化工儀表及自動化試驗(yàn)手冊

1、化工儀表及自動化實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書化工教研室緒論生產(chǎn)與生活的自動化是人類長久以來所夢寐以求得目標(biāo) ,在18世紀(jì)自動限制系 統(tǒng)在蒸汽機(jī)運(yùn)行中得到成功的應(yīng)用以后 啟動化技術(shù)時(shí)代開始了.隨著工業(yè)技術(shù)的更新,特別是半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的開展,自動化已經(jīng)進(jìn)入了計(jì)算機(jī)限制裝置時(shí)代.自動化技術(shù)的進(jìn)步推動了工業(yè) 生產(chǎn)的飛速開展,在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命中起著十分重要的作用.特別是在石油、化工、 冶金、輕工等部門,由丁采用了自動化儀表和集中限制裝置,促進(jìn)了連續(xù)生產(chǎn)過程自 動化的開展,大大地提升了勞動生產(chǎn)率,獲得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益.為了適應(yīng)社會開展的需要,同時(shí)滿足應(yīng)用型本科院校的教學(xué)要求,本實(shí)驗(yàn)教

2、材全 面系統(tǒng)地介紹了化工過程檢測儀表的根本知識,重點(diǎn)介紹工業(yè)生產(chǎn)過程中的壓力、 流量、物位、溫度的檢測原理及相應(yīng)的儀表結(jié)構(gòu)選用、實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法、注意 事項(xiàng)以及數(shù)據(jù)處理等.同時(shí)除介紹工業(yè)生產(chǎn)過程中的自動限制系統(tǒng)方面的應(yīng)用知識 還分別介紹了構(gòu)成自動限制系統(tǒng)的被控對象、限制儀表及裝置,在簡單、復(fù)雜限制系統(tǒng)的根底上,介紹了高級限制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)限制系統(tǒng).目錄實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)平安教育、配備實(shí)驗(yàn)儀器1實(shí)驗(yàn)2常見化工儀表的認(rèn)知3實(shí)驗(yàn)3壓力表校驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)5熱電偶的校驗(yàn)(12實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)平安教育、配備實(shí)驗(yàn)儀器一、化工儀表及自動化實(shí)驗(yàn)室學(xué)生守那么化工儀表及自動化實(shí)驗(yàn)室守那么是學(xué)生正常進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的保證,學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室必須遵守

3、以下規(guī)那么：(1進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,須遵守實(shí)驗(yàn)室紀(jì)律和制度,聽從老師指導(dǎo).(2未穿實(shí)驗(yàn)服,未寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告者不得進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn).(3進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后要熟悉周圍環(huán)境,熟悉防火及急救設(shè)備器材的使用方法和存放 位置,遵守平安規(guī)那么.(4實(shí)驗(yàn)前,活點(diǎn)、檢查儀器,明確儀器標(biāo)準(zhǔn)操作方法及本卷須知(老師會給予演示否那么不得動手操作.(5實(shí)驗(yàn)中,保持安靜,認(rèn)真操作,仔細(xì)觀察,積極思維,如實(shí)記錄,不得擅自離開崗位.(6實(shí)驗(yàn)室公用物品(包括器材、藥品等用完后,應(yīng)歸放回原指定位置.(7保護(hù)公物,注意衛(wèi)生,保持整潔,節(jié)約用水、電、氣及器材.(8實(shí)驗(yàn)完畢后,要求整理,活潔實(shí)驗(yàn)臺面,檢查水、電、氣源,清掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生.(9實(shí)驗(yàn)記錄

