检测仪表新技术的应用

检测仪表新技术的应用第一章压力测量1.1压力测量1.1.1压力定义压力在化工生产过程中是重要的工艺参数之一，压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力，物理学中称为压强。数学表达式为P=F/A式中：P-----压力；F-----垂直作用力；A-----受力面积。压力的国际单位制单位为牛顿/米2，N/m2，称为“帕斯卡”，简称为帕，表示为“Pa”。它的物理意义是1牛顿的力垂直作用在1平方米面积上所产生的压力。1.1.2压力的基本概念1）压力公式：P=F/S，压力与所承受力的面积成反比，而与所受力的作用力成正比。2）绝对压力（Pa）：绝对压力是相对于绝对真空所测得的压力，是指不附带条件起算的全压力即液体、气体或蒸气所处空间的全部压力，又称总压力或全压力，它表明了测定点的真正压力。3）大气压力（Pb）：大气压力就是地球表面上的空气柱重量所产生的压力，即围绕地球的大气层，由于它本身的重力对地球表面单位面积上所产生的压力，它随某一地点离海平面的高度、所处纬度和气象情况而变化，并且随着时间、地点的不同而变化。4）表压力（P）：表压力又叫剩余压力、它就是一般压力表所指示的压力，也即超过大气压力以上的压力数值，它等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。即：P=Pa-Pb。5）负压（疏空或真空表压力）：当绝对压力小于大气压力时，大气压力与绝对压力之差，即比大气压力低的表压力称为负压。6）真空度：当绝对压力低于大气压力时的绝对压力称为真空度。1.1.3压力的单位1、压力的法定计量单位为帕[斯卡]，符号为：Pa1帕=1牛/米2即：1Pa=1N/m22、工程技术中各种压力单位与Pa的换算；1kgf/cm2=9.80665×104Pa1Pa=1.0197×10-5kgf/cm21mmHg=133.3224Pa1Pa=0.75006×10-2mmHg1mmH2o=9.80665Pa1Pa=0.10197mmH2o1.2应用液柱测量压力应用液柱测量压力的方法是以流体静力学原理为基础的。一般采用充有水或水银液体的玻璃U形管、单管或斜管进行压力测量的。1.2.1U形管压力计U形管是用来测量压力和压差的仪表。在被测压力或压差的作用下，U形管两边管内会产生一定的液柱差h，液柱差的大小与被测压力有关，因此测得液柱差即可知被测压力或压差的数值。根据静力平衡原理，列方程式并最终简化为：H=(p-pA)/(ρg)式中H——左右两边液柱差；p——被测较高一侧的压力；pA—被测较低一侧的压力；ρ——被测液体密度；g——重力加速度。1.2.2单管压力计U形管压力计的标尺格值是1mm，每次读数的最大误差为分格值的一半，而在测量时需要对左、右两边玻璃管分别读数，所以可能产生误差为±1mm。为了减小误差进行一次读数，采用单管压力计，读数误差只有±0.5mm。单管压力计相当于U形管的一端换成一个大直径的容器，测压原理与U形管相同。1.2.3斜管压力计用U形管或单管压力计测量微小差压时，因为液柱变化很小，读数困难，为了提高灵敏度，减小误差，将单管压力计的玻璃管制成斜管。斜管压力计的测量范围一般为0～2000Pa。相对而言，我公司U形管压力计应用较多，但是近年来，数量逐渐减少，少数单位在使用。1.3应用弹性变形测量压力1.3.1测量原理当被测压力作用于弹性元件时，弹性元件便产生相应的弹性变形（及机械位移），根据变形量的大小，测得被测压力的数值。1.3.2分类常用的弹性元件有弹簧管、波纹管、薄膜等。波纹膜片和波纹管用于微压和低压测量；单圈和多圈弹簧管用于高、中、低压或真空度的测量。弹性元件测压范围宽10-2～109Pa。作为现场指示仪表，现在使用最多的是弹簧管压力表，特殊的地方使用薄膜压力表。1.4应用电测法测量压力电测法是通过压力传感器直接将被测压力变换成电阻、电流、电压、频率等形式的信号来进行压力测量。主要类别有应变式、霍尔式、电感式、压电式、压阻式、电容式等。