自動化儀表培訓講義課件

自動化儀表講義

自動化儀表培訓講義課件1第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用1.1自動化儀表及其應用1.2自動化儀表的分類1.3自動化控制系統(tǒng)

自動化儀表培訓講義課件2

第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用1.1自動化儀表及其應用自動化儀表，是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中對工藝參數(shù)進行檢測、顯示、控制的儀表。自動化儀表大體可分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行器四大類。檢測儀表是利用各種物理、化學效應，實現(xiàn)各種信息參數(shù)測量的儀表。顯示儀表則用于對各種變量檢測、控制及操作狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示和記錄，承擔人—機聯(lián)系的任務。有的儀表則集檢測與顯示一體?？刂苾x表把來自檢測儀表的信號值與所要求的信號值進行比較、綜合，按預定控制規(guī)律發(fā)出控制信號，操縱執(zhí)行器動作，使被控變量達到預期值。執(zhí)行器則是實現(xiàn)這種控制作用的終端控制裝置。第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用3工業(yè)自動化儀表是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一種重要裝置。應用自動化儀表和設備，構(gòu)成各種類型的自動化系統(tǒng)，可以代替人的重復性勞動，實現(xiàn)工藝過程的自動檢測、調(diào)節(jié)和控制。在海洋石油的油氣田生產(chǎn)中，為了正確地指導生產(chǎn)操作，保證人員和生產(chǎn)安全，都廣泛應用自動化儀表和控制系統(tǒng)。

工業(yè)自動化儀表是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一種重要裝置。應用自41.2自動化儀表的分類海洋石油平臺使用的自動化儀表類型繁多，因而分類的方法也不同，下面介紹幾種常見的分類方法。按使用能源不同，可分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。按所測量參數(shù)不同，可分為壓力儀表、溫度儀表、液位儀表、流量儀表。按所使用系統(tǒng)不同，可分為生產(chǎn)系統(tǒng)檢測儀表和安全系統(tǒng)檢測儀表。1.2自動化儀表的分類51.3自動化控制系統(tǒng)海洋石油平臺要求生產(chǎn)和安全管理的自動化程度較高，平臺上都設有一套自動化控制系統(tǒng)，即中央控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是整個平臺的控制中心，它能對整個平臺的生產(chǎn)和安全進行監(jiān)控，確保平臺及人身安全，保證生產(chǎn)的持續(xù)性，保護原油生產(chǎn)系統(tǒng)及其設施。中央控制系統(tǒng)是由生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）和安全控制系統(tǒng)(SCS)組成。其中安全控制系統(tǒng)又分為緊急關斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測系統(tǒng)（F&G）兩個相對獨立的子系統(tǒng)。如下圖所示：1.3自動化控制系統(tǒng)6自動化儀表培訓講義課件7第二章

壓力檢測儀表2.1壓力的定義及單位

2.2壓力的分類

2.3壓力檢測方法

2.4壓力表

2.5壓力變送器2.6壓力開關2.7壓力檢測儀表選擇、校驗和安裝

第二章

壓力檢測儀表8壓力（包含差壓和真空度）是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的參數(shù)之一。它決定著生產(chǎn)過程能否正常進行，關系到設備和人身的安全等。2.1壓力的定義及單位垂直作用在物體單位面積上的力稱為壓力。它的數(shù)值由兩個因素決定，即受力面積和垂直作用力的大小。在國際單位制中其單位為牛頓/米2，即：帕斯卡，其表示的符號為：Pa，簡稱“帕”，帕這個單位很小，約為0.1mm水柱所產(chǎn)生的壓力。Pa、kPa、MPa是法定的壓力計量單位。在工程中常用單位還有工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、磅/英寸2（psi）、巴（bar）等，工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）和巴（bar）壓力等級基本相同。壓力（包含差壓和真空度）是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的參數(shù)之一。它決定91巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相當于10米水柱的壓力。它們之間的常用換算見表2-1各壓力單位間的換算。1巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相當于10米水102.2壓力的分類在壓力檢測中，壓力常分為表壓、絕壓、負壓或真空度、差壓或壓差。絕對壓力是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力和。表壓和真空度是相對大氣壓力而言的，大氣壓力即地球表面空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力。工業(yè)上所用的壓力指示值常為表壓，表壓是當絕對壓力高于大氣壓力時，絕對壓力和大氣壓力之差；真空度是當絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力和絕對壓力之差。差壓力是任意兩個壓力相比較時的差值。2.2壓力的分類11它們之間的關系如圖2-1各種壓力間的關系。它們之間的關系如圖2-1各種壓力間的關系。122.3壓力檢測方法壓力的檢測方法多種多樣，在海洋采油工藝主要采用彈性變形測壓力和電測法測量壓力。用彈性變形測壓法測量壓力時，當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應的形變，根據(jù)形變的大小便可測出壓力的大小。常用的彈性元件有三類：薄膜式、波紋管式和彈簧管式。彈簧管又分為單管式和多管式兩種，平臺的壓力表一般都采用單管式。

2.3壓力檢測方法13

2.4壓力表從圖2-2中可以看出，彈簧管受壓后其形變位移和受力的大小具有比例關系。因此，生產(chǎn)中，我們大多采用彈簧管作為彈性元件來測壓，經(jīng)常使用單彈簧管和多彈簧管，以單彈簧管應用為最多。彈簧管壓力表是工業(yè)生產(chǎn)上應用最為廣泛的一種測壓儀表。圖2-2單簧管壓力表內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.4壓力表142.4.1彈簧管的測壓原理單彈簧管是彎成圓弧形的空心管子，其截面積呈扁圓形或橢圓形，如圖2-2單簧管壓力表內(nèi)部結(jié)構(gòu)。被測壓力由彈簧管的固定端引入，由于橢圓形截面積在壓力作用下會趨向圓形，因此彈簧管的自由端就產(chǎn)生一定的位移。彈簧管就這樣把壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰?。但是，彈簧管輸出位移很小，因此一般都選用各種杠桿式或齒輪式的傳動放大機構(gòu)，把微小位移放大并轉(zhuǎn)換成角位移傳送給顯示部分的指針。如圖2-3壓力表測壓原理。由于彈簧管自由端的位移與被測壓力的大小具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。2.4.1彈簧管的測壓原理15圖2-3壓力表測壓原理由上得出：它的原理是在壓力作用下，彈簧管就要產(chǎn)生變形，自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿帶動扇形齒輪轉(zhuǎn)一角度，經(jīng)機芯帶動指針偏轉(zhuǎn)在刻度盤上指示出來，位移大小與輸入的測量壓力成正比，此時指針在刻度盤上的位置就是被測出來壓力的量值.。圖2-3壓力162.4.2彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如圖2-4彈簧管壓力表所示。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)整螺釘9-接頭

2.4.2彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)17壓力表外觀見圖2-5。被測壓力由接頭9通入，迫使彈簧管1的自由端B向上方擴張。自由端B的彈性變形位移由拉桿2使扇形齒輪3作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動而作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板6的刻度尺上顯示出被測壓力P的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力之間具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。游絲7是用來克服因扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產(chǎn)生的儀表變差的。改變調(diào)整螺釘8的位置（即改變機械傳動的放大系數(shù)），可以實現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。

壓力表外觀見圖2-5。182.5壓力變送器以上介紹的是就地顯示的壓力計，既壓力表。在生產(chǎn)中，我們還需要將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳。這些把壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號的設備就是壓力變送器。壓力變送器分為氣動壓力變送器和電動壓力變送器。2.5.1氣動壓力變送器氣動壓力變送器中應用最多的是力矩平衡式壓力變送器，下面就以氣動差壓變送器為例對氣動力矩平衡式壓力變送器的結(jié)構(gòu)原理進行簡單分析。如圖2-6氣動差壓變送器的原理圖。2.5壓力變送器19圖2-6氣動差壓變送器原理圖1

正壓室；2-負壓室；3-膜片；4-出軸密封膜片；5-主杠桿；6-反饋支點（量程支點）；7-反饋波紋管；8-噴嘴；9-擋板；10-放大器；11-調(diào)零彈簧圖2-6氣動差壓變送器原理圖20圖2-6氣動差壓變送器原理圖氣動差壓變送器的原理是：以膜片3為感測元件，與正壓室1和負壓室2組成變送器的測量部分。正壓室通入被測差壓的高壓信號P1，負壓室通入低壓信號P2。差壓通過膜片變成F測作用在比較環(huán)節(jié)——杠桿5上。杠桿5的支點是輸出

軸密封膜片4。杠桿5受壓差產(chǎn)生的力的作用，繞支點“O”旋轉(zhuǎn)，使擋板9相對噴嘴移動，噴嘴背壓變化，引起功率放大器10的輸出壓力P出變化，輸出壓力P出

