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                  全面解說壓力測量的要素以及壓力技術在測量方面取得的一些進展

                  作者:發表時間:2019-05-22


                        準確測量液體,氣體和蒸汽壓力是許多工業過程安全,高效運行和最佳質量控制的基本要求。除了直接測量壓力值之外,壓力測量還可用于確定或推斷流速,流體水平,產品密度和其他參數。因此,許多工廠依靠壓力測量設備來獲得所需的現場測量。
                  使用壓力或差分測量的一些示例應用是:
                        1、通過管道的流速
                        2、水箱中的液體水平
                        3、物質的密度
                        4、罐中兩種或多種液體之間的界面
                        例如,如果將諸如孔板的收縮部分放置在管道中,則壓力將以可預測的方式下降。通過在孔板之前和之后測量管道中的壓力,可以計算通過管道的流速。本文介紹了壓力測量的要素,并介紹了該技術在最佳壓力測量方面取得的一些進展。
                  絕對壓力,表壓和差壓
                  壓力測量裝置可根據測量的參考壓力進行分類。三個參考壓力是:
                        絕對:絕對壓力測量將測量的壓力與完全真空(0磅/平方英寸,絕對壓力[psia])進行比較。
                        儀表:儀表壓力測量值將測得的壓力與周圍大氣壓力(約14.7 psia)作為參考壓力進行比較。對于儀表變送器的輸出,考慮了大氣壓力的變化(例如由于天氣變化引起的變化)。儀表裝置通常用于測量向大氣開放的儲罐中的液位。
                        差壓:差壓測量使用第二過程壓力作為參考壓力。差壓測量通常用于通過確定從系統中的一個點到另一個點發生的壓降來推斷通過管道的流速,例如在管道中的孔板上發生的壓降。


                  壓力變送器可用于測量壓力,流量,液位和密度。
                  現代變送器基礎知識
                        布萊迪壓力傳感器和變送器已經在過程工業中使用了幾十年,從20世紀40年代開始,氣動變送器向氣動控制器提供壓力信號。在20世紀50年代,出現了電子發射器,它將壓力信號轉換成4-20mA信號,可以由電子控制器使用,后來由計算機使用。在20世紀80年代,HART被添加到4-20 mA信號中,創造了智能壓力變送器?,F場總線數字信號后來出現,現在無線可用于兩種類型的智能變送器。
                        智能變送器不僅可以從現場報告壓力值?,F在可以從單個壓力變送器報告大量信息。智能變送器最重要的進步之一是診斷領域。
                        大多數智能壓力變送器都包括一組基本診斷功能,可在設備損壞或需要維修時通知操作員。今天更先進的智能變送器不僅可以提供有關變送器狀態的額外診斷見解,還可以提供電氣回路和過程本身的診斷見解,發出主動警報,以便操作員立即響應并避免停機。診斷方面的新進展包括:
                        過程監控:布萊迪壓力變送器可以監聽過程的背景噪聲并檢測正常運行的偏差,這可能表示堵塞的脈沖管線或過程本身的更嚴重問題,例如蒸餾塔溢流,火焰不穩定或泵空化。
                        回路監控:診斷可以監控將現場設備連接到控制室的電氣回路的完整性,以通知操作員任何不規則情況,例如外殼和接線盒中的水,電線腐蝕或不穩定的電源。


                        與有線壓力變送器相比,無線壓力變送器可以以非常低的成本快速安裝在任何地方。
                  走無線
                        傳統的有線壓力變送器需要支持基礎設施,包括電線,電纜,導管,接線盒,編組柜和I / O,以將壓力信號傳回控制系統。這種基礎設施有時會使壓力變送器在某些位置安裝太困難或太昂貴。
                        與傳統有線設備相比,安裝和實施無線設備所需的時間可縮短75%,從而消除了布線和建筑勞動力,與無線技術相關的資本成本可降低40%。此外,從增加的壓力監測點獲得的見解有助于延長資產壽命,從而創造更高的投資回報。使用電池供電的無線壓力變送器,可以在壓力變送器安裝在管道,儲罐或蒸汽管道的任何地方進行測量和傳輸,以便在各種應用中實現靈活性。
                  改進了流程連接
                        壓力變送器物理連接到過程的方式會極大地影響測量的整體精度和可靠性。簡單的安裝通常使用易于泄漏,堵塞,凍結和連接傳感器的其他問題的脈沖管。更復雜的應用,包括坦克和儀表運行的應用,可能需要多個部件,管道穿透和連接,這可以增加所需的脈沖管的數量。
                        較新的壓力變送器采用緊湊型組件,組件使用更少,安裝更簡單,并且需要更少的持續維護。這些解決方案允許緊密耦合,這是一種最佳實踐安裝程序,可實現更精確的測量。
                        例如,在傳統的差壓(dP)流動應用中,集成的流量計組件消除了大量的脈沖管。這些流量計可以取代以前需要許多機械部件和多個管道穿透的多個變送器,這會導致泄漏,堵塞,凍結和不準確的過程測量。
                        在液位應用中,甚至可以使用電子dP遠程傳感器系統來替換脈沖管,其中兩個壓力變送器安裝在容器的頂部和底部


