控制儀表基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

第一章儀表基本概念

精確度：簡稱精度。精確度與誤差可以說是孿生兄弟，因為有誤差存在才有精度這個概念。不僅與絕對誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。儀表精確度簡言之就是測量值接近真值的準(zhǔn)確程度，通常用引用誤差表示。常用精度等級來規(guī)范和表示，精度等級就是最大引用誤差去掉正負號和%。顯然數(shù)字越小，說明儀表精確度越高。引用誤差指絕對誤差與量程的比值,以百分數(shù)表示第一頁，共98頁。儀表主要性能指標(biāo)變差：指儀表被測變量多次從不同方向達到同一數(shù)值時，儀表指示值之間的最大變差變差產(chǎn)生的主要原因：儀表轉(zhuǎn)動機構(gòu)的間隙，運動部件的摩擦，彈性元件滯后等靈敏度：指儀表對被測變量變化的靈敏程度。S=?L/?X，?L：儀表輸出變化增量?X：儀表輸入變化增量穩(wěn)定性：通常用儀表零點漂移來衡量儀表穩(wěn)定性。儀表穩(wěn)定性不好，儀表維護量增大可靠性第二頁，共98頁。儀表分類◆按儀表所使用能源分為氣動儀表、電動儀表和液動儀表。◆按儀表安裝形式，分為現(xiàn)場儀表、盤裝儀表和架裝儀表?！舭磧x表信號形式，分為模擬儀表和數(shù)字儀表，現(xiàn)在又出現(xiàn)了現(xiàn)場總線儀表?！舭磧x表在測量與控制系統(tǒng)中的作用分，一般分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)儀表和執(zhí)行器4大類。第三頁，共98頁。第二章檢測技術(shù)

檢測技術(shù)作為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程和科技領(lǐng)域中占有非常重要的地位，可以說現(xiàn)代生活離不開現(xiàn)代檢測技術(shù)。檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍涉及到人類活動的各個領(lǐng)域，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等等，幾乎無處不在。第四頁，共98頁。

傳感器技術(shù)從信息技術(shù)的角度看，傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)分別相當(dāng)于人的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。因此傳感器技術(shù)是信息技術(shù)的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)檢測已從傳統(tǒng)的單一變量檢測向多變量復(fù)合檢測，從確定性變量檢測到隨機性變量檢測發(fā)展，檢測的概念也從傳統(tǒng)的“被測量與測量裝置的對比”發(fā)展到了“從物理和化學(xué)過程獲取信息”這樣一種寬廣的概念，這就使得工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)檢測問題已不僅僅再局限于獲取被測參數(shù)得“數(shù)量信息”，而已擴展到了包括獲取工業(yè)生產(chǎn)過程的“狀態(tài)信息”，進行生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測，進而對生產(chǎn)過程進行“狀態(tài)診斷”。第五頁，共98頁。第一節(jié)概述對于檢測儀表來說，檢測、變送與顯示可以是三個獨立部分，也可以只用到其中兩個部分。過程控制對檢測儀表有以下三條基本的要求：①測量值y(t)要正確反映被控變量C(t)的值，誤差不超過規(guī)定的范圍；②在環(huán)境條件下能長期工作，保證測量值y(t)的可靠性；③測量值y(t)必須迅速反映被控變量c(t)的變化，即動態(tài)響應(yīng)比較迅速。第六頁，共98頁?；z測儀表的作用控制儀表執(zhí)行器工藝過程檢測儀表給定值偏差被測變量