引入儀表的反饋環(huán)節(jié)——波紋管7，轉(zhuǎn)換成力F反，作為負反饋信號在支點6處也作用到杠桿5上。輸入F測與F反

通過杠桿5和支點“O”達到平衡，即： F測×l測=F反×l反

由F測=A測（P1–P2）;F反=P出·A反可知

P出=（P1–P2）A測l測/A反l反

式中：A測是膜片3的有效面積，A反為反饋波紋管的有效面積

圖2-6氣動差壓變送器原理圖21圖2-6氣動差壓變送器原理圖由于l測、l反、A測、A反均為固定值，可見差壓變送器將輸入壓差成比例的轉(zhuǎn)換成了氣動信號P出。輸出信號為20~100Kpa的氣壓信號，可將輸出信號送往調(diào)節(jié)器或顯示儀表進行調(diào)節(jié)、指示或記錄。但由于受遠傳時壓力降低和滯后的影響，氣動壓力變送器主要用于現(xiàn)場調(diào)節(jié)回路的組成。圖2-6氣動差壓變送器原理圖222.5.2電動壓力變送器電動壓力變送器是將一定范圍的壓力信號轉(zhuǎn)換成標準電流或電壓信號的壓力儀表。海洋采油生產(chǎn)中大多采用電容式壓力變送器。電容式壓力變送器的工作原理簡單的說就是將彈性測壓元件的位移轉(zhuǎn)換成電容的變化，再經(jīng)一定的轉(zhuǎn)換電路輸出標準電流或電壓信號。海洋采油平臺上常用到的電動壓力變送器的輸出標準信號一般為4-20mA電流信號，其輸出信號為連續(xù)的模擬信號，常用作遠傳信號。海洋平臺上常用到電動壓力變送器主要是：ROSEMOUNT1151、2088、3051等系列模擬型和智能型壓力變送器；FOXBOROI/A系列智能型壓力變送器以及少量其它廠家的壓力變送器。隨著科學技術和海洋石油的發(fā)展，現(xiàn)在采油平臺上的模擬型壓力變送器已經(jīng)逐步被智能型壓力變送器替代.。

2.5.2電動壓力變送器23下面以1151系列電動變送器為例詳細敘述電動變送器的結(jié)構(gòu)及性能等。1、

概述1151系列電容式壓力變送器具有安裝使用方便、精度高、體積小、調(diào)整方便、穩(wěn)定性高、單向過載能力好等特點。1151系列壓力變送器是將相對真空的絕對壓力或相對某標準的相對壓力轉(zhuǎn)換成為4～20mA或10～50mA直流電流信號，電流信號與被測壓力成線性關系。1151系列壓力變送器是采用兩線制串聯(lián)工作方式，如圖2-91151壓力變送器控制回路接線圖所示。下面以1151系列電動變送器為例詳細敘述電動變送器的結(jié)構(gòu)及性242、

結(jié)構(gòu)

從總體結(jié)構(gòu)來說，1151系列壓力變送器可以分為兩部分。一部分是敏感元件部分，它是由δ室和兩個法蘭組成；另一部分是電圖2-9.1151壓力變送器控制回路接線圖1-1151壓力變送器；2-記錄儀；3-電源；4-調(diào)節(jié)器；5-指示器氣部分，它包括接線端子、電子線路及端蓋δ室是感受被測壓力并轉(zhuǎn)變成電容的變化，兩端的法蘭是固定、和保護δ室的，并且傳送壓力到δ室。

電子線路板分為兩塊。一塊是放大板；一塊是刻度板。2、

結(jié)構(gòu)253、主要性能指標1151系列分A、B、E、G四種型號。A、B為測量絕對壓力，E、G為測量相對壓力A、E輸出為4～20mA；B、G輸出為10～50mA。測量對象為液體、氣體、汽體。零點遷移與輸出無關。精度包括線性度、變差、重復性誤差在內(nèi)，為刻度范圍的+0.25%。穩(wěn)定性在6個月內(nèi)精度保證為量程上限的+0.25%。3、主要性能指標26

2.6壓力開關壓力開關是另外一種壓力檢測儀表，如圖2-10。壓力開關檢測的是壓力的變化，它利用彈性元件由于受壓而產(chǎn)生的形變來驅(qū)動開關動作。壓力開關分為高壓開關和低壓開關，高壓開關是當壓力升高至設定壓力時，開關動作；低壓開關是壓力降低至設定壓力時，開關動作。壓力開關的輸出信號是一個開關量，因此，壓力開關的輸出信號常用來作為報警關停信號。2.6壓力開關27大多數(shù)壓力開關都提供兩組觸點：常開點（NO）和常閉點（NC）。在壓力開關不受壓（放空）的情況下，與公共端（C）不相通的觸點是常開點（NO），與公共端相通的觸點是常閉點（NC），根據(jù)生產(chǎn)控制的需要，可以利用不同的觸點用于不同的需要。在生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)本質(zhì)安全的原則，壓力低開關一般使用常開觸點，壓力高開關一般使用常閉觸點，這樣，工藝生產(chǎn)正常時，開關為閉合狀態(tài)，異常報警時開關為斷開狀態(tài)，因此在安裝、維修及校驗時應特別注意高低開關的使用觸點。大多數(shù)壓力開關都提供兩組觸點：常開點（NO282.7壓力檢測儀表的選擇、校驗和安裝

正確地選擇、校驗和安裝是保證壓力檢測儀表在生產(chǎn)過程中發(fā)揮應有作用的重要環(huán)節(jié)。2.7.1壓力檢測儀表的選擇選擇壓力檢測儀表之前，我們先來了解一下檢測儀表的幾個重要的技術性能：絕對誤差、相對誤差、基本誤差、精度等級和變差。絕對誤差（Δ）：指儀表指示值（被測表讀數(shù)些X）和被測量的真實值（標準表的讀數(shù)Xo）之間的差值。Δ=X－Xo相對誤差（δ）：它是指絕對誤差與標尺測量范圍(B)的百分比。

δ=[(X－Xo)÷（標尺上限值－標尺下限值）]*100%2.7壓力檢測儀表的選擇、校驗和安裝29基本誤差：儀表正常工作下，將儀表的示值與標準的示值相比較，取儀表全量程范圍內(nèi)各個示值中相對百分誤差的最大者，稱為儀表的基本誤差。

基本誤差＝（示值中最大絕對誤差÷儀表的量程范圍）*100%精度等級：反映測量結(jié)果與真實值接近程度的量，稱為精度。它的誤差大小相對應。根據(jù)儀表設計制造的質(zhì)量，出廠的儀表都保證基本誤差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值稱為允許誤差。允許誤差去掉“＋和－”及“％”后，其數(shù)字便是儀表精度等級。當一臺表的精度為0.5級時，那這臺儀表的允許誤差為“＋0.5％和－0.5％”。變差：使用同一儀表對某一參數(shù)進行正反行程測量時，儀表正反行程指示值之間存在一差值，此差值即為指示變差。

變差＝〔（X正－X反）max÷儀表量程〕*100%基本誤差：儀表正常工作下，將儀表的示值與標準30壓力檢測儀表的選擇應根據(jù)使用的需要,針對具體的情況作具體分析。在符合生產(chǎn)過程所提供的技術條件下，應以節(jié)約為原則，合理的進行種類、型號、量程、精度等級的選擇。選擇主要考慮三個方面：a.

根據(jù)被測壓力的大小，確定儀表量程。對于彈性式壓力檢測儀表，為了保證彈性元件在彈性形變的安全范圍內(nèi)可靠的工作，在選擇壓力檢測儀表的量程時，必須考慮到留有充分的余地，一般在被測壓力較穩(wěn)定的情況下，最大壓力值應不超過滿量程的3/4；在被測壓力波動較大的情況下，最大壓力值應不超過滿量程的2/3。為了保證測量精度，被測壓力值應不低于全量程的1/3為宜。壓力檢測儀表的選擇應根據(jù)使用的需要,針對具體的情況作具體分析31b.根據(jù)生產(chǎn)容許的最大測量誤差確定儀表的精度，選擇時，應在滿足生產(chǎn)要求的情況下盡可能選擇精度較低、價廉耐用的壓力檢測儀表。c.選擇壓力檢測儀表時還要考慮被測介質(zhì)的性質(zhì)。如溫度的高低，黏度大小，腐蝕性，臟污程度，易燃易爆等。還要考慮現(xiàn)場的環(huán)境條件，如高溫、腐蝕、潮濕、振動等。根據(jù)這些因素來確定壓力檢測儀表的種類和型號。

