筆記-化工儀表及自動化教材(廖燕明主講)1-17

1、.2021年10月14日星期一：.； 第一篇 過程丈量儀表概述消費過程自動化根本概念在消費過程中，利用自動化儀表安裝來檢測、顯示、控制消費過程中的重要工藝參數(shù)，自動的維持消費過程的正常進展，當工藝參數(shù)遭到外界干擾的影響而偏離正常形狀時，能自動的調(diào)回到規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)。消費過程自動化系統(tǒng)分為以下幾類：自動檢測系統(tǒng)、自動信號聯(lián)鎖維護系統(tǒng)、自動操作系統(tǒng)、自動調(diào)理系統(tǒng)。自動調(diào)理系統(tǒng)：溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)。人工控制過程、自動控制過程。如何替代人工調(diào)理，完成自動調(diào)理的功能。自動控制方框圖：假設(shè)是人工控制，那么人應該經(jīng)過眼睛察看液位是高于還是低于規(guī)定的液位，在根據(jù)大腦的分析得到是開大還是

2、關(guān)小閥門，在發(fā)出指令經(jīng)過手來執(zhí)行關(guān)小還是開大閥門。假設(shè)是自動控制的系統(tǒng)，經(jīng)過檢測環(huán)節(jié)丈量被測參數(shù)，經(jīng)過丈量變送器吧丈量結(jié)果和給定值進展比較，在比較環(huán)節(jié)把丈量值Pv和給定值Sv進展比較，Dv=Sv-Pv,經(jīng)過調(diào)理器來判別Dv是大于0還是小于0，得到MV值，把MV發(fā)送給執(zhí)行器，執(zhí)行器可以執(zhí)行對調(diào)理閥的開閉，從而完成對調(diào)理對象的調(diào)理。四個方框分別代表控制系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)，它們的銜接方式是信息流而不是物質(zhì)流，信息的流動，是個理想的關(guān)系，箭頭表示信息的流動方向。這里可以了解一下自動控制系統(tǒng)是如何實現(xiàn)的。這就是自動控制系統(tǒng)的方框圖。儀表的分類安儀表任務(wù)所需能源分類：氣動、電動、液動儀表需求對它提供能源才干任

3、務(wù)。氣動儀表經(jīng)過提供緊縮空氣，通常是0.14MPa的緊縮空氣；經(jīng)過膨脹來做功。液動經(jīng)過液體液壓的方式來提供動力。如今主要是電動儀表。按系統(tǒng)組成構(gòu)造分：基地式儀表、單元組合式儀表、組件組裝式儀表、分散綜合控制系統(tǒng)。單元組合式：安裝功能來分組，把不同功能的儀表銜接起來，各個模塊之間具有互換性，目前是一種比較主要的方式。組件組裝式儀表：經(jīng)過插卡的方式放在計算機的總線槽里面。綜合控制系統(tǒng)：可以交換以前很多多個單臺儀表組成的計算機控制系統(tǒng)，當前的主流。按防爆才干分：普通型、隔爆型、平安火花型主要是運用在化工企業(yè)中，隔爆型：經(jīng)過外殼和外界隔離。平安火花型：又叫本安型，本質(zhì)平安型。自動化儀表的開展概略基地式

4、儀表階段單元組合式儀表階段很多現(xiàn)場儀表都是這樣的方式。以微處置器為根本部分的控制安裝階段重點：丈量方法，丈量儀表概念，丈量誤差，儀表的性能目的丈量過程丈量過程用一個知量單位與被丈量比較，搜集信息的過程：A=g *Uxg：丈量比值UX：丈量單位丈量過程就是一個信息的獲取的過程。丈量方法根據(jù)丈量方式分：直接丈量丈量直接得到結(jié)果的丈量；間接丈量不能直接得到丈量結(jié)果，須經(jīng)過一定運算。根據(jù)接觸方式分：接觸式丈量：容易測得比較真實的丈量值，往往需求丈量元件放到介質(zhì)里面，干擾介質(zhì)，略微影響丈量結(jié)果。非接觸式丈量輻射式等等：由于間隔 緣由能夠不太準確。根據(jù)平衡方式：平衡式：指零式，比如天平，普通是指零的。非平

