现场仪表四大参数的测量原理及分类
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现场仪表四大参数的测量原理及分类
现场仪表测量参数的分类：　　现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。 下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理，以及测量这四大参数所运用的仪表。　　1、 温度的测量与变送　　温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。任何一个化工生产过程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。因此，在很多煤化工反应的过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对产品产量和质量的提高都有很大的影响。　　温度测量仪麦种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温元件与被测介质直接接触，后者的感温元件却不与被测介质相接触。接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。而非接触式测温仪表不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量量精度较低。　　2、 压力的测量与变送　　压力测量仪表的品种，规格甚多。常用的压力测量方法和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。　　目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。　　它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a与图面垂直的弹簧管的中心轴O相平行。管子封闭的一端B为自由端，即位移输出端；而另一端A则是固定的，作为被测压力的输入端。当由它的固定端A通入被测压力P后，由于呈椭圆形截面的管子在压力P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B发生位移。此时弹簧管的中心角γ要随即减小Δγ，也就是自由端将由B移到B，处，如图2-3(b)上虚线所示。此位移量就相应于某一压力值。自由端B的弹性变形位移通过拉杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角相对变化值Δγ/γ与被测压力P之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。　　3、 流量的测量与变送　　在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等)的流量，以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一般时间 (如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。　　在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。　　流量的计量单位如下:　　表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等；　　表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。　　若流体的密度是ρ，则体积流量Q与质量流量M的关系是:　　M=Qρ 或 Q=M/ρ　　应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化10℃时，液体的密度变化约在1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10℃，密度变化约为3%。在常压附近，压力每变10kPa，密度也约变化3%。因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指20℃、0.10133MPa(称标定状态)或0℃、0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。　　流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。下表中列出了几种主要类型流量表 (或称流量计)的性能及适用场合。　　4、 液位的测量与变送　　即液位愈高，扭角愈小。若将扭角通过芯轴变成挡板或霍尔片的位移，并转换成相应的气信号或电信号，这样就构成了气动或电动转换部分。 　　浮筒式液位变送器的输出信号不仅与液位高度有关，而且还与被测介质的密度有关。因此 对于同一液位高度，当介质种类不同或因工艺操作条件变化使介质密度改变时，仪表的测量结果是不相同的。 　　差压变送器负压室压力P2=P气，则正负压室的差压为： 　　ΔP=P1-P2　　通常，被测介质的密度是已知的。因此，测得差压值就能知道液位高度。　　若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的，则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作用。　　为了解决测量具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及粘度大，易疑固等液体液位及引压管线被腐蚀、被堵的问题，而专门生产了法兰式差压变送器。变送器的法兰直接与容器上的法兰相连接，如图所示。作为敏感元件的测量头(金属膜盒)，经毛细管与变送器的测量室相通。在膜盒、毛细管和测量室所组成的封闭系统内充有硅油，作为传压介质，并使被测介质不进入毛细管与变送器。&
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工业生产中自动化中管道流量测量仪表的特点及选型方法
在工业生产中会遇到大量的各种种类的工业原料与产成品需要运输与储存，包括各种气体与液体，如何对这些气态和液态的工业原料进行测量与控制，需要相应的流量计进行测量，同时将这些测量的信号数据反馈到不同的接受单元，以便对整个生产过程过程进行精确的控制。这便是工业生产自动化流程中一个基本的工作流程。由于现代化工业生产越来越朝着集约化与智能化的方向发展，对于生产的自动化水平的要求也越来越高，流量测量仪表是用来测量管道或者明沟内部液体、气体、蒸汽等流体流量的工业化自动仪表，又称之为流量计。对于上述的流量测量来说，也需要更智能和自动化水平更高的仪表。本文就在工业化自动仪表在生产中的应用情况向各位作基本的介绍，为用户在仪表设备的选型时提供帮助。 一、流量测量仪表的类型和特点简介