1.4.1压电式压力传感器压电式压力传感器是根据“压电效应”原理把被测压力变换成为电信号。压电式压力传感器测量100MPa以内的压力，频率响应可达30kHz。1.4.2压阻式压力传感器固体受到作用后，其电阻率会发生变化，这种现象称为电阻效应。压阻式压力传感器就是利用半导体材料（单晶硅）的压阻效应原理制成的传感器。压阻式压力传感器的特点是易于微小性化；灵敏度高；测量范围宽，低至10Pa微压，高至60MPa的高压。它的精度高、工作可靠，精度为千分之一，高精度为万分之二。1.4.3霍尔式压力传感器霍尔式压力传感器是基于霍尔效应原理，利用霍尔元件将被测压力转换成霍尔电势输出的一种传感器。第二章物位测量物位是指存放在容器或工业设备中物质的高度或位置。液体介质液面的高低称为液位；液体——液体或液体——固体的分界面成为界位；固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位。液位、界位及料位的测量统称为物位测量。物位测量的目的在于正确的测知容器或设备中储藏物质的容量或质量。2.1浮力式液位计2.1.1测量原理浮力式液位计是应用浮力原理测量液位的。它是利用漂浮于液面上的浮子升降位移反映液位的变化；或利用浮子浮力随液位浸没高度而变化。前者称为恒浮力法，后者称为变浮力法。恒浮力法液位测量HF=ρgA（2-1-2）式中ΔH——浮子高度的变化量；ΔF——浮力变化量；ρ——被测液体密度；g——重力加速度；A——浮子的截面积。变浮力法液位测量Cx=W-AHρg（2-1-3）Δx=gAcgAΔH=KΔH（2-1-5）式中H——浮筒被液体浸没的高度；ΔH——液位的变化量；c——弹簧刚度；x——弹簧压缩位移；Δx——浮筒产生的位移；ρ——被测液体密度；g——重力加速度；A——浮子的截面积。变浮力法液位测量是通过检测元件把液位的变化转换为力的变化，然后再将力的变化转化为机械位移，并通过转换将机械位移转换为标准信号，以便远传和显示。2.2恒浮力式液位2.2.1浮球式液位计浮球式液位计平衡关系式为（W-F）l1=Gl2（2-1-6）式中W——浮球的重力；F——浮球所受的浮力；G——平衡重物的重力；l1———转动轴到浮球的垂直距离；l2———转动轴到重物中心的垂直距离；2.2.2磁翻转式液位计2.2.2.1工作原理磁翻转式（磁浮翻板式）液位计在与容器连同的非导磁管内，带有磁铁的浮子随管内液位的升降，利用磁性的吸引，使得带有磁铁的红白两面的翻板产生翻转，当表体内浮子随液体上下浮动时，由于磁场力的作用带动转子做半周旋转，上升时转子翻转成红色，下降时翻转成白色。有液体的位置红色朝外，无液体的位置白色朝外，另外显示器上有标尺，根据红色指示的高度可以读得液位的具体数值，以便计算液位指示高度。见图（二）图（二）翻版式液位计工作示意图（分带阀门与不带阀门两种）1气阀2浮子3显示器4液阀5表体6排污阀2.2.2.2技术参数技术参数一览表工作压力MPa2.54.06.410.012.016.020.025.0备注安装中心距L500、800、1100、1400、1700………………….观察范围Li小于安装中心距100L1=L-100工作温度℃-196～350℃-196～250℃≦100℃液体比重≧0.45≧0.5≧0.6≧0.7连接法兰JB82-59PN(Kg)254064100120160200300PN≧40为凸面20、2520DN法兰方向尺寸A带阀门﹤235不带阀门﹤160液阀下端尺寸B﹤600排污阀及夹套出口连接Z1/2″锥螺纹或焊接特殊要求可配制法兰2.2.2.3安装、调试和维护2.2.2.3.1安装液位计按安装示意图进行安装。校对中心距及法兰是否一致，并注意连接法兰时，中间要垫橡胶石棉板XB450尺寸根据法兰尺寸而定，厚度1～2mm都可，紧固时螺钉受力应均匀一致，按对角线反复多次进行紧固。带排污阀的产品连接尺寸为Z1/2″锥螺纹，应将排污管接到可靠的容器内避免液体泄漏。