自動(dòng)化儀表講課

1、 自動(dòng)化儀表學(xué)習(xí)、交流總公司 4月：0。9622億 85。7%5月 1。0365億 79。62002年價(jià)格 0。4667元/KWH 近5000萬元/月燃?xì)獍l(fā)電 9。9億KWH/年 0。825KWH/月 月節(jié)電費(fèi)： （0。4667-。18）*0。825=2365萬元 消耗高爐煤氣：13.7萬NM3/H焦?fàn)t煤氣：2。8萬NM3/H 占總（8萬）35%目前放散高爐煤氣：5萬KWH/H *0。045=2250/H 5。4W/R焦?fàn)t煤氣：1萬NM3/H *0。52=5200/H 12。48W/R數(shù)字來源-測量（檢測）第一部分：熱工儀表檢測（重點(diǎn)） 二。 控制（顯示） 控制儀表計(jì)算機(jī)取代 顯示儀表 第一節(jié)

2、：基本知識(shí)一 測量和測量方法測量：就是用試驗(yàn)的方法把被測量與所采用的測量單位相比較，求出其數(shù)學(xué)比值的過程。數(shù)學(xué)形式如下：q=Q/VQ-被測量V-測量單位q-測量結(jié)果的數(shù)值測量是通過一種比較的裝置來進(jìn)行的。這種裝置為測量儀表。測量方法：好多 方法影響結(jié)果 加油機(jī)（桶、渦輪、科里奧里 按測量結(jié)果分類1 直接測量法：被測量與測量單位直接比較所的結(jié)果。例如：指針壓力表、體溫表2 間接測量法：通過直接測量與被測量有確定函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)量，然后計(jì)算出被測量的方法。例如：導(dǎo)體電阻 R=U/I 流量=速度*面積3 組合測量法：當(dāng)被測量與直接測量的一些量不是一個(gè)函數(shù)關(guān)系，需要求解一個(gè)方程組才能取得時(shí)即為組合測量

3、法。 主要用于實(shí)驗(yàn)室和科學(xué)研究。二測量誤差1 隨機(jī)誤差：不能預(yù)定的誤差。是在相同測量條件下多次重復(fù)測量同一個(gè)量時(shí)，以不可預(yù)定的方式變化的測量誤差的分量。2 系統(tǒng)誤差：有確定規(guī)律的誤差。 是在相同測量條件下多次重復(fù)測量同一個(gè)量時(shí)，保持固定不變的誤差的分量。3 粗大誤差：超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差測量結(jié)果顯著偏離被測量的實(shí)際值所對應(yīng)的誤差。嚴(yán)重歪曲測量結(jié)果，人為因素-測量條件變化。三儀表誤差和不確定度1絕對誤差：測量值-真值2相對誤差：絕對誤差 / 真值3引用誤差：絕對誤差 / 儀表上限值（或量程）4不確定度：由于誤差的存在而對被測量值不能肯定的程度。四誤差來源：1。裝置誤差：天平水平。 2環(huán)境誤差

4、：溫度、濕度，電磁干擾 3人為誤差：操作、讀數(shù) 4方法誤差：測量（插入深度），計(jì)算（常量）第二節(jié) 壓力測量儀表一 壓力壓力系指流體對單位面積上的垂直作用力，也就是物理學(xué)中的壓強(qiáng)。 P=F/S P：壓力 F：流體對某面積上的垂直作用力S：流體作用的面積壓力單位：Pa、MPa 1MPa=10 Pa習(xí)慣工程壓力 1Kgf/cm2=0。0980665MPa表壓：P表（壓力表指示）絕對壓力：P絕對（壓強(qiáng)）P絕對=P表+P大氣（當(dāng)?shù)兀?濟(jì)南：102241Pa 拉薩：64916Pa二U型管壓力計(jì)原理：利用一定高度的液柱對底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理，通過液柱高度反映被測壓力的大小的儀器。 結(jié)構(gòu)：H

5、：液體高度差r：液體的重度 水（10C）：1000Kgf/m3 水銀P=P0+r*H （絕壓） P表=r*H 讀數(shù)誤差 1mm+1mm 2mm為減少相對誤差，提高靈敏度，采用低重度的液體。范圍：最簡單 適用于壓力、真空度、壓力差 實(shí)驗(yàn)室誤差：1.溫度誤差 ，液體重度 35C：994 Kgf/m32.安裝位置誤差 要求U管嚴(yán)格垂直優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單使用方便，有較高的精度 量程受限于液柱高度，測差壓時(shí)靜壓受限于玻璃管 無遠(yuǎn)傳信號(hào)三、彈簧管壓力表原來：利用各種彈性元件彈性變形產(chǎn)生的彈性力與被測壓力產(chǎn)生的力相平衡，通過測量彈性元件變形量來測量壓力。結(jié)構(gòu)： 形狀：橢圓、扁圓 材質(zhì)：黃、紫銅-靈敏高鋼 -壓

