過程控制元器件知識

1、過程控制系統(tǒng)元器件知識 金屬管浮子流量計 金屬管浮子流量計概述 金屬管浮子流量計原理 按用途分類類型 在脈動流管道的安裝 浮子流量計故障分析及對策金屬管浮子流量計概述 金屬管浮子流量計是工業(yè)自動化過程控制中常用的一種變面積流量測量儀表。它具有體積小，檢測范圍大，使用方便等特點。它可用來測量液體、氣體以及蒸汽的流量，特別適宜低流速小流量的介質(zhì)流量測量。金屬管浮子流量計口徑范圍為：DN15 一DN250 。有就地顯示型和智能遠(yuǎn)傳型兩類，其中智能遠(yuǎn)傳型使用的M6 型指示器是為金屬管浮子流量計設(shè)計開發(fā)的多功能數(shù)字磁測變送器，它以MCU 微處理器為核心，采用磁傳感器，通過數(shù)字濾波、軟件修正等數(shù)字信號處理

2、技術(shù)，達(dá)到測量磁場變化的目的。多年來，金屬管浮子流量計以其各種優(yōu)良性能和可靠性，及較好的性能價格比，廣泛受到了石化、鋼鐵、電力、冶金、輕工、食品、制藥、水處理等行業(yè)的選用，應(yīng)用于行業(yè)中的液體、氣體、蒸汽介質(zhì)的測量和過程控制。金屬管浮子流量計原理和結(jié)構(gòu) 浮子流量計原理 浮子流量計的流量檢測元件是由一根自下向上擴大的垂直錐形管和一個沿著錐管軸上下移動的浮子組所組成。工作原理如 右圖 所示，被測流體從下向上經(jīng)過錐管 1 和浮子 2 形成的環(huán)隙 3 時，浮子上下端產(chǎn)生差壓形成浮子上升的力，當(dāng)浮子所受上升力大于浸在流體中浮子重量時，浮子便上升，環(huán)隙面積隨之增大，環(huán)隙處流體流速立即下降，浮子上下端差壓降低

3、，作用于浮子的上升力亦隨著減小，直到上升力等于浸在流體中浮子重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度。浮子在錐管中高度和通過的流量有對應(yīng)關(guān)系。 浮子流量計結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖金屬管浮子流量計按用途分類1 ）普通型 金屬管浮子流量計 除各特殊用途類型外的通用儀表，應(yīng)用最為廣泛。 2 ）夾套保溫型 金屬管浮子流量計 管路中溫度高于環(huán)境溫度的液體流過儀表，因散熱表面增加而溫度下降，會產(chǎn)生凝固或結(jié)晶引起浮子動作不良；或因溫度下降而使流體粘度顯著變化影響測量值時，應(yīng)選用夾套保溫型。有時為了防止流體從外部吸熱，也有將夾套抽真空，達(dá)到隔熱的效果。 3 ）防爆型 金屬管浮子流量計 電遠(yuǎn)傳浮子流量計用于有爆炸性氣體或粉塵時，要選用防

4、爆型儀表。國內(nèi)已有隔爆型設(shè)計結(jié)構(gòu)和本質(zhì)安全防爆設(shè)計結(jié)構(gòu)兩種類型。 4 ）耐腐型 金屬管浮子流量計 普通型 金屬管浮子流量 計由耐酸鋼制成，耐腐型金屬管浮子流量計采用 F4 零件和 F40 F46 塑料包襯金屬零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。耐腐型 金屬管浮子流量計 的精確度要比通用型低些。 5 ） 吹流型 金屬管浮子流量計 又稱吹氣吹液型或清洗型儀表，它是一種專門用途的儀表，流量較小，空氣為 20 一 3000L /h ，水為 0 . 3 一 100L /h 精度要求卻不高，通?；菊`差為 2 . 5 % - 5 % Fs ，甚至低到 10 % FS 。吹流型浮子流量計與小型自力式差壓調(diào)節(jié)器組成一體，使動力源壓

5、力波動或下游參數(shù)變化擾動引起的流量變化，自行調(diào)節(jié)使之保持恒定的流量。吹流型浮子流量計用于測量容器內(nèi)液位、密度時，或以差壓法測量管道污臟流體流量時，監(jiān)測或控制吹流到容器或差壓引壓管氣體（或液體）的流量。吹流氣常用空氣或氮氣，常用流量為 60L /h 在脈動流管道的安裝 造成脈動流的原因有兩個方面：流體本身的脈動和儀表自身的振蕩。 造成流體脈動的主要原因是因為，在 金屬管浮子流量計 安裝位置的上游有往復(fù)泵或者調(diào)節(jié)閥，也可能在 金屬管浮子流量計 的下游有比較大的負(fù)荷變化，造成流體運行時的脈動效果。這時應(yīng)考慮重新選擇新的安裝位置。在沒有其他安裝位置的情況下，應(yīng)考慮增加管道的緩沖以減小脈動的影響。比如增

