化工儀表及自動化(教程)

1、中孚化工集團磷復(fù)肥分公司儀表培訓(xùn)教材化工儀表及自動化培訓(xùn)教材磷復(fù)肥分公司技術(shù)科二0一三年六月89目 錄 一、緒 論 3 二、檢測儀表基本知識 6 三、壓力檢測 14 四、流量檢測 23 五、物位檢測 33 六、顯示儀表 38 七、自動控制系統(tǒng)概述 41 八、基本控制規(guī)律 49 九、自動控制儀表 55 十、執(zhí)行器 59 十一、簡單控制系統(tǒng) 64 十二、復(fù)雜控制系統(tǒng) 68 十三、典型化工單元的控制方案 75緒 論內(nèi)容提要n 化工自動化的意義及目的n 化工自動化的發(fā)展概況n 化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類化工自動化的意義及目的 n 加快生產(chǎn)速度、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。 n 減輕勞動強度、改善

2、勞動條件。n 能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴大，達到延長設(shè)備使用壽命，提高設(shè)備利用率、保障人身安全的目的。 n 生產(chǎn)過程自動化的實現(xiàn)，能根本改變勞動方式，提高工人文化技術(shù)水平，以適應(yīng)當(dāng)代信息技術(shù)革命和信息產(chǎn)業(yè)革命的需要。 化工自動化的發(fā)展情況n 20世紀40年代以前Ø 絕大多數(shù)化工生產(chǎn)處于手工操作狀況，操作工人根據(jù)反映主要參數(shù)的儀表指示情況，用人工來改變操作條件，生產(chǎn)過程單憑經(jīng)驗進行。低效率，花費龐大。n 20世紀50年代到60年代Ø 人們對化工生產(chǎn)各種單元操作進行了大量的開發(fā)工作，使得化工生產(chǎn)過程朝著大規(guī)模、高效率、連續(xù)生產(chǎn)、綜合利用方向迅速發(fā)展。n 20世紀70年代

3、以來，化工自動化技術(shù)水平得到了很大的提高n 20世紀70年代，計算機開始用于控制生產(chǎn)過程，出現(xiàn)了計算機控制系統(tǒng)n 20世紀80年代末至90年代，現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展化工儀表及自動化系統(tǒng)的分類按功能不同，分四類： 檢測儀表 (包括各種參數(shù)的測量和變送) 顯示儀表 (包括模擬量顯示和數(shù)字量顯示) 控制儀表 (包括氣動、電動控制儀表及數(shù)字式控制器) 執(zhí)行器(包括氣動、電動、液動等執(zhí)行器) 圖0-1 各類儀表之間的關(guān)系1.自動檢測系統(tǒng)利用各種儀表對生產(chǎn)過程中主要工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄的部分。 作用：對過程信息的獲取與記錄作用。 圖0-2 熱交換器自動檢測系統(tǒng)示意圖自動檢測系

4、統(tǒng)中主要的自動化裝置敏感元件傳感器顯示儀表敏感元件對被測變量作出響應(yīng),把它轉(zhuǎn)換為適合測量的物理量。 傳感器對檢測元件輸出的物理量信號作進一步信號轉(zhuǎn)換顯示儀表將檢測結(jié)果以指針位移、數(shù)字、圖像等形式,準確地指示、記錄或儲存。 2.自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)對某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動信號聯(lián)鎖保護裝置，是生產(chǎn)過程中的一種安全裝置。 自動信號聯(lián)鎖保護電路按主要構(gòu)成元件不同分類：有觸點式、無觸點式兩類 3.自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動操縱系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設(shè)備進行某種周期性操作。 自動開停車系統(tǒng)可以按照預(yù)先規(guī)定好的步驟,將生產(chǎn)過程自動地投入運行或自動停車。 4.自動控制系統(tǒng)對生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性

5、參數(shù)進行自動控制,使它們在受到外界干擾的影響而偏離正常狀態(tài)時,能自動地調(diào)回到規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。 本學(xué)科的作用通過本門課程的學(xué)習(xí),應(yīng)能了解主要工藝參數(shù) (溫度、壓力、流量及物位)的檢測方法及其儀表的工作原理及特點;能根據(jù)工藝要求,正確地選用和使用常見的檢測儀表及控制儀表;能了解化工自動化的初步知識,理解基本控制規(guī)律,懂得控制器參數(shù)是如何影響控制質(zhì)量的;能根據(jù)工藝的需要,和自控設(shè)計人員共同討論和提出合理的自動控制方案;能為自控設(shè)計提供正確的工藝條件和數(shù)據(jù);能在生產(chǎn)開停車過程中,初步掌握自動控制系統(tǒng)的投運及控制器的參數(shù)整定;能了解檢測技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和最新發(fā)展動態(tài)。第一章 檢測儀表基本知識內(nèi)

6、容提要：測量過程與測量誤差 測量儀表的品質(zhì)指標測量系統(tǒng)中的常見信號類型 檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式檢測儀表與測量方法的分類化工檢測的發(fā)展趨勢一、測量過程與測量誤差測量是用實驗的方法,求出某個量的大小。 舉例測一段導(dǎo)線的長度直接測量間接測量 測量實質(zhì)：是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程。 測量誤差：由儀表讀得的被測值 (測量值)與被測參數(shù)的真實值之間的差距。 測量誤差按其產(chǎn)生原因的不同,可以分為三類： 系統(tǒng)誤差 疏忽誤差偶然誤差絕對誤差： xI：儀表指示值 xt：被測量的真值由于真值無法得到 x：被校表的讀數(shù)值，x0 ：標準表的讀數(shù)值 相對誤差： 二、檢測儀表的品質(zhì)指標1.測量儀表的準確

