辽宁石油化工大学实习设计本

(第  册)

专业班级：       检测技术与应用 0931 班         

姓    名：     张晓梅     学 号：       28 号         

实习、设计名称：     控制仪表应用实训       

实习、设计地点：           实训室          

实习、设计时间： 20## 年 9 月 26 日 至 20## 年 10 月  28 日

指导教师：     张月静                  荆  轲         

成    绩:                          

评 阅 人：                                                  

职 业 技 术 学 院 教 务 科 制

目 录

前  言... 1

1流量仪表... 2

    1.1 流量计... 2

        1.1.1电磁流量计... 2

        1.1.2玻璃转子流量计... 3

        1.1.3靶式流量计... 3

        1.1.4涡街流量计... 5

        1.1.5浮子流量计... 5

        1.1.6科氏力质量流量计... 5

        1.1.7热式质量流量计... 8

        1.1.8 超声波流量计... 9

        1.1.9漩涡式流量计... 11

    1.2 流量仪表的检验方法... 12

    1.3流量仪表发展趋势... 12

2执行器... 14

    2.1基本构成... 14

    2.2分类... 14

    2.3工作原理... 14

    2.4造型... 15

        2.4.1双作用执行机构的选用... 15

        2.4.2单作用执行机构的选用... 15

        2.4.3直行程式的调节机构... 15

        2.4.4角行程式的调节机构... 16

    2.5执行器——CRM企业信息化解决方案... 16

实训总结... 17

参考文献... 18

前  言

随着社会的进步和发展和人们生活水平的不断提高，控制仪表技术已经成为我们生活的一部分。它所给人带来的方便也是不可否定的，其中流量仪表和执行器就是两个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从控制仪表技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

本次设计的总体设计方案共分为2个部分：（1）流量仪表，（2）执行器，这2个部分涵盖了本次设计的全部过程。

    本设计所介绍的流量仪表又称为流量计，常用的流量仪表有 1. 电磁流量计； 2. 涡街流量计； ⒊ 浮子流量计 ⒋ 科氏力质量流量计； ⒌ 热式（气体）质量流量计； ⒍ 超声波流量计； ⒎ 涡轮流量计。主要应用于工业生产过程，能源计量 ，环境保护工程，交通运输， 生物技术， 科学实验， 海洋气象，江河湖泊等领域。介绍的执行器是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。执行器也是控制系统正向通路中直接改变操纵变量的仪表，由执行机构和调节机构组成。

本人水平有限，编写过程中难免有错误之处，希望老师能给与批评指导。

1 流量仪表

1.1流量计

1.1.1电磁流量

　  电磁流量计是60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表．它根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量导电流体的体积流量。由于其独特的优点，目前已广泛地应用于工业上各种导电液体的测量。例如，测量各种酸、碱、盐等腐蚀液体；各种易燃，易爆介质；各种工业污水，纸浆，泥浆等。

流量仪表

测量原理

　　测量原理是基于法拉第电磁感应定律。即当导电液体流过电磁流量计时，导体液体中会产生与平均流速V （体积流量）成正比的电压，其感应电压信号通过两个与液体接触的电极检测，通过电缆传至放大器，然后转换成统一的输出信号。 基于电磁流量计的测量原理，要求流动的液体具有最低限度的电导率。

优点

　　①电磁流量计的变送器结构简单，没有可动部件，也没有任何阻碍流体流动的节流部件，所以当流体通过时不会引起任何附加的压力损失，同时它不会引起诸如磨损，堵塞等问题，特别适用于测量带有固体颗粒的矿浆，污水等液固两相流体，以及各种粘性较大的浆液等．同样，由于它结构上无运动部件，故可通过附上耐腐蚀绝缘衬里和选择耐腐材料制成电极，起到很好的耐腐蚀性能，使之可用于各种腐蚀性介质的测量．

　　②电磁流量计是—种体积流量测量仪表，在测量过程中，它不受被测介质的温度．粘度、密度以及电导率(在一定范围内)的影响．因此，电磁流量计只需经水标定以后，就可以用来测量其它导电性液体的流量，而不需要附加其它修正．