2.2.2.3.2调试1）关闭排污阀和液阀，缓慢打开气阀，使气体缓慢进入表体直到全部打开为止，切不可突然打开气阀，以避免损坏浮子。这时表内压力与容器内压力相等，查看液位计有无泄气点，严重时可以听到丝丝声，若在法兰处可再紧固，必要时也要换密封垫。2）通满气后，缓慢打开液阀，使液体缓慢进入表体，显示器浮漂（或转子）应随表内液位缓慢上升（或翻转），直到达到实际液位高度为止。若液位指示不上升表明液体通路不畅。若液位上升很慢且能一直升到顶部高出实际液位，表明气路阻塞都应立即解决。3）校对液位指示正确性关掉液阀和气阀；缓慢打开排污阀，排除表内液体，显示器液位指示应随液位下降而缓慢下降。再次关闭排污阀。开启气阀和液阀后，液位指示恢复到初位为正常。一般能看到液位仪表指示相同为正常与其它液位仪表指示相同为正常2.2.2.3.3维护液位计安装调试后一般不需要维护，更不允许强烈冲洗，以避免将表内浮子损坏。如发现液位指示始终不动，可能有以下几种情况1）时间较长之后，有可能由于污垢杂物等积沉使浮子不能落到底,表现为在关闭气液阀,开启排污阀放掉液体后,显示浮漂并不沉到底限.此时应卸下法兰清除表体内杂质物,然后重新装好,按调试(二)方法进行调试.2）关闭气阀、液阀，开启排污阀排除表内液体，液位指示不下降表明内浮子卡在表体内，应卸下法兰取出浮子进行检查看是否压扁或损坏，如浮子没损坏可对表体进行清理，排除污物等杂物。3）液位指示始终在指示器下端，不随液位上下浮动，说明表内浮子损坏应卸下法兰取出浮子进行检查，看是否有破损或漏气现象应进行修理或更换。4）液位指示始终在指示器下端，不随液位上下浮动，而且浮子无破损，应检查液体比重是否超出设计给定值使浮子不起来如超出应通知厂家更换浮子。5）检查表内浮子位置可用磁钢或导磁性金属沿表体轴线方向贴表体外壁滑动，浮子内磁钢将对手拿物体进行吸引，手感可知，以便帮助检查，判断其正确与否。2.3静压式液位计2.3.1测量原理静压式液位的测量方法是通过测得液柱高度产生的静压实现液位的测量。2.3.2压力式液位计压力式液位计是基于测压仪表所测压力高低来测量液位的原理，主要用于敞口容器的液位测量。用测压仪表测量或用吹气法测量。主要用法兰液位变送器测量液位，其法兰有DN50及DN80两种，仪表在选型阶段，要求工艺、设备专业提供准确的工艺参数及连接方式，具体选型见仪表规格书。三、差压式液位计差压式液位计主要用于密闭有压容器的液位测量。差压变送器的选择根据现场实际情况和工艺设备专业提供的准确参数进行选型。其附件有双室平衡容器，由工艺设备专业提供，并且要求提供其实际加工尺寸，为仪表专业的调试提供数据。2.4电容式物位计2.4.1工作原理电容式物位计由电容物位传感器和检测电容的电路所组成。电容式电极和容器壁就是电容。被测介质就是介电物质。由于被测介质的介电常数比空气高，随着被测介质物位不断升高，电容器的电容不断增大。电容的变化，以及电阻的变化通过电子部件被转换成与物位成正比例的信号。它适用于各种导电、非导电液体的液位或粉末状料位的测量，全绝缘电极适用于测量导电的液体，半绝缘电极适用于测量不导电的液体或固体介质。2.4.2选型、安装、调试2.4.2.1选型1）介质名称：与测量电极材质的耐腐蚀性、使用寿命等有关2）测量范围：确定测量电极的插入深度3）过程接口：确定测量仪表与设备的连接方式4）防爆防护等级：确定测量仪表能否安全使用2.4.2.2位置选择：1）易于安装接线的位置；2）方便维护拆卸显示器的位置；3）电极在工作时不能接触容器壁或者其他安装物。4）注意事项：对于缆式电极，应该固定电极末端；不能安装在入料的料流内。2.4.2.3参数设定1）零液位：将现场液位调至零液位或最低液位，按照测量的电容值进行零点或低液位的设置；2）高液位：将现场液位调至高液位或最高液位，按照测量的电容值进行高点或高液位的设置。3）输出信号：变送器远传信号一般设定为4～20mA标准电流信号。2.5非接触式测量物位计非接触式测量物位计一般用在高压、剧腐蚀剂的液位、导电介质的界位等。2.5.1核辐射物位计2.5.5.1测量原理放射性同位素放射出α、β和γ