7、度（精確度） 兩大影響因素絕對誤差和儀表的標尺范圍說明：儀表的測量誤差可以用絕對誤差來表示。但是，儀表的絕對誤差在測量范圍內(nèi)的各點不相同。因此，常說的“絕對誤差”指的是絕對誤差中的最大值max。三、檢測儀表的品質(zhì)指標相對百分誤差允許誤差小結(jié)：儀表的允越大，表示它的精確度越低；反之，儀表的允越小，表示儀表的精確度越高。將儀表的允許相對百分誤差去掉“±”號及“”號，便可以用來確定儀表的精確度等級。目前常用的精確度等級有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。舉例：例1-1某臺測溫儀表的測溫范圍為200700，校驗該表時得到的最大絕

8、對誤差為±4，試確定該儀表的相對百分誤差與準確度等級。 解： 該儀表的相對百分誤差為 如果將該儀表的去掉“±”號與“”號，其數(shù)值為0.8。由于國家規(guī)定的精度等級中沒有0.8級儀表，同時，該儀表的誤差超過了0.5級儀表所允許的最大誤差，所以，這臺測溫儀表的精度等級為1.0級。 儀表的準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標之一。準確度等級數(shù)值越小，就表征該儀表的準確度等級越高，儀表的準確度越高。工業(yè)現(xiàn)場用的測量儀表，其準確度大多在0.5級以下。 儀表的精度等級一般可用不同的符號形式標志在儀表面板上。 舉例1.51.0如：注意：在工業(yè)上應(yīng)用時,對檢測儀表準確度的要求,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)操

9、作的實際情況和該參數(shù)對整個工藝過程的影響程度所提供的誤差允許范圍來確定,這樣才能保證生產(chǎn)的經(jīng)濟性和合理性。 2.檢測儀表的恒定度變差是指在外界條件不變的情況下，用同一儀表對被測量在儀表全部測量范圍內(nèi)進行正反行程（即被測參數(shù)逐漸由小到大和逐漸由大到?。y量時，被測量值正行和反行所得到的兩條特性曲線之間的差值。 圖1-1 測量儀表的變差儀表的變差不能超出儀表的允許誤差，否則應(yīng)及時檢修。 3.靈敏度與靈敏限儀表的靈敏度是指儀表指針的線位移或角位移，與引起這個位移的被測參數(shù)變化量的比值。即式中，S為儀表的靈敏度；為指針的線位移或角位移；x為引起所需的被測參數(shù)變化量。 儀表的靈敏限是指能引起儀表指針發(fā)生

10、動作的被測參數(shù)的最小變化量。通常儀表靈敏限的數(shù)值應(yīng)不大于儀表允許絕對誤差的一半。 注意：上述指標僅適用于指針式儀表。在數(shù)字式儀表中，往往用分辨率表示。 4.反應(yīng)時間反應(yīng)時間就是用來衡量儀表能不能盡快反映出參數(shù)變化的品質(zhì)指標。反應(yīng)時間長，說明儀表需要較長時間才能給出準確的指示值，那就不宜用來測量變化頻繁的參數(shù)。 儀表反應(yīng)時間的長短，實際上反映了儀表動態(tài)特性的好壞。 儀表的反應(yīng)時間有不同的表示方法 當(dāng)輸入信號突然變化一個數(shù)值后，輸出信號將由原始值逐漸變化到新的穩(wěn)態(tài)值。 儀表的輸出信號由開始變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2（95）所用的時間，可用來表示反應(yīng)時間。5.線性度線性度是表征線性刻度儀表的輸出量與輸

11、入量的實際校準曲線與理論直線的吻合程度。通?？偸窍Ｍ麥y量儀表的輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。 圖1-2 線性度示意圖式中，f為線性度（又稱非線性誤差）；fmax為校準曲線對于理論直線的最大偏差（以儀表示值的單位計算）。 6.重復(fù)性重復(fù)性表示檢測儀表在被測參數(shù)按同一方向作全量程連續(xù)多次變動時所得標定特性曲線不一致的程度。若標定的特性曲線一致,重復(fù)性就好,重復(fù)性誤差就小。 圖1-3 重復(fù)性示意圖三、檢測系統(tǒng)中的常見信號類型作用于檢測裝置輸入端的被測信號，通常要轉(zhuǎn)換成以下幾種便于傳輸和顯示的信號類型： 1.位移信號2.壓力信號3.電氣信號4.光信號四、檢測系統(tǒng)中信號的傳遞形式1. 模擬信號在時間上是連續(xù)