b.根據(jù)生產(chǎn)容許的最大測量誤差確定儀表的精度，選擇時，應在322.7.2壓力檢測儀表的校驗1、壓力表的校驗壓力表的校驗就是將被校壓力表和標準壓力表通以相同的壓力，比較它們的指示數(shù)值。所選擇的標準壓力表的絕對誤差一般應小于被校壓力表絕對誤差的1/3，所以它的誤差可以忽略，認為標準表的讀數(shù)就是真實壓力的數(shù)值。如果被校壓力表對于標準壓力表的誤差不大于被校壓力表的允許誤差，則認為被校壓力表合格。被校壓力表的允許誤差為被校壓力表的精度百分數(shù)乘以量程。壓力表的校驗包括：外觀檢查、零點檢查、刻度示值及量程校驗。首先觀察壓力表有沒有摩擦，變差主要由摩擦產(chǎn)生的，所以必須消除摩擦，然后觀察整個刻度范圍內(nèi)誤差的規(guī)律。2.7.2壓力檢測儀表的校驗33壓力表的刻度校驗時按標有分度線的刻度進行校驗，一般按量程的四等分刻度進行校驗，校驗時逐漸升高壓力，校驗各校驗點的上行值，當示值達到量程時，耐壓三分鐘，然后逐漸降低壓力，校驗各校驗點的下行值，上下行誤差及上、下行絕對誤差應不大于該壓力表的最大允許誤差；在每各校驗點上，需要輕敲表殼，輕敲前后的示值與標準示值之差不應大于最大允許誤差，輕敲表殼引起的這種示值變動量不得超過最大允許誤差絕對值的1/2；進行刻度校驗時，壓力表在全分度范圍內(nèi)應平穩(wěn)移動，不得有跳動或卡位現(xiàn)象。2、壓力變送器的校驗壓力變送器的校驗和壓力表的校驗相似，用壓力發(fā)生器給壓力變送器提供量程范圍的標準壓力，觀察壓力變送器的輸出值，比較實際輸出值和理論輸出值，進行校驗。壓力表的刻度校驗時按標有分度線的刻度進行校驗，一般按量程的四34校驗壓力變送器時，首先要與中控室取得聯(lián)系，對相關信號進行旁通，再對壓力變送器進行隔離、旁通、瀉壓；然后將變送器連接打壓，差壓變送器的連接應連接于高壓端，低壓端放空；零點壓力時，輸出信號應為4mA,否則調(diào)節(jié)零點調(diào)節(jié)紐使輸出信號為4mA，量程壓力時，輸出信號應為20mA,否則調(diào)節(jié)量程調(diào)節(jié)紐使輸出信號為20mA，校驗好零點合量程后，觀察量程的1/4、1/2、3/4處輸出是否滿足8mA、12mA、16mA。目前生產(chǎn)現(xiàn)場廣泛使用的智能壓力變送器能自動調(diào)節(jié)零點和量程，另外，也可用手操器直接對智能壓力變送器進行零點和量程的調(diào)整。校驗壓力變送器時，首先要與中控室取得聯(lián)系，對相關信號進行旁通352.4.1智能型壓力變送器圖2-13是用HART通訊儀調(diào)節(jié)智能壓力變送氣的連接圖。在車間調(diào)節(jié)變送器時，由于沒有長距離的電源和信號線，要用一個250歐姆左右的電阻串連在變送器和電源之間來模擬電纜，然后將HART通訊儀并聯(lián)在智能壓力變送器一端，通訊儀才能識別變送器。

2.4.1智能型壓力變送器363、壓力開關的校驗壓力開關都有設定點，校驗壓力開關時，用壓力發(fā)生器給壓力開關提供標準壓力，改變壓力的大小，觀察壓力開關動作時壓力發(fā)生器所提供的標準壓力是否與壓力開關的設定點一致?，F(xiàn)場校驗壓力開關時，要預先通知中控室，對一些關停信號進行旁通；校驗高壓開關或高高壓力開關時，逐漸升高壓力觀察壓力開關的動作值，如果與設點不一致，需要調(diào)整調(diào)節(jié)機構(gòu)，直到開關在設點動作為止，然后降低壓力，觀察開關的復位值；校驗低壓開關或低低壓力開關時，先給開關打壓到壓力開關復位，然后逐漸降低壓力觀察壓力開關的動作值。當壓力開關動作后，再升高壓力，當壓力開關再次動作時的標準壓力就是壓力開關的復位值。3、壓力開關的校驗37思考題：1.什么叫壓力？表壓力、絕對壓力、負壓力（真空度）之間有何關系？2.某地大氣壓為870KPa，壓力表指示塔頂壓力為50KPa，問頂內(nèi)絕對壓力為多少KPa，若壓力表指示塔頂壓力為真空度380mmHg，那么塔內(nèi)絕對壓力又是多少KPa？3.

試述壓力表結(jié)構(gòu)及工作原理？4.

試述氣動壓力變送器結(jié)構(gòu)及工作原理？5.

如何檢定一塊壓力表？6.

某壓力表測量范圍為0--1Mpa，精度等級為1級，試問此壓力表允許最大的絕對誤差是多少？7.

如何校驗壓力罐頂上的壓力開關？（寫出校驗步驟及所需的工具）8.

如何校驗壓力罐頂上的電動壓力變送器？（寫出校驗步驟及所需的工具）

思考題：38第三章

溫度測量

3.1溫度的概念3.2膨脹式溫度計3.3熱電偶溫度計3.4熱電阻溫度計3.5溫度開關3.6溫度變送器

第三章

溫度測量39

3.1溫度的概念它是表示物體冷熱程度的物理量。用來衡量溫度高低的尺度叫溫標。溫標是用數(shù)值表示的一種方法它規(guī)定了溫度的讀數(shù)零點和測量溫度的基本單位，各種溫度計的刻度分度均由溫標確定。溫度的高低表示單位有攝氏溫標、華氏溫標和國際溫標。攝氏溫標是工程上通用的溫標，華用氏溫標多用于西方國家，國際溫標用開爾文表示K。它們的轉(zhuǎn)換公式為：℉=1.8*℃+32 K=℃+273.16在海上油田，溫度是原油生產(chǎn)中重要的測量參數(shù)之一。在原油處理工藝流程中,現(xiàn)場就地溫度顯示儀表全部采用的是液體膨脹式溫度計（雙金屬片）、遠傳的信號采用鉑電阻溫度變送器、還有少量熱電偶。

3.1溫度的概念403.2膨脹式溫度計膨脹式溫度計是利用物體受熱體積膨脹的性質(zhì)制成的溫度計叫做膨脹式溫度計。它可分為液體膨脹式和固體膨脹式二大類,液體膨脹式又分為水銀溫度計和有機液體溫度計,而固體膨脹式溫度計也分為雙金屬溫度計和杠杠式溫度計。1.

液體膨脹式溫度計：用的最多的是玻璃液體溫度計，它由裝有液體的玻璃溫包、毛細管、刻度標尺及玻璃外殼組成。通常使用水銀和酒精作工作液體。2.

固體膨脹式溫度計：是基于固體長度隨溫度變化的性質(zhì)制成的。由于所有固體材料的長度均會隨溫度變化，因而實際的溫度計都是利用兩種不同材料膨脹系數(shù)的差異測量溫度的。3.2膨脹式溫度計41

最常用的膨脹式溫度計是雙金屬溫度計。它是利用疊焊在一起的,具有兩種不同膨脹系數(shù)的金屬片作感溫元件,一般用的黃銅與殷鋼作感溫元件,并做成螺盤式或螺旋式。當溫度升高時,若里層為黃銅,則螺旋體的自由端就會向外擴張,牽動指針,指示出被測物體的溫度。雙金屬溫度計具有結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜，而且比較耐用的特點。它的測量范圍可在0~500℃，精度在國際上可達到1級精度。

423.3熱電偶溫度計熱電偶溫度計由熱電偶、顯示儀表及連接導線組成。它是一種以熱電效應為基礎的感溫元件。它將被測溫度轉(zhuǎn)換成電勢信號，用顯示儀表測量其電勢值，即可實現(xiàn)溫度測量。1、鉑銠—鉑熱電偶（分度號S）：鉑銠合金絲為正極，純鉑絲為負極，是一種貴重金屬熱電偶。其測溫上限，長期使用為1300℃，短期使用可至1600℃。2、鎳鉻—鎳硅熱電偶（分度號K）：鎳鉻合金絲為正極，鎳硅合金絲為負極，是一種測溫上限較高的低價金屬熱電偶。其長期使用測溫上限為900℃，短期可測1200℃。3、鎳鉻—銅鎳熱功當量電偶（分度號E）：鎳鉻合金絲為正極，銅鎳合金絲為負極。測溫范圍為-200—870，但750℃以上只宜短期使用。