　　③电磁流量计的量程范围极宽，同一台电磁流量计的量程比可达1：100．此外，电磁流量计只与被测介质的平均流速成正比，而与轴对称分布下的流动状态（层流或紊流）无关．

　　④电磁流量计无机械惯性，反应灵敏，可以测量瞬时脉动流量，而且线性好．因此，可将测置信号直接用转换器线性地转换成标准信号输出，可就地指示，也可远距离传送。

流量仪表

缺点

    电磁流量计虽具有上述优良特性，但目前它还有一些不足之处，以致在使用上受到一定限制．主要有如下几点：

　　①电磁流量计不能用于测量气体、蒸气以及含有大量气体的液体．

　　②电磁流量计目前还不能用来测量电导率很低的液体介质，被测液体介质的电导率不能低于10－5（S/cm），相当于蒸馏水的电导率．对石油制品或者有机溶剂等还无能为力。

　　③由于测量管绝缘衬里材料受温度的限制，目前工业电磁流量计还不能测量高温高压流体。

④电磁流量计受流速分布影响，在轴对称分布的条件下，流量信号与平均流速成正比．所以，电磁流量计前后也必须有一定长度的前后直管段．

⑤电磁流量计易受外界电磁干扰的影响。

1.1.2玻璃转子流量计

产品简介：

    玻璃转子流量计主要用于化工、石油、轻工、医药、化肥、化纤、食品、染料、环保及科学研究等各个部门中，用来测量单相非脉动（液体或气体）流体的流量。

耐腐蚀型流量计主要用于有腐蚀性液体、气体介质流量的检测，例如强酸（氢氟酸除外）、强碱、氧化剂、强氧化性酸、有机溶剂和其它具有腐蚀性气体或液体介质的流量检测。

LZB型的测量锥管使用光滑锥形玻璃管，LZJ型使用带筋锥形玻璃管。

1.1.3靶式流量计

   靶式流量计是差压流量计的一个品种，它在工业上的开发应用已有数十年的历史。我国于20世纪70年代开发电动、气动靶式流量变送器它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。

    由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构，这种流量计使用时不免带来力平衡机构本身所造成的诸多缺陷，如零位易漂移，测量精确度低，杠杆机构可靠性差等。由于力平衡机构性能不佳的拖累，靶式流量计本身的许多优点亦未能得到有效的发挥，至今用户对旧靶式流量计的不良印象仍未消除。

　　新型靶式流量计的力转换器采用应变式力转换器，它完全消除了上述力平衡机构的缺点，新型靶式流量计还把微电子技术和计算机技术应用到信号转换器和显示部分，流量计具有一系列优点，相信今后在众多流量计中发挥重要的作用。

　  原理和结构

　　1、 工作原理 靶式流量计的原理简图如图1所示。 在测量管（仪表表体）中心同轴放置一块园形靶板，当流体冲击靶板时，靶板上受到一个力F，它与流速V，介质密度ρ和靶板受力面积A之间关系式如式（1）所示。（1）式中 F ——靶板上受的力，N；CD ——阻力系数；ρ——流体密度，kg/m3；V——流体流速，m/s；A——靶板受力面积，m2。经推导与换算，得流量计算式如下： 式中 qm，qv——分别为质量流量和体积流量，kg/h，m3/h；α——流量系数；D ——测量管内径，mm；β ——直径比，β=d/D；d——靶板直径，mm。其余符号同上。靶板受力经力转换器转换成电信号，经前置放大，AD转换及计算机处理后，可得到相应的流量和总量。如图1所示。 图2 靶式流量计结构简图　

　　2、 结构形式 靶式流量计结构简图如图2所示它由检测装置，力转换器，信号处理和显示仪几部分组成。检测装置包括测量管和靶板，力转换器为应变计式传感器，信号处理和显示仪可以就地直读显示或远距标准信号传输等。靶式流量计的结构形式可分为管道式，夹装式和插入式等，各类结构形式还可分为一体式和分离式二种。一体式为现场直读显示，而分离式则把数码显示仪与检测装置分离（一般不超过100m）。

　  流量计主要特点

　　1、 感测件为无可动部件，结构简单牢固；

　　2、 应用范围和适应性很广泛，一般工业过程中的流体介质，包括液、气和蒸汽，口径范围（DN15以上），各种工作状态（高、低温，常压、高压）皆可应用，可以说其应用范围可与孔板流量计相比美。