6、加緩沖罐或者儲氣包。 若是 金屬管浮子流量計 本身的振蕩，則需要考慮測量時管道內(nèi)的氣體壓力是不是過低；安裝在 金屬管浮子流量計 上游的閥門是不是沒有全開，應(yīng)避免半開半閉的狀態(tài)；調(diào)節(jié)閥安裝在流量計的上游，而不是應(yīng)該安裝在 金屬管浮子流量計 的下游。浮子流量計故障分析及對策浮子流量計故障分析及對策1 實際流量與指示值不一致原因?qū)嶋H流量與指示值不一致原因 因腐蝕，浮子重量、體積、最大直徑變化；錐形管內(nèi)徑尺寸變化 換耐腐蝕材料。若浮子尺寸與調(diào)換前相同，可按新重量、密度換算或重新標(biāo)定；若尺寸也不同則必須重新標(biāo)定。浮子最大直徑圓柱面摩耗使表面粗糙，影響測量值頗大，換新浮子工程塑料制成或包襯的浮子，可能產(chǎn)生

7、溶脹，最大直徑和體積變化，換用合適材料的浮子 浮子、錐形管附著水垢污臟等異物層 清洗之，防止損傷錐形管內(nèi)表面和浮子最大直徑圓柱面，保持原有光潔度 液體物性變化 使用時與設(shè)計的液體密度、粘度等物性不一致，按變化后物性參數(shù)修正或評定流量值 氣體、蒸汽、壓縮性流體溫度壓力變化 溫度、壓力等運行條件變化對流量測量值影響頗靈敏，按新條件作換算修正 流動脈動，氣體壓力急劇變化，指示值波動 雖然浮子偶發(fā)挑動影響不大，但周期性振蕩，管道系統(tǒng)必須設(shè)置緩沖裝置，或者改用有阻尼機構(gòu)的儀表 液體中混人氣泡，氣體中混人液滴 混人物改變密度等影響，作必要改進、排除之 用于液體時儀表內(nèi)部死角潴留氣體，影響浮子部件浮力 對小

8、流量儀表及運行在低流量時影響顯著、排除氣體 浮子流量計故障分析及對策浮子流量計故障分析及對策2 流量變動而浮子或指針移動呆遲流量變動而浮子或指針移動呆遲 浮子和導(dǎo)向軸間有微粒等異物或?qū)蜉S彎曲等原因卡住 降拆卸檢查，清洗，鏟除異物或固著層，校直導(dǎo)向軸。導(dǎo)向軸彎曲原因大多是電磁閥快速啟閉，浮子急劇升降沖擊所致，改變運作方式 帶磁耦合浮子組件磁鐵四周附著鐵粉或顆粒 拆卸清除之。運行初期利用旁路觀（即流體不流過流量計）充分沖洗管道。為防止長期使用，管道可能產(chǎn)生鐵銹，可在表前裝磁過濾器 指示部分連桿或指針卡住 手動與磁鐵耦合連接的運動連桿，有卡阻部位調(diào)整之。檢查旋轉(zhuǎn)軸與軸承間是否有異物阻礙運動，清除或

9、換零件 工程塑料浮子和錐形管或塑料襯里溶脹，或熱膨脹而卡住 換耐介質(zhì)腐蝕材料的新零件。較高溫度介質(zhì)盡量不用塑料，改用耐腐蝕金屬材料的零件 磁耦合的磁鐵磁性下降 卸下儀表，用手上下移動浮子，確認(rèn)指示部分指針等平穩(wěn)地跟隨移動；不跟隨或跟隨不穩(wěn)定則換新零件或充磁。為防止磁性減弱，禁止兩耦合件相互打擊故障排除表差壓式孔板流量計 差壓式流量計概述 差壓式流量計原理及結(jié)構(gòu)圖 差壓式流量計分類 節(jié)流裝置的取壓方式差壓式流量計概述 差壓式（也稱節(jié)流式）流量計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)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能將被測流體的流量轉(zhuǎn)