5、衡式：偏向式，比如通常情況下它是指令的有丈量值變化時，他的指針是不指零的。丈量儀表開環(huán)構(gòu)造：被測參數(shù)檢測/變換傳送放大顯示/變送閉環(huán)構(gòu)造：穩(wěn)定性，準確性高于開環(huán)構(gòu)造。添加反響環(huán)節(jié)，提高儀表穩(wěn)定性、丈量精度。在顯示/變送之前把信號經(jīng)過處置反響給檢測/變換之前，進展分析控制。各有優(yōu)缺陷啦。丈量誤差及性能目的丈量誤差誤差=丈量值-真實值誤差的分類：按誤差的本身性質(zhì)分系統(tǒng)誤差：指丈量結(jié)果的一種固定或者有規(guī)律的偏移。丈量結(jié)果的整體的偏移，往往由于儀器或者運用方法習慣性的不當，或者儀器的固定的偏向；系統(tǒng)誤差的抑制：把丈量結(jié)果減去丈量偏向值就可以抑制這個系統(tǒng)誤差了。隨機誤差：圍繞著一定的范圍在雜亂無章地變化

6、的。平均值為0。外界偶爾要素的干擾等等。忽略誤差：外界忽然要素或者人操作的忽然要素或者外界干擾，丈量值遠遠偏離真實值，往往出現(xiàn)的情況較少。系統(tǒng)誤差不可防止的。隨機誤差可以取平均值。忽略誤差不要放入最終的數(shù)據(jù)處置。用儀表儀器丈量而得到的值。誤差公理：任何丈量過程都存在誤差；那么真實的值從哪里來的？真實值：用規(guī)范值、實際值替代。用足夠精度的值來替代，是相對的，相對于其他的儀器來說曾經(jīng)非常準確了；實際值從實際上的得到的值。儀表性能目的：誤差及誤差計算絕對誤差a、相對誤差r絕對誤差：a=x-x0，x：丈量值，x0：真實值規(guī)范值。有正負號，有單位。相對誤差：r=x-x0/x0*100%援用誤差q允丈量絕

7、對誤差與丈量儀表量程值百分比。Q=a max/L*100%L=l上-l下，儀表量程，上下分別表示儀表的丈量上下限?；夭钭儾頷H=X上-X下/L*100%X上：丈量上行值。X下：丈量下行值。留意：對同一個被測參數(shù)丈量得到的不同結(jié)果。變差產(chǎn)生緣由：傳動機構(gòu)間隙，彈性元件滯后。精度精度等級精度準確度是精細度系統(tǒng)誤差和準確度隨機誤差的綜合。精度是反映儀表性能優(yōu)劣的主要目的。精度由qmax和h確定，儀表出廠要求Q允=qmax、q允=hQ允：儀表允許的援用誤差最大值。Qmax：儀表實踐的最大援用誤差，Q允：去掉正負號和%就是精度。精度等級：。0.4 0.5 1.0 1.5 2.5 。算出精度來之后，在根據(jù)

8、國家規(guī)定的儀表的精度等級，來確定儀表的精度，比如假設(shè)q允=1.3，那么應該確定1.5的精度，由于這個儀表達不到1.0的等級，只能到達1.5的等級。數(shù)字越小那么精度越高。所以出廠的時候的精度應該定位1.5。靈敏度、靈敏限及分辨率靈敏度：S=靈敏限：輸入變化多少才允許輸出開場變化。分辨率：通常指數(shù)字式儀表，也就是說，顯示的時候是以幾位數(shù)字顯示，最小數(shù)字是個位數(shù)1，單位假設(shè)是帕斯卡，那么它的分辨率就是1帕斯卡了。其他目的：反響時間、可靠性例如：有一塊壓力表丈量范圍為0150Kpa，丈量100Kpa這一點，測得上行值為98Kpa，下行值為101Kpa，其他各點誤差均小于此點，問此壓力表的qmax、h和

9、精度格式多少？解：qmax=-1.33%H=(98-101)/150*100%=-2.0%精度智能定成2.5。壓力丈量及變送本章重點：壓力的單位、表示方法，彈簧管壓力表的構(gòu)造及原理、選用、安裝和校驗，電容式差壓變送器和智能式差壓變送器的簡單原理，變送器輸出值的計算。概述壓力壓力壓強P=F/A規(guī)范單位：Pa、Kpa、Mpa工程單位：巴bar，毫米水柱mmH2O、毫米汞柱mmhg、規(guī)范大氣壓ATM、工程大氣壓公斤等。壓力表示方法大氣壓：大氣自重產(chǎn)生的壓力；表壓：以大氣壓作為它的基準；絕壓：絕對真空作為基準。真空度：低于大氣壓的壓力關(guān)系式：表壓=絕對壓力-大氣壓真空度=大氣壓-絕對壓力測壓儀表分類液