　　3、 准确度高，总量测量可达0.2%R；

　　4、 范围度宽，4：1～15：1至30：1；

　　5、 可解决困难的流量测量问题，如测量含有杂质（微粒）之类的脏污流体；原油、污水、高温渣油、浆液、烧碱液，沥青等；

　　6、 灵敏度高，能测量微小流量，流速可低至0.08m/s；

　　7、 用于小口径(DN15～DN50)，低雷诺数(Red=103～5×103)的流体，它可以弥补标准节流装置难以应用的场合，如小口径蒸汽流量测量等；

　　8、 可适应高参数流体的测量，压力高达数十MPa，温度达450℃；

　　9、 可用于双向流动流体的测量；

　  10、 压力损失较低，约为标准孔板的一半；

　  11、 抗上游阻流件干扰能力强，上游侧直管段长度一般5～10D即可；12、 可采取干式（挂重法）校验，给用户周期校验带来方便；

　　13、 直读式仪表无需外能源，清晰明了，操作简便，亦可输出标准信号（脉冲频率或电流信号）；

　　14、 仪表性能价格比高，为经济实惠的流量计；

    15、 安装简单方便，易维护。

1.1.4涡街流量计

    涡街流量计是依据卡门旋涡原理进行封闭管道流体流量测量的新型流量计。因其具有良好的介质适应能力，无需温度压力补偿即可直接测量蒸汽、空气、气体、水、液体的工况体积流量，配备温度、压力传感器可测量标况体积流量和质量流量，是节流式流量计的理想替代产品。涡街流量计是在流体中安放一根（或多根）非流线型阻流体（bluff body），流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率，从而计算出体积流量。涡街流量计适用与测量液体、气体或蒸汽。

　　它没有移动部件，也没有污垢问题。涡街流量计会产生噪音，而且要求流体具有较高的流速，以产生旋涡。涡街流量计由于传感器采用的检测探头与旋涡发生体分开安装，而且耐高温的压电晶片不与介质接触，涡街流量计具有结构简单、通用性好和稳定性高的特点。

涡街流量计,主要用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定。可靠性高,可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出。

1.1.5浮子流量计

    金属管浮子流量计实际是一种可变面积式流量计。它通常具有一段直立的锥管和一只可以在其中自由地随流量大小上下移动的浮子。当流体自下而上流经锥管时，流体的动能在浮子上产生的推力 S 和流体的浮力 A 使浮子上升。随着锥管内壁与浮子之间的环形流通面积增大，流体动能在浮子上产生的推力 S 随之下降。当推力 S 与浮力之和等于浮子自身重力 G 时，浮子处于平衡状态，并稳定在某一高度上，该高度位置对应的刻度指示流过流量计的流量。传感器将流量的大小转换成浮子的位移量，通过磁耦合系统，将浮子位移量传给转换器指示出流量的大小。

浮子流量计是工业自动化过程控制中常用的一种改变面积流量测量仪表。具有体积小、检测范围大、使用方便等特点。它可以用来测量液体、气体、以及蒸汽的流量，特别适宜低流速小流量的介质流量测量。

1.1.6科氏力质量流量计

概述

　　科氏力质量流量计是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用即科里奥利力现象为原理，以质量流量测量为目的的质量流量计，一般由传感器和变送器组成。

罗斯蒙特质量流量计广泛应用于石化等领域，是当今世界上最先进的流量测量仪表之一，在我厂主要产品如乙烯、丙烯和主要原料轻烃等的测量中使用可靠，精度高达1.7‰，为我厂的能源、物料的流量测量提高了准确度，避免了不必要的损失，创造了可观的经济效益。

流量仪表

质量流量测量原理

　　一台质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。Rosemount质量流量计依据牛顿第二定律：力=质量×加速度（F=ma），当质量为m的质点以速度V在对P轴作角速度ω旋转的管道内移动时，质点受两个分量的加速度及其力：

　 （1）法向加速度，即向心加速度αr，其量值等于2ωr，朝向P轴；

　 （2）切向角速度αt，即科里奥利加速度，其值等于2ωV，方向与αr垂直。由于复合运动，在质点的αt方向上作用着科里奥利力Fc=2ωVm，管道对质点作用着一个反向力-Fc=-2ωVm。

