常規(guī)儀表基本知識(shí)講座201603

石油化工企業(yè)常規(guī)儀表

基本知識(shí)李延兵一、儀表回路構(gòu)成；二、現(xiàn)場(chǎng)儀表簡(jiǎn)介；三、調(diào)節(jié)閥（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）四、DCS組成一.儀表回路構(gòu)成操作站4~20mADC現(xiàn)場(chǎng)24VDC4~20mADC24VDC電源隔離安全柵機(jī)柜間I/O卡件控制器通訊總線MasoneilanMasoneilan通訊總線24VDC電源20~100KPa氣信號(hào)0.4~0.6MPa氣源兩線制變送器電Ⅲ型儀表的特點(diǎn)（1）采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制（兩線制）現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為4~20mA，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為1~5VDC，信號(hào)與電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)為250Ω。（2）采用24VDC供電；（3）常用防爆類型：本安型儀表ExiaⅡCT4；防爆型ExdⅡCT4；外殼防護(hù)等級(jí)：IP65什么叫二線制？24VDC電源和4~20mA輸出信號(hào)共用二根導(dǎo)線，互相不影響。電流傳輸比電壓傳輸有什么優(yōu)點(diǎn)？轉(zhuǎn)輸距離遠(yuǎn)，一定范圍內(nèi)具有恒流特牲，電流損耗小。各儀表之間的關(guān)系檢測(cè)儀表或變送器顯示儀表記錄儀溫度壓力流量液位成分重度生產(chǎn)過程執(zhí)行器調(diào)節(jié)器(DCS)輸出反饋二、現(xiàn)場(chǎng)儀表現(xiàn)場(chǎng)儀表：現(xiàn)場(chǎng)儀表指安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，用于測(cè)量各種過程參數(shù)、執(zhí)行各種控制指或轉(zhuǎn)換信號(hào)并實(shí)現(xiàn)通訊的儀表。常見種類：常見的測(cè)量過程參數(shù)的儀表有溫度測(cè)量元件加變送器、壓力儀表、流量測(cè)量元件加變送器、液位、物位計(jì)和各種化學(xué)成份檢測(cè)儀表，常見的執(zhí)行各種控制指令的儀表有執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥、電磁閥等。一些常用的基本概念檢測(cè)儀表-----將檢測(cè)元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測(cè)儀表。一次儀表-----一般為將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為便于計(jì)量的物理量所使用的儀表。二次儀表-----將測(cè)得的信號(hào)變送轉(zhuǎn)換為可計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)電、氣信號(hào)并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。儀表種類

1、壓力測(cè)量儀表；

2、流量測(cè)量儀表；

3、液位測(cè)量儀表；

4、溫度測(cè)量儀表；

5、分析儀表；

1、壓力測(cè)量儀表壓力變送器：是由檢測(cè)和變送兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。檢測(cè)環(huán)節(jié)感受被測(cè)壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4~20mADC輸出。符合HART通信協(xié)議。Rosemount2088系列Rosemount3051系列壓力變送器典型安裝方法2、流量測(cè)量儀表（1）孔板及差壓變送器基于流體運(yùn)動(dòng)的節(jié)流原理，當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)孔板時(shí)，將產(chǎn)生局部收縮，流束集中，流速增加，靜壓力降低，于是在孔板前后產(chǎn)生一個(gè)靜壓力差，該壓力差與流量存在著一定的函數(shù)關(guān)系，流量越大，壓力差就越大。通過導(dǎo)壓管將差壓信號(hào)傳遞給差壓變送器，轉(zhuǎn)換成4～20mA.DC標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)流量顯示儀，便顯示出管道內(nèi)的瞬時(shí)和累積流量。通常由能將被測(cè)流體的流量轉(zhuǎn)換成壓力差信號(hào)的孔板、噴嘴、文丘利管等節(jié)流裝置和用來測(cè)量壓差并顯示出流量的差壓計(jì)組成?？装鍘y組差壓變送器差壓變送器安裝：打開平衡閥和正,負(fù)壓閥中的一個(gè)閥,然后關(guān)閉平衡閥,開啟另一個(gè)閥。