12、變化的, 即在任何瞬時都可以確定其數(shù)值的信號。2. 數(shù)字信號數(shù)字信號是一種以離散形式出現(xiàn)的不連續(xù)信號,通常用二進制數(shù)“0”和“1”組合的代碼序列來表示。3. 開關(guān)信號用兩種狀態(tài)或用兩個數(shù)值范圍表示的不連續(xù)信號。五、檢測儀表與測量方法的分類1.檢測儀表的分類依據(jù)所測參數(shù)的不同,可分成壓力 (包括差壓、負壓)檢測儀表、流量檢測儀表、物位 (液位)檢測儀表、溫度檢測儀表、物質(zhì)成分分析儀表及物性檢測儀表等。按表達示數(shù)的方式不同,可分成指示型、記錄型、訊號型、遠傳指示型、累積型等。按精度等級及使用場合的不同,可分為實用儀表、范型儀表和標準儀表,分別使用在現(xiàn)場、實驗室和標定室。 2.測量方法的分類按照測量

13、結(jié)果的獲得過程 直接測量 間接測量 （1）直接測量 利用經(jīng)過標定的儀表對被測參數(shù)進行測量，直接從顯示結(jié)果獲得被測參數(shù)的具體數(shù)值的測量方法。 根據(jù)被測參數(shù)獲得方式的不同，直接測量又有偏差法與平衡法（零位法）之分。 除此之外,還有一種將平衡法與偏差法結(jié)合起來的微差法 （2）間接測量 當(dāng)被測量不宜直接測量時,可以通過測量與被測量有關(guān)的幾個相關(guān)量后,再經(jīng)過計算來確定被測量的大小。 六、化工檢測的發(fā)展趨勢1.檢測技術(shù)的現(xiàn)代化2.檢測儀表的集成化、數(shù)字化、智能化3.軟測量技術(shù)和虛擬儀器七、例題分析1. 某臺具有線性關(guān)系的溫度變送器,其測溫范圍為 0200,變送器的輸出為 420mA。對這臺溫度變送器進行校

14、驗,得到下列數(shù)據(jù): 輸入信號標準溫度/050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正正行程讀數(shù)x反44.0288.1012.0112.1016.0116.092020.01試根據(jù)以上校驗數(shù)據(jù)確定該儀表的變差、準確度等級與線性度。解:該題的解題步驟如下。 (1)根據(jù)儀表的輸出范圍確定在各溫度測試點的輸出標準值x標。任一溫度值的標準輸出信號(mA)為 例如,當(dāng)溫度為50時,對應(yīng)的輸出應(yīng)為 其余類推。 (2)算出各測試點正、反行程時的絕對誤差正與反 ,并算出正、反行程之差變 ,分別填入下表內(nèi)(計算變時可不考慮符號,取正值)。 輸入信號/050100150200輸出信號/mA正行程讀數(shù)x正反行程

15、讀數(shù)x反標準值44.02488.10812.0112.101216.0116.09162020.0120絕對誤差/mA正行程正反行程反 00.0200.100.010.100.010.0900.01正反行程之差變 0.020.100.090.080.01(3)由上表找出最大的絕對誤差max ,并計算最大的相對百分誤差max。由上表可知 去掉max的“±”號及“%”號后,其數(shù)值為0.625 ,數(shù)值在0.51.0之間,由于該表的max已超過0.5級表所允許的允,故該表的準確度等級為1.0級。 (4)計算變差 由于該變差數(shù)值在1.0級表允許的誤差范圍內(nèi),故不影響表的準確度等級。注意若變差數(shù)

16、值變max超過了絕對誤差max ,則應(yīng)以變max來確定儀表的準確度等級。 (5)由計算結(jié)果可知,非線性誤差的最大值fmax = 0.10 ,故線性度f為 注意：在具體校驗儀表時,為了可靠起見,應(yīng)適當(dāng)增加測試點與實驗次數(shù),本例題只是簡單列舉幾個數(shù)據(jù)說明問題罷了。 2. 某臺測溫儀表的測溫范圍為2001000,工藝上要求測溫誤差不能大于±5,試確定應(yīng)選儀表的準確度等級。 解:工藝上允許的相對百分誤差為 要求所選的儀表的相對百分誤差不能大于工藝上的允,才能保證測溫誤差不大于±5,所以所選儀表的準確度等級應(yīng)為0.5級。當(dāng)然儀表的準確度等級越高,能使測溫誤差越小,但為了不增加投資費用

17、,不宜選過高準確度的儀表。 第二章 壓力檢測概述：在化工生產(chǎn)中, 壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用于單位面積上的力。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中,壓力往往是重要的操作參數(shù)之一。 壓力的檢測與控制,對保證生產(chǎn)過程正常進行,達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗和安全是十分重要的。 第一節(jié) 壓力單位及測壓儀表壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。壓力的單位為帕斯卡，簡稱帕（Pa）為了使大家了解國際單位制中的壓力單位（Pa或MPa）與過去的單位之間的關(guān)系，下面給出幾種單位之間的換算關(guān)系表。 表3-1 各種壓力單位換算表壓力單位帕/Pa兆帕/ MPa工程大氣壓/ (kgf/cm2)物理大氣壓/ atm汞柱/ mmHg水柱/

18、 mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar帕11×1061.0197×10-59.869×10-67.501×10-31.0197×10-41.450×10-41×10-5兆帕1×106110.1979.8697.501×1031.0197×1021.450×10210工程大氣壓9.807×1049.807×10-210.9678735.610.0014.220.9807物理大氣壓1.0133×1050.101331.0332176010.33