檢測儀表的作用就是獲取生產(chǎn)過程中化工生產(chǎn)過程中化工變量的信息。如：溫度T、壓力P、流量F、物位L、成分A等第七頁，共98頁。檢測儀表的組成檢測元件電子測量電路輸出單元被測變量標(biāo)準(zhǔn)信號檢測元件：又稱為敏感元件、傳感器。敏感元件是傳感器的基礎(chǔ)元件，是檢測技術(shù)實現(xiàn)的媒介。檢測技術(shù)就是通過敏感元件來感受被測物理量的作用，并以參數(shù)方式輸出響應(yīng)的簡單過程。因此敏感元件是關(guān)系著不同類型物理量之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的物理實體。第八頁，共98頁。例如：壓力敏感元件石英、壓電陶瓷都是在受到壓力時就會在材料表面上產(chǎn)生一定的電荷；而氣敏元件氣敏電阻則是當(dāng)其接觸不同濃度被測氣體時就會表現(xiàn)出電阻不同的性質(zhì)。第九頁，共98頁。第二節(jié)溫度檢測儀表溫度儀表分類◆按工作原理分，有膨脹式、熱電阻、熱電偶、輻射式等◆按測量方式分，有接觸式和非接觸式。第十頁，共98頁。熱電偶溫度計測溫原理：熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)，將溫度變化轉(zhuǎn)換為熱電勢變化進行溫度測量的儀表。是目前應(yīng)用最為廣泛的溫度傳感器。特點：精度高，靈敏度好，穩(wěn)定性較好，響應(yīng)時間少，結(jié)構(gòu)簡單，測溫范圍廣，可以測量-200~1600℃，在特殊情況下，可測至2800℃的高溫或4K的低溫。第十一頁，共98頁。常用熱電偶類型分度號熱電偶名稱測溫范圍（℃）允許偏差S鉑銠10-鉑0~1300B鉑銠30-鉑銠60~1600K鎳鉻-鎳硅-200~1200E鎳鉻-康銅-200~750R鉑銠13-鉑0~1600T銅-康銅-200~350第十二頁，共98頁。熱電阻溫度計測溫原理：熱電阻溫度計是基于金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值與溫度成一定函數(shù)關(guān)系的原理實現(xiàn)溫度測量的。常用的有Pt100，Cu50鉑電阻特點：精度高、性能可靠工業(yè)用熱電阻的結(jié)構(gòu)型式有普通型、皚裝型和專用型等型式第十三頁，共98頁。輻射式溫度計

輻射式溫度計屬于非接觸式測溫儀表，主要是利用物體的輻射能隨溫度的變化的原理制成的。輻射式溫度計在應(yīng)用時只需要把溫度計對準(zhǔn)被測物體，而不必與被測物體直接接觸，它可以用于運動物體以及高溫物體表面的溫度檢測，而且不會破壞被測對象的溫度場。第十四頁，共98頁。輻射測溫主要有三種基本方法，即全輻射法、亮度法和比色法。無論采用何種輻射測溫法，輻射溫度計主要由光學(xué)系統(tǒng)、檢測元件、轉(zhuǎn)換電路和信號處理等部分組成。第十五頁，共98頁。全輻射高溫計

全輻射高溫計是接受被測物體全部輻射能量來測定溫度的。這種高溫計的光學(xué)系統(tǒng)有透鏡式和反射鏡式兩種結(jié)構(gòu)。透鏡式系統(tǒng)將物體的全輻射能透過透鏡及光闌、濾光片等聚焦于檢測元件；反射鏡式系統(tǒng)則將全輻射能利用反射聚光鏡反射后聚焦在檢測元件上。前者主要用來測量高溫，后者用于測量中溫。全輻射溫度計的溫度測量范圍一般在400—2000℃（根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式），測量誤差在1.5%—2.0%左右。第十六頁，共98頁。光電溫度計光電溫度計采用光電元件作為敏感元件，感受輻射源的亮度變化，并根據(jù)被測物體亮度與溫度的關(guān)系確定溫度的高低。光電溫度計雖然和全輻射高溫計相比儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接受的能量小，但抗環(huán)境干擾的能力強，有利于提高測量的穩(wěn)定性。光電溫度計的溫度測量范圍一般為200—1500℃（通過分檔實現(xiàn)），測量誤差在1.0%—1.5%左右，響應(yīng)時間在1.5—5s之間。第十七頁，共98頁。比色溫度計

比色溫度計是基于維恩位移定律工作的。根據(jù)維恩位移定律，物體溫度變化時，輻射強度最大值所對應(yīng)的波長要發(fā)生移動，從而使特定波長λ1和λ2下的亮度發(fā)生變化，測出這兩個波長對應(yīng)的亮度比，就可以求出被測物體溫度。比色溫度計結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，儀表設(shè)計和制造要求較高。這種溫度計的測量范圍一般為400—2000℃，基本測量誤差為±1%。第十八頁，共98頁。第三節(jié)流量檢測儀表流量是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的數(shù)量，即瞬時流量。瞬時流量在某一時段的累積量稱為累積流量(總流量)。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來表示。第十九頁，共98頁。流量檢測的主要方法(1)測體積流量

◆容積法：它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)。如：如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計

◆速度法：以測量流全在管道中的流速作為測量依據(jù)來計算流量的儀表。差壓式(節(jié)流式)、旋渦式、渦輪式、聲學(xué)式、熱學(xué)式(2)測質(zhì)量流量