（2）轉(zhuǎn)子流量計(jì)恒壓降式流量計(jì)，通過改變流通面積來實(shí)現(xiàn)；是由一段向上擴(kuò)大的圓錐形管子和重度大于被測(cè)流體重度能隨被測(cè)介質(zhì)流量大小而做上下浮動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成。（3）渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)。在流動(dòng)的流體中插入一個(gè)非流線型柱狀物（圓柱體或三角形柱體）；工作原理：當(dāng)流體流經(jīng)漩渦發(fā)生體時(shí)產(chǎn)生不規(guī)則的漩渦，通過測(cè)量探頭檢測(cè)漩渦的個(gè)數(shù)產(chǎn)生一定的頻率，再通過檢測(cè)線路板對(duì)頻率整形、放大轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（4）質(zhì)量流量計(jì)科氏力質(zhì)量流量計(jì)：可直接測(cè)量質(zhì)量流量，與被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)變化無關(guān)；U型傳感器在固定頻率振動(dòng)，扭曲而產(chǎn)生相位差，與質(zhì)量流量成正比；可以水平安裝、垂直、傾斜安裝（5）電磁流量計(jì)用來測(cè)量導(dǎo)電液體的體積流量（流速）；不受被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、粘度、密度流量狀態(tài)變化的影響；不能用來測(cè)量氣體、蒸汽和石油制品等非導(dǎo)電流體的流量；不宜測(cè)量流速過低的流量（干擾同級(jí)別）；3、液位測(cè)量儀表（1）浮力式液位計(jì)a.浮力不變:維持浮力不變，浮標(biāo)漂浮在液面上,浮標(biāo)的位置隨著液面的高低而變化，只要檢測(cè)出浮標(biāo)的位移量,便可知道液位的高低。例如：浮球液面計(jì)(恒浮力式)。恒浮力式浮球脫落:儀表指示值最大;浮球漏了（結(jié)焦）儀表指示值變小;

b.變浮力：浮力是變化的，只要測(cè)出所受浮力的變化，便可知道液位的高低。浮筒液位計(jì)，變浮力式，筒長即全量程。沉筒破裂—儀表輸出值變小;沉筒脫落—儀表指示最大;（2）差壓式液面計(jì)：雙法蘭差壓液面計(jì)（量程遷移）。單法蘭△P=H×γ

差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時(shí)，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。

Pb=Pa+ρgH式中H------液位高度

ρ------被測(cè)介質(zhì)密度

g--------被測(cè)當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?/p>

所以有：△P=Pb-Pa=ρgH

在一般情況下，被測(cè)介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計(jì)測(cè)得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測(cè)量液位高度的問題變成了測(cè)量差壓的問題。磁性浮子式液位計(jì)◆

就地指示、信號(hào)傳輸和限位控制的三位一體測(cè)量體系?！衄F(xiàn)場(chǎng)顯示、模擬信號(hào)變送和測(cè)量信號(hào)數(shù)字轉(zhuǎn)換的全過程信息處理方式?！舸鸥袘?yīng)干簧電阻組合鏈、磁致伸縮線扭力矩和高頻微波脈沖反射波的多原理液位傳感技術(shù)。液位變化干簧電阻組合鏈傳感器液位計(jì)的磁場(chǎng)源線性變化的電阻值磁致伸縮液位計(jì)磁致伸縮液位計(jì)

工作原理:一根磁致伸縮線穿過導(dǎo)管，頂部電路板周期發(fā)射的大電流脈沖沿磁致伸縮線傳播，產(chǎn)生環(huán)形電磁場(chǎng)。脈沖發(fā)射的同時(shí)開始記錄時(shí)間。浮球漂浮在液面上,內(nèi)置磁鋼。兩個(gè)磁場(chǎng)交疊處，在磁致伸縮線上產(chǎn)生扭應(yīng)力波，以與材料相關(guān)的特定速度，沿著磁致伸縮線向上下兩個(gè)方向傳播。其中向下傳播的扭力波到達(dá)傳感器底部后發(fā)生反射再向上傳播。兩個(gè)扭應(yīng)力波傳到頂部后被壓電晶體轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，兩個(gè)傳播時(shí)間也被捕捉記錄。通過計(jì)算可得出液面和界面的位置，轉(zhuǎn)換后輸出電信號(hào)。雷達(dá)物位計(jì)4、溫度測(cè)量儀表熱電偶和溫度變送器：熱電偶、連接熱電偶和測(cè)量線路的補(bǔ)償導(dǎo)線、變送器組成。斷路：儀表顯示最大或儀表上限;短路：顯示短路處的溫度值

EAB=E（t,0）-E(t0,0)t為自由端.熱電偶的冷端補(bǔ)償一端用兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料焊接而成,稱工作端.另一端稱自由端.分度號(hào):B、S、K、E、T兩種不同金屬的結(jié)合端產(chǎn)生一個(gè)與溫度成正比的小的(MV)電壓輸出!ΔTmV熱端冷端+-過程溫度熱電阻：應(yīng)用導(dǎo)體的電阻值是隨溫度變化而變化這一特性R=R0[1+α(t-t0)]R0:溫度為0℃時(shí)的電阻值。分度號(hào)：PT10、PT100、Cu50、Cu100（0℃時(shí)的R0電阻值）;