19、14.701.0133汞柱1.3332×1021.3332×10-41.3595×10-31.3158×10-310.01361.934×10-21.3332×10-3水柱9.806×1039.806×10-30.10000.0967873.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.895×1036.895×10-30.070310.0680551.710.703110.06895巴1×1050.11.01970.9869750.110.19714.501在壓力測量中，常有表壓、

20、絕對壓力、負壓或真空度之分。 p表P真P絕P絕大氣壓力線 零線圖2-1絕對壓力、表壓、負壓（真空度）的關(guān)系當(dāng)被測壓力低于大氣壓力時，一般用負壓或真空度來表示。測量壓力或真空度的儀表按照其轉(zhuǎn)換原理的不同，分為四類。 1.液柱式壓力計 它根據(jù)流體靜力學(xué)原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成液柱高度進行測量。 按其結(jié)構(gòu)形式的不同有U形管壓力計、單管壓力計等 優(yōu)點這類壓力計結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 缺點其精度受工作液的毛細管作用、密度及視差等因素的影響，測量范圍較窄，一般用來測量較低壓力、真空度或壓力差。 2.彈性式壓力計 它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進行測量的。 3.電氣式壓力計 它是通過機械和電氣元件將被測壓

21、力轉(zhuǎn)換成電量（如電壓、電流、頻率等）來進行測量的儀表。 4.活塞式壓力計 它是根據(jù)水壓機液體傳送壓力的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成活塞上所加平衡砝碼的質(zhì)量來進行測量的。 優(yōu)點：測量精度很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。 缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較貴。 第二節(jié) 彈性式壓力計定義：彈性式壓力計是利用各種形式的彈性元件，在被測介質(zhì)壓力的作用下，使彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變形的原理而制成的測壓儀表。 優(yōu)點：具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠、讀數(shù)清晰、牢固可靠、價格低廉、測量范圍寬以及有足夠的精度等優(yōu)點。 可用來測量幾百帕到數(shù)千兆帕范圍內(nèi)的壓力。 一、彈性元件 彈性元件是一種簡易可靠的測壓敏感元件。當(dāng)測壓范圍不同時

22、，所用的彈性元件也不一樣。 圖2-2彈性元件示意圖彈簧管式彈性元件如圖(a)和(b)所示，波紋管式彈性元件如圖(e)所示，薄膜式彈性元件如圖(c)和(d)所示。二、彈簧管壓力表 分類使用的測壓元件 單圈彈簧管壓力表與多圈彈簧管壓力表。 用途 普通彈簧管壓力表，耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧氣壓力表等。 1彈簧管；2 拉桿；3 扇形齒輪；4 中心齒輪；5 指針；6 面板；7 游絲；8 調(diào)整螺絲；9 接頭彈簧壓力表基本測量原理單圈彈簧管是一根彎成270°圓弧的橢圓截面的空心金屬管子。管子的自由端B封閉，另一端固定在接頭上。當(dāng)通入被測的壓力p后，由于橢圓形截面在壓力p的作用下，將趨于圓形，而

23、彎成圓弧形的彈簧管也隨之產(chǎn)生擴張變形。同時，使彈簧管的自由端B產(chǎn)生位移。輸入壓力p越大，產(chǎn)生的變形也越大。由于輸入壓力與彈簧管自由端B的位移成正比，所以只要測得B點的位移量，就能反映壓力p的大小。 注意：彈簧管自由端B的位移量一般很小，直接顯示有困難，所以必須通過放大機構(gòu)才能指示出來。 警惕：在化工生產(chǎn)過程中，常需要把壓力控制在某一范圍內(nèi)，即當(dāng)壓力低于或高于給定范圍時，就會破壞正常工藝條件，甚至可能發(fā)生危險。這時就應(yīng)采用帶有報警或控制觸點的壓力表。將普通彈簧管壓力表稍加變化，便可成為電接點信號壓力表，它能在壓力偏離給定范圍時，及時發(fā)出信號，以提醒操作人員注意或通過中間繼電器實現(xiàn)壓力的自動控制。

24、 圖2-4 電接點信號壓力表1，4 ¡ª靜觸點；2 ¡ª動觸點；3 ¡ª綠燈；5 ¡ª紅燈第三節(jié) 電氣式壓力計定義：電氣式壓力計是一種能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸及顯示的儀表。 優(yōu)點1. 該儀表的測量范圍較廣，分別可測7×10-5Pa至5×102MPa的壓力，允許誤差可至0.2； 2. 由于可以遠距離傳送信號，所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中可以實現(xiàn)壓力自動控制和報警，并可與工業(yè)控制機聯(lián)用。 組成圖2-5 電氣式壓力計組成方框圖一般由壓力傳感器、測量電路和信號處理裝置所組成。常用的信號處理裝置有指示儀、記錄

25、儀以及控制器、微處理機等。 一、應(yīng)變片壓力傳感器 應(yīng)變片式壓力傳感器利用電阻應(yīng)變原理構(gòu)成。電阻應(yīng)變片有金屬和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類，被測壓力使應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變片產(chǎn)生壓縮（拉伸）應(yīng)變時，其阻值減?。ㄔ黾樱?，再通過橋式電路獲得相應(yīng)的毫伏級電勢輸出，并用毫伏計或其他記錄儀表顯示出被測壓力，從而組成應(yīng)變片式壓力計。 圖2-6 應(yīng)變片壓力傳感器示意圖1應(yīng)變筒；2外殼；3密封膜片二、壓阻式壓力傳感器 工作原理:壓阻式壓力傳感器利用單晶硅的壓阻效應(yīng)而構(gòu)成。采用單晶硅片為彈性元件，在單晶硅膜片上利用集成電路的工藝，在單晶硅的特定方向擴散一組等值電阻，并將電阻接成橋路，單晶硅片置于傳感器腔內(nèi)。當(dāng)壓力發(fā)生變化時，

