化工儀表基礎(chǔ)培訓(張勇洪)

－－儀表專業(yè)技術(shù)培訓《儀表基礎(chǔ)知識》

主講人：張勇洪一、儀表的發(fā)展歷史

儀表發(fā)展已有悠久的歷史。據(jù)《韓非子·有度》記載，中國在戰(zhàn)國時期已有了利用天然磁鐵制成的指南儀器，稱為司南。古代的儀器在很長的歷史時期中多屬用以定向、計時或供度量衡用的簡單儀器。

17～18世紀，歐洲的一些物理學家開始利用電流與磁場作用力的原理制成簡單的檢流計；利用光學透鏡制成的望遠鏡，奠定了電學和光學儀器的基礎(chǔ)。其它一些用于測量和觀察的各種儀器也遂逐漸得到了發(fā)展。

19世紀到20世紀，工業(yè)革命和現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)促進了新學科和新技術(shù)的發(fā)展，后來又出現(xiàn)了電子計算機和空間技術(shù)等，儀器儀表因而也得到迅速的發(fā)展?，F(xiàn)代儀器儀表已成為測量、控制和實現(xiàn)自動化必不可少的技術(shù)工具。

儀表的發(fā)展趨勢工業(yè)自動化儀表重點發(fā)展基于現(xiàn)場總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀表、特種和專用自動化儀表；全面擴大服務(wù)領(lǐng)域，推進儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，完成自動化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變，5年內(nèi)數(shù)字儀表比例達到60%以上。二、生產(chǎn)過程幾大參數(shù)及常用檢測儀表1、溫度及常用檢測儀表

溫度是用來表征工藝介質(zhì)、工藝設(shè)備、管線、容器、爐膛冷熱程度的一大參數(shù)。常用單位：℃K(K=t+273.15)A、熱膨脹式溫度計：玻璃棒（酒精、水銀），直讀式。B、雙金屬溫度計（萬向型）：也是膨脹原理，直讀式。C、熱電阻溫度計：常用的有PT100、Cu50，遠傳式。CU50即0℃時CU的電阻為50歐姆，PT100的電阻為100歐姆。電阻隨溫度的升高而升高，成正比例關(guān)系。D、熱電偶：西貝克電動勢，遠傳式，輸出mV信號。常用：E鎳鉻－康銅、K鎳鉻－鎳硅、B鉑銠－鉑原理：兩種不同金屬材質(zhì)的熱電特性不同，有一定電勢差，其差值與溫度成正比。1.1、雙金屬溫度計雙金屬溫度計的測溫元件由兩種不同膨脹系數(shù)彼此牢固結(jié)合的金屬片制成的。它是一種適合中、低溫現(xiàn)場檢測的儀表?？芍苯訙y量氣體或液體的溫度。精度等級較低：1.0、1.5、2.5，主要用于現(xiàn)場指示。其中電接點雙金屬溫度計是帶有報警輸出的。雙金屬

溫度計.電接點雙金屬

溫度計1.2鉑電阻溫度計鉑電阻是鉑絲制成的測溫元件。它是利用鉑金屬的電阻值變化而變化的特性來測量溫度的。常用的分度號為PT100。

PT100即表示熱電阻在0℃時的阻值：R為100Ω。

PT100的測量范圍及精度。測量范圍：-200--+850℃，適用于500℃以內(nèi)溫度的測量。熱電阻按結(jié)構(gòu)可分為：組裝式和鎧裝式絕緣電阻：電阻元件與保護管之間的絕緣電阻≮100MΩ鉑熱電阻熱電阻1.3熱電偶

熱電偶是利用兩種不同材料相接觸而產(chǎn)生的熱電勢隨溫度變化的特性來測量溫度的。由于熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量范圍寬、便于遠距離傳送和集中檢測等特點，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛使用。熱電偶的熱電特性由電極材料的化學成分和物理性能所決定，熱電勢的大小與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)，與熱電偶的粗細無關(guān)。熱電偶的測溫范圍及精度