6、力高范圍：適用廣泛，壓力、真空，氣（汽），水量程 厘米水柱到萬公斤（幾百Pa 幾十MPa）同時(shí)具有遠(yuǎn)傳信號(hào)及報(bào)警電接的點(diǎn)。四電測測壓儀表（壓力變送器）目前我公司常用：散硅應(yīng)變式、電容式工作原理： 電阻變化 測量部分 | 轉(zhuǎn)換部分 |4-20mADC 電容變化1 測量部分1 硅應(yīng)變式：擴(kuò)散硅受壓，基于壓阻效應(yīng)而改變電阻，使其輸出信號(hào)。結(jié)構(gòu)：2 電容式：感壓模片受壓產(chǎn)生移位，改變電容極板距離，而改變電容，使其輸出信號(hào)。結(jié)構(gòu)： S：面積C=e*S/d d：極板距離3 轉(zhuǎn)換部分：電子技術(shù)、加工工藝發(fā)展型：分離元件、220V、四線制、0-10mA，龐大、笨重，精度低 1%，飄移大型：集成，220V、四線

7、制，0-10mA，精度 0。5%，型：超大集成，24V，二線制4-20mA，（供電、信號(hào)公用）小巧、安全、方便，精度高0。1% 智能表：單片機(jī)，除具有 型表優(yōu)點(diǎn)外，還具有，表頭顯示、無可調(diào)整部位（零點(diǎn)、量程）、量程調(diào)整寬（手持終端），無須打壓標(biāo)定，精度高0。075%-0。025%，輸出信號(hào)模擬數(shù)字兼容，具有自診斷功能（欠、超壓）4適應(yīng)范圍：液體、氣體、蒸汽，微、高壓（差），50Pa-50MPa，負(fù)壓（真空）5安裝要求：取壓垂直與流體方向 氣體：防止積水 液體：防止氣阻 蒸汽：防止?fàn)C表（冷凝器）第三節(jié) 溫度測量儀表一 溫度測量的一般概念工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)重要的熱工參數(shù)之一，自然界存在的實(shí)體都具有

8、溫度參數(shù)。氣體、液體、物體，1 溫標(biāo)：就是溫度數(shù)值的表示方法。2 攝氏溫標(biāo)：習(xí)慣用，將冰的融點(diǎn)定為零度（0 C），水的沸點(diǎn)定為一百度（100 C），中間分外為一百等格，每一格代表攝氏一度。（1C）3 熱力學(xué)溫標(biāo)（可爾文、K）：熱力學(xué)物質(zhì)三相點(diǎn)（固、液、汽）三態(tài)平衡時(shí)規(guī)定，水： 固-液 273。16 K（0。01C）4 攝氏溫度與熱力學(xué)溫度關(guān)系： t=T-273。15 t：攝氏溫度T：熱力學(xué)溫度 二溫度測量的方法1 利用物體膨脹固體：如雙金屬溫度計(jì)液體：如水銀玻璃溫度計(jì)氣體：如壓力表式的溫度計(jì)2 利用金屬或半導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系：如電阻溫度計(jì)。3 利用熱電效應(yīng)： 如熱電偶溫度計(jì)。4 利用物體輻射

9、能與溫度的關(guān)系：紅外輻射溫度計(jì)。三電阻溫度計(jì) 導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化而變化。當(dāng)溫度升高一度，大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻要生高0。4-0。6%，而半導(dǎo)體要減少3-6%。1 原理：金屬導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系：Rt=Rt01+a（t-t0）Rt-溫度為t C 時(shí)的電阻值。Rt0-溫度為t0C 時(shí)的電阻值a-導(dǎo)體的溫度系數(shù)。a隨溫度變化而變化，計(jì)算時(shí)通常取t-t0之間的平均值。2 材料：(1).鉑熱電阻: 用0。05-0。07毫米鉑金屬繞制而成。它化學(xué)比較穩(wěn)定，測量精度較高，可靠性較好。量范圍200-500C。電阻值與溫度之間的函數(shù)為非線性關(guān)系： Rt=R0（1+At+Bt ），利用公式計(jì)算電阻與溫度的