3.3熱電偶溫度計43

4、鐵—銅鎳熱電偶（分度號J）：鐵絲為正極，銅鎳合金絲為負極。一般測溫范圍為-40℃—750℃。5、銅—銅鎳熱電偶（分度號T）：純銅絲為正極，銅鎳合金絲為負極，適用測溫范圍內(nèi)為-200℃—300℃，短期使用可測至350℃。2.4熱電阻溫度計熱電阻溫度計是根據(jù)導體或?qū)w材料的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，通過測量電阻體的電阻及變化，間接測量溫度的。熱電阻溫度計由熱電阻、顯示儀表及連接導線三部分組成。熱電阻溫度計在工業(yè)生產(chǎn)一般用來測量-200℃—500℃范圍內(nèi)的溫度。熱電阻通常都是由電阻體、絕緣子、保護套管和接線盒四部分組成的。

4、鐵—銅鎳熱電偶（分度號J）：鐵絲為正極44常用的熱電阻有：1、鉑電阻：分度號為Pt100,0℃時的電阻值為100Ω，測溫范圍為-200—500℃。測溫精度高，范圍內(nèi)廣。2、銅電阻：分度號為Cu50，0℃時的電阻值為50Ω，測溫范圍為-50—100℃。價格便宜，體積大，具有較好的穩(wěn)定性。3.5溫度開關3.5.1溫度開關作用原理溫度開關有兩種：一種為直接安裝式,另一種是利用溫井間接安裝作為遠傳的溫度開關。它的作用原理為,在充有氣體,液體或蒸汽的密閉容器中感溫元件會隨溫度的變化而產(chǎn)生變形伸長頂?shù)诫娊狱c的微動開關動作。當它達到設定值時,驅(qū)動電接點開關啟動控制系統(tǒng)或遠傳報警。常用的熱電阻有：453.5.2溫度開關調(diào)?，F(xiàn)場校正溫度開關時,對于一些關停信號,首先要在中控房進行旁通，將溫度開關從溫井中拆出并把感溫元件(溫包)放進溫度校正儀的溫箱里進行校正。對于溫度高報警開關,當溫度達到設定值時,用萬用電表測量微動開關是否動作,如設點不對,請調(diào)整調(diào)節(jié)螺絲,直到設點動作為止。對于溫度低報警開關,當溫度低于設定值直到微動開關復位,然后再慢慢降溫至設定值,用萬用表測量微動開關是否動作,如設點不對,請調(diào)整調(diào)節(jié)螺絲直到設點正確動作為止。

3.5.2溫度開關調(diào)校46

3.6溫度變送器

3.6.1溫度變送器作用原理溫度變送器的作用是把熱電偶或熱電阻這類溫度傳感器輸出的熱電勢或熱電阻值轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的4—20mA信號輸出。根據(jù)所配用的溫度傳感器分為熱電偶溫度變送器和熱電阻溫度變送器兩類。平臺上使用的溫度變送器基本有兩種:其一是溫度感受元件為溫包,原理與溫度開關相同,它把溫度轉(zhuǎn)換成4—20mA信號。其二是溫度感受元件為鉑電阻,它的作用原理為金屬絲的電阻與溫度呈一定函數(shù)關系的金屬導體或半導體材料制成的感溫元件來測量溫度的,當溫度變化時,感溫元件的電阻隨溫度變化而變化,將變化的電阻值變?yōu)?--20mA信號輸入顯示儀表或調(diào)節(jié)儀表。3.6溫度變送器473.6.2現(xiàn)場溫度變送器的調(diào)校油田所用溫度變送器基本都屬于RTD型,敏感元件是鉑電阻絲。校驗時用電阻箱模擬熱電阻的變化,在整個量程范圍進行地照TminTmax對應RminRmax,看輸出是否在4~20mA對應。下面以熱介質(zhì)系統(tǒng)TT-7133A為例,來說明其校驗過程:1、從工藝流程上找到TT-7133A,變送器位置,溫井位置。校驗時可以從溫井處的接頭處連入電阻箱,但最好是在變送器輸入端連入電阻箱,以方便調(diào)校。連線如右圖,3.6.2現(xiàn)場溫度變送器的調(diào)校482、連線完全正確無誤后開始校正。因為TT-7133A的范圍為0~200℃。查溫度熱電阻對照表如下：

校正時,首先把電阻箱的電阻值固定在100Ω,看其零點4mA正確與否,有偏差調(diào)ZEROADJ直到滿足誤差要求(誤差應在其精度范圍之內(nèi))。第二步將電阻值固定在175.84Ω看輸出是否在20mA,有偏差要調(diào)SPANADJ直到滿足要求。零點量程要多次調(diào)節(jié)方可達到要求。第三步是檢查看中間值的輸出是否滿足要求,一般只要零點和量程校驗正確,線性都很好,中間值都能一一對應上。如果偏差大,則檢查電路板,修理合格才能繼續(xù)使用。2、連線完全正確無誤后開始校正。因為TT-7133A的范圍為49思考題：1.什么是溫度？什么是溫標？幾種溫標間如何換算？2.什么是膨脹式溫度計？它分為哪幾類？3.試述雙金屬溫度計原理？4.試述熱電阻溫度計的組成及原理？常用的熱電阻有哪些？5.溫度開關的作用原理是什么？現(xiàn)場如何校驗溫度開關？6.溫度變送器的作用原理是什么？現(xiàn)場如何校驗溫度變送器？思考題：50第四章

液位測量儀表

4.1液位概述

4.2液位儀表的分類

4.3液位計

4.4液位變送器4.5液位開關壓力變送器

第四章

液位測量儀表51

4.1液位概述物位是液位、界位和料位高度的總稱。在許多工藝中，都要測量容器中液體的位置，散粒狀物體的位置及不同比重互不相容液體的分界面等。這種用于對物位進行測量、報警、控制的自動化儀表稱為物位測量儀表，其中根據(jù)測量對象不同，又分為液位測量儀表、料位測量儀表及界面測量儀表。在油田生產(chǎn)中,常常把測量液相（水）和液相（油）之間的界面儀表叫界面測量儀表。把測量氣相（氣）和液相（油）之間的界面儀表叫液面測量儀表。4.1液位概述524.2液位儀表的分類 按測量方式分：按測量方式物位儀表可分為接觸式物位測量儀表和非接觸式測量儀表。其中接觸式測量儀表有：沉筒式液位儀表；差壓式液位儀表；射頻導納式液位儀表。非接觸式液位儀表有：超聲波液位儀表；雷達式液位儀表。按取樣方式分：按取樣方式液位儀表可分為浮力式測量儀表，差壓式測量儀表，電容式測量。按控制要求分：按控制要求液位儀表可分為就地顯示（現(xiàn)場指示）液位儀表和遠傳液位儀表（液位變送器）。按測量參數(shù)分：按測量參數(shù)液位儀表可分為液位測量儀表和界面測量儀表。4.2液位儀表的分類53

4.3液位計

液位計是用于現(xiàn)場測量指示液位或界面的液位測量儀表。油氣田上主要采用玻璃板液位計和磁性浮子式液位計。4.3.1液位計的特點液位計是直接安裝在現(xiàn)場的，所以它具有以下特點：顯示直接，易于觀察。測量準確，誤差較小。易于維護，故障率低。4.3.2常用的兩種液位計1、玻璃板液位計：玻璃板液位計是目前石油化工生產(chǎn)中最常用的一種現(xiàn)場液位顯示液位儀表，它是利用連通原理來指示液位的，所以在液位波動不大的情況下它指示的液位是沒有誤差的。玻璃板式液位計也分為透光式和反射式液位計。

4.3液位計54透光式液位計是利用平板玻璃嵌入在金屬框內(nèi),再用石棉墊密封,用螺釘壓緊而構(gòu)成。對測量時,光線通過兩塊玻璃,可以較清楚地看到液位的位置。反射式液位計用在測不透明的介質(zhì)和光線比較充足的場合。這種液位計在它的玻璃板上豎直方向刻有槽,產(chǎn)生反射作用,因為氣相與液相折光率不同,液體為暗色,氣體部分發(fā)亮,氣液兩相分界面會看得更加清楚。玻璃板液位計具有結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)直觀、影響因素少的優(yōu)點；但其液體粘度大，不易看清真實液位。透光式液位計是利用平板玻璃嵌入在金屬框內(nèi),再用石棉墊密封,552、

磁浮子液位計：磁浮子液位計是利用浮在液面上的磁性浮子帶動液位計外安裝內(nèi)外涂有不同顏色的磁性翻板轉(zhuǎn)動，依磁翻板顏色的變化來指示液位的變化。它有與過程設備相連的連通器導管，磁性浮子，磁性翻板，標尺等幾部分組成。它也是目前石油化工生產(chǎn)中較常用的一種液位計。它具有如下優(yōu)點：可操作性好，耐高壓，易維修。但它有如下缺點：當被測量介質(zhì)的密度變化后會影響測量精度。使用和維護應注意如下問題：液位計投入運行時，應先開上閥門，然后慢慢開下閥門，避免容器內(nèi)介質(zhì)急速流入筒體，使浮標急速上升，翻板跟蹤指示失靈或浮子受沖擊而損壞。當容器做內(nèi)壓試驗時，應將浮標取出。2、

