云南省化工仪表自动化作业证培训：液位测量原理及仪表

云南省化工仪表自动化作业证培训：液位测量原理及仪表

自动化仪表又称过程检测、控制仪表，它是实现化工生产过程自动化、提高化工生产效率的重要工具。化工自动化控制仪表作业：指化工自动化控制仪表系统安装、维修、维护的作业。

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化工测量与仪表——液位测量原理及仪表

在化工生产中，必须对各种物料的流量进行准确的检测，以维持生产稳定，为控制和管理提供依据，因此流量检测是化工仪表的主要内容之一。

一、差压式流量计

差压式(也称节流式)流量计(见图4-18)是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压差而实现流量测量的。这是目前生产中测量流量最成熟、最常用的方法之一。

以孔板式节流元件为例，其孔板装置及压力、流速分布图如图4-19所示。

根据伯努利方程和流体连续性方程式可推导出流量基本方程式。只要测量出压差△P,就可以换算出流量。

二、转子流量计

转子流量计主要用于小流量(每小时几升到几百升)测量，其工作原理也是节流现象，但其节流元件不是固定的，而是可以上下浮动的转子。

如图4-20所示，一个可以上下浮动的转子装置被置于圆锥形测量管中，当被测流体自下而上通过时，由于转子的节流作用，转子上下会出现压差，此压差对转子产生一个向上的推力，使转子向上移动。由于测量管上口较大，转子上移会使节流效果降低。在一定的位置，压差产生的向上推力、转子自身重力、流体介质对转子产生的浮力三者会达到平衡。对于已知流体，根据平衡时转子的位置，可以计算得到流体的流速，进而推算出流体流量。

需要注意，对于同一个转子流量计，当流体密度改。图4-20转子流量计工作原理图变时，转子在同一高度位置所对应的流量是不同的。

三、容积式流量计

如图4-21所示，是一种常用的容积式流量计——椭圆齿轮流量计。

椭圆齿轮每转动1/4周，排出的被测介质为一个半月形容积。椭圆齿轮每转一周排出的被测介质流量为半月形容积的4倍。对一已知的椭圆齿轮流量计，如果测出转速，便可以推算出流量。

除椭圆齿轮流量计外，常用的容积式流量计还有腰轮流量计、齿轮流量计、双转子(螺杆)流量计等。

四、涡轮流量计

如图4-22所示，在流体流动的管道内安装一个可以自由转动的叶轮，当流体通过叶轮时，流体的动能使叶轮转动，在一定的流量范围和一定的流体黏度下，转速与流速成线性关系。因此，测量出叶轮的转速或转数，就可以确定流过管道的流体流量或总量。

为了测量叶轮转速，涡轮需要使用高导磁性材料制造，而管道为非导磁材料，这样外部线圈便可以感受到叶轮转动时磁路的磁阻变化。

这种测量方法需要在管道中放置转动元件，会造成压力损失。如果流体中有絮状杂物，还容易堵塞管道。

五、电磁流量计

如图4-23所示，当被测介质为具有导电性的液体介质时，可利用电磁感应原理来测量流量。导电流体在磁场中运动产生电势，感应的电势大小与流体的平均流速成正比。因此，测量流体产生的电势就可以计算出流速大小、流量大小。

为了避免磁力线被测量导管的管壁短路，并使测量导管在磁场中尽可能地降低涡流损耗，测量导管应由非导磁的高电阻材料制成，如玻璃钢或不锈钢材料等。当使用不锈钢材料时，为避免流体中的电势被管壁短路，需要在测量管的内壁涂绝缘层或衬绝缘套管。

电磁流量计的特点是能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒(例如泥浆)或纤维液体的流量，但只能测量导电液体的流量。

电磁流量计安装时一定要远离一切电磁场(例如大功率电机、变压器等),使用中注意维护检查，防止电极与管道间绝缘破坏。

六、旋涡流量计

在流体中垂直插入一个非流线型的柱状物作为旋涡发生体，当雷诺数达到一定数值时，会在柱状物的下游产生两列平行状、上下交替出现的旋涡，这些旋涡有如街道旁的路灯，故称“涡街”、“卡曼涡街”(见图4-24)。

当两列旋涡之间的距离h和同列的两旋涡之间的距离l之比满足h/l=0.281时，则所产生的涡街是稳定的。

此时单侧旋涡产生的频率f与流体的平均速度v及旋涡发生体的宽度d有如下关系：

f=Stυ/d

式中St为斯特劳哈尔系数，当雷诺数Re=5×10²～15×10⁴时，St=0.2。由此可见，当St近似为常数时，旋涡产生的频率f与流体的平均流速υ成正比，测得频率即可求得流量Q。

旋涡频率的检测有多种方法，如热敏法、电容法、应力法、超声法等。