检测仪表新技术的应用.doc

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:Pa
1帕=1牛/米2 即:1 Pa =1N/m2
2、工程技术中各种压力单位与Pa的换算;
1kgf/cm2 = 9.80665×104 Pa
1Pa = 1.0197×10-5 kgf/cm2
1mmHg = 133.3224 Pa
1 Pa=0.75006×10-2 mmHg
1mmH2o = 9.80665 Pa
1 Pa = 0.10197mmH2o
1.2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10-2~109 Pa。
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
=ρg A (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=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