　　当密度为ρ的流体在旋转管道中以恒定速度V流动时，任何一段长度Δx的管道将受到一个切向科里奥利力ΔFc： ΔFc=2ωVρAΔx （1）

　　式中，A—管道的流通截面积。

　　由于存在关系式：mq=ρVA

　　所以：ΔFc =2ωqmΔx （2）

因此，直接或间接测量在旋转管中流 动流体的科里奥利力就可以测得质量流量。

科氏力及作用

　　传感器内是U型流量管，在没有流体流经流量管时，流量管由安装在流量管端部的电磁驱动线圈驱动，其振幅小于1mm，频率约为80Hz，流体流入流量管时被强制接受流量管的上下垂直运动。在流量管向上振动的半个周期内，流体反抗管子向上运动而对流量管施加一个向下的力；反之，流出流量管的流体对流量管施加一个向上的力以反抗管子向下运动而使其垂直动量减少。这便导致流量管产生扭曲，在振动的另外半个周期，流量管向下振动，扭曲方向则相反，这一扭曲现象被称之为科里奥利(Coriolis)现象，即科氏力。

　　根据牛顿第二定律，流量管扭曲量的大小完全与流经流量管的质量流量大小成正比，安装于流量管两侧的电磁信号检测器用于检测流量管的振动。当没有流体流过流量管时，流量管不产生扭曲，两侧电磁信号检测器的检测信号是同相位的；当有流体流经流量管时，流量管产生扭曲，从而导致两个检测信号产生相位差，这一相位差的大小直接正比于流经流量管的质量流量。

　　由于这种质量流量计主要依靠流量管的振动来进行流量测量，流量管的振动，以及流过管道的流体的冲力产生了科氏力，致使每个流管产生扭转，扭转量与振动周期内流过流管的质量流速成正比。由于一个流管的扭曲滞后于另一流管的扭曲，质量管上的传感器输出信号可通过电路比较，来确定扭曲量。

电路中由时间差检测器测量左右检测信号之间的滞后时间。这个“时间差”ΔT经过数字量测量、处理、滤波以减少噪声，提高测量分辨率。时间差乘上流量标定系数来表示质量流量。由于温度影响流管钢性，科氏力产生的扭曲量也将受温度影响。被测量的流量不断由变送器调整，后者随时检测粘在流管外表上的铂电阻温度计输出。变送器用一个三相的电阻温度计电桥放大电路来测量传感器温度，放大器的输出电压转化成频率，并由计数器数字化后读入微处理器。

数显流量仪表

密度测量原理

　　流量管的一端被固定，而另一端是自由的。这一结构可看做一重物悬挂在弹簧上构成的重物/弹簧系统，一旦被施以一运动，这一重物/弹簧系统将在它的谐振频率上振动，这一谐振频率与重物的质量有关。质量流量计的流量管是通过驱动线圈和反馈电路在它的谐振频率上振动，振动管的谐振频率与振动管的结构、材料及质量有关。振动管的质量由两部分组成：振动管本身的质量和振动管中介质的质量。每一台传感器生产好后振动管本身的质量就确定了，振动管中介质的质量是介质密度与振动管体积的乘积，而振动管的体积对每种口径的传感器来说是固定的，因此振动频率直接与密度有相应的关系，那么，对于确定结构和材料的传感器，介质的密度可以通过测量流量管的谐振频率获得。

　　利用流量测量的一对信号检测器可获得代表谐振频率的信号，一个温度传感器的信号用于补偿温度变化而引起的流量管钢性的变化，振动周期的测量是通过测量流量管的振动周期和温度获得，介质密度的测量利用了密度与流量管振动周期的线性关系及标准的校定常数。

　　科氏质量流量传感器振动管测量密度时，管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率，因而由测量的管道频率可推出流体密度。变送器用一个高频时钟来测量振动周期的时间，测量值经数字滤波，对于由操作温度导致管道钢性变化，进而引起固有频率的变化进行补偿后，用传感器密度标定系数来计算过程流体密度。

信号特性

　　罗斯蒙特公司的变送器为模块化并带有微处理器功能，配合ASICS数字技术，可选择数字通信协议。它与传感器连接使用可获得高精确度的质量流量、密度、温度和体积流量信号，并将获得的信号转换为模拟量、频率等输出信号，还可使用275型HART协议通信手操器或AMS、Prolink软件对其组态、检查及通信。