10、數(shù)值，并列成表，既為鉑熱電阻分度表。（2）銅熱電阻:用0。1毫米銅漆包線繞制而成。用于測量-50-150C的溫度。溫度系數(shù)較大，價(jià)格低，應(yīng)用廣泛。電阻值與溫度之間的函數(shù)為線性關(guān)系：Rt=R0（1+at） 計(jì)算并列成表，既為銅熱電阻分度表。3 結(jié)構(gòu)：4 安裝使用為保證測量精度要求：（1）。安裝位置便于施工、維護(hù)。（2）熱電偶插入方向應(yīng)與被測介質(zhì)流向相逆，或垂直。（3）。插入深度越深越好，為取得較大的插入深度，可采取斜插、擴(kuò)插或彎管出插入。 5 誤差分析（1）。分度誤差：熱電阻與溫度的關(guān)系與分度表之間的誤差。系統(tǒng)誤差，通過校表可以求得。（2）線路電阻變化引起的誤差：接線電阻隨環(huán)境溫度變化而變化，使

11、測量產(chǎn)生誤差。可采用三線制接線法來消除。 四熱電偶溫度計(jì) 應(yīng)用廣泛，長期使用1300C以下，特殊材料制成可達(dá)2800C。1工作原理： 利用二個(gè)電勢 （1）。接觸電勢：當(dāng)二種不同的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B相互接觸時(shí)，由于兩者有不同的電子密度（例如Na Nb），A向B擴(kuò)散電子，A體帶正電，B體帶負(fù)電。因此，在A、B的接觸面形成一電位差，電勢的形成對擴(kuò)散起阻止作用。最后達(dá)到某種動(dòng)平衡狀態(tài)，平衡后的這一電勢稱接觸電勢。接觸電勢的大小，取決于導(dǎo)體的性質(zhì)（密度）和接觸點(diǎn)的溫度。 （2）。溫差電勢：把一根均質(zhì)金屬導(dǎo)線的一端加熱，而另一端保持原來的狀態(tài)，則在導(dǎo)線的二端產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢，稱為溫差電勢。 溫差電勢于金

12、屬材料及兩端溫差有關(guān)，溫差越大，溫差電勢越大。 （3）。熱電偶回路熱電勢分布及特性： AB（t，t0）= AB（t）+ B（t，t0）- AB（t0）- A（t，t0） B（t，t0），A（t，t0）產(chǎn)生的溫差電勢很小且兩者接近，可忽略。因此： AB（t，t0）= AB（t）- AB（t0）熱電偶有以下特性：1 熱電偶回路熱電勢的大小只于熱電極材料及熱電偶兩端溫度有關(guān)，與材料的幾何尺寸無關(guān)。2 當(dāng)熱電偶兩端溫度相同，則熱電勢為零。既 AB（t，t0）=0。3 相同電極材料組成的熱電偶，由于Na=Nb ，所以總熱電勢為零。4 如使熱電偶一端溫度t0不變，則熱電勢只與另一端溫度t有關(guān)，這樣只要測得

13、 AB（t，t0）的大小既可知道溫度t的大小，這就是熱電偶測量溫度的原理。 在熱電偶的冷端溫度t=0C時(shí)，確定出 AB（t，t0）與熱端溫度t的數(shù)值關(guān)系，既為熱電偶的分度關(guān)系，列成表，則為熱電偶分度表。熱電偶分度表是冷端溫度t=0C時(shí)確定的，而現(xiàn)場環(huán)境溫度t0不可能為零，因此，需要冷端溫度校正補(bǔ)償，才能測出正確結(jié)果。2常用電偶的種類（1）。鉑銠鉑熱電偶用鉑銠、鉑作熱電極組成的熱電偶稱為鉑銠鉑熱電偶。鉑銠作熱電極的正極，由鉑90%、銠10%制成的合金；鉑作熱電極的負(fù)極，由較純的鉑絲。鉑銠鉑熱電偶物理性能穩(wěn)定，測量精確度高，便于復(fù)制，可用眼于精密測量和制成標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。長時(shí)間1300C，短1600C