10、柱式：比如U形管這里，我們測得的壓力值屬于表壓力，由于它的基準是大氣壓力，我們假設(shè)不闡明那么丈量的就是表壓，除非特殊闡明那么普通丈量的就是表壓。彈性元件式：彈簧管、膜片、膜盒、波紋管電氣式壓力電量R、V、I、C活塞式校驗儀器，普通作為校驗儀器來消費的。彈性式壓力計彈性元件彈性式壓力計經(jīng)過丈量彈性元件受壓后所產(chǎn)生的彈性變形即位移來丈量壓力。常用的彈性元件：膜片、膜盒、波紋管、彈簧管。用到的最多的是彈簧管。膜片普通是圓形的上邊有一些一圈一圈的波紋。膜盒比較復雜。壓力作用在膜盒上。波紋管，下邊有壓力，上邊有位移。270左右的單圈彈簧管，多圈彈簧管就是很多圈的彈簧管了。彈簧管壓力計組成構(gòu)造彈簧管：截面

11、是橢圓形的，扁平、中空，橫截面為橢圓形，一端固定，一端為自在端，弧度為270，銅、合金銅、鋼。長軸方向的彈力大于徑向的彈力，橢圓的外形趨于變構(gòu)成近圓形，自在端變化角度的=K*P，k彈性系數(shù)。作用：感受壓力信號，并轉(zhuǎn)換為位移信號。齒輪、杠桿傳動機構(gòu)：作用：傳送放大普通兩級放大，改動調(diào)整螺釘8的位移，可調(diào)量程，調(diào)放大倍數(shù)。游絲：抑制齒輪間的間隙，減少變差闡明變差產(chǎn)生緣由。指針及表盤：指示變差產(chǎn)生的緣由：行程和回程的嚙合齒輪的齒面不一樣。任務(wù)原理：壓力彈簧管位移一級放大扇形齒輪二級放大中心齒輪指示壓力傳感器與變送器壓力丈量：就地指示：彈簧管壓力表遠傳信號式：傳感器式、變送器氣動、電動傳感器：能將飛變

12、量被測參數(shù)按確定函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換成電量的設(shè)備/器件。變送器：變送：將被測參數(shù)成比例轉(zhuǎn)換成規(guī)范一致信號，并能將一致信號有限間隔 的遠傳?？烧{(diào)量程：把同一參數(shù)不同的丈量范圍轉(zhuǎn)換為成比例的一致信號。一致信號：普通來說是4-20mA DC 的直流電流信號。有0-10 或者0-20 MPa的丈量范圍都轉(zhuǎn)換為4-20mA 的直流信號。普通來講，傳感器在前，傳感器的信號傳送給變送器，傳感器丈量參數(shù)，傳送電量，變送器把電量成比例轉(zhuǎn)換成4-20mA的規(guī)范直流電流信號。壓力傳感器壓阻式、應變式、電容式、電感式、振動式。氣動壓力差壓變送器，QBC利用杠桿、噴嘴-擋板機構(gòu)，氣動放大器、反響機構(gòu)、波紋管噴嘴-擋板機構(gòu)，即將

13、杠桿的位移轉(zhuǎn)換成壓力。利用力矩平衡原理PP測F杠桿偏轉(zhuǎn)擋板接近噴嘴P背壓P出指示反響電動差壓變送器 DBC將P測P測轉(zhuǎn)化為電信號輸出。雙杠桿電動單元組合三型DDZ-；1151電容式壓力變送器，試講差壓的變化轉(zhuǎn)化為電容板的位移，從而使電容量發(fā)生變化，然后利用丈量電路、運算放大電路轉(zhuǎn)換成4-20mA的輸出。電容式智能差壓變送器是利用微處置器實現(xiàn)了自動調(diào)零，調(diào)量程、自診斷等功能的一種新型變送器。C=變送器輸出值的計算變送器的一致信號：0.14MPaQDZ氣動變送器輸出的一致信號為：0.020.1MPaDDZ電動差壓變送器輸出的一致信號為：010mA、420mA輸出值計算通用式：例如：一臺DDZ-差壓

14、變送器，丈量范圍2.510MPa，當所測壓力為5MPa時，輸出是多少？留意：默許DDZ-輸出的規(guī)范范圍是420mA的規(guī)范電流信號。I出=9.33mA壓力儀表選用、安裝與校驗壓力表的選用型號Y-100,100指表盤直徑。遠間隔 可以大一點150，假設(shè)有空間限制或者近間隔 察看，可以運用50mm的表盤直徑。YA-100，丈量含氨氣的介質(zhì)。由于普通的壓力表運用銅或者合金銅，氨對同或者合金銅有腐蝕性，所以銅介質(zhì)的彈簧管會被腐蝕或者穿孔，所以含氨氣的壓力表應該運用不銹鋼的壓力表。Y0-50,O指的是氧用壓力表，氧用，小壓力表，公用的YO，不可以在彈簧管的銜接頭上沾油脂，假設(shè)氧氣和油脂接觸會發(fā)生危險。所以