SP数字信号处理器特性

　　DSP数字信号处理器是一个实时处理信号的微处理器，在科里奥利流量计里，我们使测量管在一个已知的频率下振动，因此任何在此振动频率范围之外的频率都是“噪声”，需要除掉它们以准确地确定质量流量。例如，一个50Hz或60Hz的信号很可能来源于与附近动力线的耦合。如何在实际上“过滤”这些多余的信号则需要一些更多的在那时刻所得到的背景信息，图8表明了噪声如何出现在原转换器信号上，以及被过滤后的最终信号。

　　与使用时间常量去阻抑和稳定信号相比，使用数字信号处理（DSP）技术的主要好处之一，是能够以一个被提高了的采样率去过滤实时信号，减少了流量计对流量的阶跃变化的响应时间。使用多参数数字（MVD）变送器的响应时间比使用模拟信号处理的传统变送器快2~4倍，更快的响应时间会提高短批量控制的效率和精确度。

　　DSP技术另一个颇有价值且更富有挑战性的应用实例是气体测量，因为高速气体通过流量计会引起较严重的噪声。通过高准Elite系列传感器，与流量信号混杂的噪声被减至最校现在DSP技术能更好地滤波，并进一步减小了质量流量计对噪声的敏感度。采用MVD变送器测量气体的结果在重复性和精确度上都有了显著提高。

DSP技术提供了一个“通往处理的窗户”，当浏览这个窗户时，首先集中在测量管振动频率附近的信号上。实际上，有意地抛弃了其余的信息，很可能正是隐藏在这些“无用的”数据里的信息会铺平通往新的诊断技术的道路。例如，频谱分析可能会引导我们取得在夹杂空气或团状流动流体测量上的进展，流体在测量管内壁的附着也是另一个有希望被DSP技术检测到的故障，频谱的变化也很可能被用于预测传感器的故障。

1.1.7热式质量流量计

原理

　　热式气体质量流量计采用热扩散原理，热扩散技术是一种在苛刻条件下性能优良、可靠性高的技术，其典型传感元件包括两个热电阻（铂RTD），一个是速度传感器，一个是自动补偿气体温度变化的温度传感器。当这两个RTD被置于介质中时，其中速度传感器被加热到环境温度以上的一个恒定的温差，另一个温度传感器用于感应介质温度。流经速度传感器的气体质量流量是通过传感元件的热传递量来计算的。气体速率增加，传感器传递给介质的热量增多，因此需要供给更多的功率，而电子单元加热RTD　的功率与质量流量成一定的对应关系。

　　热式气体质量流量计是气体流量计量中新型仪表，区别于其它气体流量计不需要进行压力和温度修正，直接测量气体的质量流量，一支传感器可以做到量程从极低到高量程。它适合单一气体和固定比例多组份气体的测量。它依据的原理是流体吸收热的速度直接与质量流量相关。移动的气体分子撞击热电阻时吸收带走热量，流率越大，接触热电阻的分子越多，吸收的热量越多，热吸收与某种气体的分子数，热学特性和流动特性有关。

特点

　　产品特点直接测量气体质量流量，无需温度、压力补偿低流速测量；

　　一个流量计能同时兼顾小流量和大流量测量，特别适合大口径测量。

典型应用

　　工业管道中气体流量测量　

　　燃气过程中空气流量测量　

　　烟囱排出的烟气流量测量　

　　水处理中瀑气流量测量　

　　水泥，卷烟，玻璃厂生产过程中气体流量测量压缩空气流量测量　

　　天然气，煤气，液化气，火炬气，氢气等气体流量测量　

钢铁厂加气流量测量

1.1.8超声波流量计

概述

　　超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种

优点

　　非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

　　众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。

    另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。

FLEXIM便携式超声波流量计

缺点

　　超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级．若要求测量流速的准确度为1%，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

基本原理和应用情况

　　超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。

　　超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

　　超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

　　超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。

　　根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型，如图所示。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。广泛应用在在石油化工行业、核电行业、导热油领域