14、。缺點(diǎn)：靈敏度低，0。009mv/C，線性度較差、材料貴，成本高。鉑銠鉑熱電偶的分度號(hào)為LB-3。 （2）。鎳鉻鎳硅熱電偶用鎳鉻鎳硅作熱電極組成的熱電偶稱為鎳鉻鎳硅熱電偶。鎳鉻作熱電極的正極，由鎳90%、鉻10%制成的合金；鎳硅作熱電極的負(fù)極，由鎳95%、5%的鋁、硅、錳制成的合金。鎳鉻鎳硅熱電偶抗氧化，抗腐蝕，復(fù)制性較好，靈敏度較高0。041mv/C，長時(shí)間900C，短1300C。缺點(diǎn)：精度不高，但可滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。鎳鉻鎳硅熱電偶的分度號(hào)為EU-2。（3）。鎳鉻考銅熱電偶用鎳鉻考銅作熱電極組成的熱電偶稱為鎳鉻考銅熱電偶。鎳鉻作熱電極的正極，由鎳90%、鉻10%制成的合金；考銅作熱電極的負(fù)

15、極，由鎳44%、56%的銅制成的合金。特點(diǎn)：靈敏度高0。078mv/C，廣泛應(yīng)用測量800C以下的溫度。鎳鉻考銅熱電偶的分度號(hào)為EA-2。3結(jié)構(gòu)（1）熱電極：把兩根熱電極的一端焊接在一起成為熱電偶的熱端。（2）。絕緣子為防止兩根電極之間和電極與保護(hù)管之間短路，在兩根電極上套有的絕緣子。 （3）。保護(hù)管： 為防止熱電極受腐蝕和機(jī)械損傷，加裝的保護(hù)管。無縫管、不銹鋼管、陶瓷管。 （4）。接線合：5 安裝要求： 同熱電阻 （1）。安裝位置便于施工、維護(hù)。 （2）熱電偶插入方向應(yīng)與被測介質(zhì)流向相逆，或垂直。且頂端超過中心線50mm。 （3）。插入深度越深越好，為取得較大的插入深度，可采取斜插、擴(kuò)插或彎

16、管出插入。6 誤差分析：（1）。靜態(tài)誤差：電偶熱量輻射管壁，通過保護(hù)管傳給低溫的空間。（2）。動(dòng)態(tài)誤差：熱電偶與被測介質(zhì)熱交換需要一定的時(shí)間，及熱慣性造成的誤差。 （3）。其他誤差：熱電極內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)不均勻，熱電特性與標(biāo)準(zhǔn)分度之間的誤差。第四節(jié) 流量測量儀表 流量測量儀表應(yīng)用廣泛，從工農(nóng)業(yè)、國防科研到人民生活都離不開，家庭中電，水表，煤氣表等等。 流量測量是熱工三大參數(shù)，測量難度最大測量技術(shù)。一?；A(chǔ)知識(shí) p：密度 kg/m 1流體密度： p=m/v m：流體質(zhì)量 kg v： 流體體積 m 2體積流量： Qv=U*A U：流體平均速度 m/s A：管道的截面積 m Qv： m /s 3質(zhì)量流量

17、： Qm=p*Qv Qm： kg/s4總流量（累計(jì)流量）：在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)流過管道截面的流量體。v= Qv*dt mm= Qm*dt kg 二流量測量與儀表的分類按測量原理： 1 力學(xué)原理：差壓（孔板、文丘里、插入式威力巴 2 熱學(xué)原理：熱式質(zhì)量流量計(jì) 3 聲學(xué)原理：超聲波流量計(jì) 4 電學(xué)原理：電磁流量計(jì) 5 其他 ： 光學(xué)、原子物理學(xué)等三差壓式流量測量儀表（一）。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)（節(jié)流裝置）最傳統(tǒng)，應(yīng)用最廣泛。國際、我國建立標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置：是指按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)既可確定其流量值并估算測量誤差。 相似的幾何尺寸，相似的流體條件。 *現(xiàn)場條件、制造、安裝1 工

18、作原理：1 連續(xù)方程式：p1 v1 A1=p2 v2 A2=Qm （質(zhì)量守恒）2 伯努利方程：P+1/2 pv =常數(shù) （能量守恒）由二式推出流量公式：Qm=KQv=Qm/pK：流量系數(shù) P：差壓 p：介質(zhì)密度2 結(jié)構(gòu)： （1）。孔板 （2）。取壓： 角接取壓 法蘭取壓 徑距取壓3 安裝注意事項(xiàng)（主要）：1 測量位置，管子直且圓，滿足前后直管段的要求。標(biāo)準(zhǔn)孔板有具體規(guī)定，一般采用前10D，后5D。2 要保證孔板的垂直度和同軸度。3 取壓管安裝方法（壓力測量儀表已講）4 導(dǎo)壓管： 測量材質(zhì)視被測介質(zhì)確定，內(nèi)徑不小6mm，長度控制在10M以內(nèi)。5 優(yōu)缺點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)易于復(fù)制、簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠，