4、經(jīng)教師簽字認(rèn)可后,方可離開實(shí)驗(yàn)室.、實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)方法(1預(yù)習(xí)并寫預(yù)習(xí)報(bào)告認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材及相關(guān)參考資料,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解?shí)驗(yàn)原理、掌握實(shí)驗(yàn) 方法、熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并簡明扼要的寫出預(yù)習(xí)報(bào)告.認(rèn)真聽講.(2操作認(rèn)真、獨(dú)立操作,仔細(xì)觀察現(xiàn)象,做好記錄.應(yīng)按擬定的實(shí)驗(yàn)操作方案與方案進(jìn) 行.做到輕(動作輕、講話輕,細(xì)(細(xì)心觀察、細(xì)致操作,準(zhǔn)(參數(shù)調(diào)節(jié)準(zhǔn)、結(jié)果及其記 錄準(zhǔn)確,潔(使用的儀器活潔,實(shí)驗(yàn)桌面活潔,實(shí)驗(yàn)結(jié)束把實(shí)驗(yàn)室清掃活潔.(3交正式實(shí)驗(yàn)報(bào)告做完實(shí)驗(yàn)后,應(yīng)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并作出結(jié)論,或根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理,主要 包括:a、目的,b、原理,c、操作步驟及實(shí)驗(yàn)性質(zhì)、現(xiàn)象,d、數(shù)據(jù)處理,e、經(jīng)驗(yàn)與教

5、訓(xùn),f、思考題答復(fù).三、配備實(shí)驗(yàn)儀器(1熟悉化工儀表及自動化實(shí)驗(yàn)規(guī)那么和要求(2領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)常用儀器.四、值日生守那么(1活掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生,包括地面、水槽、實(shí)驗(yàn)臺面、公共實(shí)驗(yàn)儀器等.(2將所有儀器放回原處,方便下一班級同學(xué)使用.(3關(guān)閉所有水龍頭、電源、窗戶等.實(shí)驗(yàn)2常見化工儀表的認(rèn)知、領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)常用儀表器材,熟悉其名稱、規(guī)那么,理解使用本卷須知.二、壓力表的認(rèn)知壓力是指由氣體或液體均勻垂直地作用丁單位面積上的力.在工業(yè)生產(chǎn)中 ,壓 力是重要的操作參數(shù)之一.壓力常用 P表示,根據(jù)國際單位制壓力用帕Pa來表示, 工程上經(jīng)常用兆帕MPa表示.測量壓力或真空度的儀表種類很多,根據(jù)轉(zhuǎn)換原理不 同大致可分為四類

6、：1. 液柱式壓力計(jì)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(jìn)行測量的.按結(jié)構(gòu)形式 不同有U型壓差計(jì)、單管壓力計(jì)和斜管壓力計(jì)等.2. 彈性式壓力計(jì)它是將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件變形的位移進(jìn)行測量的.比方彈簧管壓力計(jì)、 波紋管壓力計(jì)和膜式壓力計(jì)等.3. 電氣式壓力計(jì)它通過機(jī)械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量 電壓、電流、頻率等來進(jìn)行測 量的儀表.如各種壓力傳感器和壓力變送器.4. 活塞式壓力計(jì)它根據(jù)水壓機(jī)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石去碼的質(zhì) 量來進(jìn)行測量的.三、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的認(rèn)知一般所講的流量大小是指單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小,及瞬時(shí)流量.而某一段時(shí)間內(nèi)流過

7、管道的流體流量的總和稱為總量.流量和總量可以 用質(zhì)量表示也可以用體積表示,質(zhì)量流量用M表示,體積流量用Q表示.常用的流 量單位有噸每小時(shí)t/h、千克每小時(shí)kg/h、千克每秒kg/s、立方米每小時(shí)m3/h、升 每小時(shí)L/h、升每分L/min等.測量流體流量的儀表叫做流量計(jì),流量計(jì)的測量原理 和儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同,主要有以下分類方法：1. 速度式流量計(jì)它以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測量依據(jù)來計(jì)算流量.比方差壓式流量計(jì)、 轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、堰式流量計(jì)等.2. 容積式流量計(jì)它以單位時(shí)間內(nèi)所排出流體的固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)來計(jì)算流量.比方 橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等.3. 質(zhì)

