)資料。② 熟悉標(biāo)定的操作過程。實(shí)驗(yàn)設(shè)施：化工自動化儀表實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線、計(jì)算機(jī)、MCGS組態(tài)軟件、RS485/232轉(zhuǎn)換器。兩種方法中，第一種方法最好，因?yàn)槭褂么朔N方法可以標(biāo)定高精度的流量計(jì)，對于精度不高的孔板流量計(jì)也可以采用此種方法校驗(yàn)，但第二種方法亦可，因?yàn)樵诖笥?00ml/h時(shí)，可以保證電磁流量計(jì)在1級的精度范圍內(nèi)，在電磁流量計(jì)常用的流量范圍（滿刻度流量的1/3～4/5，最好能大于刻度流量的1/2）內(nèi)，所以遠(yuǎn)超過孔板流量計(jì)的精度，且方便快捷，推薦使用第二種方法。實(shí)驗(yàn)步驟：① 實(shí)驗(yàn)之前先將儲水箱中貯足水量，一般接近儲水箱容積的4/5；然后將閥F1F1F17全開，其余手動閥門關(guān)閉；② 將儀表控制箱中“電容式差壓變送器”的輸出對應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“0～5V/1～5V輸入”端，將智能調(diào)節(jié)儀Ⅰ的“4～20mA輸出”端對應(yīng)接至“電動調(diào)節(jié)閥”的控制信號輸入端；將“管道輸送介質(zhì)水溫Pt100”的輸出對應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀Ⅱ的“Pt100/Cu50輸入”端，將“電磁流量計(jì)”的輸出信號對應(yīng)接至流量積算儀的“0～5V/1～5V輸入”端； ③ 將對象的1通訊線（接有兩塊智能調(diào)節(jié)儀和一塊流量積算儀）經(jīng)RS485/232轉(zhuǎn)換器接至計(jì)算機(jī)的串口上，本工程初始化使用COM1端口通訊；打開對象系統(tǒng)儀表控制箱的單相空氣開關(guān)，給所有儀表上電；④ 智能儀表Ⅰ參數(shù)設(shè)置：Sn=3DIP=dIL=0、dIH=100、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1；智能儀表Ⅱ參數(shù)設(shè)置：Sn=2DIP=oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=2；流量積算儀參數(shù)設(shè)置：Sn=4，F(xiàn)DIH=1200，CF=0，Addr=3；⑤ 打開上位機(jī)軟件，選擇“化工儀表工程”，按“F5”進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，點(diǎn)擊“進(jìn)入實(shí)驗(yàn)工程”，然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)“主菜單”，選擇“實(shí)驗(yàn)二、孔板流量計(jì)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)”；⑥ 在實(shí)驗(yàn)界面中有“通訊成功”標(biāo)志，表示計(jì)算機(jī)已和三塊儀表建立了通訊關(guān)系；若顯示“通訊失敗”并閃爍，說明有儀表沒有與上位機(jī)通訊成功，檢查轉(zhuǎn)換器、通訊線以及計(jì)算機(jī)COM端口設(shè)置是否正確；⑦ 通訊成功后，本實(shí)驗(yàn)需要手動控制智能調(diào)節(jié)儀Ⅱ的輸出，以控制電動調(diào)節(jié)閥的開度改變管道流量的大小。實(shí)驗(yàn)報(bào)告及要求：① 畫出本實(shí)驗(yàn)對象系統(tǒng)