26、單晶硅產(chǎn)生應(yīng)變，使直接擴散在上面的應(yīng)變電阻產(chǎn)生與被測壓力成比例的變化，再由橋式電路獲得相應(yīng)的電壓輸出信號。 第三節(jié) 電氣式壓力計特點 精度高、工作可靠、頻率響應(yīng)高、遲滯小、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單； 便于實現(xiàn)顯示數(shù)字化； 可以測量壓力，稍加改變，還可以測量差壓、高度、速度、加速度等參數(shù)。 圖3-12 壓阻式壓力傳感器1基座；2單晶硅片；3導(dǎo)環(huán)；4螺母；5密封墊圈；6等效電阻三、電容式壓力變送器 工作原理 先將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，然后進行測量。 圖2-8 電容式測量膜盒1¡ª中心感應(yīng)膜片 (可動電極)； 2¡ª固定電極； 3¡ª

27、;測量側(cè)；4¡ª隔離膜片第四節(jié) 智能式變送器智能型壓力或差壓變送器是在普通壓力或差壓傳感器的基礎(chǔ)上增加微處理器電路而形成的智能檢測儀表。 一 、智能變送器的特點性能穩(wěn)定,可靠性好,測量精度高,基本誤差僅為±0.1%。量程范圍可達1001 ,時間常數(shù)可在036s內(nèi)調(diào)整,有較寬的零點遷移范圍。具有溫度、靜壓的自動補償功能,在檢測溫度時,可對非線性進行自動校正。具有數(shù)字、模擬兩種輸出方式,能夠?qū)崿F(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通訊,可以與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和上位計算機相連?？梢赃M行遠程通訊,通過現(xiàn)場通訊器,使變送器具有自修正、自補償、自診斷及錯誤方式告警等多種功能,簡化了調(diào)整、校準與維護過程,使維

28、護和使用都十分方便。 二、智能變送器的結(jié)構(gòu)原理從整體上來看,由硬件和軟件兩大部分組成。 從電路結(jié)構(gòu)上來看,包括傳感器部件和電子部件兩部分。 舉例 以美國費希爾-羅斯蒙特公司的3051C型智能差壓變送器為例介紹其工作原理。圖2-9 3051C型智能差壓變送器（420mA）方框圖3051C型智能差壓變送器所用的手持通信器為275型，帶有鍵盤及液晶顯示器。可以接在現(xiàn)場變送器的信號端子上，就地設(shè)定或檢測，也可以在遠離現(xiàn)場的控制室中，接在某個變送器的信號線上進行遠程設(shè)定及檢測。 實現(xiàn)的功能（1）組態(tài)（2）測量范圍的變更（3）變送器的校準（4）自診斷圖2-10 手持通信器的連接示意圖注意 要對智能型差壓變

29、送器每五年校驗一次，智能型差壓變送器與手持通信器結(jié)合使用，可遠離生產(chǎn)現(xiàn)場，尤其是危險或不易到達的地方，給變送器的運行和維護帶來了極大的方便。 第五節(jié) 壓力計的選用及安裝一、壓力計的選用壓力計的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，結(jié)合其他各方面的情況，加以全面的考慮和具體的分析， 一般考慮以下幾個問題。1、儀表類型的選用2、儀表測量范圍的確定3、儀表精度級的選取二、壓力計的安裝1.測壓點的選擇應(yīng)能反映被測壓力的真實大小。 要選在被測介質(zhì)直線流動的管段部分，不要選在管路拐彎、分叉、死角或其他易形成漩渦的地方。 測量流動介質(zhì)的壓力時，應(yīng)使取壓點與流動方向垂直，取壓管內(nèi)端面與生產(chǎn)設(shè)備連接處的內(nèi)壁應(yīng)

30、保持平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。 測量液（氣）體壓力時，取壓點應(yīng)在管道下（上）部，使導(dǎo)壓管內(nèi)不積存氣（液）體。 2.導(dǎo)壓管鋪設(shè) 導(dǎo)壓管粗細要合適，一般內(nèi)徑為610mm，長度應(yīng)盡可能短，最長不得超過50m，以減少壓力指示的遲緩。如超過50m，應(yīng)選用能遠距離傳送的壓力計。 導(dǎo)壓管水平安裝時應(yīng)保證有1:101:20的傾斜度，以利于積存于其中之液體（或氣體）的排出。 當(dāng)被測介質(zhì)易冷凝或凍結(jié)時，必須加設(shè)保溫伴熱管線。 取壓口到壓力計之間應(yīng)裝有切斷閥，以備檢修壓力計時使用。切斷閥應(yīng)裝設(shè)在靠近取壓口的地方。3. 壓力計的安裝壓力計應(yīng)安裝在易觀察和檢修的地方。安裝地點應(yīng)力求避免振動和高溫影響。測量蒸汽壓力時，應(yīng)