◆直接法直接測量質(zhì)量流量

◆間接法又稱推導(dǎo)法第二十頁，共98頁。一、差壓式流量計

節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，仍是目前煉油、化工生產(chǎn)中使用最廣的一種流量測量儀表。目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用有各種各樣的節(jié)流裝置，但應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘里管和文丘利噴嘴。第二十一頁，共98頁。第二十二頁，共98頁。差壓式流量計測量原理在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的，節(jié)流元件測量流量就是利用這個原理來實現(xiàn)的。根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)性原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫成：體積流量（2-1-11）質(zhì)量流量（2-1-12）式中M—質(zhì)量流量，kg/s;Q—體積流量，m3/sα—流量系數(shù)；ε—流束膨脹系數(shù)；F0—節(jié)流裝置開孔截面積，m2；ρ1—流體流經(jīng)節(jié)流元件前的密度，kg/m3;Δp—節(jié)流元件前后壓力差，即Δp=p1-p2,pa。第二十三頁，共98頁。差壓式流量計由節(jié)流元件、連接管路和差壓變送器組成一體，統(tǒng)稱為差壓式流量計。差壓變送器由兩部分組成，下半部分為測量部分，上半部分為轉(zhuǎn)換部分。測量部分包括測量室、測量元件（膜盒）等，轉(zhuǎn)換部分包括主杠桿、矢量機構(gòu)、副杠桿、差動變壓器、反饋機構(gòu)、調(diào)零裝置和放大器等。第二十四頁，共98頁。要使儀表的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以下幾點①差壓變送器的差壓和顯示儀表流量標(biāo)尺選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。②在測量蒸汽和氣體流量時，遇到工作條件的密度p與設(shè)計時的密度p0不相同，必須對示數(shù)進行修正。③顯示儀表測量值(差壓信號)要經(jīng)開方運算線性化處理后再送顯示儀表。④節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。⑤接至差壓變送器的差壓應(yīng)該與節(jié)流裝置前后差壓相一致，這就需要正確安裝差壓信號管路。（如后面圖示）第二十五頁，共98頁。被測流體為液體時

信號管路安裝示意圖

被測流體為氣體時信號管路安裝示意圖

被測流體為水蒸氣時信號管路安裝示意圖被測介質(zhì)具有腐蝕性時采用噴吹系統(tǒng)

第二十六頁，共98頁。二、腰輪流量計（羅茨流量計）

◆基本原理：通過測量元件把流體連續(xù)不斷地固體體積的單元液體，然后根據(jù)測量元件的動作次數(shù)給出流體的總量，即容積法測出出流體流量。

◆特點：1、可測液體、氣體流量，準(zhǔn)確度高，可達0.5-0.1級。2、體積大比較笨重；周期檢定比較困難；壓損大，運作中有振動。第二十七頁，共98頁。腰輪流量計的轉(zhuǎn)子象腰子，沒有齒，靠聯(lián)在轉(zhuǎn)子外的一對嚙合輪相互驅(qū)動，轉(zhuǎn)子不相接觸，有間隙，壽命較長。第二十八頁，共98頁。二、腰輪流量計（羅茨流量計）◆適用介質(zhì)：可用于各種清潔液體流量測量，無須直管段。如：石腦油、渣油、柴油、蠟油等。在焦化、常壓、瀝青等裝置都有應(yīng)用。主要用來測量不含固體雜質(zhì)的液體，如油類、冷凝液、樹脂和液態(tài)食品等粘稠流體的流量。對于高粘度介質(zhì)的流量，其他流量計很難測量，而容積式流量計卻能精確測量。精度可達±0.2%。第二十九頁，共98頁。第三十頁，共98頁。二、腰輪流量計（羅茨流量計）◆安裝注意：1、水平安裝羅茨軸，如果側(cè)圈磨損，影響精度。2、流體流向與流量計本體箭頭方向一致。3、設(shè)置旁路方便檢修；設(shè)過濾器避免雜質(zhì)損壞儀表。4、豎直安裝時上管段要短，防止雜質(zhì)沉淀。第三十一頁，共98頁。三、渦街流量計◆基本原理：渦街流量計是根據(jù)卡門渦街原理制成的。在流動的流體中插入一個非流線型柱狀物（如圓柱體或三角形柱體），則在柱體下游會產(chǎn)生兩列不對稱且又有規(guī)律的漩渦。該漩渦在柱體的側(cè)后產(chǎn)生、分開、形成漩渦列，通常稱作卡門渦街或卡門渦列。渦列的個數(shù)即渦街頻率和流體的流速成正比。因而，通過測量旋渦頻率，就可知道流體的流速，從而測出流體流量第三十二頁，共98頁。三、渦街流量計渦街流量計是由檢測器（圓柱或三角柱等）、放大器和轉(zhuǎn)換器等組成。