磁浮子液位計：56透光式液位計是利用平板玻璃嵌入在金屬框內(nèi),再用石棉墊密封,用螺釘壓緊而構(gòu)成。對測量時,光線通過兩塊玻璃,可以較清楚地看到液位的位置。反射式液位計用在測不透明的介質(zhì)和光線比較充足的場合。這種液位計在它的玻璃板上豎直方向刻有槽,產(chǎn)生反射作用,因為氣相與液相折光率不同,液體為暗色,氣體部分發(fā)亮,氣液兩相分界面會看得更加清楚。玻璃板液位計具有結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)直觀、影響因素少的優(yōu)點；但其液體粘度大，不易看清真實液位。透光式液位計是利用平板玻璃嵌入在金屬框內(nèi),再用石棉墊密封,57在使用中，由于液位突變或其它原因造成個別翻板不翻轉(zhuǎn)可用校正磁鋼糾正。液位計在使用一段時間后，如介質(zhì)有沉淀物時，需定期清洗。清洗時先關掉上下閥門，排出液體，拆下下蓋，取出浮子，再進行清洗。

4.4液位變送器4.4.1浮筒式液位變送器1、工作原理浮筒式液位變送器是根據(jù)變浮力原理工作的，當被測液位變化時浮筒所受浮力也隨之變化,其原理為:浮筒是浸沒在液體當中,當液位變化時,其浮力也隨之變化,這時浮筒會產(chǎn)生很小的位移,通過杠杠產(chǎn)生角位移,把這位移轉(zhuǎn)換成4～20mA或20～100kPa的標準輸出信號,組成了浮筒式液位變送器。在使用中，由于液位突變或其它原因造成個別翻板不翻轉(zhuǎn)可用校正磁58浮筒式液位計的優(yōu)點是：可耐壓高為4000—32000KPa的壓力，測量范圍大，300—2000mm；其缺點是體積大、笨重。2、浮筒式液位變送器的調(diào)校

如果被檢浮筒檢測介質(zhì)不等于1gf/cm3,用水代檢時應進行計算,其公式L水=介/水*L浮筒高度。浮筒液位變送器有二種:一種是測液位浮筒。另一種測界面浮筒。a)液面浮筒的調(diào)校

由于F浮=液gh當浮筒全部沉入液體中表示被測液位是100,即到滿量程位置,輸出20mA,液位未達浮筒,即零液位,輸出4mA,浮筒浸入一半時,即50液位,輸出12mA。浮筒式液位計的優(yōu)點是：可耐壓高為4000—32000KPa的59校驗時選取被測介質(zhì)灌入浮筒內(nèi),按0,25,50,75,100液位進行校驗,對應輸出應為4mA,8mA,12mA,16mA,20mA。如不滿足,調(diào)ZEROSPAN直到滿足要求。如被測介質(zhì)不方便校驗,可選用水,但液位高度應乘以系數(shù)K=被測/水,然后按液位與輸出對應關系進行調(diào)校。b)界面浮筒調(diào)校油水界面電動浮筒液位變送器:浮筒內(nèi)全油時,輸出0(4mA),浮筒內(nèi)全水時，輸出100(20mA)。油水界面為50時，輸出應為12mA。校驗時我們一般用水來進行。用水代替油校正時,應將浮筒高度乘以系數(shù)K,而K=油/水,例：已知浮筒高度L=32英寸，用水代油時，浮筒被淹沒的最大高度L=油/水X32具體校驗步驟同前述,這里不再敘述。校驗時選取被測介質(zhì)灌入浮筒內(nèi),按0,25,50,75604.4.2差壓式液位變送器

差壓式液位變送器主要是利用當容器內(nèi)的液位高度改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓力也相應變化的原理。差壓式變送器的結(jié)構(gòu)與壓力變送器的結(jié)構(gòu)相同。不同之處是壓力變送器的取壓孔正壓室引入測量壓力，而另一側(cè)的氣室通大氣；而差壓變送器的一側(cè)氣室接高壓，而另一側(cè)氣室接低壓。

4.4.3超聲波液位變送器1、概述此液位計用于非接觸連續(xù)液位測量的一體型變送器，可用作為智能型變送器或連續(xù)過程控制系統(tǒng)。4.4.2差壓式液位變送器

612、原理在超聲波液位計上有一個超聲波發(fā)射器，它經(jīng)過電子激勵，直接產(chǎn)生超聲波脈沖并射向測量介質(zhì)的表面，這個脈沖將被測量介質(zhì)的表面反射回來，部分回波將被回波接收器接收，并轉(zhuǎn)化成一電信號。超聲波發(fā)射和接收所需的時間與傳感器到介質(zhì)表面的距離成正比，根據(jù)這個正比關系，可以檢測出傳感器到介質(zhì)表面的距離。4.4.4射頻導納液位變送器1、概述主要有三部分組成：電子單元、外殼、傳感元件。2、工作原理它主要是帶絕緣的浸入型傳感元件，它可用于導電或非導電物料。當容器中的物料發(fā)生變化時，亦會引起傳感元件上輸入電容/導納的變化。2、原理62電子單元是根據(jù)電橋原理工作的，具有一內(nèi)部高頻正弦振蕩器為其提供穩(wěn)定的信號源。電子單元測量的是傳感元件在過程物料中的電容或?qū)Ъ{。在直接作用模式下，儀表的輸出會隨物位的升高而增加。4.4.5雷達液位變送器雷達液位計的基本工作原理同超聲波液位計，只不過雷達液位計產(chǎn)生的是雷達波。通過電子單元抑制到反饋回來的雜波，找出主波就可以根據(jù)主波返回的時間算出距離。4.5液位開關平臺上的液位開關有獨立的浮筒式液位開關、內(nèi)浮球式液位開關和磁翻轉(zhuǎn)式液位開關。電子單元是根據(jù)電橋原理工作的，具有一內(nèi)部高頻正弦振蕩器為其提63

4.5.1工作原理下面介紹一種浮式液位開關，它適于測量如油、水、等液體，它耐溫、耐壓性能較好。液位開關主要由浮子、帶磁性的傳動桿和電器開關組成。浮子在液體中受兩個作用，一個是垂直向下的重力（即浮子和傳動桿的重力）另一個是液體對浮子的向上浮力，當這兩個力平衡時浮子和傳動桿處于靜止狀態(tài)，當液體上下波動時浮子和傳動桿也隨液體的波動而上下波動，當液位上升或下降到某一點時傳動桿上的磁性觸頭吸合電氣開關上的磁鐵，由此帶動電器開關動作，使開關的狀態(tài)改變。4.5.1工作原理64自動化儀表培訓講義課件654.5.2工作性能儀表的電器部分完全與被測介質(zhì)脫離，它適用于任何流體介質(zhì)。該種型號的液位開關可用于高溫、高壓的環(huán)境中。對浮子進行配重后，可以測量任意兩種不相容液體的界面。4.5.3液位開關的結(jié)構(gòu)上圖即為該液位開關得結(jié)構(gòu)示意圖4.5.4液位開關的維護及檢修1、電氣部分的檢修：檢查微動開關觸點動作是否正常。檢查連線有無損壞，端子連接有無松動。磁性開關活動是否正常。連接導線是否接地。2、機械部分檢修：查浮子是否破裂；方法是向?qū)Ч軆?nèi)灌水看浮子是否動作。檢查浮子和傳動桿活動是否靈活。檢查掛浮子的彈簧是否損壞。

4.5.2工作性能663、液位開關電氣部分的接線：在現(xiàn)場接線時，低限、低低限觸點接常開觸點(NO)，高限、高高限觸點接常閉觸點(NC)。即在正常液位時，高限和低限開關均為常閉觸點，當液位超過高限或低于低限液位時，常閉觸點斷開，信號進入中控系統(tǒng)進行報警或關斷設備.4、液位開關的校驗通知中控將要檢驗的液位開關，并進行旁通等處理。首先隔離放空液位開關在液位開關底部接一透明軟管以便觀察液位，然后打開液位開關頂部排氣閥，使用水作為液體往開關的底部灌水，當液位達到設點時（高位）觀察是否報警，動作就證明是好的。如果是低液位開關，先要灌滿水，觀察開關是否復位，復位后，才可以慢慢排水，觀察開關是否動作。校驗完成后通知中控投用該液位開關。3、液位開關電氣部分的接線：在現(xiàn)場接線時，低限、低低限觸點接67思考題：1、液面測量儀表與界面測量儀表的區(qū)別是什么？2、油氣田目前多采用何種液位計？其優(yōu)缺點是什么？3、磁浮子液位計在使用中應注意什么？4、試述浮筒式液位變送器的工作原理？對于現(xiàn)場測量液面的浮筒式液位變送器應如何調(diào)校？5、液位開關的工作原理及其適用范圍？6、液位開關應如何維護和檢修？7、差壓式液位變送器的原理？它與壓力變送器的主要區(qū)別是什么？8、現(xiàn)場如何校驗液位開關？思考題：68第五章