　　以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。

1.1.9涡轮流量计

　　涡轮流量计是一种叶轮式仪表，其工作原理相对简单。涡轮流量计本体管道中心安放一个涡轮，两端由轴承支撑．当流体通过管道时，冲击涡轮叶片，对涡涡轮流量计是一种速度式仪表,它具有压力损失小,准确度高,起步流量低,抗震与抗脉动流动性好,范围度宽容易维修等特点,涡轮流量计是将涡轮置于被测流体中,当气体进入流量计时,在特殊结构整流器的作用下得到整流并加速,在一定流量范围内涡轮的角速度和流量成正比,利用电磁感应原理感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号,该信号经前置放大器,整形后,得到实际流量,并显示在LCD屏上.如果同温度,压力传感器检测到的信号一起输入智能流量计算仪进行运算处理,将得到标准状况下的流量,并显示在LCD屏上.

轮产生驱动力矩，使涡轮克服摩擦力矩和流体阻力矩而产生旋转．在一定的流量范围内，对一定的流体介质粘度，涡轮的旋转角速度与流体流速成正比．由此，流体流速可通过涡轮的旋转角速度得到，从而可以计算得到通过管道的流体流量．同时涡轮的转速通过装在机壳外的传感线圈来检测．当涡轮叶片切割由壳体内永久磁钢产生的磁力线时，就会引起传感线圈中的磁通变化．传感线圈将检测到的磁通周期变化信号送入前置放大器，对信号进行放大、整形，产生与流速成正比的脉冲信号，送入单位换算与流量积算电路得到并显示累积流量值；同时亦将脉冲信号送入频率电流转换电路，将脉冲信号转换成模拟电流量，进而指示瞬时流量值。

涡轮流量计是速度式流量仪表的一种，根据其音译国内又称为透平流量计。涡轮流量计根据其测量介质的不同又分为气体涡轮流量计和液体涡轮流量计。在各种流量计中涡轮流量计是重复性高、精确度最佳的产品。如结构简单、加工零部件少、重量轻、维修方便、流通能力大（同样口径可通过的流量大）和可适应高参数（高温、高压和低温）等。涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。在国外液化石油气、成品油和轻质原油等的转运及集输站，大型原油输送管线的首末站都大量采用它进行贸易结算。

1.2流量仪表的校验方法

    为了获得流量仪表的流量量值及其测量精确度，必须对每台 流量仪表作流量校验或标定。流量仪表的校验一般有直接测量法 和间接测量法两种方式。 直接测量法也称为实流校验法，是以实际流体流过被校验仪 表，再用别的标准装置(标准流量计或流量标准装置)测出流过 被校仪表的实际流量，与被校仪表的流量值作比较，或将待标定的仪表进行分度。这种校验方法也有人称为湿法标定(wet cali- bration),,实流校验法获得的流量值既可靠又准确，是目前许多 流量仪表(如电磁流量计、容积式流量计、祸轮流量计、涡街流 量计、浮子流量计及科里奥利质量流量计等)校验时所采用的方 法，也是目前建立标准流量的方法。

　　间接则量法是以测量流量仪表传感器的结构尺寸或其它与计算流量有关的量，并按规定方法使用，间接地校验其流量值，获 得相应的精确度。这种方法相对于湿法标定也被称为干法标定 (dry calibration)。间接法校验获得的流量值没有直接法准确，但 它避免了必须要使用流量标准装置特别对大型流量装置带来的困 难，所以，已经有一些流量仪表采用了间接校验法。如差压式流量计中己经标准化了的孔板、喷嘴、文丘里管等都积累了丰富的 试验数据，并有相应的标准，所以通过标准节流装置的流量值就 可以采用检验节流件的几何尺寸与校验配套的差压计(差压变送 器)来间接地进行。

1.3流量仪表发展趋势

1. 结构日趋简洁、轻便

　　早期流量仪表为纯机械就地显示，如容积式流量计。不仅结构复杂笨重，重量/口径比很大；且其中的转动件因磨损需经常维修。随着工业管道口径日益增大，插入式仪表以其结构简单、轻巧、拆装简便，日益受到用户青睐，而近十年发展最快的电磁、超声流量仪表，管道中更是没有任何转动件、阻力件，结构更为简洁，且压损小，准确度高，是最有发展潜力的流量仪表。