8、量流量計(jì)它以測量流體流過的質(zhì)量 M為依據(jù)來計(jì)算流量.質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接 式兩種.四、熱電偶、熱電阻的認(rèn)知溫度是表征物體冷熱程度的物理量,是各種工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中最普遍重要 的操作參數(shù).溫度用T來表示,常用的溫度單位有攝氏度C,而溫度的國際單位為開 爾文K.溫度不能直接測量,只能借助丁冷熱不同物體之間的熱交換,以及物體的某 些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來加以間接測量.根據(jù)測量的原理不同來 分,可分為膨脹式溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、熱電阻溫度計(jì)和輻射高 溫計(jì)五類.下面主要來學(xué)習(xí)一下熱電偶溫度計(jì)和熱電阻溫度計(jì)：1. 熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是以熱點(diǎn)效應(yīng)為根底的測溫儀表.它由

9、三局部組成 ：熱電偶感溫 元件、測量儀表毫伏計(jì)或電位差計(jì)、連接熱電偶和測量儀表的導(dǎo)線 補(bǔ)償導(dǎo)線及銅 導(dǎo)線.熱電偶溫度計(jì)是把溫度的變化通過測溫元件 -熱電偶轉(zhuǎn)化為熱電勢的變化來測量溫度的.工業(yè)上常用的熱電偶為以下幾類：a鉗銘30-鉗銘6熱電偶分度號為B,測溫范圍為3001600C ;b鉗銘10-鉗熱電偶分度號為S,測溫范圍為-201300C ;c 銳銘-銘硅銘鋁熱電偶分度號為K,測溫范圍為-50100OCo2. 熱電阻溫度計(jì)熱電阻溫度計(jì)是由熱電阻感溫元件、顯示儀表不平衡電橋或平衡電橋以及連 接連接導(dǎo)線組成.熱電阻溫度計(jì)是利用金屆導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性 來進(jìn)行溫度的測量.由丁溫度的變化

10、導(dǎo)致金屆導(dǎo)體電阻的變化,因此,只需設(shè)法測出電阻值的變化就可以到達(dá)溫度測量的目的.熱電阻適用丁測量-200500C的液體、氣體、蒸汽及固體外表的溫度.常用的熱電阻有鉗熱電阻和銅熱電阻.五、動圈儀的認(rèn)知?jiǎng)尤x是一種全量程指示的限制儀表,與一次測量元件配合使用,能將溫度、壓 力、流量、液位、電壓、電流等各種工業(yè)參數(shù)進(jìn)行指示.它由細(xì)導(dǎo)線繞成的可動線 圈靠金屆張絲或軸尖支承在永久磁鐵極靴的間隙中 ,當(dāng)電流通過可動線圈時(shí)感生磁 場與永久磁場相互作用產(chǎn)生力矩,驅(qū)動線圈偏轉(zhuǎn),使張絲或游絲變形而產(chǎn)生反力矩,當(dāng) 二力矩平衡時(shí)指針穩(wěn)定在某一位置.指針轉(zhuǎn)角的大小與流過線圈的電流成正比,指針在標(biāo)尺上指示出被測值.六、D

11、CS實(shí)訓(xùn)裝置的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)3壓力表校驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉活塞式壓力計(jì)的根本結(jié)構(gòu)、工作原理及使用方法.2、熟悉彈簧管壓力表的根本結(jié)構(gòu)、工作原理、以及用標(biāo)準(zhǔn)壓力表對工業(yè)壓力 表進(jìn)行校驗(yàn)、調(diào)整的方法.二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用標(biāo)準(zhǔn)彈簧管壓力表校驗(yàn)并調(diào)整工業(yè)用彈簧壓力表.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、標(biāo)準(zhǔn)壓力表一塊.2、工業(yè)用壓力表一塊.2.2實(shí)驗(yàn)步驟和方法1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖：1、手柄；2、油缸;3、儲油杯;4、標(biāo)準(zhǔn)杯;5、被校表；6、7、8、閥門;9、活塞筒；10、活塞桿；11、石去碼2、準(zhǔn)備工作：(1、把標(biāo)準(zhǔn)壓力表及被校壓力表在活塞壓力計(jì)上安裝好,檢查活塞壓力計(jì)在水 平位置.(2、排凈管道中的氣體.a、關(guān)閉閥T 6、7、8,翻