15、YO的壓力表的彈簧管的接頭處不會沾有油脂。普通的壓力表能夠在螺紋銜接的地方涂油油脂，氧用壓力表沒有油脂，防止了氧和油脂接觸時發(fā)生危險。從介質(zhì)、察看、安裝三個方面選擇壓力表的型號。量程壓力平穩(wěn)：P量=P測*1.5，動搖范圍大P量=P測*2.0，下限選?。赫闪恐荡笥?/3量程。量程靠級：01.0，1.6，2.5，4，6，10*10的n次方MPa 防止壓力表超限而損壞，也不能讓壓力表的示值不斷處于壓力表的低壓力范圍，這樣會使壓力表的丈量精度偏低，普通丈量值最小不能小于壓力表的1/3的量程。實踐上就是在量程的1/32/3的中間區(qū)域來運用壓力表，可以獲得不較好的精度，也可以防止丈量值超限。當然假設(shè)動搖較

16、大那么也能夠是在1/31/2的丈量范圍等等。選擇好了量程以后，必需到量程的系列里面選擇量程值，就是量程值要規(guī)范化。測1.8，量=2.5MPa、精度選擇求援用誤差，靠精度等級往高精度靠精度的選擇的話，主要要思索的問題就是援用誤差，援用誤差的求取，根據(jù)選表和誤差要求選擇：例如：假設(shè)如今丈量比較穩(wěn)定的壓力丈量范圍，0.8MPa要求，誤差不大于0.02MPa；要求選擇壓力表的精度量程。解答：0.8兆帕由于穩(wěn)定所以0.8*1.5=1.2兆帕，位于1.01.6兆帕之間，所以選擇01.6兆帕，驗證下限問題，1.6/3=0.5333e2，假設(shè)鐵芯往下偏那么e12P,那么A要進展逆時針的轉(zhuǎn)動，具有逆時針的力矩。

17、轉(zhuǎn)動90，排出了V0,360，排出了4個V0。V=4NV0=2。對機械加工提出了非常嚴厲的要求。假設(shè)配合不好那么容易泄露，假設(shè)配合的太緊不容易轉(zhuǎn)動。,運用計數(shù)機構(gòu)進展計數(shù)就行了。誤差：走漏量。特點：精度高0.2%對介質(zhì)要求普通要求都在流量計之前加過濾器不含氣體不含雜質(zhì)適用于高粘度介質(zhì)不適宜用于很低濃度的丈量。壓力不要太高，容易呵斥泄露量。轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計經(jīng)過改動流體流通面積的方法測流量?？趶捷^小，直徑150mm，還可以做到直徑1.5mm。特別小了?？梢院唵蔚街恍鑳蓚€部件。構(gòu)造及任務(wù)原理構(gòu)造錐形管：玻璃、金屬 錐度40到3。玻璃外表可以刻有刻度，金屬做的不可以直接察看，應該經(jīng)過其他的構(gòu)造轉(zhuǎn)換

18、出來。轉(zhuǎn)子：氣體：非金屬資料。液體：金屬資料鋁、不銹鋼。大約外形普通就是如下圖的外形：。外形要思索有益于轉(zhuǎn)子所測的氣體或者液體得到穩(wěn)定的值。液體普通就是金屬資料，非金屬資料普通運用橡膠或者膠木。任務(wù)原理：轉(zhuǎn)子懸浮于錐形管中間的一定高度，流量增大時，轉(zhuǎn)子上移，流通面積增大，流動速度減小，靜壓差、重力及浮力平衡，轉(zhuǎn)子在一個新的高度H上穩(wěn)定，由H可得知流量Q。轉(zhuǎn)子遭到的力有重力、浮力、阻力。轉(zhuǎn)子也可以產(chǎn)生節(jié)流景象。管道內(nèi)的阻力元件改動了流體的流通面積，流通面積的減少，使流體的流動速度添加，轉(zhuǎn)子，前端的壓力要大于轉(zhuǎn)子后端的壓力，構(gòu)成差壓力。前端靜壓大，截面積大，流速較??；后端截面積小，流速大，靜壓??；