表中T為被測溫度的絕對值℃，測溫范圍是指熱偶絲，不包括保護套管。絕緣電阻：熱電偶與其保護套管之間的絕緣電阻應不小于5MΩ（100V）在工業(yè)生產(chǎn)中利用熱電偶來測量溫度通常要使用到補償導線，各種分度號的熱電偶使用的補償導線是不相同的，根據(jù)說明選用。測溫元件在管道上、設(shè)備上安裝時，固定方式有兩種：螺紋連接、法蘭連接。熱電偶2、物位及常用檢測儀表

用來表達容器內(nèi)儲存物質(zhì)表面高低位置的參數(shù)。A、鋼帶液位計：油罐、水塔B、玻璃（管）板液位計：容器液位C、磁浮子液位計：潤滑油箱D、同位素液位計：高壓容器E、浮球液位計：塔底液面F、浮筒液位計：容器液位G、差壓式液位計：量程大于2米的容器H、磁伸縮液位計：容器液位I、超聲波液位計：常溫開口容器J、雷達液位計：精密測量導波雷達：介電常數(shù)大于1.3的液位測量是替代浮筒液位計的新型儀表K、射頻導納液位計：界面測量L、靜壓式液位計：開口水箱導波雷達玻璃（管）板液位計磁浮子液位計浮筒液位計差壓式液位計3、壓力及常用檢測儀表3.1壓力表實驗室所使用的標準壓力表精度較高，而在生產(chǎn)裝置中管道上或容器、機泵進出口等設(shè)備上作為現(xiàn)場指示的壓力表精度都比較低，而這類壓力表根據(jù)傳統(tǒng)習慣歸工藝管理，它們包括：全不銹鋼壓力表、不銹鋼耐震壓力表、膜片耐震壓力表、隔膜壓力表、化學密封壓力表。對上述所說到的壓力表應進行以下檢查：A、零點示值檢查（I）有零值限止釘?shù)膲毫Ρ?，其指針應緊靠在限止釘上。（II）無零值限止釘?shù)膲毫Ρ?，起指針須在零值分度線上。B、示值檢查（I）壓力表指針的移動，在全分度范圍內(nèi)應平穩(wěn)，不得有跳動或卡住現(xiàn)象。（II）在輕敲表殼后，其指針值變動量不得超過最大允許基本誤差的1/2?，F(xiàn)場指示型壓力表在測量穩(wěn)定壓力時，可在測量上限值的1/3-2/3范圍內(nèi)使用，對于在瞬間的測量時，允許使用在測量上限值的3/4。3.2壓力表：我們常用的兩種壓力表1)一般壓力表（彈簧管）

