1 变送器和传感器区别
传感器是能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器。 变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器,传感器则是将物理信号转换为电信号的器件,过去常讲物理信号,现在其他信号也有了。一次仪表指现场测量仪表或基地控制表,二次仪表指利用一次表信号完成其他功能:诸如控制,显示等功能的仪表。
传感器和变送器本是热工仪表的概念。传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。根据需要还可将模拟量变换为数字量。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。还有一种变送器不是将物理量变换成电信号,如一种锅炉水位计的“差压变送器",他是将液位传感器里的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧,以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。当然还有把电气模拟量变换成数字量的也可以叫变送器。以上只是从概念上说明传感器和变送器的区别。
2 如何正确使用电磁流量计
电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。当导电金属杆以一定速度做垂直于磁力线方向的运动,即会产生感应电压。
在电磁流量计中,测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆,上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。 当有导电介质流过时,则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬(橡胶,特氟隆等)实现与流体和测量电极的电磁隔离。
假设电磁感应线圈产生磁场强度B为恒定,产生的感应电压Ue正比于流体速度v,管道截面积A为已知,则体积流量Qv则可通过如下公式计算:
电磁流量计由流量传感器和变送器两大部分组成。传感器测量管上下装有励磁线圈,通励磁电流后产生磁场穿过测量管,一对电极装在测量管内壁与液体相接触,引出感应电势,送到变送器。励磁电流则由变送器提供。按转换器与传感器组装方式分类,有分离型和一体型两种。在污水处理工艺中大口径流量计多为分体式,一部分安装在地下,另一部分在地上。小口径以一体式为多。
市场上电磁流量计的功能差别也很大,简单的就只是测量单向流量,只输出模拟信号带动后位仪表;多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表的串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片(ASIC),以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、FF现场总线等。
电磁流量计的口径范围比其他品种流量仪表宽,E+H公司提供W、P、H三种类型的传感器,分别应用于水和污水行业(W型),化工、食品行业(P型),食品、制药行业(H型),口径范围从2毫米到2米。变送器可提供10、50、23、53多种选择,10针对于水行业开发的经济型,50为普通型,53为增强型,23为两线制。精度可有0.5%,0.2%两种选择。可测正反双向流量,也可测脉动流量。
使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的,不能低于阈值(即下限值)。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用,超过阈值即使变化也可以测量,示值误差变化不大,通用型电磁流量计的阈值在10-4~(5×10-6)S/cm之间,视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容,制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应的信号线长度。
工业用水及其水溶液的电导率大于10-4S/cm,酸、碱、盐液的电导率在10-4~10-1S/cm之间,使用不存在问题,低度蒸馏水为10-5S/cm也不存在问题。电磁流量计不能测量电导率很低的液体,如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含有较多较大气泡的液体。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低,认为不能使用,然而实际工作中会遇到因含有杂质而能使用的实例,这类杂质对增加电导率有利。对于水溶液,资料中的电导率是用纯水配比在实验室测得的,实际使用的水溶液可能用工业用水配比,电导率将比查得的要高,也有利于流量测量。