流量測量儀表

5.1流量概述5.2差壓式流量計液位儀表的分類5.3容積式(刮板式)流量計5.4渦輪流量計5.5電磁流量計5.6質(zhì)量流量計

第五章

流量測量儀表69

5.1流量概述5.1.1流量概念流量是指單位時間內(nèi),流過管道某一截面積的流體體積數(shù)或流體質(zhì)量數(shù)。前者為體積流量,后者為質(zhì)量流量。5.1.2

流量測量儀表的分類流量測量儀表分類有很多種，我們僅介紹一種大致的分類法。1、速度式測量儀表：這是一種以測量流體在管道內(nèi)流速做為測量依據(jù)來計算流量的儀表。常用的有差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦輪流量計。2、容積式流量計：這是一種以單位時間內(nèi)所排出流體的固定容積的數(shù)目做為測量依據(jù)來計算流量的儀表。常用的有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮板流量計。3、質(zhì)量流量計：這是一種以測量流過的質(zhì)量M為依據(jù)的流量計。U型管式流量計。5.1流量概述705.2

差壓式流量計差壓式流量計是目前比較常用的流量測量儀表之一。它基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時產(chǎn)生的壓力差與流量間的對應關系，通過測量壓差實現(xiàn)對流量的測量。其優(yōu)點是測量范圍大、適用多種管道內(nèi)徑（50—1000mm）；缺點是節(jié)流裝置上的壓力損失較大，儀表流量刻度非線性、測量精度不高（約不1%—2%）。5.2.1節(jié)流孔板流量計1、節(jié)流孔板流量計組成由三部分組成:節(jié)流孔板、差壓變送器、引壓管。2、作用原理

在流體管道中安裝孔板，使流體流過它時其前后產(chǎn)生壓力差，此壓力的大小與流體流量大小有密切關系，然后用差壓變送器將此信號檢測出來，進行指示及積累。

5.2

差壓式流量計71

5.2.2取壓方法節(jié)流元件產(chǎn)生的差壓輸出信號是從節(jié)流裝置前后取出的。不同的取樣方法將直接影響輸出差壓值的大小。因此，不同的取樣方法，對于同一節(jié)流裝置，流量系數(shù)也不一樣。下面介紹幾種取壓方法：1、角接取壓法這種取壓法是把兩個取壓點都靠近孔板前后兩個端面，由于它與孔板靠的很近，帶來了一些優(yōu)點，即在結(jié)構(gòu)上易于實現(xiàn)較均勻的環(huán)型取壓；安裝時直管段的要求較低，兩個取壓點之間除孔板的厚度外，沒有其它管道部分，因此管道的內(nèi)摩擦損失也較小，取壓不會因摩擦力的變化而變化。其缺點是：對于取壓點位置的選擇及節(jié)流裝置的安裝要求很嚴。

5.2.2取壓方法72

2、法蘭取壓這種取壓方法，不管被測管道直徑和節(jié)流裝置的系數(shù)大小無關，取壓點的位置完全一樣，都位于孔板前后25.4mm處。這種取壓方法在制造和使用上都比較方便，通用性較強。在很多國家法蘭被規(guī)定為標準取壓方法。5.2.3差壓流量變送器差壓流量變送器的工作原理與普通的差壓變送器的工作原理是一樣的，只是在輸出之前加一個開方器。維修和保養(yǎng)與壓力變送器相同。5.3容積式(刮板式)流量計刮板式流量計有凸輪式和凹線式兩種型式，不論哪種型式的刮板流量計，一般都由流量計主體、連接部分和表頭(顯示部分)，流量信號遠傳部分等。這種流量計計量精度高,精度可達0.2%，適應性強、振動和噪音很小的特點2、法蘭取壓735.3.1刮板式流量計的結(jié)構(gòu)凸輪式刮板流量計的主體部分主要由轉(zhuǎn)心凸輪、凸輪軸、刮板、連桿、滾柱及殼體所組成。殼體內(nèi)腔是園形空筒，轉(zhuǎn)心是一個轉(zhuǎn)動的空心薄壁園筒，兩對刮板是在轉(zhuǎn)子園筒壁上沿徑向互成90度角的四個槽，刮板在槽內(nèi)滑動，能伸出也能縮回,四個刮板由兩根連桿連接著，互成90度角。在刮板與凸輪之間有一個軸承,這些軸承均在一個不動的具有一定形狀的凸輪上滾動，從而使刮板轉(zhuǎn)子內(nèi)伸出，時而又縮回到轉(zhuǎn)子內(nèi)。5.3.2刮板式流量計工作原理當被計量的液體經(jīng)過流量計時，推動刮板和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，與此同時，刮板沿著一種特殊的軌跡成放射狀的伸出或縮回。但是，每兩個相對的刮板端面之間的距離是一定值，所以在刮板連續(xù)轉(zhuǎn)動時，在兩個相鄰的刮板、轉(zhuǎn)子、殼體內(nèi)腔以及上下蓋板之間就形成了一個容積固定的計量空間。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，就可以排出四個同樣閉合的體積，精確的計量空間的液體量。5.3.1刮板式流量計的結(jié)構(gòu)74

5.4渦輪流量計5.4.1概述渦輪流量計是一種新型流量計，它具有以下一些特點：測量范圍大（0.04t/h――16×103t/h），精度較高（一般為0.1%――0.02%），快速響應特性好，有數(shù)字輸出。5.4.2渦輪流量計的工作原理和結(jié)構(gòu)渦輪流量計是一種速度流量儀表，由渦輪變換部分和顯示儀表部分組成.其精度可以達到0.02%。1、結(jié)構(gòu)入口導流器、出口導流器、軸承、渦輪、殼體等幾部分組成。5.4渦輪流量計752、工作原理當介質(zhì)流經(jīng)渦輪流量計時，流體由入口導流器進入流量計，由于導流器的作用，使流體平行流經(jīng)渦輪，從而流體沖擊渦輪，便推動渦輪旋轉(zhuǎn)。實踐證明，渦輪葉片的角速度與流體的流速成正比，因而通過對葉輪轉(zhuǎn)速的測量就得到體積流量的大小。葉輪的轉(zhuǎn)速就是通過固定在殼體上的一個電磁線圈來測得的，這個電磁線圈叫做檢拾線圈，當撿拾線圈中被通電時它就產(chǎn)生磁場，而葉輪是導磁的，在制作時在葉輪的外面有一些有規(guī)律的小孔，當葉輪旋轉(zhuǎn)時線圈下的導磁介質(zhì)的密度發(fā)生變化，從而影響線圈發(fā)出的磁場，使線圈上產(chǎn)生一定的脈沖，這些脈沖信號與葉輪的轉(zhuǎn)速成正比。線圈的脈沖經(jīng)過放大器放大，然后進入測量儀表。由此可見顯示儀表其實就是一臺脈沖計數(shù)器，它接收從渦輪流量計發(fā)出的脈沖信號和現(xiàn)場的溫度、壓力、密度、含水分析信號，然后經(jīng)過計算處理，并顯示體流量和凈流量。2、工作原理765.5電磁流量計5.5.1電磁流量計的測量原理電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應定律來測量導電性液體體積流量的儀表。整套儀表由電磁流量變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。變送器安裝在管道上,它的作用是將流經(jīng)管道內(nèi)的液體流量值線性地變換成感應電勢信號,并通過傳輸線將此信號送到轉(zhuǎn)換器中去。轉(zhuǎn)換器的作用是將變送器傳送來的流量信號進行比較,放大并轉(zhuǎn)換成一標準的輸出信號,以實現(xiàn)對被測液體流量的遠距離指示,記錄積算等。5.5.2電磁流量計特點1)由于沒有節(jié)流部件,被測介質(zhì)在變送器的測量管內(nèi)流過時,幾乎沒有壓頭損失。2)電磁流量計可用來測量液固兩相介質(zhì)的流量,而不需要附加修正值。3)電磁流量計可無機械慣性,反應靈敏,可以測量瞬時脈動流量,而且線性好,可以直接進行等分刻度。4)電磁流量計不能用于測量氣體,蒸汽以及含大量氣泡的液體。

5.5電磁流量計775.6質(zhì)量流量計5.6.1概述質(zhì)量流量計可分為兩大類：直接式質(zhì)量流量計（由傳感元件直接檢測反映質(zhì)量流量大小的參數(shù)，經(jīng)處理得出質(zhì)量流量值）和間接質(zhì)量流量計（由體積流量計和密度計組合而成）。間接式流量計必須先測量流量再乘被測流體的密度,通過密度計和乘法器實現(xiàn)這種儀表稱為間接式質(zhì)量流量計。直接式就是直接檢測與質(zhì)量流量有關的量來反映質(zhì)量流量的大小的流量計稱為直接式質(zhì)量流量計。5.6.2工作原理它的作用原理是測量管在磁驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動下以固有振動頻率作周期性上下振動,當流過振動管時,流體被強制接受管子的垂直動量,產(chǎn)生的信號送到轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換器將信號進行處理轉(zhuǎn)換成直接與質(zhì)量流量成正比的電信號輸出。5.6質(zhì)量流量計78思考題：1.