一般壓力表適用測量無爆炸，不結(jié)晶，不凝固，對銅和銅合金無腐蝕作用的液體、氣體或蒸汽的壓力。2)隔膜壓力表

隔膜壓力表采用間接測量結(jié)構(gòu)，適用于測量粘度大、易結(jié)晶、腐蝕性大、溫度較高的液體、氣體或顆粒狀固體介質(zhì)的壓力。隔離膜片有多種材料，以適應各種不同腐蝕性介質(zhì)。3.3雙波紋管差壓計常用于氣體流量測量一般壓力表雙波紋管差壓計隔膜式壓力表3.4差壓變送器：電容式擴散硅壓阻式單晶硅諧振硅式3.5壓力變送器：可測量表壓、絕壓、真空3.6壓力變送器工作原理壓力變送器是利用壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換為頻率信號，送到脈沖計數(shù)器，直接傳遞到CPU（微處理器）進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為與輸入信號相對應的4-20mADC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個HART數(shù)字信號進行通信的壓力檢測儀表。壓力變送器的工作原理如下：P單晶硅傳感器膜盒組件CPU內(nèi)置存儲器D/AMODEM手持智能終端3.6壓力開關(guān)壓力開關(guān)是一種借助彈性元件受壓后產(chǎn)生位移以驅(qū)動微動開關(guān)工作的壓力控制儀表。通常使用于報警或聯(lián)鎖保護系統(tǒng)中。壓力開關(guān)的主要技術(shù)指標包括以下內(nèi)容：（1）設(shè)定值控制范圍（2）控制精度（3）控制方式：一位式或二位式（4）觸點容量：380VAC\2A或220VAC\3A（5）使用環(huán)境：溫度-25-70℃。相對濕度不大于85％。3.7差壓開關(guān)差壓開關(guān)是一種差壓控制儀表，與壓力開關(guān)類似。差壓開關(guān)的主要技術(shù)指標：（1）設(shè)定值控制范圍（2）控制精度（3）觸點容量（4）使用環(huán)境4、流量及檢測儀表流量是表征生產(chǎn)過程中所傳送物料數(shù)量的數(shù)。一般分為重量流量和體積流量KG/h、M3/hA、孔板：前后差壓與流量的平方成正比B、轉(zhuǎn)子流量計（變截面積）：轉(zhuǎn)子的高度與流量成正比C、楔形流量計：前后差壓與流量平方成正比。適用于介質(zhì)粘度大、易結(jié)晶、易結(jié)焦、有顆粒的場合。D、靶式流量計：靶受介質(zhì)沖擊發(fā)生位移，其大小與流量成正比。E、超聲波流量計：通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表F、質(zhì)量流量計：克利奧里力原理，測量精度高，用于交接。H、阿牛巴流量計：差壓法，主要用于測量蒸汽流量。I、托巴管流量計：差壓法，主要用于大口徑水、污水、蒸汽的測量J、旋渦流量計：根據(jù)漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生的漩渦數(shù)量，測量流量。K、電磁流量計：法拉第電磁感應原理。L、橢圓齒輪流量計：利用機械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室逐次、重復地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流量體積總量。M、渦輪流量計：根據(jù)渦輪轉(zhuǎn)動的頻率測量流量。轉(zhuǎn)子流量計標準孔板流量計楔形流量計靶式流量計.電磁流量計特點●測量管無阻礙流動部件、無壓損、直管段要求較低?！駵y量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的影響?！襁m用于導電率>5us/cm的流體流量測量●量程比大，達1：20，滿量程流速范圍可0.5m/s-10m/s范圍自由選定質(zhì)量流量計5、組分在線分析5.1、氧含量：順磁式氧量分析儀、氧化鋯氧量分析儀；5.2、H2、CO、CO2：紅外分析儀；5.3、烴含量組成：色普儀；5.4、水質(zhì)分析：PH、電導、溶氧、硅；5.5、粉塵含量：粉塵檢測儀；5.6、組分軟測量技術(shù)：由溫度、壓力反映某種組分的含量。如蒸餾系統(tǒng)。

6、其它測量6.1、轉(zhuǎn)速、振動、位移傳感器6.2、可燃氣體報警6.3、重量、火焰、厚度檢測6.4、電量變送器：電壓、電流、功率等6.5、火災報警三、自動化儀表的信號制儀表常用的電信號包括：4—20mADC信號1—5VDC信號脈沖信號RTD（熱電阻）PT100信號mV信號(熱電偶)常見的調(diào)節(jié)閥氣源信號：20-100KPa40-200KPa80-240KPa氣缸閥氣源壓力一般不低于450KPa儀表的量程：就是測量刻度上限減去刻度的下限，可不是測量能力范圍的上下限。一塊溫度儀表的測量刻度范圍為-20~100度，那么它的量程為120度。