31、加裝凝液管，以防止高溫蒸汽直接與測壓元件接觸圖3-17（a）；對于有腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，應(yīng)加裝有中性介質(zhì)的隔離罐，右圖（b）表示了被測介質(zhì)密度2大于和小于隔離液密度1的兩種情況。圖2-11 壓力計安裝示意圖¡ª壓力計；¡ª切斷閥門；¡ª凝液管；¡ª取壓容器壓力計的連接處，應(yīng)根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，作為密封墊片，以防泄漏。當(dāng)被測壓力較小，而壓力計與取壓口又不在同一高度時，對由此高度而引起的測量誤差應(yīng)按p±Hg進行修正。式中H為高度差，為導(dǎo)壓管中介質(zhì)的密度，g為重力加速度。為安全起見，

32、測量高壓的壓力計除選用有通氣孔的外，安裝時表殼應(yīng)向墻壁或無人通過之處，以防發(fā)生意外。 例題分析1.某臺往復(fù)式壓縮機的出口壓力范圍為2528MPa，測量誤差不得大于1MPa。工藝上要求就地觀察，并能高低限報警，試正確選用一臺壓力表，指出型號、精度與測量范圍。 解由于往復(fù)式壓縮機的出口壓力脈動較大，所以選擇儀表的上限值為 根據(jù)就地觀察及能進行高低限報警的要求，由本章附錄，可查得選用YX-150型電接點壓力表，測量范圍為060MPa。 由于 ，故被測壓力的最小值不低于滿量程的1/3，這是允許的。另外，根據(jù)測量誤差的要求，可算得允許誤差為 所以，精度等級為1.5級的儀表完全可以滿足誤差要求。至此，可以

33、確定，選擇的壓力表為YX-150型電接點壓力表，測量范圍為060MPa，精度等級為1.5級。 2. 如果某反應(yīng)器最大壓力為0.6MPa，允許最大絕對誤差為±0.02MPa?，F(xiàn)用一臺測量范圍為01.6MPa，準確度為1.5級的壓力表來進行測量，問能否符合工藝上的誤差要求？若采用一臺測量范圍為01.0MPa，準確度為1.5級的壓力表，問能符合誤差要求嗎？試說明其理由。 解：對于測量范圍為01.6MPa，準確度為1.5級的壓力表，允許的最大絕對誤差為 1.6×1.5% = 0.024(MPa)因為此數(shù)值超過了工藝上允許的最大絕對誤差數(shù)值,所以是不合格的。對于測量范圍為01.0MP

34、a，準確度亦為1.5級的壓力表,允許的最大絕對誤差為 1.0×1.5% = 0.015(MPa) 因為此數(shù)值小于工藝上允許的最大絕對誤差,故符合對測量準確度的要求,可以采用。 該例說明了選一臺量程很大的儀表來測量很小的參數(shù)值是不適宜的。 第三章 流量檢測概述介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)過程達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進行經(jīng)濟核算所必需的一個重要參數(shù)。 定義流量大小：單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。 總量：在某一段時間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值。質(zhì)量流量M 體積流量Q如以 t 表示時間，則流量和總量之間的關(guān)系是 流量計：測量流體流量的儀表。

35、計量表：測量流體總量的儀表。 1.速度式流量計 以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。 2.容積式流量計 以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。 3.質(zhì)量流量計 以測量流體流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。質(zhì)量流量計分直接式和間接式兩種。 第一節(jié) 差壓式流量計差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。 通常是由能將被測流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。 一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁

36、處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。 節(jié)流裝置就是在管道中放置的一個局部收縮元件,應(yīng)用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。 注意: 要準確測量出截面、處的壓力有困難，因為產(chǎn)生最低靜壓力p2的截面的位置隨著流速的不同會改變。因此是在孔板前后的管壁上選擇兩個固定的取壓點，來測量流體在節(jié)流裝置前后的壓力變化。因而所測得的壓差與流量之間的關(guān)系，與測壓點及測壓方式的選擇是緊密相關(guān)的。圖3-1 孔板裝置及壓力、流速分布圖2.節(jié)流基本方程式流量基本方程式是闡明流量與壓差之間定量關(guān)系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的。 可以看出 要知道流量與壓差的確切關(guān)系，關(guān)

37、鍵在于的取值。流量與壓力差P的平方根成正比。 二、標準節(jié)流裝置國內(nèi)外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標準化，并稱為“標準節(jié)流裝置”。 采用標準節(jié)流裝置進行設(shè)計計算時都有統(tǒng)一標準的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實驗數(shù)據(jù)資料。 1.節(jié)流裝置的選用在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復(fù)雜。造價高低也與此相對應(yīng)。實際上,在一般場合下,以采用孔板為最多。當(dāng)要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質(zhì)流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測量精度,而且所需的直管長度也較短。如被測介質(zhì)

38、是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質(zhì)。 2.節(jié)流裝置的安裝使用 必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂直。 在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內(nèi)壁上,不應(yīng)有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。 任何局部阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。 標準節(jié)流裝置 (孔板、噴嘴) ,一般都用于直徑D50mm的管道中。 被測介質(zhì)應(yīng)充滿全部管道并且連續(xù)流動。 管道內(nèi)的流束 (流動狀態(tài))應(yīng)該是穩(wěn)定的。 被測介質(zhì)在通過節(jié)流裝置時應(yīng)不發(fā)生相變。 三、力矩平