10、換成壓差信號的節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴、文丘利管等）和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓流量計所組成。 所謂節(jié)流裝置就是在管道中放置能使流體產(chǎn)生局部收縮的元件。應(yīng)用最廣的是孔板，其次是噴嘴、文丘利管和文丘利噴嘴。這幾種節(jié)流裝置的使用歷史較長，已經(jīng)積累了豐富的實踐經(jīng)驗和完整的實驗資料，因此，國內(nèi)外都把它們的形式標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置。就是說根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計和制造的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置可直接用來測量，不必單獨標(biāo)定。但對于非標(biāo)準(zhǔn)化的特殊節(jié)流裝置，在使用時，應(yīng)對其進行個別標(biāo)定。差壓式流量計原理及結(jié)構(gòu)圖流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。

11、節(jié)流裝置包括節(jié)流元件和取壓裝置。節(jié)流元件是使管道中的流體產(chǎn)生局部收縮的元件，常用的節(jié)流元件有孔板、噴嘴和文丘利管等，下面以孔板為例說明節(jié)流現(xiàn)象。 在管道中流動的流體具有動能和位能動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換。而根據(jù)能量守恒定律，流體所具有的靜壓能和動能，再加上克服流動阻力的能量損失，在沒有外加能量的情況下，其總和是不變的。下圖表示在孔板前后流體的速度與壓力的分布情況。流體在管道截面I 前，以一定的流速v流動。此時的靜壓力為P；。在接近節(jié)流裝置時，由于遇到節(jié)流裝置的阻擋，使靠近管壁處的流體受到節(jié)流裝置的阻擋作用最大，因而使一部分動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，出現(xiàn)了節(jié)流裝置人口端面靠近管壁處

12、的流體靜壓力升高，并且比管道中心處的壓力要大，即在節(jié)流裝置人口端面處產(chǎn)生一徑向壓差，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)點的流向與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運動。由于慣性作用，流束收縮最小的地方不在孔板的開孔處，而是在開孔處的截面11 處。根據(jù)流體流動的連續(xù)性方程，截面處的流體的流動速度最大，達(dá)到。隨后流束又逐漸擴大，至截面后則完全恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)，流速便降低到原來的數(shù)值，即。 由于節(jié)流裝置造成流束的局部收縮，使流體的流速發(fā)生變化，即動能發(fā)生變化。與此同時，表征流體靜壓能的靜壓力也在變化。在截面I 處，流體具有靜壓力。到達(dá)截面時，流速增加到最大值，靜壓力則降低到最

13、小值，而后又隨著流束的恢復(fù)而逐漸恢復(fù)，由于在孔板端面處，流通截面突然縮小和擴張，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，所以流體的靜壓力不能恢復(fù)到原來的數(shù)值；，而產(chǎn)生了壓力損失-。節(jié)流裝置前流體的壓力較高，稱為正壓，常以“+ ，標(biāo)志；節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓（不同于真空度的概念），常以“一”標(biāo)志。節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，只要測出孔板前后壓差的大小，即可反映出流量的大小，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理。 值得注意的是：要準(zhǔn)確地測量出截面I 與截面處的壓力和是有困難的，這是因為產(chǎn)生最低靜壓

14、力的截面的位置隨著流速的不同會改變，事先根本無法確定。因此，實際上是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點和測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。 按產(chǎn)生差壓的作用原理分類1 ）節(jié)流式 依據(jù)流體通過節(jié)流件使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽芤援a(chǎn)生差壓的原理工作，其檢測件稱之為節(jié)流裝置，是 DPF 的主要品種。 2 ）動壓頭式 依據(jù)動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作，如均速管流量計。 3 ）水力阻力式 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作，檢測件為毛細(xì)管束，又稱層流流量計，一般用于微小流量測量。 4 ）離心式 依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差工作

15、，如彎管流量計，環(huán)形管流量計等。 5 ）動壓增益式 依據(jù)動壓放大原理工作，如皮托一文丘里管。 6 ）射流式、 依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生原理工作，如射流式差壓流量計。按結(jié)構(gòu)形式分類 標(biāo)準(zhǔn)孔板 線性孔板 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 環(huán)形孔板 文丘里噴嘴 道爾管 錐形入口孔板 羅洛斯管 彎管 可換孔板節(jié)流裝置 圓孔板 臨界節(jié)流裝置 圓孔板 偏心孔板 整體（內(nèi)藏）孔板標(biāo)準(zhǔn)型的兩種形式 ISA1932 噴嘴 長徑噴嘴圓孔板、偏心孔板整體內(nèi)藏孔板按用途分類 l ）標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 ISO 5167 或 GB / T 2624 中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它們是標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。在設(shè)計、制造、安裝