四、閥門4.1概述閥門是管路流體輸送系統(tǒng)中控制部件，它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，具有截止、調(diào)節(jié)、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。閥門的公稱通徑從極微小的儀表閥大至通徑達10m的工業(yè)管路用閥。閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質(zhì)、液態(tài)金屬和放射性流體等各種類型流體的流動閥門的工作壓力可從1.3х10MPa到1000MPa的超高壓工作溫度從-269℃的超低溫到1430℃的高溫閥門的控制可采用多種傳動方式，如手動、電動、液動、氣動、蝸輪、電磁動、電磁--液動、電--液動、氣--液動、正齒輪、傘齒輪驅(qū)動等閥門也可以在壓力、溫度或其它形式傳感信號的作用下，按預定的要求動作，或者不依賴傳感信號而進行簡單的開啟或關(guān)閉，閥門依據(jù)驅(qū)動或自動機構(gòu)使啟閉件作升降、滑移、旋擺或回轉(zhuǎn)運動，從而改變其流道面積的大小以實現(xiàn)其控制功能?；靖拍睿汗Q直徑：是指閥門與管道連接處通道名義直徑。DN表示。公稱壓力：是指閥門的機械強度有關(guān)的設(shè)計壓力。用PN表示。4.2閥門的用途閥門是一種管路附件，它是用來改變通路斷面和介質(zhì)流動方向，控制輸送介質(zhì)運動的一種裝置，具有導流、截止、調(diào)節(jié)、節(jié)流、止回、分流或溢流卸壓等功能。截斷閥類：接通或截斷管路中各段中的介質(zhì)。如閘閥、截止閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、蝶閥等。調(diào)節(jié)閥類：調(diào)節(jié)管路中介質(zhì)的流量和壓力。如節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。分流閥類：改變管路中介質(zhì)的流動方向，用于分配、分離或混合介質(zhì)。如分配閥、三通旋塞閥、三通或四通球閥、疏水閥等。4.3閥門的分類自動閥門：依據(jù)介質(zhì)(液體、氣體、蒸汽等)本身的能力而自行動作的閥門。如安全閥、止回閥、減壓閥、疏水閥、水力控制閥、緊急切斷閥、排氣閥等。調(diào)節(jié)閥類：調(diào)節(jié)管路中介質(zhì)的流量和壓力。如節(jié)流閥、調(diào)節(jié)閥、減壓閥、安全閥等。驅(qū)動閥門：借助手動、電動、液動和氣動來操縱的閥門。如閘閥、截止閥、節(jié)流閥、蝶閥、球閥、平衡閥、柱塞閥、旋塞閥等。

4.3閥門的分類按操縱方法分：手動閥門--借助手輪、手柄、扳手、杠桿或鏈輪等。由人力來操縱的閥門，當需要傳較大的力矩時，可裝蝸輪、齒輪等減速裝置電動閥門--借助于電動機、電磁或其他電氣來操縱的閥門。液動或氣動閥門--借助于液體(水、油等液體介質(zhì))或氣體操縱的閥門。自動閥門--依據(jù)介質(zhì)(液體、氣體、蒸汽)本身的能力而自行動作的閥門。4.3閥門的分類按主要參數(shù)----壓力分類真空閥--工作壓力低于標準大氣壓的閥門，絕對壓力小于0.1MPa(即760mm汞柱高)的閥門，通常用毫米水柱(mmH2O)或毫米汞柱(mmHg)表示壓力。低壓閥門--公稱壓力PN≤1.6MPa的閥門。中壓閥門--公稱壓力PN2.5~6.4MPa的閥門(25~64kg)。高壓閥門--公稱壓力PN10.0~80.0MPa的閥門(100~800kg)。超高壓閥門--公稱壓力≥100MPa的閥門(1000~1萬kg)。4.3閥門的分類按主要參數(shù)----介質(zhì)工作溫度分類常溫閥---40℃≤t≤120℃的閥門。中溫閥--120℃≤t≤450℃的閥門。高溫閥--t>450℃的閥門。低溫閥---100℃≤t≤-40℃的閥門。超低溫閥--t<-100℃的閥門。4.3閥門的分類