39、衡式差壓變送器變送器是單元組合式儀表中不可缺少的基本單元之一。 所謂單元組合式儀表,這是將對參數(shù)的檢測及其變送、顯示、控制等各部分,分別做成只完成某一種功能而又能各自獨立工作的單元儀表 (簡稱單元,例如變送單元、顯示單元、控制單元等)。 分類按使用的能源不同,單元組合式儀表有氣動單元組合式儀表(QDZ型)和電動單元組合式儀表(DDZ型)。 差壓變送器可以將差壓信號p轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標準的氣壓信號或電流信號,可以連續(xù)地測量差壓、液位、分界面等工藝參數(shù)。當(dāng)它與節(jié)流裝置配合時,可以用來連續(xù)測量液體、蒸汽和氣體的流量。 力矩平衡式差壓變送器是一種典型的自平衡檢測儀表，它利用負反饋的工作原理克服元件材料、加工

40、工藝等不利因素的影響，使儀表具有較高的測量準確度 (一般為0.5級)、工作穩(wěn)定、可靠、線性好、不靈敏區(qū)小、溫度誤差小等一系列優(yōu)點。舉例以DDZ-型壓力變送器為例 DDZ-型差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換為420mA的直流電流信號。 在差壓p作用下，產(chǎn)生一個測試力，即 （3-5）1測量氣室 ; 2測量膜片 ; 3支點 ; 4主杠桿 ; 5推板 ; 6矢量板 ; 7拉桿 ; 8支撐簧片 ; 9動鐵心 ; 10差動變送器 ; 11副杠桿 ; 12放大器 ;13永久磁鋼 ; 14可動線圈 ; 15調(diào)零彈簧圖3-2 DDZ-型差壓變送器示意圖該變送器是按力矩平衡原理工作的。根據(jù)主、副杠桿的平衡條件可以推導(dǎo)出被

41、測壓力p與輸出信號I0的關(guān)系。 當(dāng)主杠桿平衡時，應(yīng)有 （3-6）式中， 、 分別為F測、F1離支點O1的距離。將式（3-5）代入式（3-6），有（3-7）式中, 為一比例系數(shù)。而（3-8） （3-9） 分別為F2及電磁力 離副杠桿十字支撐簧片的距離。（3-10）將式（3-10）代入式（3-9），得 （3-11）聯(lián)立式（3-8）與（3-11），得 （3-20）式中， 為轉(zhuǎn)換比例系數(shù)。四、差壓式流量計的測量誤差在現(xiàn)場實際應(yīng)用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達1020。 注意 不僅需要合理的選型、準確的設(shè)計計算和加工制造，更要注意正確的安裝、維護和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計有足夠的

42、實際測量精度。 誤差產(chǎn)生的原因被測流體工作狀態(tài)的變動。節(jié)流裝置安裝不正確?？装迦肟谶吘壍哪p。導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象差壓計安裝或使用不正確導(dǎo)壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質(zhì)，導(dǎo)壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。 圖3-3 測量液體流量時的取壓點位置 圖3-4 測量液體流量時的連接圖1¡ª節(jié)流裝置；2¡ª引壓導(dǎo)管3¡ª放空閥；4¡ª平衡閥；5¡ª差壓變送器；6¡ª貯氣罐；7¡ª切斷閥（1）測量

43、液體的流量時，應(yīng)該使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導(dǎo)壓管內(nèi)的液體密度相等。取壓點應(yīng)該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角為0°45°。引壓導(dǎo)管最好垂直向下，如條件不許可，導(dǎo)壓管亦應(yīng)下傾一定坡度（至少120110），使氣泡易于排出。 在引壓導(dǎo)管的管路中，應(yīng)有排氣的裝置。 （2）測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。 取壓點應(yīng)在節(jié)流裝置的上半部。 引壓導(dǎo)管最好垂直向上，至少亦應(yīng)向上傾斜一定的坡度，以使引壓導(dǎo)管中不滯留液體。 如果差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。 （3）測量蒸汽的流量時，要實現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝

44、液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度的影響。常見的接法見圖3-6所示。1¡ª節(jié)流裝置；2¡ª凝液罐；3¡ª引壓導(dǎo)管；4¡ª排放閥；5¡ª差壓變送器；6¡ª平衡閥圖3-6 測量蒸汽流量的連接圖圖3-5 測量氣體流量時的連接圖1¡ª節(jié)流裝置；2¡ª引壓導(dǎo)管；3¡ª差壓變送器；4¡ª貯液罐；5¡ª排放閥差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。 由引壓導(dǎo)管接至差

45、壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡閥3，如圖3-7所示。測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進入差壓計）的介質(zhì)流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-8所示。 圖3-26 隔離罐的兩種形式圖3-7 差壓計閥組安裝示意圖1，2¡ª切斷閥；3¡ª平衡閥第二節(jié) 轉(zhuǎn)子流量計一、工作原理轉(zhuǎn)子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。圖3-9 轉(zhuǎn)子流量計的工作原理圖轉(zhuǎn)子流量計中轉(zhuǎn)子的平衡條件是（3-13）由式（3-25）可得（3-14）根據(jù)轉(zhuǎn)子浮起的高度就可以判斷被測介質(zhì)的流量大小或二、電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計它可以將反映流量大小的轉(zhuǎn)子高度h轉(zhuǎn)換為