2.电磁流量计特点
电磁流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的影响,测量管内部无收缩或凸出部分的造成的压力损失,另外,流量元件检测出的最初信号,是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压,它与流体的其他性质无关,具有很大的优越性。根据污水具有流量变化大、含杂质、腐蚀性小、有一定的导电能力等特性,测量污水的流量,电磁流量计是一个很好的选择。它结构紧凑、体积小。安装、操作、维护方便,测量系统采用智能化设计,整体密封加强,能在较恶劣的环境下正常工作。而涡街流量计由于技术原因,口径很难做大,质量,管道式超声波流量计在价格相对于电磁缺乏竞争优势。所以在水和污水行业,电磁流量计尤其是大口径电磁流量计具有很大优势,得到了非常普遍的应用。
E+HPROMAG系列电磁流量计功能强大,操作简单,具体的特点如下:
1)测量管道内无阻碍流动部件,无压损,直管段要求底。
2)测量不受流体密度、粘度、压力、温度、电导率变化的影响。
3)光敏键,可免开盖操作;中文菜单显示,更加方便国内用户的使用。
4)快速设定菜单,引导完成参数设置,方便快捷。
5)衬里有硬橡胶,聚氨酯,PTFE,PFA等多种材料供选择。
6)变送器的直流供电/交流供电,四线制/两线制,防爆/非防爆,经济型/标准型等细分满足您的不同需求。
7)测量可靠性高,重复性好,长期免维护。量程比高达1000:1
8)提供电流,频率,脉冲,Hart,Profibus-PA,Profibus-DP,FF等各种输出方式供选择。
3.安装要求
PROMAG系列电磁流量计提供防护等级IP67(防尘防浸水级)或IP68(防尘防潜水级)。在污水厂中大口径流量计传感器大多安装在地下,所以建议选择IP68(防尘防潜水级)。通常电磁流量对安装场所有以下要求:
1)测量混合相流体时,选择不会引起相分离的场所;测量双组分液体时,避免装在混合尚未均匀的下游;测量化学反应管道时,要装在反应充分完成段的下游;尽量满足前后直管段分别不小于5D和2D;
2)尽可能避免测量管内变成负压;
3)避免附近有大电机、大变压器等,以免引起电磁场干扰;
4)易于实现传感器单独接地的场所;
5)尽可能避开周围环境有高浓度腐蚀性气体;
6)选择震动小的场所,特别对一体型仪表;
7)尽可能避免受阳光直照
3 涡街流量计和锥管流量传感器的比较
涡街流量计应用卡门涡街原理,以振动频率反映流速的一种流量测量装置,它具有以下优点:
1、结构简单牢固,安装维护方便,无需导压管和三阀组等,减少泄漏、堵塞和冻结等。 2、适用流体种类多,如液体、气体、蒸气和部分混相流体。 3、精确度较高( ±1%~±2%)。 4、输出与流量成正比的脉冲信号,适用于总量计量,无零点漂移; 5、在一定雷诺数范围内,输出频率信号不受流体物性(密度,粘度)和组分的影响,即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关,只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质。
但它也有不可避免的局限性:
1、不适用于低雷诺数测量(ReD≥2×104),故在高粘度、低流速、小口径情况下应用受到限制。
2、旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响,需要较长的直管段(20D以上)或装设整流器。
3、对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所。
4、分辨率低,口径愈大愈低,一般满管式流量计用于 DN300以下。
锥管流量传感器是应用伯努利方程差压式原理的流量测量装置,和涡街相比较,具有以下几点优点:
1、锥体本身是一个整流器,所以可安装在无直管段的场所。
2、适用的管径范围宽,从15mm~3000mm以上都可。
3、管道的振动对测量精度影响较小。
4、可以通过调整β值以适应更低的流速。
5、可以使用在更高的压力等级的场合(ANSI2500/PN42MPa)
当然,锥管流量传感器只是一个一次测量元件,它需要配合差压变送器等二次仪表才能组成一整套流量测量系统,这使它的总体成本会较涡街有所增加。
4 气体密度的表示方法
1、 摩尔质量 一种气体的分子量是多少,它的摩尔质量就是多少,定义为标准状态下(0℃,一个标准大气压下),每22.4升体积气体质量为其摩尔质量(克),如氮气分子量为28,其摩尔质量为28,标准状态下每2 2.4升氮气质量为28克,这样可以推算氮气的标准密度为1000/22.4×28=1.25kg/m3
2、 标况密度和工况密度 单位都是kg/m3 标况密度指的是在标准状态下的密度,工况密度是指在当前温度压力下的密度。
3、 和标准空气的比值 S.G.Ideal, 标准空气的密度是1.293 kg/m3 某气体的密度为1.5S.G.Idea,那么它的标准密度就为1.293×1.5 kg/m3