按主要參數(shù)----公稱通徑分類小口徑閥門--公稱通徑DN<40mm的閥門。中口徑閥門--公稱通徑DN50~300mm的閥門。大口徑閥門--公稱通徑DN350~1200mm的閥門。特大口徑閥門--公稱通徑DN>1200mm的閥門。4.3閥門的分類

按主要參數(shù)----與管道連接的方式分類螺紋連接閥門--閥體上帶有內(nèi)螺紋或外螺紋，與管道采用螺紋連接。法蘭連接閥門--閥體上帶有法蘭，與管道采用法蘭連接。焊接連接閥門--閥體上帶有焊口，與管道采用焊接。對夾連接閥門--用雙頭螺栓將閥門連接在管道上的法蘭之間。夾箍連接閥門--閥體上帶有夾口紋，與管道采用夾箍連接。卡套連接閥門--采用卡套與管道連接。4.4閥門介紹—閘閥閘閥：用來接通或截斷管路中的介質(zhì)，不適用于調(diào)節(jié)介質(zhì)流量。它適用的壓力、溫度及口徑范圍很大，尤其適用于大、中口徑的管道。

優(yōu)點：A流體阻力小。B啟閉較省力。C介質(zhì)的流動方向一般不受限制。

缺點：高度大、啟閉時間長。密封面易產(chǎn)生擦傷。

閘閥按閥桿結(jié)構(gòu)和運動方式：明桿和暗桿。楔式和平行式。

閘板：剛性單閘板、彈性單閘板、雙閘板等。

4.4閥門介紹—截止閥

截止閥的啟閉件是塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運動。閥桿的運動形式，有升降桿式（閥桿升降，手輪不升降），也有升降旋轉(zhuǎn)桿式（手輪與閥桿一起旋轉(zhuǎn)升降，螺母設(shè)在閥體上）。截止閥只適用于全開和全關(guān)，不允許作調(diào)節(jié)和節(jié)流。截止閥具有以下優(yōu)點：

1、結(jié)構(gòu)簡單，制造和維修比較方便。

2、工作行程小，啟閉時間短。

3、密封性好，密封面間磨擦力小，壽命較長。

截止閥的缺點如下：

1、流體阻力大，開啟和關(guān)閉時所需力較大。

2、不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。

3、調(diào)節(jié)性能較差。

截止閥的種類按閥桿螺紋的位置分有外螺紋式、內(nèi)螺紋式。按介質(zhì)的流向分，有直通式、直流式和角式。截止閥按密封形式分，有填料密封截止閥和波紋管密封截止閥。

4.4閥門介紹—截止閥

4.4閥門介紹—止回閥

其作用是只允許介質(zhì)向一個方向流動。通常這種閥門是自動工作的，在一個方向流動的流體壓力作用下，閥瓣打開；流體反方向流動時，由流體壓力和閥瓣的自重合閥瓣作用于閥座，從而切斷流動。

4.4閥門介紹—蝶閥蝶閥：是用隨閥桿轉(zhuǎn)動的圓形蝶板作啟閉件，以實現(xiàn)啟閉動作的閥門。它主要做截斷閥使用，也可以設(shè)計成具有調(diào)節(jié)或截斷兼調(diào)節(jié)的功能。優(yōu)點：A結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕。B：流體阻力小。中大口徑的蝶閥，全開時的有效流通面積較大。C:啟用方便迅速而且比較省力。D:低壓下可實現(xiàn)良好的密封。E:調(diào)節(jié)性能好。缺點：受密封材料的限制，蝶閥的使用壓力和工作溫度范圍較小，大部分蝶閥采用橡膠密封圈，工作溫度受到橡膠材料的限制。