16、及使用方面皆遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，可不必個別校準(zhǔn)而使用。 2 ）低雷諾數(shù)節(jié)流裝置 如 1 / 4 圓孔板、錐形人口孔板和雙重孔板等。 3 ）臟污流節(jié)流裝置 如圓缺孔板、偏心孔板和楔形孔板等。 4 ）低壓損節(jié)流裝置 如道爾管、羅洛斯管、彎管及環(huán)形管等。 5 ）小管徑節(jié)流裝置 如整體（內(nèi)藏）孔板和一體式流量變送器等。 6 ）寬范圍度節(jié)流裝置 如線性孔板等。 7 ）臨界流節(jié)流裝置 如臨界流文丘里噴嘴等。節(jié)流裝置的取壓方式 節(jié)流裝置的取壓方式，就孔板而言有5 種：角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓、理論取壓及管接取壓。就噴嘴而言只有角接取壓和徑距取壓兩種。(l)角接取壓 上、下游側(cè)取壓孔軸心線與孔板（噴嘴）前后端面

17、的間距各等于取壓孔直徑的一半，或等于取壓環(huán)隙寬度的一半，因而取壓孔穿透處與孔板端面正好相平，角接取壓包括環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓。(2)法蘭取壓 上、下游側(cè)取壓孔中心至孔板前后端面的間距為（2 5 . 4 士0.8 )mm。(3)徑距取壓 上游側(cè)取壓孔中心與孔板（噴嘴）前端面的距離為1D ，下游側(cè)取壓孔中心與孔板（噴嘴）后端面的距離為1/2D 。(4)理論取壓法 上游側(cè)的取壓孔中心至孔板前端面的距離為1D 士0.1D ，下游側(cè)的取壓孔中心線至孔板后端面的間距隨=d/D值的大小而異。(5)管接取壓 上游側(cè)取壓孔的中心線距孔板前端面為2.5D ，下游側(cè)取壓孔中心線距孔板后端面為8D 。以上5 種取壓

18、方式中，角接取壓方式用得最多，其次是法蘭取壓法。 實物圖氣體渦輪流量計 氣體渦輪流量計的原理 氣體渦輪流量計精度影響因素 渦輪流量計選用步驟 液體渦輪流量計顯示值不穩(wěn)的原因氣體渦輪流量計測量原理測量原理流體流經(jīng)氣體渦輪流量計殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號，此信號經(jīng)過氣體渦輪流量計中放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)

19、的矩形脈沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時流量或總量。在一定的流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)渦輪流量傳感器的流體的瞬時流量Q成正比，流量方程為：q=3600*（f/k）式中： f脈沖頻率Hz k傳感器的儀表系數(shù)1/m3，由校驗單給出。Q流體的瞬時流量（工作狀態(tài)下）m3/h 3600換算系數(shù) 氣體渦輪流量計精度影響因素 在渦輪流量計的檢定工作中，我們發(fā)現(xiàn)除了流量計本身結(jié)構(gòu)造成的系統(tǒng)正常計量偏差之外，絕大多數(shù)送檢渦輪流量計在其檢定有效期內(nèi)均出現(xiàn)了不同程度的磨損、腐蝕和阻塞等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了流量計的正常工作，是導(dǎo)致計量誤差增大的主要原因。 2.1 磨損磨損 由于氣體渦輪流量計對介質(zhì)的要求較高。通過流量計的檢測氣體如果不清潔，就會導(dǎo)致細(xì)小固體雜質(zhì)顆粒粘附在流量計軸承上，致使軸承運轉(zhuǎn)不靈，葉輪旋轉(zhuǎn)不正常，產(chǎn)生機械磨損；此外由于葉輪長期高速旋轉(zhuǎn)，仍會有磨損產(chǎn)生。磨損后的氣體渦輪流量計，檢測精度下降。 2.2 腐蝕腐蝕 若被測介質(zhì)中含有腐蝕性氣體，當(dāng)氣體流經(jīng)流量計時，會對流量計的轉(zhuǎn)子部分產(chǎn)生腐蝕，造成轉(zhuǎn)子腐蝕變形、表層脫落，這樣就會引起轉(zhuǎn)子質(zhì)量的變化，從而改變流量計的計量參數(shù)，影響轉(zhuǎn)子的正常運轉(zhuǎn)和計量的準(zhǔn)確性。 2.3 阻塞阻塞 我們在檢定中還發(fā)現(xiàn)，部分流量計葉輪上纏繞有廢棄螺紋密封膠帶