19、構(gòu)成前端大于后端的差壓。浮力重力不變差壓力增大那么轉(zhuǎn)子上浮，截面積變化，重新到達新的平衡，不同的位置代表不同的流量大小。流量公式轉(zhuǎn)子流量計出廠的時候都是單獨標注，刻度值需求單獨標注，轉(zhuǎn)子流量計是非規(guī)范化的設(shè)備?？潭戎凳窃诠I(yè)規(guī)范20，0.1033MPa的絕壓下，用水或者空氣標定而得，實踐運用時有與流體密度的改動，應進展修正。液體介質(zhì)：；氣體介質(zhì)：規(guī)范形狀下：:被測介質(zhì)規(guī)范形狀下密度Kg/N:空氣在規(guī)范形狀下的密度1.2064:被測介質(zhì)的絕對壓力，MPa。：工業(yè)規(guī)范形狀時的絕對壓力0.10133MPaT:工業(yè)規(guī)范形狀時絕對溫度293.15K:被測介質(zhì)的絕對溫度K。浮子也叫轉(zhuǎn)子；，指的是流量系數(shù)阻

20、力系數(shù)分之一，d，轉(zhuǎn)子最大的截面直徑。h指的是轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的高度，指的是角度，錐度，錐形管的錐度。，轉(zhuǎn)子的體積，Af，轉(zhuǎn)子最大截面積， ，指的是流體的密度。，指的是阻力系數(shù)，指的是流量系數(shù)。簡化成為，各個系數(shù)都是一定的，那么流量和高度是線性關(guān)系。轉(zhuǎn)子流量計的指示值修正。轉(zhuǎn)子流量計什么高度指示什么流量，經(jīng)過實驗的方法標注的。實踐運用的時候有與流體密度的變化，它的由于k值發(fā)生變化那么剛剛那個公式，不同的k值，同樣的高度，會得到不同的流量值，所以另外一個密度的液體得不到正確的流量值。由于原來的刻度值曾經(jīng)有了，如今可以列出兩個公式，進展修正。氣體液體密度或者形狀發(fā)生變化的時候必需進展修正。它可以就地

21、顯示，要求丈量比較干凈的介質(zhì)，不要丈量太臟的介質(zhì)，以免轉(zhuǎn)子外表結(jié)垢影響丈量精度。金屬管的管路，看不到內(nèi)部轉(zhuǎn)子的高度，利用不銹鋼資料做這個外殼，外殼加上磁性，不銹鋼不導磁的，外面附加小磁鐵，轉(zhuǎn)子也加小磁鐵，轉(zhuǎn)子可以帶動磁鐵上下挪動，經(jīng)過杠桿原理，帶動指針指示流量數(shù)值。假設(shè)要遠傳信號的話，把轉(zhuǎn)子的位置上方流動的方向修正了，流體的流動方向改為側(cè)面流程，轉(zhuǎn)換成差動變壓器的方式，轉(zhuǎn)換成遠傳信號。其他流量計電磁流量計從根本的原理上講，是利用電磁定律，中學曾經(jīng)學過了。E：感應電動勢，D；有效長度，V速度，B磁場強度，都是正比例關(guān)系。假設(shè)管道直徑是D，如下圖。切割磁力線的長度不是管子的長度，有效長度是管子的直

22、徑。有一段導體流體做切割磁力線的運動，應該產(chǎn)生感應電動勢。對于每一個截面的話都是在做切割磁力線的運動。流量和所測到的感應電動勢成正比例關(guān)系。實踐的運用當中，遭到一些限制，必需是導電流體，氣體是普通不導電的。嚴厲上講對導電率有下限的影響，比如純棉油不能被丈量。介質(zhì)中不能含有氣泡，電磁感應電動勢，必需想方法把它從管道中引出來，引出的方法，必需是從哪個方向來引呢，必需在管道截面上對應的位置來取感應電動勢，運用一對電極，管道不能導電的，至少經(jīng)過磁場的這一段不能導電的，比如用有機玻璃的管道，道理上講是非常好的絕緣資料，但是比較脆，不耐高溫，等等；所以還得運用金屬資料，所以管道內(nèi)壁處置成為絕緣的，不讓它導電，構(gòu)成復合管道，必需是特制的，內(nèi)襯是不導電的絕緣層，只留出兩個電極的小孔，這兩個點取出電動勢。假設(shè)流體中含有許多氣泡，正好有個比較大的氣泡，假設(shè)蓋住了電極，那么電極取不到信號的，出現(xiàn)瞬間，對流量的丈量有非常大的影響。電磁干擾也對電磁流量計的影響非常大。盡量避開干擾源。電磁感應定律：導體在磁場中作切割磁力線的運動時，導體兩端會產(chǎn)生感應電勢。導電的流體在