4.4閥門介紹—球閥球閥：球閥是用帶有圓形通道的球體作啟閉件，球體隨閥桿轉(zhuǎn)動實現(xiàn)啟閉動作的閥門。球閥的啟閉件是一個有孔的球體，繞垂直于通道的軸線旋轉(zhuǎn)，從而達到啟閉通道的目的。球閥主要用于切斷、分配和改變介質(zhì)流動方向，其中V形開口球閥還可用于流量調(diào)節(jié)。其性能為：A適用于經(jīng)常操作，啟閉迅速、輕便。

B流體阻力小。

C結(jié)構(gòu)簡單，相對體積小，重量輕，便于維修。

D密封性能好

E不受安裝方向的限制，介質(zhì)的流向可任意

F無振動，噪聲小。

4.4閥門介紹—球閥

4.4閥門介紹—安全閥安全閥是一種由進口靜壓開啟的自動泄壓防護裝置，它是為了防止設(shè)備和容器內(nèi)異常狀況下壓力過高引起爆炸而設(shè)置的安全裝置，是壓力容器最為重要的安全附件之一。安全閥的作用是：當容器內(nèi)壓力超過某一定值時，依靠介質(zhì)自身的壓力自動開啟閥門，迅速排出一定數(shù)量的介質(zhì)。當容器內(nèi)的壓力降到允許值時，閥又自動關(guān)閉，使容器內(nèi)壓力始終低于允許壓力的上限，自動防止因超壓而可能出現(xiàn)的事故，所以安全閥又被稱為壓力容器的最終保護裝置。一般安全閥定壓為操作壓力的l.05～1.10倍。安全閥按其結(jié)構(gòu)和作用原理分為重力式、杠桿式、彈簧式等等。工作溫度高而壓力不太高時選用杠桿式較合適；高壓設(shè)備宜選用彈簧式；一般常用的是彈簧式安全閥。

4.4閥門介紹—疏水閥疏水閥其主要功能是自動排除蒸汽設(shè)備或管道中產(chǎn)生的冷凝水、空氣及其他不可凝性氣體，同時又防止蒸汽泄漏。通常又稱為疏水器或阻氣排放閥。其動作原則上是全開或全關(guān)，根據(jù)種類不同，還可能有連續(xù)排放和間隙排放兩種類型。它是保證各種加熱工藝管線和設(shè)備所需溫度和熱量使之正確工作的一種節(jié)能產(chǎn)品。疏水閥要能“識別”蒸汽和凝結(jié)水，才能起到阻汽排水作用?！白R別”蒸汽和凝結(jié)水基于三個原理：密度差、溫度差和相變。于是就根據(jù)三個原理制造出三種類型的疏水閥，分類為機械型、熱靜力型、熱動力型。

4.4閥門介紹—針形閥

針形閥的閥芯就是一個很尖的圓錐體,好象針一樣插入閥座,由此得名.

針閥形比其他類型的閥門能夠耐受更大的壓力,密封性能好,所以一般用于較小流量,較高壓力的氣體或者液體介質(zhì)的密封.

針閥形與壓力表配合使用是最合適的了.一般的針閥形都做成螺紋連接,(當然也有法蘭及其他形式的連接).

五、執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)閥：按動力可分為：氣動、電動、液動和混合型。按閥體結(jié)構(gòu)可分為：單座閥、雙座閥、籠式閥、球形閥、碟閥、角形閥、三通閥、隔膜閥、偏心閥。5.1單座閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.2雙座閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.3套筒閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.4角形閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.5三通閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.6碟閥丶閥體結(jié)構(gòu)5.7自力式丶閥體結(jié)構(gòu)六、典型控制1、單回路控制2、串級控制3、比例控制4、三沖量控制5、邏輯控制6、分程控制PID的參數(shù)的整定：對于簡單的單回路控制系統(tǒng)，根據(jù)在工程中得到的實際經(jīng)驗，一般設(shè)定如下：液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，P=20%~80%,I=1~5,D=0。流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，P=40%~100%,I=1~5,D=0。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：P=20%~60%，I=5~10，