46、電信號，適合于遠傳，進行顯示或記錄。 LZD系列電遠傳式轉(zhuǎn)子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。 1. 流量變送部分 圖3-10 差動變壓器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換原理 若將轉(zhuǎn)子流量計的轉(zhuǎn)子與差動變壓器的鐵芯連接起來，使轉(zhuǎn)子隨流量變化的運動帶動鐵芯一起運動，那么，就可以將流量的大小轉(zhuǎn)換成輸出感應(yīng)電勢的大小。2.電動顯示部分圖3-11 LTD系列電遠傳轉(zhuǎn)子流量計第三節(jié) 漩渦流量計精度高、測量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。 圖3-12 卡門渦列 (a)圓柱渦列； (b)三角柱渦列漩渦流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。滿足hL0.281時，則所產(chǎn)生的

47、渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率為 熱學(xué)法 電容法 壓差法漩渦頻率的檢測方法 圖3-13 圓柱檢出器原理圖1¡ª空腔；2¡ª圓柱棒；3¡ª導(dǎo)壓孔；4¡ª鉑電阻絲；5¡ª隔墻第四節(jié) 質(zhì)量流量計定義直接測量單位時間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量,即質(zhì)量流量M。 優(yōu)點質(zhì)量流量計的最后輸出信號只與介質(zhì)的質(zhì)量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。 質(zhì)量流量的基本方程式為 一、直接式質(zhì)量流量計（3-18）（3-19）將式(3-19)減去式(3-18),可得即

48、第四章 物位檢測第一節(jié) 物位檢測的意義及主要類型幾個概念 液位 料位液位計 料位計 界面計測量物位的兩個目的按其工作原理分為 直讀式物位儀表 差壓式物位儀表浮力式物位儀表 電磁式物位儀表核輻射式物位儀表 聲波式物位儀表光學(xué)式物位儀表一、工作原理將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相因此圖4-1 差壓式液位計原理圖結(jié)論當(dāng)用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計的負壓室通大氣就可以了,這時也可以用壓力計來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力 pA的靜壓作用。 二、零點遷移問題實際應(yīng)用中，正、負室壓力p1、p2分

49、別為則圖4-2 負遷移示意圖遷移 同時改變了測量范圍的上、下限，相當(dāng)于測量范圍的平移，它不改變量程的大小。三、用法蘭式差壓變送器測量液位為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及黏度大、易凝固等液體液位時引壓管線被腐蝕、被堵塞的問題，應(yīng)使用法蘭式差壓變送器，如下圖所示。 圖4-5 法蘭式差壓變送器測量液位示意圖1¡ª法蘭式測量頭；2¡ª毛細管；3¡ª變送器第三節(jié) 其他物位計一、電容式物位計1.測量原理通過測量電容量的變化可以用來檢測液位、料位和兩種不同液體的分界面。 當(dāng) D 和 d 一定時，電容量 C 的大小與極板的長度 L 和介質(zhì)的介

50、電常數(shù)的乘積成比例。 兩圓筒間的電容量C圖4-8 電容器的組成1¡ª內(nèi)電極；2¡ª外電極結(jié)論電容量的變化與液位高度H成正比。該法是利用被測介質(zhì)的介電系數(shù)與空氣介電系數(shù)0不等的原理進行工作，（-0）值越大，儀表越靈敏。電容器兩極間的距離越小，儀表越靈敏。 二、核輻射物位計射線的透射強度隨著通過介質(zhì)層厚度的增加而減弱，具體關(guān)系見式（4-9）。（4-9）特點Ø 適用于高溫、高壓容器、強腐蝕、劇毒、有爆炸性、黏滯性、易結(jié)晶或沸騰狀態(tài)的介質(zhì)的物位測量，還可以測量高溫融熔金屬的液位。Ø 可在高溫、煙霧等環(huán)境下工作。Ø 但由于放射線對人體

51、有害，使用范圍受到一些限制。圖4-10 核輻射物位計示意圖1¡ª輻射源；2¡ª接受器三、雷達式液位計雷達式液位計是一種采用微波技術(shù)的液位檢測儀表。雷達波由天線發(fā)出到接收到由液面來的反射波的時間t由下式確定 由于圖4-12 雷達式液位計示意圖故雷達探測器對時間的測量有微波脈沖法及連續(xù)波調(diào)頻法兩種方式。四、稱重式液罐計量儀既能將液位測得很準，又能反映出罐中真實的質(zhì)量儲量。稱重儀根據(jù)天平原理設(shè)計。圖4-14 稱重式液罐計量儀第六章 顯示儀表概述顯示儀表： 凡能將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)進行指示、記錄或累積的儀表。分類 模擬式顯示儀表數(shù)字顯示儀表屏幕顯示儀表第一節(jié) 模擬式顯示儀表一、自動平衡電子電位差計電位差計是用來測量電勢或電位的,當(dāng)它與熱電偶配合時,可以用來測量和顯示溫度。圖6-1 電子電位差計原理圖熱電偶測量橋路放大器可逆電機指示機構(gòu)記錄機構(gòu)同步電機穩(wěn)壓電源圖6-2 電