現場儀錶四大參數的測量原理及分類

現場儀錶測量參數的分類：　　現場儀錶測量參數一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數。 下面就著重介紹一下這四大參數的測量原理，以及測量這四大參數所運用的儀錶。　　1、 溫度的測量與變送　　溫度是化工生產中既普遍而又十分重要的參數之一。任何一個化工生產過程，都伴隨著物質的物理和化學性質的改變，都必然有能量的轉化和交換，而熱交換則是這些能量轉換中最普遍的交換形式。因此，在很多煤化工反應的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應過程正常進行與安全運行的重要環節；它對產品產量和質量的提高都有很大的影響。　　溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同，測溫儀錶可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與被測介質直接接觸，後者的感溫元件卻不與被測介質相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由於測溫元件要與被測介質接觸進行充分的熱交換才能達到熱平衡，因而產生了滯後現象，而且可能與被測介質產生化學反應；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀錶不能應用於很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀錶不與被測介質接觸，因而其測溫範圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由於它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質的溫度場，測溫速度也較快，但是這種方法受到被測介質至儀錶之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質的影響，因此測量量精度較低。　　2、 壓力的測量與變送　　壓力測量儀錶的品種，規格甚多。常用的壓力測量方法和儀錶有：通過液體產生或傳遞壓力來平衡被測壓力的平衡法。屬於應於這類方法的儀錶有液柱式壓力計和活塞式壓力計；將被測壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉換成一個集中力，並在測量過程中用一個外界力（如電磁力或氣動力）來平衡這個未知的集中力，然後通過對外界力的測量而得知被測壓力的機械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬於應用此法的例子；根據彈性元件受壓後產生彈性變型的大小來測量彈性力平衡法。屬於這類應用方法的儀錶很多，若根據所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機械和電子元件將被測壓力轉換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測量的電測法。例如電容式、電阻式、電感式、應變片式和霍爾片式等變送器應於此法的壓力測量儀錶。　　目前，石油化工生產中應用中廣泛的一種壓力測量儀錶是彈性元件。根據測壓範圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測介質壓力的作用下，彈性元件發生彈性變型，而產生相應的位移，能過轉換位置，可將位移轉換成相應的電信號或氣信號，以遠傳顯示，報警或調節用。　　它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測壓力的輸入端。當由它的固定端A通入被測壓力P後，由於呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨於圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產生向外挺直的擴張變形，使自由端B發生位移。此時彈簧管的中心角γ要隨即減小Δγ，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應於某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉杆使扇形齒輪作逆時針偏轉，使固定在中心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉，從而在面板的刻度標尺上顯示出被測壓力的數值。由於彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對變化值Δγ/γ與被測壓力P之間具有比例關係，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是均勻的。　　3、 流量的測量與變送　　在化工生產過程中，為了有效地進行生產操作和控制，經常需要測量生產過程中各種介質 (如液體、氣體和蒸汽等)的流量，以便為生產操作和控制提供依據。同時，為了進行經濟核算，也需要知道在一般時間 (如一班、一天等)內流過的介質總量。所以，對管道內介質流量的測量和變送是實現生產過程的控制以及進行經濟核算所必需的。　　在工程上，流量是指單位時間內流過管道某一截面的流體的體積或質量，即瞬時流量。　　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。　　若流體的密度是ρ，則體積流量Q與質量流量M的關係是:　　M=Qρ 或 Q=M/ρ　　應當指出，流體的密度是隨工況參數而變化的。對於液體，由於壓力變化對密度的影響很小，一般可以忽略不計；但因溫度變化所產生的影響，則應引起注意。不過一般溫度每變化10℃時，液體的密度變化約在1%以內。所以，除溫度變化較大，測量準確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。對於氣體，由於密度受溫度、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，在測量氣體體積流量時，必須同時測量氣體的溫度和壓力，並將工作狀態下的體積流量換算成標準體積流量。所謂標準體積流量，在工業上是指20℃、0.10133MPa(稱標定狀態)或0℃、0.10133MPa (稱標準狀態)條件下的體積流量。在儀錶計量上多數以標定狀態條件下的體積流量為標準體積流量。　　流量測量的方法和儀錶種類繁多，其測量原理和儀錶的結構形式各不相同。針對石油化工生產過程的不同要求，採用不同的流量儀錶。下表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。　　4、 液位的測量與變送　　即液位愈高，扭角愈小。若將扭角通過芯軸變成擋板或霍爾片的位移，並轉換成相應的氣信號或電信號，這樣就構成了氣動或電動轉換部分。 　　浮筒式液位變送器的輸出信號不僅與液位高度有關，而且還與被測介質的密度有關。因此 對於同一液位高度，當介質種類不同或因工藝操作條件變化使介質密度改變時，儀錶的測量結果是不相同的。 　　差壓變送器負壓室壓力P2=P氣，則正負壓室的差壓為： 　　ΔP=P1-P2　　通常，被測介質的密度是已知的。因此，測得差壓值就能知道液位高度。　　若被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓力，則差壓變送器的負壓室通大氣就可以了，這時也可用壓力變送器或壓力計來直接測量液位的高低。圖示容器是受壓的，則將負壓室與容器氣相相連接，以平衡氣相壓力的靜壓作用。　　為了解決測量具有腐蝕性或含有結晶顆粒以及粘度大，易疑固等液體液位及引壓管線被腐蝕、被堵的問題，而專門生產了法蘭式差壓變送器。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，如圖所示。作為敏感元件的測量頭(金屬膜盒)，經毛細管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細管和測量室所組成的封閉系統內充有硅油，作為傳壓介質，並使被測介質不進入毛細管與變送器。
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