流量测量是一项复杂程度很高的工作，是多个单元及与测量相适应的外部条件相配合才能达到一个理想的结果，通常我们在进行流体测量时，要考虑的因素有流体的温度范围、流体的压力范围、流体范围、粘度范围和流态范围；具体的测量方法也不尽相同，主要包括以下三种：速度式流量测量方法、容积式流量测量方法和直接或间接测量的方法。速度式流量测量方法能够直接测出管道内流体的流速，以此作为流量测量的依据；容积式流量测量方法通过测量单位时间内经过流量仪表排出的流体的固定容积的数目来实现；直接或间接的方法通过测量单位时间内流过管道截面的流体质量数来测量流量。工业上常用的流量计，按其测量原理分为以下四类：　　1）速度式流量计：主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等；　　2）差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置、巴式流量计、平衡流量计等；3）容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计；4）其它类型流量计：如基于电磁感应原理的电磁流量计、基于超声波测量原理的超声波流量计，涡街流量计等。　二、流量测量仪表检定方式的比较
流量测量仪表的检定方式，根据具体的条件可以分为实流检定和干式检定两种方式。一般来说，对于用来计量液体流量的仪表大都采用实流检定的方式，，例如，测量水和原油流量的仪表；而对于用来计量气体流量的仪表大都采用的是干式检定的方式，例如，测量天然气流量的差压式流量仪表，还有极少数的流量测量仪表采用的是在线实流检定或者离线检定。几种检定方式之间是存在差异的。
首先，在检定的结论上存在不同，实流检定一般情况下是最符合准确性、溯源性、实验性和一致性的，还能够对流量测量仪表进行真正意义上的校准和复制，确保了量值传递或者溯源性的连续和封闭。而采用组合测量方法对流量仪表进行干式检定，往往会存在一些不确定性，这与其有关参数的测量结果的确定性是有关的，而且这些流量测量计不能够给出具体的误差值，只能够通过做多次试验的经验和标准化的技术要求来保证流量计量的一致性和试验性。流量仪表的离线检定更是需要根据具体的检定环境来决定其流量检定的结果，同样存在许多的不确定性，采用这种方式检定流量仪表的时候，检定人员本身对于测量结果的准确性要求就不是很高，允许一些小误差的存在。所以，在检定的结论上，各种检定方式之间存在差异。
其次，几种检定方式对物性参数影响的修正程度也不尽相同。我们知道，几乎所有通过流量仪表得到的测量结果都会受到被测介质有关物性参数的影响，只是影响的程度不一样而已。对于大多数的流量测量仪表来说，物性参数对其计量性能的影响是很难用数学公式准确表达出来的，所以这就对如何消除物性参数影响造成了一定的困难。
还有一点就是，几种流量检定方式对操作条件影响的修正程度也存在区别，流量仪表的操作环境会直接影响其计量性能，因为操作环境的变化会使流量仪表的计量腔体发生变化，同时，操作环境还会影响被测介质的黏度和密度等物理性质，降低了测量时候的准确性。计量腔体的变化，对于容积式流量计来说，会使其测量的基准容积发生改变，产生误差，影响测量的结果；对于速度式流量计来说，会使其流通面积发生变化，影响测量的结果。　三、流量仪表选型的基本原则流量仪表根据其自身的特性和相关作用，在测量流量的时候，每种流量仪表之间都存在适应性，目前还没有研发出能够适应各种环境的万能流量计。所以，在选择流量仪表的时候，一定要搞清楚被测介质的具体性质，测量时候的环境等因素，不能盲目的去选择流量仪表，这样的话，非但不能得到准确的测量结果，可能还会造成流量仪表的损坏。首先，要熟悉被测介质和测量环境，例如，了解被测介质的物理性质以及相关特性，明白测量时候的温度、压力、流体的流态、黏度等因素；其次，要合理的选用流量仪表，这个时候就要求技术人员对各种流量仪表的工作原理、性能、结构有充分地了解，还要判断其在安装的时候是否需要特殊的安装环境。这样的话，才能够确保流量计能够正常的工作，发挥其作用，满足工艺生产的需要。在选择流量测量仪表的时候，既要考虑流量测量仪表的适用性，还要根据对测量结果的要求程度考虑流量测量仪表的准确度，流量仪表的误差应该控制在一定的范围之内，超出了这个范围就要重新选择了，流量仪表测量的准确度越高，测量的结果就越可靠，测得的数据才会对技术人员做出正确判断有帮助，提高整体的工作效益和经济效益。　　四、自动化流量测量的发展趋势　　自动化流量测量仪表的发展趋势，大致可以归纳为以下几点：　　1）逐渐提高流量测量的可靠性和准确性。这需要研发人员在进行流量仪表设计的时候，在参照以往经验的同时，能够大胆创新，按照可靠性原理，使用高可靠性的传感器和电子元器件，尽量减少或者运动部件；　　2）要大幅提高流量测量仪表对被测介质和所测环境的适应性；　　3）运用国内外一些先进的技术，例如，新的信号处理技术（DSP）、新的信号传输技术（ＨＡＲＴ、FIELD BUS），这样就能使得流量测量仪表更加的先进；　　4）流量仪表已经慢慢趋向智能化的方向，操作更加简单，性能更加强大。　　五、本文结论　　本文对流量测量仪表的类型和特点进行了分析，比较了几种流量仪表检定方式，论述了流量仪表选型的基本原则，并就自动化流量仪表的发展趋势进行了描述。总之，虽然流量测量技术发展到今天已经趋于成熟，市面上也有各种各样的流量计，流量计的功能和适用范围也在大幅的提高，但是，对于一些高腐蚀性、高粘性、多相流体等流体的流量测量，还是存在一定的缺陷的，技术和测量工具都有待提高
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流量计按照其测量原理分类
旧式流量计大概分为60多种，每种都大相径庭，具有其独特的针对性、局限性和实用性。流量计各个行业领域的应用差别，胜仕在上期就给大家概述了。这次，胜仕带大家来了解各大流量计的优缺点，以便选购！
我们先来了解流量计按照测量原理的大分类：
力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。
电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。
声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式（冲击波式）等。
热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。
光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。
原子物理原理：核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表．
其它原理：有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。
流量计分为：电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计、孔板流量计、热式质量流量计(恒温差)、靶式流量计、差压式流量计、容积式流量计。
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（1）均质导体定律；
（2）中间导体定律；
（3）参考电极定律；
（4）中间温度定律。
可编程控制器系统的主要组成部分有：①中央处理器CPU；②编程器；③通信电缆；④就地及远程I／O站。}