19、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)，測量不確定因素錯(cuò)綜復(fù)雜準(zhǔn)確度難以提高，測量范圍窄，1：3-1：4，壓損大，安裝難度大。（二）。插入式威力巴流量計(jì)（均速管）1 原理：利用差壓原理，基于電子技術(shù)的發(fā)展（微差壓變送器產(chǎn)生，可使量程為100Pa左右，精度0。075%），測量流體平均速度。2 結(jié)構(gòu)：4 優(yōu)缺點(diǎn)：安裝維護(hù)方便（可在線），壓損小，不易堵塞。差壓小，低流速時(shí)精度不易保證。四電磁流量計(jì)1 原理：電磁流量計(jì)所依據(jù)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律。當(dāng)導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢。 原理被用于管內(nèi)流動(dòng)的流體，流體流動(dòng)的方向與磁場垂直。 流體產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢被設(shè)在管子直徑相對兩側(cè)的一對電極測量出來U ，

20、電壓信號(hào)U與磁場強(qiáng)度B，電極距離D和平均流速V成正比。 由于磁場強(qiáng)度B和電極距離D是常數(shù)，則電壓信號(hào)U與平均流速V成正比。 由體積流量公式可以看出，電壓信號(hào)U與平均流速V成線性正比。 在信號(hào)變換器中，感應(yīng)電壓信號(hào)被變換成與流量成對于關(guān)系的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。U：感應(yīng)電壓信號(hào)B：磁場強(qiáng)度D：電極距離V：平均流速UB D V =KBDVQv=A* V=D /4 V -U2 主要特點(diǎn)： 1 。測量管內(nèi)為阻流及活動(dòng)部件，因此無壓損，也不會(huì)堵。因此節(jié)能，可用于兩相流如污水，泥漿紙漿。2。安裝要求直管段低 前5D，后2D。3量程比大通常50：1，特殊可1000：13 缺點(diǎn)：不能測量電導(dǎo)率低的液體，一般5u

21、s/cm。這相當(dāng)于軟化水，自來水100500us/cm。汽油、純酒精不能測。 不能測量氣體、蒸汽及含有氣泡的液體。4 注意事項(xiàng)：1選型設(shè)計(jì)要注意液體流速一般滿管式0。1m/S，插入式0。5m/s。2 安裝位置和流向，傳感器可水平或垂直，但要注意液體滿管，無氣泡。 3安裝附近應(yīng)避免強(qiáng)電磁場。五渦街流量計(jì)1工作原理 在測量管中插入柱狀物體（旋渦發(fā)生體），流體通過柱狀物兩側(cè)就交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦（如下圖），這種旋渦稱為卡門旋渦。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測介質(zhì)的平均速度為v，旋渦發(fā)生體的迎面寬度為d，測量管通徑為D ，則有下列關(guān)系： f=St v/（1-1。2d/

22、D） St：系數(shù)（斯特勞哈爾數(shù)） 由：Qv=A*v 可推出：Qv= D v= K=f/Qv= 儀表系數(shù)K除與旋渦發(fā)生體，測量管幾何尺寸，斯特勞哈爾數(shù)有關(guān)，不受其他因素影響。如流體的密度，組份，工況（溫度、壓力）影響。渦街流量公式：（不考慮氣體壓縮系數(shù)）Qvn=Qv*（PTn/PnT）=f/K（PTn/PnT）Qvn，Qv-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（0C或20C，101。325Kpa）和工況下的體積流量，m /h；Pn，P-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的絕對壓力，Pa；Tn，T-分別為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況下的熱力學(xué)溫度，K。例如：一氧氣瓶氧氣 設(shè)P=10MPa，T=30C，Qv=3。14D /4*1。5=0。047mQvn=。047*（101。325+10000）273。15/101。325（273。15+30） =4。235 Nm 接近100倍（近似壓力的比值）2。結(jié)構(gòu)：1發(fā)生體：圓柱：三角狀： 矩形狀：2 測元件： 熱敏式，應(yīng)力式、電容式及光電式等3。優(yōu)缺點(diǎn)：適應(yīng)各種介質(zhì)的測量（氣體、液體、蒸汽），壓損小（為孔的1/41/2），精度較高（0。5-1。5%），量程比較大通常20：1，安裝維護(hù)方便。由于不上受工況影響（密度），可測量混合氣體。高粘度，低