流量測量儀表大致可以分為哪幾類？2.

試述節(jié)流孔板流量計的組成及作用原理？3.

常用的取壓方法有哪幾種？它們各有什么特點？4.

試述渦輪流量計結(jié)構(gòu)及工作原理？

5.電磁流量計有哪些特點？

思考題：79謝謝大家自動化儀表培訓講義課件80自動化儀表講義

自動化儀表培訓講義課件81第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用1.1自動化儀表及其應用1.2自動化儀表的分類1.3自動化控制系統(tǒng)

自動化儀表培訓講義課件82

第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用1.1自動化儀表及其應用自動化儀表，是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中對工藝參數(shù)進行檢測、顯示、控制的儀表。自動化儀表大體可分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行器四大類。檢測儀表是利用各種物理、化學效應，實現(xiàn)各種信息參數(shù)測量的儀表。顯示儀表則用于對各種變量檢測、控制及操作狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)顯示和記錄，承擔人—機聯(lián)系的任務。有的儀表則集檢測與顯示一體?？刂苾x表把來自檢測儀表的信號值與所要求的信號值進行比較、綜合，按預定控制規(guī)律發(fā)出控制信號，操縱執(zhí)行器動作，使被控變量達到預期值。執(zhí)行器則是實現(xiàn)這種控制作用的終端控制裝置。第一章

自動化儀表在生產(chǎn)過程中的作用83工業(yè)自動化儀表是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一種重要裝置。應用自動化儀表和設備，構(gòu)成各種類型的自動化系統(tǒng)，可以代替人的重復性勞動，實現(xiàn)工藝過程的自動檢測、調(diào)節(jié)和控制。在海洋石油的油氣田生產(chǎn)中，為了正確地指導生產(chǎn)操作，保證人員和生產(chǎn)安全，都廣泛應用自動化儀表和控制系統(tǒng)。

工業(yè)自動化儀表是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動化的一種重要裝置。應用自841.2自動化儀表的分類海洋石油平臺使用的自動化儀表類型繁多，因而分類的方法也不同，下面介紹幾種常見的分類方法。按使用能源不同，可分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。按所測量參數(shù)不同，可分為壓力儀表、溫度儀表、液位儀表、流量儀表。按所使用系統(tǒng)不同，可分為生產(chǎn)系統(tǒng)檢測儀表和安全系統(tǒng)檢測儀表。1.2自動化儀表的分類851.3自動化控制系統(tǒng)海洋石油平臺要求生產(chǎn)和安全管理的自動化程度較高，平臺上都設有一套自動化控制系統(tǒng)，即中央控制系統(tǒng)。這套系統(tǒng)是整個平臺的控制中心，它能對整個平臺的生產(chǎn)和安全進行監(jiān)控，確保平臺及人身安全，保證生產(chǎn)的持續(xù)性，保護原油生產(chǎn)系統(tǒng)及其設施。中央控制系統(tǒng)是由生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）和安全控制系統(tǒng)(SCS)組成。其中安全控制系統(tǒng)又分為緊急關斷系統(tǒng)（ESD）和火氣探測系統(tǒng)（F&G）兩個相對獨立的子系統(tǒng)。如下圖所示：1.3自動化控制系統(tǒng)86自動化儀表培訓講義課件87第二章

壓力檢測儀表2.1壓力的定義及單位

2.2壓力的分類

2.3壓力檢測方法

2.4壓力表

2.5壓力變送器2.6壓力開關2.7壓力檢測儀表選擇、校驗和安裝

第二章

壓力檢測儀表88壓力（包含差壓和真空度）是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的參數(shù)之一。它決定著生產(chǎn)過程能否正常進行，關系到設備和人身的安全等。2.1壓力的定義及單位垂直作用在物體單位面積上的力稱為壓力。它的數(shù)值由兩個因素決定，即受力面積和垂直作用力的大小。在國際單位制中其單位為牛頓/米2，即：帕斯卡，其表示的符號為：Pa，簡稱“帕”，帕這個單位很小，約為0.1mm水柱所產(chǎn)生的壓力。Pa、kPa、MPa是法定的壓力計量單位。在工程中常用單位還有工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）、毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）、磅/英寸2（psi）、巴（bar）等，工程大氣壓（kgf/cm2）、物理大氣壓（atm）和巴（bar）壓力等級基本相同。壓力（包含差壓和真空度）是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的參數(shù)之一。它決定891巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相當于10米水柱的壓力。它們之間的常用換算見表2-1各壓力單位間的換算。1巴≈1公斤力≈100KPa≈14.5psi，相當于10米水902.2壓力的分類在壓力檢測中，壓力常分為表壓、絕壓、負壓或真空度、差壓或壓差。絕對壓力是液體、氣體或蒸汽所處空間的全部壓力和。表壓和真空度是相對大氣壓力而言的，大氣壓力即地球表面空氣柱重量所產(chǎn)生的壓力。工業(yè)上所用的壓力指示值常為表壓，表壓是當絕對壓力高于大氣壓力時，絕對壓力和大氣壓力之差；真空度是當絕對壓力小于大氣壓力時，大氣壓力和絕對壓力之差。差壓力是任意兩個壓力相比較時的差值。2.2壓力的分類91它們之間的關系如圖2-1各種壓力間的關系。它們之間的關系如圖2-1各種壓力間的關系。922.3壓力檢測方法壓力的檢測方法多種多樣，在海洋采油工藝主要采用彈性變形測壓力和電測法測量壓力。用彈性變形測壓法測量壓力時，當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產(chǎn)生相應的形變，根據(jù)形變的大小便可測出壓力的大小。常用的彈性元件有三類：薄膜式、波紋管式和彈簧管式。彈簧管又分為單管式和多管式兩種，平臺的壓力表一般都采用單管式。

2.3壓力檢測方法93

2.4壓力表從圖2-2中可以看出，彈簧管受壓后其形變位移和受力的大小具有比例關系。因此，生產(chǎn)中，我們大多采用彈簧管作為彈性元件來測壓，經(jīng)常使用單彈簧管和多彈簧管，以單彈簧管應用為最多。彈簧管壓力表是工業(yè)生產(chǎn)上應用最為廣泛的一種測壓儀表。圖2-2單簧管壓力表內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2.4壓力表942.4.1彈簧管的測壓原理單彈簧管是彎成圓弧形的空心管子，其截面積呈扁圓形或橢圓形，如圖2-2單簧管壓力表內(nèi)部結(jié)構(gòu)。被測壓力由彈簧管的固定端引入，由于橢圓形截面積在壓力作用下會趨向圓形，因此彈簧管的自由端就產(chǎn)生一定的位移。彈簧管就這樣把壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槲灰?。但是，彈簧管輸出位移很小，因此一般都選用各種杠桿式或齒輪式的傳動放大機構(gòu)，把微小位移放大并轉(zhuǎn)換成角位移傳送給顯示部分的指針。如圖2-3壓力表測壓原理。由于彈簧管自由端的位移與被測壓力的大小具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。2.4.1彈簧管的測壓原理95圖2-3壓力表測壓原理由上得出：它的原理是在壓力作用下，彈簧管就要產(chǎn)生變形，自由端產(chǎn)生位移，通過拉桿帶動扇形齒輪轉(zhuǎn)一角度，經(jīng)機芯帶動指針偏轉(zhuǎn)在刻度盤上指示出來，位移大小與輸入的測量壓力成正比，此時指針在刻度盤上的位置就是被測出來壓力的量值.。圖2-3壓力962.4.2彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)如圖2-4彈簧管壓力表所示。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)整螺釘9-接頭

2.4.2彈簧管壓力表的結(jié)構(gòu)97壓力表外觀見圖2-5。被測壓力由接頭9通入，迫使彈簧管1的自由端B向上方擴張。自由端B的彈性變形位移由拉桿2使扇形齒輪3作逆時針偏轉(zhuǎn)，于是指針5通過同軸的中心齒輪4的帶動而作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板6的刻度尺上顯示出被測壓力P的數(shù)值。由于自由端的位移與被測壓力之間具有比例關系，因此彈簧管壓力表的刻度標尺是線性的。游絲7是用來克服因扇形齒輪和中心齒輪的間隙所產(chǎn)生的儀表變差的。改變調(diào)整螺釘8的位置（即改變機械傳動的放大系數(shù)），可以實現(xiàn)壓力表量程的調(diào)整。