12、開儲油杯閥.b、 轉(zhuǎn)動手柄1后退油缸中小活塞吸油、再推進(jìn)活塞將氣體趕走 ,如此反復(fù)幾次, 直至儲油杯口無氣泡為止.c、最后將活塞退回、將油吸入油缸內(nèi),然后關(guān)閉儲油杯閥.3、工業(yè)用壓力表的調(diào)整與校驗(yàn)(1、初檢壓力表a、翻開閥1 6、7 ob、挪動手柄給以零點(diǎn)壓力與最大量程壓力,對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力表的讀數(shù),看被校表的 零點(diǎn)是否正確、量程是否適宜.(2、觀察壓力表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(彈簧管(3、校驗(yàn)壓力表按量程分五等分進(jìn)行校驗(yàn),接上行、下行讀出標(biāo)準(zhǔn)表與被校表的示值,根據(jù)效驗(yàn) 結(jié)果判斷儀表精確等級.三、校驗(yàn)記錄、計(jì)算1、列表將記錄數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果列表(參照下表標(biāo)準(zhǔn)值Xu被校值P變差相對誤差上行下行X-X<)標(biāo)尺

13、上限值標(biāo)尺卜限值被測fix 1誤差X r-Xfl被測值X f誤差X r-Xu2、結(jié)論:按被校表的給定精度等級：合格或不合格實(shí)驗(yàn)4流量計(jì)的校核一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉孔板流量計(jì)的構(gòu)造、性能及安裝方法.2、 掌握流量計(jì)的標(biāo)定方法之一 容量法.3、測定孔板流量計(jì)的孔流系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系根本原理對非標(biāo)準(zhǔn)化的各種流量儀表在出廠前都必須進(jìn)行流量標(biāo)定,建立流量刻度標(biāo)尺 如轉(zhuǎn)子流量計(jì)、給出孔流系數(shù)如渦輪流量計(jì)、給出校正曲線如孔板流量計(jì).使用 者在使用時(shí),如工作介質(zhì)、溫度、壓強(qiáng)等操作條件與原來標(biāo)定時(shí)的條件不同,就需要根據(jù)現(xiàn)場情況,對流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定.孔板、文丘里流量計(jì)的收縮口面積都是固定的,而流體通過收縮口的壓力降

14、那么 隨流量大小而變,據(jù)此來測量流量,因此,稱其為變壓頭流量計(jì).而另一類流量計(jì)中,當(dāng) 流體通過時(shí),壓力降不變,但收縮口面積卻隨流量而改變,故稱這類流量計(jì)為變截面流 量計(jì),此類的典型代表是轉(zhuǎn)子流量計(jì).1、孔板流量計(jì)的校核孔板流量計(jì)是應(yīng)用最廣泛的節(jié)流式流量計(jì)之一,本實(shí)驗(yàn)采用自制的孔板流量計(jì)測定液體流量,用容量法進(jìn)行標(biāo)定,同時(shí)測定孔流系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系孔板流量計(jì)是根據(jù)流體的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化原理而設(shè)計(jì)的,流體通過銳孔時(shí)流速增加,造成孔板前后產(chǎn)生壓強(qiáng)差,可以通過引壓管在壓差計(jì)或差壓變送器上顯示.其根本構(gòu)造如圖4-1所示.假設(shè)管路直徑為d1,孔板銳孔直徑為d 0,流體流經(jīng)孔板前后所形成的縮脈直徑為d

15、2,流體的密度為p那么根據(jù)柏努利方程,在界面1、2處有：圖4-1孔板流量計(jì)2221122u u p p p p p-？= (4-1或=(4-2J"： - ttj-由丁縮脈處位置隨流速而變化,截面積2A也用孔板孔徑處流速0u來替代上式中的2u,乂考慮這種替代帶來的誤差以及實(shí) 際流體局部阻力造成的能量損失,故需用系數(shù)C加以校正.式(4-2改寫為(4-3對丁不可壓縮流體,根據(jù)連續(xù)性方程可知,代入式(4-3并整理可得0u =(4-4令0C色, P=(4-5 那么式(4-4 簡化為 0u C = (4-6農(nóng)-誠根據(jù)0u和0A即可計(jì)算出流體的體積流量p /20000p A C A u V ？=