例如：PT100溫度傳感器是一種以鉑(Pt)做成的電阻式溫度傳感器，屬于正電阻系數(shù),其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+αT)。其中α=0.00392,Ro為100Ω(在0℃的電阻值),T為攝氏溫度，因此鉑做成的電阻式溫度傳感器，又稱為PT100。斷路：示指跑最大短路：表回零熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200~500℃范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度5、控制閥組成一般由:執(zhí)行機(jī)構(gòu)（Actuator）和閥（Valve）組成控制閥在管道中起可變阻力的作用，它改變工藝流體的紊流度或在層流情況下提供一個(gè)壓力降，壓力降是由閥門阻力或“摩擦”所引起的，這一壓力降低過程通常稱為“節(jié)流”。在過程控制系統(tǒng)中，這個(gè)“節(jié)流”起到改變流體流量的作用，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力，由閥門控制（調(diào)節(jié)）流量。直通閥（GlobeValve球形閥）直通閥是控制閥最基本的型式之一。也是最常用的控制閥之一。它是因閥體形狀像圓球而得名。通常使用的閥芯作為閥門的節(jié)流件。例如，單座閥、雙座閥、套筒閥、三通閥、角型閥等;

直通閥的口徑一般從3/4英寸到20英寸;單座籠式單座單座蝶閥（ButterflyValve）蝶閥是用于控制的最常見旋轉(zhuǎn)閥之一。它適用于低、中壓的工藝條件下，一般作控制閥用口徑從2英寸到60英寸或更大（低負(fù)載蝶閥可以達(dá)到120英寸）。近年來，蝶閥的技術(shù)有了長足的進(jìn)步，有低轉(zhuǎn)矩蝶閥、軟硬密封蝶閥、二偏心蝶閥、三偏心蝶閥、低噪聲蝶閥等。由于蝶閥壓力恢復(fù)系數(shù)（FL）低，高壓差流體流動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生氣蝕。如果蝶閥關(guān)閉過快，有產(chǎn)生水錘破壞的可能。球閥（BallValve）目前球閥除了傳統(tǒng)的全球型閥芯球閥外，還有V型球閥等類型的球閥。球閥按密封形式分為軟密封和硬密封。按結(jié)構(gòu)分為浮動(dòng)球和固定球。主要用于要求關(guān)閉嚴(yán)密液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)。硬密封型還適合漿狀、懸浮、顆粒狀介質(zhì)的控制，一般做自動(dòng)控制用的口徑3/4英寸到20英寸。偏心旋轉(zhuǎn)閥（CamflexibleValve）

偏心旋轉(zhuǎn)閥在流開、流關(guān)的情況下，都能穩(wěn)定地工作，閥芯、閥座沒有磨擦，密封可靠，壓力等級(jí)可達(dá)到ANSI600磅，尺寸一般從1英寸到12英寸。調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)C：調(diào)節(jié)閥可調(diào)能力的性能指標(biāo)；注意：調(diào)節(jié)閥的口徑和流量系數(shù)的關(guān)系；閃蒸，氣蝕的問題閃蒸，氣蝕的發(fā)生閥門入口壓力P1下降到PV（飽和蒸汽壓）以下時(shí)，產(chǎn)生大量的氣泡，即產(chǎn)生閃蒸；然后壓力又恢復(fù)到PV以上，氣泡破裂，即產(chǎn)生氣蝕?？梢酝ㄟ^多次降壓，且每次壓力下降、上升都大于PV，來避免閃蒸、氣蝕的產(chǎn)生?？刂崎y附件閥門定位器電磁閥POWER定位器原理6、智能變送器智能變送器校驗(yàn)方案一般應(yīng)對(duì)以下幾個(gè)參數(shù)組態(tài)進(jìn)行檢查：（1）工程單位；（2）測(cè)量范圍上、下限；（3）輸出方式；（線性、開方、小信號(hào)切除）；（4）阻尼時(shí)間常數(shù)；四、PLC組成控制系統(tǒng)操作站通訊單元RS-232RS-422RS-485V網(wǎng)(V-NET)節(jié)點(diǎn)(最大數(shù)為8個(gè))I/O單元(最大數(shù)為5個(gè))

模擬I/O過程I/O過程I/OI/O模塊RIO總線(BUS)

現(xiàn)場(chǎng)控制單元(FCU)工程師站(WS)E網(wǎng)(E-NET)DCS集散控制系統(tǒng)操作站