过程参数检测与监控

关于安全检测技术 过程参数检测与监控的思维导图，主要内容有流量、流速检测与监控、物位检测与监控、压强检测与监控、压强检测与监控、温度检测与监控。

过程参数检测与监控

• 流量、流速检测与监控
  • 流量
    • 单位时间内流过管道某一截面的流体数量
      • 瞬时流量
        • 体积流量
          • 单位时间内通过某截面的流体的体积
        • 质量流量
          • 单位时间内通过某截面的流体的质量
      • 累计流量
  • 仪表
    • 流量计
      • 用来测量流体流量的仪表
        • 速度式
          • 差压式流量计
            • 节流式流量计
              • 基于流动流体的节流原理，利用节流装置产生压差信号，通过差压流量变送器转换成电信号，在高压蒸汽流量检测中应用较多，最成熟最常用
              • 由节流装置、差压变送器、流量显示仪组成
              • 节流现象
                • 流体流过节流装置时，在节流装置前后两侧管壁流体静压力出现差异的现象
              • 节流装置
                • 差压式流量传感器的流量敏感检测元件，是安装在流体流动的管道中的阻力元件
                • 节流孔板
                  • 流体流过时，流速加快，后取压管处的压力减小
                  • 截面1处能量=截面2处能量+损耗
                • 如果流体动能增加，静压势能必然减少。在流束的截面积缩小处，流速（动能）增大，流体静压（势能）必然降低
            • 测量精度最高，结构简单、可靠性高
            • 文丘里流量计
              • 使用最广泛
        • 质量式
        • 容积式
        • 变面积式流量计
          • 转子流量计
            • 恒压降，变节流面积的流量检测法 适用于中小管径及小、微流量测量
              • 被测流体由锥形管下部进入，沿着锥形管向上运动，流过转子与锥形管的环隙，再从锥形管上部流出。锥形管之中的转子受到一个向上的力，使转子浮起
    • 计量表
      • 测量累计流量的仪表
  • 节流装置
    • 将流体流量的大小转换为响应的压差大小
      • 节流装置的安装
        • 保证节流装置的开孔和管道轴线同心，端面与轴线垂直 节流装置前后长度两倍于管径的内壁上，不应有凸出物和明显的粗糙或不平现象 任何局部阻力均会使流速在截面上重新分布，引起流量系数变化，故在节流装置上下游必须配置一定长度的直管。 喷嘴、孔板一般用于直径大于等于50mm的管道 被测介质应充满管道连续流动 管道内流束稳定 被测介质通过节流装置时不发生相变
      • 节流装置的选用
        • 检测精度 允许的压力损失大小 能够给出的直管段长度 被测介质的物理化学性质 结构的复杂程度 经济性、安装便利性
        • 加工制造和安装与造价高低：文丘里管>喷嘴>孔板 要求压力损失较小时，选用文丘里管、喷嘴 恶劣环境下，选用孔板 在流量和压差都相同时，喷嘴的检测精度较高，且所需直管长度也较短 被测介质是高温高压的，则选用孔板和喷嘴，文丘里管只适用于低压的流体介质
• 物位检测与监控
  • 作用和重要性： 确定容器中的贮料数量 监视或控制容器的物位 对其上下限位置进行报警
  • 物位：存放在容器或工业设备中的物质的高度或位置
    • 液位：液体介质液面的高低
      • 液位计
    • 料位：固体粉末或颗粒状物质的堆积高度
      • 料位计
    • 界位：液体--液体或液体--固体的分界面
      • 界面计
    • 物位检测仪表
      • 直读式
        • 连通器原理
          • 优点：结构简单、价格便宜通常用于压力不太高的场合指示液位高低
          • 缺点：不能测量深色或粘稠的介质的液位，玻璃易碎、信号不能远穿和自动记录
        • 玻璃管式、玻璃板式
      • 浮力式
        • 应用浮力原理
          • 恒浮力法：漂浮于液面上的浮子升、降的位移来反映液位的变化
            • F+W=G
          • 变浮力法：浮子随液位浸没的高度而改变其所受浮力的变化来反映液面的变化
          • 优点：不易受外界影响，直观可靠，维修方便
          • 缺点：有滑动部件，易受摩擦而影响灵敏度增大误差，易被污垢、锈蚀卡死影响可靠性。浮子和浮筒占容器空间较大
      • 差压式
        • 液位高度变化时，由液柱产生的静压也随之变化
        • 压力式液位计
          • 根据测压仪表所测压力大小来检测出容器液位高低，适合敞口容器的液位检测
        • 法兰式压力变送器
          • 当检测介质具有腐蚀性或含有结晶颗粒以及黏度大，易凝固等特点式可选用
      • 电学式
      • 核辐射式
      • 声学式
        • 超声波物位计
          • 发射探头利用压电材料的逆压电效应，将电能转换为机械能（超声波），接收探头利用压电材料的正压电效应，将机械波能转换为电能（电信号）
          • 检测用超声波的频率一般为40kHz，主要有脉冲式和连续液式两种，单探头工作只能采用脉冲式超声波
          • 探头到物位的高度 h=ct/2
          • 分类
            • 按传感探头的工作方式分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式
            • 按传声介质不同，分为气介式、液介式、固介式
          • 技术指标
            • 量程：物位计的测量范围