16、(47或 P P p /(20gR A C A u V (4-8式中:V -流體的體積流量,m 3/s ;R -U形壓差計(jì)的讀數(shù),m ;i -死差計(jì)中指示液密度,kg/m 3;0C -孔流系數(shù),無因次；0C由孔板銳口的形狀、測壓口位置、孔徑與管徑之比和雷諾數(shù) Re所決定,具 體數(shù)值由實(shí)驗(yàn)測定.當(dāng)孔徑與管徑之比為一定值時(shí) ,Re超過某個(gè)數(shù)值后,0C接近丁 常數(shù).一般工業(yè)上定型的流量計(jì),就是規(guī)定在0C為定值的流動條件下使用.0C值 范圍一般為0.6-0.7孔板流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)在其上、下游各有一段直管段作為穩(wěn)定段,上游長度至少 應(yīng)為10d 1,下游為5d 2.孔板流量計(jì)構(gòu)造簡單,制造和安裝都很方便,其

17、主要缺點(diǎn)是 機(jī)械能損失大.由丁機(jī)械能損失,使下游速度復(fù)原后,壓力不能恢復(fù)到孔板前的值,稱 之為永久損失.d 0/d 1的值越小,永久損失越大.三、實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)裝置 如圖4-2所示.主要局部由循環(huán)水泵、流量計(jì)、U型壓差計(jì)、溫度計(jì)和水槽等組成,實(shí)驗(yàn)主管路為1寸不銹鋼管內(nèi)徑25mm.圖4-2流量計(jì)校合實(shí)驗(yàn)示意圖四、實(shí)驗(yàn)步驟與本卷須知1. 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置,了解各閥門的位置及作用2. 對裝置中有關(guān)管道、導(dǎo)壓管、壓差計(jì)進(jìn)行排氣,使倒U形壓差計(jì)處丁工作狀3. 對應(yīng)每一個(gè)閥門開度,用容積法測量流量,同時(shí)記下壓差計(jì)的讀數(shù),按由小到大 的順序在小流量時(shí)測量8-9個(gè)點(diǎn),大流量時(shí)測量5-6個(gè)點(diǎn).為保證標(biāo)定精度,最

18、好再 從大流量到小流量重復(fù)一次,然后取其平均值.4. 測量流量時(shí)應(yīng)保證每次測量中,計(jì)量桶液位差不小丁 100mm或測量時(shí)間不少 丁 40s.5. 主要計(jì)算過程如下:(1根據(jù)體積法(秒表配合計(jì)量筒算得流量 V (m 3/h ;(2根據(jù)24d V u 兀=;(3讀取流量V (由閘閥開度調(diào)節(jié)對應(yīng)下的壓差計(jì)高度差R,根據(jù)0u C =和gR pP =就得C 0值.(4根據(jù)從pdu =Re求得雷諾數(shù),其中d取對應(yīng)的d 0值.(5在坐標(biāo)紙上分別繪出孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的0C -Re圖.五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 將所有原始數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列成表格,并附上計(jì)算例如.2. 在單對數(shù)坐標(biāo)紙上分別繪出孔板流量計(jì)和文丘里流量計(jì)的0C -Re圖.3. 討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果.六、思考題1. 孔流系數(shù)與哪些因素有關(guān)？2. 孔板、文丘里流量計(jì)安裝時(shí)各應(yīng)注意什么問題 ？3. 如何檢查系統(tǒng)排氣是否完全？4. 從實(shí)驗(yàn)中,可以直接得到 R-V的校正曲線,經(jīng)整理后也可以得到0C -Re的曲 線,這兩種表示方法各有什么優(yōu)點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)5熱電偶的校驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握精密型電子電位差計(jì)正確使用方法.2、掌握熱電偶的檢驗(yàn)方法.3、掌握確定儀表精密度的方法.二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、識別熱電偶的種類及電極方向.2、進(jìn)行熱電偶校驗(yàn).三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