2. 功能力求完善、多样

　　早期流量仪表为就地显示（如容积、转子），随着工业水平的不断提高，已不能适应工艺要求数十台仪表集中显示、调节、控制。有必要将传感器（也称一次表，如孔板、喷嘴、内锥）与变送器（也称二次表）分离开。并将流量参数转换为电参数，远传至中央控制室。随着工业规模再扩大，模拟信号已无法适应，输出信号需转换为数字信号，以适应现场总线系统、SCADA系统的要求。

　　为增加仪表的可靠性，不少仪表已增加多达10余种自诊断功能。如KROHNE公司推出的Optiflux电磁流量计，可自诊断如气泡、电极腐蚀、积垢、电极短路、流体导电率、非满管、衬里损坏、外部磁场等多方面的仪表状况。

仪表功能的多样化也是一种发展趋势，如超声除测流量外，还可测流体成分，声速；科氏除测流量外，还可测流体密度。

2执行器

2.1基本构成

类型

　　在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器直接安装在生产现场，有时工作条件严苛。能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。

结构

自动化技术工具中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器3类。

2.2分类

   （1）执行器按所用驱动能源分为气动、电动和液压执行器三种。

　　（2）按输出位移的形式，执行器有转角型和直线型两种。

　　（3）按动作规律，执行器可分为开关型、积分型和比例型三类。

（4）按输入控制信号，执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。

2.3工作原理

    在齿轮级，发动机的转速可通过两套齿轮传送到输出杆上。主减速器由行星齿轮完成，副减速器由蜗轮实现，它被一套绷紧的弹簧固定在中心位置。在发生过载的情况下，也就是输出杆超过了弹簧的设定转矩时，中央蜗轮会发生轴向位移，对开关及信号装置进行微调，为系统提供保护。 受由外部变化控制杆操纵的耦合的作用，输出杆在发动机工作时与蜗轮耦合，在手动操作时与手轮耦合。当发动机不工作时，可以很容易地断掉电机驱动，并且只需压一下控制杆即可连上手轮。由于电机驱动优先于手动操作，因此当发动机再次启动时，会自动发生反向动作。这样就可以避免当发动机运转时还开启手轮，有利于保护系统。

　　由于手轮直接与输出杆耦合，因此可以保证在内部齿轮失灵或损坏时阀门的正常手动操作。

　　安装在齿轮上的开关与信号装置是一个密封外壳，保护其内部的元件实现以下功能：

　　l 本地或远程显示阀门位置

　　l 执行器/阀门的过载保护

　　l 限定阀门行程范围

　　l 电气接口

执行器在不同型号阀门上的安装是通过输出杆来完成的，它可适用于现有的多种阀杆组态。

2.4造型

2.4.1双作用执行机构的选用

　双作用执行机构的选用以DA系列气动执行机构为例。齿轮条式执行机构的输出力矩是活塞压力(气源压力所供)乘上节圆半径(力臂)所得，如图4所示。且磨擦阻力小效率高。如图5所示，顺时针旋转和逆时针旋转时输出力矩都是线性的。在正常操作条件下，双作用执行机构的推荐安全系数为25-50%

2.4.2单作用执行机构的选用

    单作用执行机构的选用以SR系列气动执行机构为例在弹簧复位的应用中，输出力矩是在两个不同的操作过程中所得，根据行程位置，每一次操作产生两个不同的力矩值。弹簧复位执行机构的输出力矩由力(空气压力或弹簧作用力)乘上力臂所得第一种状况：输出力矩是由空气压力进入中腔压缩弹簧后所得，称为"空气行程输出力矩"在这种情况下，气源压力迫使活塞从0度转向90度位置，由于弹簧压缩产生反作用力，力矩从起点时最大值逐渐递减直至到第二种状况：输出力矩是当中腔失气时弹簧恢复力作用在活塞上所得，称为"弹簧行程输出力矩"在这种情况下，由于弹簧的伸长，输出力矩从90度逐渐递减直0度如以上所述，单作用执行机构是根据在两种状况下产生一个平衡力矩的基础上设计而成的。

2.4.3直行程式的调节机构

    1、直通单座阀

　　所谓单座是指阀体内只有一个阀芯和一个阀座。如图8-2（b）、（c）所示。其特点是结构简单、泄漏量小(甚至可以完全切断)和允许压差小。因此，它适用于要求泄漏量小，工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差，防止阀门关不死。

