化工自动化及仪表 第3章优秀教案.ppt

第三章 检测变送 华东理工大学信息学院自动化系 转子流量计 根据转子在锥形管内的高度来测量流量。利用流体通过转子和管壁之间的间隙时产生的压差来平衡转子的重量，流量越大，转子被托得越高，使其具有更大的环隙面积，也即环隙面积随流量变化，所以一般称为面积法。 它较多地用于中、小流量的测量，有配以电远传或气远传发信器的类型。 涡轮流量计 根据涡轮的旋转速度随流量变化来测量流量。 涡轮安装在非导磁材料制成的水平管段内，当涡轮受到流体冲击而旋转时，由导磁性材料制成的涡轮叶片通过磁电感应转换器中的永久磁钢时，由于磁路中的磁阻发生周期性变化，从而在感应线圈内产生脉动电势，经放大和整形后，获得与流量成正比的脉冲频率信号作为流量测量信息，再根据脉冲累计数可得知总量。 优点是精度高，动态响应好，压力损失较小，但是流体必须不含污物及固体杂质，以减少磨损和防止涡轮被卡。 适宜于测量比较洁净而粘度又低的液体流量。 另外，电磁流量计、超声波流量计 3.3.3 容积式流量计 该流量计系直读累积式流体流量计，是由装有一对椭圆齿轮转子的计量室、密封联轴器（小口径流量计采用灵敏度高的磁性联轴器）和计数机构组成。 测得旋转频率就可求得体积流量。 图3. 30椭圆齿轮流量测量示意图 3.3.4 质量流量计 (1)直接式质量流量传感器——科里奥利质量流量传感器  科里奥利质量流量传感器是利用流体在直线运动的同时， 处于一个旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力而制成的一种直接式质量流量传感器。  图3-31 科里奥利力分析图 当质量为m的质点在对P轴作角速度为ω旋转的管道内移动时，如图3-31所示，质点具有两个分量的加速度及相应的加速度力：  ① 法向加速度: 即向心加速度ar， 其量值为ω2r， 方向朝向P轴。  ② 切向加速度: 即科里奥利加速度at, 其量值为2ωv，方向与ar垂直。由于复合运动，在质点的at方向上作用着科里奥利力为2ωvm，而管道对质点作用着一个反向力，其值为-2ωvm。 当密度为ρ的流体以恒定速度v在管道内流动时，任何一段长度为Δx的管道都受到一个大小为ΔFc的切向科里奥利力， 即 ΔFc=2ωvρAΔx 式中, A为管道的流通内截面积。  2ωvm 因为质量流量qm=ρvA，所以 ΔFc=2ωqmΔx 基于上式，如直接或间接测量在旋转管道中流动流体所产生的科里奥利力就可以测得质量流量，这就是科里奥利质量流量传感器的工作原理。 ΔFc=2ωvρAΔx 图3-32 科里奥利质量流量传感器结构原理图 然而，通过旋转运动产生科里奥利力实现起来比较困难，目前的传感器均采用振动的方式来产生，图3-32是科里奥利质量流量传感器结构原理图。 流量传感器的测量管道是两根两端固定平行的U形管，在两个固定点的中间位置由驱动器施加产生振动的激励能量，在管内流动的流体产生科里奥利力，使测量管两侧产生方向相反的扭曲。位于U形管的两个直管管端的两个检测器用光学或电磁学方法检测扭曲量以求得质量流量。 当管道充满流体时，流体也成为转动系的组成部分，流体密度不同，管道的振动频率会因此而有所改变，而密度与频率有一个固定的非线性关系，因此科里奥利质量流量传感器也可测量流体密度。 推导式质量流量传感器 推导式质量流量传感器实际上是由多个传感器组合而成的质量流量测量系统，根据传感器的输出信号间接推导出流体的质量流量。 组合方式主要有以下几种。  （1）体积传感器与密度传感器组合方式 ，即 （2） 差压式等体积流量传感器与线性体积流量传感器组合方式 即 （3）压力计、温度计和体积流量计相结合 即 3.3.5 流量仪表的选用 选择流量仪表要考虑的主要因素： 流体特性（物性参数和流动参数）、化学性质、脏污结垢 影响最大的是：密度和粘度 使用环境：是否会腐蚀 安装条件：直管段，差压式、旋涡式直管段要求较长，容积是无此要求。质量流量计也要求。 3.4 压力检测 压力是重要的工业参数之一，正确测量和控制压力对保证生产工艺过程的安全性和经济性有重要意义。压力及差压的测量还广泛地应用在流量和液位的测量中。  3.4 压力检测 3.4.1 压力单位及压力检测方法 主要研究内容： 3.4.2 常用压力检测仪表 3.4.3 压力表的选用 3.4.1 压力单位及压力检测方法 (1) 压力单位 工程技术上所称的“压力”实质上就是物理学里的“压强”，定义为均匀而垂直作用于单位面积上的力。其表达式为 式中: P——压力； F——作用力；