                  消除脈沖管道組件大大降低了維護成本和安裝時間。
                        和電子連接。遠程傳感器消除了脈沖管和相關的環境影響。該系統還消除了對脈沖線進行加熱跟蹤并防止其凍結的需要。
                        伴熱可以為任何過程增加相當大的成本和復雜性,并且需要大量維護以保持其可操作性,因為使用伴熱的應用經常遭受故障。這些測量挑戰和次優性能可導致更低的吞吐量,降低的產品質量和成本超支。
                  一些dP級變送器可通過專用遠程密封來解決這些挑戰,從而擴展溫度工作范圍。
                        遠程密封件可以在比傳統變送器更熱或更冷的溫度下運行。通過該解決方案,變送器中的中間隔膜密封件將兩種不同的填充流體分離,具有不同的最佳工作溫度。
                        例如,在高溫應用中,高溫填充流體僅在熱過程旁邊立即使用,而傳統的填充流體用于其余部分。


                        遠程密封和填充流體允許壓力變送器在炎熱或寒冷的低溫下運行。
                        連接毛細管。該解決方案不依賴于伴熱,可以產生更可靠,更準確,更快速的過程測量,特別是在極端條件下。
                  液體與氣體壓力
                        影響液體壓力的因素不同于影響氣體壓力的因素。測量壓力時,了解液體和氣體的壓力特性非常重要。液體施加的靜水壓力受三個因素的影響:
                        柱中液體的高度
                        液體密度
                        液體表面的壓力(蒸汽空間)
                        隨著塔中液體的高度增加,液柱底部的壓力增加。壓力受高度而不是液體體積的影響。
                        與液體不同,氣體在容納液體的容器的所有部分上施加相等的壓力。有兩個因素影響氣體施加的壓力:


                        dP級系統中兩個壓力變送器之間的電子/數字連接有助于消除脈沖線的問題,例如溫度影響,堵塞或冬季結冰。
                  容納氣體的容器的容積
                  氣體溫度
                        壓力,溫度和氣體體積之間的關系可以通過應用理想氣體定律來確定。
                        理想氣體定律:PV = nRT
                        氣體壓力受溫度變化的影響。如果容納氣體的容器的體積和氣體的量不變,則氣體施加在容器壁上的壓力將與氣體溫度的變化成比例地變化?;蛘吆唵蔚卣f,通過測量水箱中的壓力和溫度,您可以測量氣體。
                  測量流量
                        壓力測量的常見用途是推斷流體通過管道的流速。當流體流過管道限制時,流體壓力下降。流過管道的流體的壓力在限制器的上游側較大而在下游側較低。


                        由于靜水壓力與液體高度成正比,差壓測量可用于報告水平。
                        如果在管道限制之前和之后測量壓力(例如,流量元件,例如孔板,文丘里管,流動噴嘴,楔形或阿努巴),則壓降的平方根與流量的比例成正比。流體通過管道。
                  測量水平
                        罐或容器中的液體水平可以通過以下等式從壓力測量中確定:
                        高度=壓力/液體比重
                        封閉的罐或容器需要dP變送器來解釋蒸汽空間壓力。開放式儲罐或容器需要絕對壓力變送器或dP變送器,低壓側通向大氣。
                  測量密度
                        壓力等于被測液體柱的高度乘以液體的比重。因此,如果柱的高度是已知常數,如在容器上的兩個壓力測量點之間的距離的情況下,則可以使用以下等式從壓力讀數推斷出密度:


                        通過從差壓測量推斷流速來進行所有流量測量的大約一半。
                        比重=壓力/液體高度(水平)
                        然后可以將比重值轉換成密度或每單位體積單位質量,例如克/立方厘米。密度測量通常用于釀造工業以確定發酵階段。
                        即使在工業應用中使用數十年之后,壓力測量技術也在不斷發展。這些進步使傳統測量更容易,并且通常允許在以前不可能的區域進行測量。

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