    2、直通双座阀

　　直通双座调节阀[图8-2(a)]的阀体内有两个阀芯和阀座。它与同口径的单座阀相比，流通能力约大20%～25%。因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消，但上、下两阀芯不易同时关闭，因此双座阀具有允许压差大、泄漏量较大的特点。故适用于阀两端压差较大，泄漏量要求不高的干净介质场合，不适用于高粘度和含纤维的场合。

　　3、角形阀

角形调节阀[图8-2(d)]的阀体为直角形，其流路简单，服力小，适用于高压差、高粘度、含悬浮物和颗粒状物料流量的控制。一般使用于底进侧出、此种调节阀稳定性较好。在高压场合下，为了延长阀芯使用寿命，可采用侧进底出，但在小开度财容易发生振荡。

2.4.4角行程式的调节机构

    1、蝶阀

　　蝶阀[图8-2(g)]的挡板以转轴的旋转来控制流体的流量。它由阀体、挡板、挡板轴和轴封等部件组成。其结构简单、体积小、重量轻、成本低、流通能力大，特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合，但泄漏量较大。其流量特性在转角达到70º。前和等百分比特性相似，70º以后工作不稳定，特性也不好，所以蝶阀通常在0º～70º转角范围内使用。蝶阀不仅在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上得到广泛应用，而且还应用于热电站的冷却水系统。

　　2、凸轮挠曲阀

　　凸轮挠曲阀又称偏心旋转阀[图8-2(i)]，也是一种新型结构的调节阀。其球面阀芯的中心线与转轴中心偏离，转轴带动阀芯偏心旋转，使阀芯向前下方进入阀座。

偏心旋转阀具有体积小，重量轻，使用可靠，维修方便，通用性强，流体阻力小等优点，适用于粘度较大的场合，在石灰、泥浆等流体中，具有较好的使用性能。

2.5执行器——CRM企业信息化解决方案

    执行器（final controlling element）是自动化技术工具中接收控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。

　　执行器行业随着业务的不断扩大和客户的增多，销售人员在管理起客户来感觉非常的吃力，他们表示，管理30个客户用电子表格还是可以接受的，当要管理目前的每个人近300个客户的时候，就不知道怎么办了。同时对企业老总来说销售人员的离职，销售过程的管理等都遇到了很大的麻烦。为了提高公司的销售业绩，方便销售人员对客户的管理和老总对销售人员和客户的管理， 客户是企业最宝贵的资源，而执行器行业的客户资源高度集中，因此客户资源的管理对于节能设备来说显得尤为重要。但是随着公司销售网点的不断增加，客户资料往往都分散在各分支机构，而对于客户资源的管理也只局限于相关销售人员，机构与机构，总部与机构甚至同一机构的两个销售人员之间，客户信息往往不能共享，最头疼的是，一旦销售人员离职，那么公司就会流失相当一部分客户，长此以往，后果堪忧。因此，建立一套科学的客户关系管理体系，搭建高效持久的客户资源共享平台。

实训总结

 通过这几天的控制仪表的实训，我在理论的基础上更深刻的掌握了控制仪表的深层内容以及实际生活中的应用，实训锻炼了自己动手能力和思维能力，让我受益匪浅，同时也暴露出一些平时学习上的问题，让我深刻反思。这些问题的发现将为我以后的学习和工作找明道路，查漏补缺为进一步学习作好准备。

通过此次实习，让我学到了很多课堂上更本学不到的东西，仿佛自己一下子成熟了，懂得了做人做事的道理，也懂得了学习的意义，时间的宝贵，人生的真谛。明白人世间一生不可能都是一帆风顺的，只要勇敢去面对人生中的每个驿站!这让我清楚地感到了自己肩上的重任，看清了自己的人生方向，也让我认识到了不管什么工作都应有仔细认真的工作态度，要有一种平和的心态和不耻下问的精神，不管遇到什么事都要总代表地去思考，多听别人的建议，不要太过急燥，要对自己所做事去负责，不要轻易的去承诺，承诺了就要努力去兑现。单位也培养了我们的实际动手能力，增加了实际的操作经验，对实际的自动化相关工作的有了一个新的开始，更好地为我们今后的工作积累经验。

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