壓力表外觀見圖2-5。982.5壓力變送器以上介紹的是就地顯示的壓力計，既壓力表。在生產(chǎn)中，我們還需要將壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號進行控制和遠傳。這些把壓力轉(zhuǎn)換成氣動信號或電動信號的設備就是壓力變送器。壓力變送器分為氣動壓力變送器和電動壓力變送器。2.5.1氣動壓力變送器氣動壓力變送器中應用最多的是力矩平衡式壓力變送器，下面就以氣動差壓變送器為例對氣動力矩平衡式壓力變送器的結(jié)構(gòu)原理進行簡單分析。如圖2-6氣動差壓變送器的原理圖。2.5壓力變送器99圖2-6氣動差壓變送器原理圖1

正壓室；2-負壓室；3-膜片；4-出軸密封膜片；5-主杠桿；6-反饋支點（量程支點）；7-反饋波紋管；8-噴嘴；9-擋板；10-放大器；11-調(diào)零彈簧圖2-6氣動差壓變送器原理圖100圖2-6氣動差壓變送器原理圖氣動差壓變送器的原理是：以膜片3為感測元件，與正壓室1和負壓室2組成變送器的測量部分。正壓室通入被測差壓的高壓信號P1，負壓室通入低壓信號P2。差壓通過膜片變成F測作用在比較環(huán)節(jié)——杠桿5上。杠桿5的支點是輸出

軸密封膜片4。杠桿5受壓差產(chǎn)生的力的作用，繞支點“O”旋轉(zhuǎn)，使擋板9相對噴嘴移動，噴嘴背壓變化，引起功率放大器10的輸出壓力P出變化，輸出壓力P出

引入儀表的反饋環(huán)節(jié)——波紋管7，轉(zhuǎn)換成力F反，作為負反饋信號在支點6處也作用到杠桿5上。輸入F測與F反

通過杠桿5和支點“O”達到平衡，即： F測×l測=F反×l反

由F測=A測（P1–P2）;F反=P出·A反可知

P出=（P1–P2）A測l測/A反l反

式中：A測是膜片3的有效面積，A反為反饋波紋管的有效面積

圖2-6氣動差壓變送器原理圖101圖2-6氣動差壓變送器原理圖由于l測、l反、A測、A反均為固定值，可見差壓變送器將輸入壓差成比例的轉(zhuǎn)換成了氣動信號P出。輸出信號為20~100Kpa的氣壓信號，可將輸出信號送往調(diào)節(jié)器或顯示儀表進行調(diào)節(jié)、指示或記錄。但由于受遠傳時壓力降低和滯后的影響，氣動壓力變送器主要用于現(xiàn)場調(diào)節(jié)回路的組成。圖2-6氣動差壓變送器原理圖1022.5.2電動壓力變送器電動壓力變送器是將一定范圍的壓力信號轉(zhuǎn)換成標準電流或電壓信號的壓力儀表。海洋采油生產(chǎn)中大多采用電容式壓力變送器。電容式壓力變送器的工作原理簡單的說就是將彈性測壓元件的位移轉(zhuǎn)換成電容的變化，再經(jīng)一定的轉(zhuǎn)換電路輸出標準電流或電壓信號。海洋采油平臺上常用到的電動壓力變送器的輸出標準信號一般為4-20mA電流信號，其輸出信號為連續(xù)的模擬信號，常用作遠傳信號。海洋平臺上常用到電動壓力變送器主要是：ROSEMOUNT1151、2088、3051等系列模擬型和智能型壓力變送器；FOXBOROI/A系列智能型壓力變送器以及少量其它廠家的壓力變送器。隨著科學技術和海洋石油的發(fā)展，現(xiàn)在采油平臺上的模擬型壓力變送器已經(jīng)逐步被智能型壓力變送器替代.。

2.5.2電動壓力變送器103下面以1151系列電動變送器為例詳細敘述電動變送器的結(jié)構(gòu)及性能等。1、

概述1151系列電容式壓力變送器具有安裝使用方便、精度高、體積小、調(diào)整方便、穩(wěn)定性高、單向過載能力好等特點。1151系列壓力變送器是將相對真空的絕對壓力或相對某標準的相對壓力轉(zhuǎn)換成為4～20mA或10～50mA直流電流信號，電流信號與被測壓力成線性關系。1151系列壓力變送器是采用兩線制串聯(lián)工作方式，如圖2-91151壓力變送器控制回路接線圖所示。下面以1151系列電動變送器為例詳細敘述電動變送器的結(jié)構(gòu)及性1042、

結(jié)構(gòu)

從總體結(jié)構(gòu)來說，1151系列壓力變送器可以分為兩部分。一部分是敏感元件部分，它是由δ室和兩個法蘭組成；另一部分是電圖2-9.1151壓力變送器控制回路接線圖1-1151壓力變送器；2-記錄儀；3-電源；4-調(diào)節(jié)器；5-指示器氣部分，它包括接線端子、電子線路及端蓋δ室是感受被測壓力并轉(zhuǎn)變成電容的變化，兩端的法蘭是固定、和保護δ室的，并且傳送壓力到δ室。

電子線路板分為兩塊。一塊是放大板；一塊是刻度板。2、

結(jié)構(gòu)1053、主要性能指標1151系列分A、B、E、G四種型號。A、B為測量絕對壓力，E、G為測量相對壓力A、E輸出為4～20mA；B、G輸出為10～50mA。測量對象為液體、氣體、汽體。零點遷移與輸出無關。精度包括線性度、變差、重復性誤差在內(nèi)，為刻度范圍的+0.25%。穩(wěn)定性在6個月內(nèi)精度保證為量程上限的+0.25%。3、主要性能指標106

2.6壓力開關壓力開關是另外一種壓力檢測儀表，如圖2-10。壓力開關檢測的是壓力的變化，它利用彈性元件由于受壓而產(chǎn)生的形變來驅(qū)動開關動作。壓力開關分為高壓開關和低壓開關，高壓開關是當壓力升高至設定壓力時，開關動作；低壓開關是壓力降低至設定壓力時，開關動作。壓力開關的輸出信號是一個開關量，因此，壓力開關的輸出信號常用來作為報警關停信號。2.6壓力開關107大多數(shù)壓力開關都提供兩組觸點：常開點（NO）和常閉點（NC）。在壓力開關不受壓（放空）的情況下，與公共端（C）不相通的觸點是常開點（NO），與公共端相通的觸點是常閉點（NC），根據(jù)生產(chǎn)控制的需要，可以利用不同的觸點用于不同的需要。在生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)本質(zhì)安全的原則，壓力低開關一般使用常開觸點，壓力高開關一般使用常閉觸點，這樣，工藝生產(chǎn)正常時，開關為閉合狀態(tài)，異常報警時開關為斷開狀態(tài)，因此在安裝、維修及校驗時應特別注意高低開關的使用觸點。大多數(shù)壓力開關都提供兩組觸點：常開點（NO1082.7壓力檢測儀表的選擇、校驗和安裝

正確地選擇、校驗和安裝是保證壓力檢測儀表在生產(chǎn)過程中發(fā)揮應有作用的重要環(huán)節(jié)。2.7.1壓力檢測儀表的選擇選擇壓力檢測儀表之前，我們先來了解一下檢測儀表的幾個重要的技術性能：絕對誤差、相對誤差、基本誤差、精度等級和變差。絕對誤差（Δ）：指儀表指示值（被測表讀數(shù)些X）和被測量的真實值（標準表的讀數(shù)Xo）之間的差值。Δ=X－Xo相對誤差（δ）：它是指絕對誤差與標尺測量范圍(B)的百分比。

δ=[(X－Xo)÷（標尺上限值－標尺下限值）]*100%2.7壓力檢測儀表的選擇、校驗和安裝109基本誤差：儀表正常工作下，將儀表的示值與標準的示值相比較，取儀表全量程范圍內(nèi)各個示值中相對百分誤差的最大者，稱為儀表的基本誤差。

基本誤差＝（示值中最大絕對誤差÷儀表的量程范圍）*100%精度等級：反映測量結(jié)果與真實值接近程度的量，稱為精度。它的誤差大小相對應。根據(jù)儀表設計制造的質(zhì)量，出廠的儀表都保證基本誤差不超過某一規(guī)定值，此規(guī)定值稱為允許誤差。允許誤差去掉“＋和－”及“％”后，其數(shù)字便是儀表精度等級。當一臺表的精度為0.5級時，那這臺儀表的允許誤差為“＋0.5％和－0.5％”。變差：使用同一儀表對某一參數(shù)進行正反行程測量時，儀表正反行程指示值之間存在一差值，此差值即為指示變差。