4、 液体的密度一般为kg/m3 ,也有个别用与标准水的密度比值做为表示的
5、 蒸汽密度都是以kg/m3 表示的。
5 流量计压力等级问题
对于均速管或者锥管传感器本身,它们只是一段经过加工的金属材料,不存在考虑能承受多少压力之说,我们在选型时,只考虑该材料的耐介质腐蚀性,耐高温或低温性能,以及计算在最大流速的冲击下是否存在会断裂的不安全因素。
压力等级问题,只需在密封上考虑,即传感器与管道连接的部位会不会因为承受不了管道内的温度压力等级而出现泄露等情况。
此次所选的均速管和锥管类型,均是法兰连接密封的,而且所选法兰等级均高于实际管道内的温度压力等级,而其他导压管连接口部位,均采用焊接式接头,可确保安全使用。
6 均速管流量传感器和孔板的比较
以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计(统称标准节流装置)已统领流量领域近百年,其优点是已经标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作,但是由于先天结构上的缺陷,其本身固有的一些缺点,至今仍然没能得到很好的解决。如:流出系数不稳定、线性差、重复性不高从而影响到准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大,特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足,人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、弯管等诸多的非标准节流件,试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样,大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式,只是或多或少改善了局部某一个问题,并没有从根本上彻底解决所有问题。
孔板流量计经过多年推广,已成为标准化节流元件,一般不需要实流标定,只需出厂检验几个尺寸即可,造价也相对低廉。但其精度相对较低,一般为3%~5%,量程比不宽,一般在5:1以内,压损较高,特别在大管径(1000mm)以上,由于安装费用导致成本上升等考虑,一般不推荐使用。
均速管流量传感器和孔板比较,具有以下几个优点:
1、安装和维护费用低
均速管的安装只需要进行简单的焊接,焊接的工作量从几厘米到十几厘米不等,与管道直径的大小无关。相比孔板需要一个2倍管道圆周的焊接所需的费用小的多。例如,在DN250的管道上安装均速管,只需进行10cm的焊接,同样是孔板则需要160 cm的焊接,如在DN800以上的管道安装,孔板尚需吊车等设备辅助,均速管流量传感器则只需两三个施工人员即可。相比之下均速管至少节约了80%的安装费用
均速管安装示意 孔板安装示意
2、均速管流量传感器压损更小,更节能
均速管流量传感器:
永久压力损失小于差压3%
孔板:
永久压力损失达差压的60%
子弹头形的截面产生的阻力最小,因此流体的压力损耗最低,一般只占差压的3%,与孔板相比,一年所节约的能耗就很可观。
巍缔巴(Wedebar)采用非收缩节流设计,比孔板的永久压损至少低了95%以上,是一种高效率、节能的均速流量传感器。
我们曾经在一个钢厂的蒸汽测点上做过验算,一台孔板流量计一年因永久压力损失而造成的电费,高达好几万元,足以购买一台均速管流量传感器。
3、均速管可在线安装,检修。 均速管的精度和重复性优于孔板。由于孔板是标准节流元件,不需要出厂标定,而均速管因没有相关文件,如去逐台标定,那产生的费用将相当昂贵,但有部分客户特殊要求用于天然气等贸易计量的,我们按要求去上海热工所做过标定,均满足±0.5~1%的精度和0.1%的重复性。
7 气体的标况流量和工况流量有什么区别?
气体具有随温度和压力变化而体积变化的特性,根据封闭容器内的一定量气体守恒方程:
PV/T=常数,当管道内温度和压力产生变化,必然引起管道内气体的体积流量产生变化,随之产生的是密度的变化。
所谓工况流量指的是当前管道内温度压力下测得的实际体积流量,也可折算成流速。
标况流量指的是按照PV/T=常数的方程折算到同一标准温度压力下的体积流量,这样可以方便于上下游的互相换算、贸易交接。
气体的标准状态分三种: 1、1954年第十届国际计量大会(CGPM)协议的标准状态是:温度273.15K(0℃),压力101.325KPa。世界各国科技领域广泛采用这一标态。 2、国际标准化组织和美国国家标准规定以温度288.15K(15℃),压力101.325KPa作为计量气体体积流量的标态。 3、我国《天然气流量的标准孔板计算方法》规定以温度293.15K(20℃),压力101.325KPa作为计量气体体积流量的标准状态。
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