            • 盲区：发射的超声波脉冲有一定宽度，距离换能器较近的小段区域内的反射波和发射波重叠，无法识别。盲区的大小与超声波物位计的型号有关 盲区是反映换能器好坏的重要指标
            • 温度：受液晶屏工作温度限制，大部分标称是-20~60摄氏度，不考虑液晶显示，可达到-40~80摄氏度，换能器的工作温度很难超过150摄氏度，极限温度在100℃
          • 应用
            • 选择合适的安装位置
            • 物位计的安装高度应保证换能器表面与最高物位之间的距离大于盲区距离
            • 尽可能使换能器的声波方向与被测介质表面垂直
            • 避免日晒雨淋，室外安装时应加装防护罩
            • 物位计固定应牢固可靠
            • 注意液体表面的悬浮物及气泡对测量带来的影响
• 压强检测与监控
  • 工程中压力的表示方式：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力
    • 表压=绝对压力-大气压力 真空度=大气压力-绝对压力 差压=被测压力1-被测压力2
  • 压力计的分类
    • 液柱式
    • 弹性式
    • 电气式
    • 活塞式
  • 弹性元件
    • 单圈弹簧管
    • 多圈弹簧管
    • 膜片
    • 膜盒
    • 波纹管
• 压强检测与监控
  • 工程中压力的表示方式：表压、负压（真空度）、差压、绝对压力
    • 表压=绝对压力-大气压力 真空度=大气压力-绝对压力 差压=被测压力1-被测压力2
  • 压力计的分类
    • 液柱式
    • 弹性式
    • 电气式
    • 活塞式
  • 弹性元件
    • 单圈弹簧管
    • 多圈弹簧管
    • 膜片
    • 膜盒
    • 波纹管
• 温度检测与监控
  • 温标
    • 摄氏温标：在标准大气压下，水的冰点为0摄氏度，沸点为100摄氏度，中间划分为100等分。
    • 华氏温标：在标准大气压下，水的冰点为32华氏度，沸点为212华氏度，中间划分为180等分。（1.8*摄氏度+32=华氏度）
    • 热力学温标
      • 规定水三相点的热力学温度，定义该点温度为273.16K，规定分子运动停止时的温度为绝对零度。 水的三相点：水的固液气三相平衡共存时的温度。
    • 国际温标ITS-90
      • 规定热力学温度（T）的单位为开尔文（K）。1K等于水处于三相点时温度值的1/273.16。
      • 水的三相点定为0.01摄氏度，将绝对零度修正为-273.15摄氏度。 摄氏度（t）：t90=T90-273.15
  • 测温方式
    • 接触式测温
      • 优点：较直观可靠、系统结构简单、准确度高
      • 缺点：测温时有较大的滞后、所测物的温度不能太高、测温上限受到温度计材质的限制
      • 测温类型
        • 热电偶温度检测
          • 以热电效应为基础，将温度变化变为热电势变化进行测量
          • 可测-200~2000摄氏度的液体、蒸汽、气体介质及固体表面的温度
          • 结构简单、方便、易制造 测温范围广、精确度较高 无需外加电源 易于远距离传输测量
          • 热电动势
            • 两种不同材料的金属或半导体连接成闭合回路，若两个接点温度不相等，回路中就会产生热电动势。
          • 温差电势
            • 大小与材料性质和导体两端的温差有关，方向从低温端指向高温端
          • 接触电势
            • 与ab材料的性质、接触点温度有关，与导体形状和尺寸无关
          • 热电偶的结构
            • 普通型
            • 铠装型
            • 薄膜型
        • 热电阻温度检测
          • 将温度变化转换为电阻变化进行温度测量
          • 性能稳定，准确度高，不需冷端温度处理、可远距离显示或传送信号
          • 感温元件电阻体的体积较大、热容量较大、动态特性不如热电偶、抗机械冲击和振动性能较差
          • 常用热电阻
            • 铂热电阻
              • 性能稳定、线性度好、精度高、成本较高、成本较高、易被侵蚀变脆
            • 铜热电阻
              • 测量精度不高且温度较低（-50~150摄氏度） 线性关系好、灵敏度比铂电阻高、易提纯加工、便宜
            • 半导体热敏电阻
              • 普通热电阻
              • 铠装热电阻
                • 尺寸小、响应速度快、抗振可绕、方便、寿命长
              • 灵敏度高，电阻值高、响应时间快、结构简单、便宜、化学稳定性好、可用于环境较恶劣的场合
    • 非接触式测温
      • 优点：测温范围广、速度快，可测运动中的物体
      • 缺点：所测温度受物体发射率、中间介质和测量距离影响
      • 测温类型
        • 亮度温度计
          • 利用各种物体在不同温度下辐射的光谱亮度不同的原理制成，具有较高的准确度
        • 全辐射高温计
          • 基于被测物体的辐射热效应设计制成
          • 优点：接受辐射能力强、灵敏度高、坚固耐用、可测较低温度并能自动显示或记录 缺点：对二氧化碳水蒸气很敏感，受介质影响较大
          • 测出的是被测物体的辐射温度而非真实温度
          • 辐射温度：若物体在温度为T时的辐射能量E和黑体在温度为Tp时的辐射能量Eb相等，则把黑体温度称为被测物体的辐射温度
    • 测温的基本原理
      • 压力随温度变化的原理
      • 热阻效应
      • 热膨胀原理
      • 热电效应
      • 热辐射原理