◆特點：管道內(nèi)無可動部件，壽命長、量程比大、壓力損失小。精度較高，量程比寬，可達100:1，安裝簡便，維護量小，故障極少。流速分布及脈動流影響測量，有直管段要求，檢測元件必要時清污。第三十三頁，共98頁。三、渦街流量計儀表示值幾乎不受溫度、壓力、密度、黏度及成分等影響。用水或空氣標(biāo)定的流量計可用于其他液體或氣體的流量測量而不用校正。渦街流量計適用于各種液體、氣體、蒸汽流量的測量。適用介質(zhì)：可用于測量水、蒸汽、氮氣等。我廠主要在水廠、空分、聚丙烯、亞砜等裝置。第三十四頁，共98頁。第三十五頁，共98頁。◆安裝注意：直管段要求一般前10D后5D。測量蒸汽要求蒸汽不能帶水，否則影響測量。第三十六頁，共98頁。四、電磁流量計

基本原理：是基于電磁感應(yīng)定律工作的，被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢Ex=KQ。感應(yīng)電勢Ex與被測介質(zhì)的體積流量Q成正比。電磁流量計由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，二者之間用連接線（勵磁線信號線）相互連接。第三十七頁，共98頁。電磁流量計的特點

測量導(dǎo)管內(nèi)無可動部件和阻流體，因而無壓損，無機械慣性，所以反應(yīng)十分靈敏。測量范圍寬，量程比一般為10：1，最高可達100：1。流速范圍一般為1~6m/s，也可擴展到0.5~10m/s.流量范圍可測每小時幾十毫升到十幾立方米，測量管徑范圍可從2mm到2400mm，甚至可達300mm.可測含有固體顆粒、懸浮物（如礦漿、煤粉漿、紙漿等）或酸、堿、鹽溶液等具有一定電導(dǎo)率的液體體積流量；也可測脈動流量；并可進行雙向測量。EX與Q成線性關(guān)系，故儀表具有均勻刻度，且流體的體積流量與介質(zhì)的物性（如溫度、壓力、密度、粘度等）、流動狀態(tài)無關(guān)，所以電磁流量計只需用水標(biāo)定后，即可用來測量其他導(dǎo)電介質(zhì)的體積流量而不用修正。第三十八頁，共98頁。電磁流量計局限性和不足

①使用溫度和壓力不能太高，具體使用溫度與管道襯里的材料發(fā)生膨脹、變形、變質(zhì)的溫度有關(guān)，一般不超過120℃；最高使用壓力取決于管道強度、電極部分的密封狀況以及法蘭的規(guī)格等，一般使用壓力不超過1.6MPa。②應(yīng)用范圍有限。電磁流量計不能用來測量氣體、蒸汽和石油制品等非導(dǎo)電流體的流量。③當(dāng)流速過低時，要把與干擾信號相同數(shù)量級的感應(yīng)電勢進行放大和測量是比較困難的，而且儀表也易產(chǎn)生零點漂移。因此，電磁流量計的滿量程流速的下限一般不得低于0.5m/s。④流速與速度分布不均勻時，將產(chǎn)生較大的測量誤差。因此，在電磁流量計前必須有個適當(dāng)長度的直管段，以消除各種局部阻力對流速分布對稱性的影響。第三十九頁，共98頁。第四十頁，共98頁。安裝注意1、可垂直、水平、傾斜安裝。最好垂直安裝，減少由于液體流過在電極上出現(xiàn)氣泡造成誤差；安裝位置要選擇在任何時候測量導(dǎo)管內(nèi)都充滿液體。在垂直的工藝管道上安裝時，被測介質(zhì)的流向應(yīng)自下而上，在水平和傾斜的工藝管道上安裝時，兩個測量電極不應(yīng)在工藝管道的正上方和正下方位置；上游直管段的長度應(yīng)大于5倍工藝管道內(nèi)徑。2、信號微弱要求接地嚴(yán)格。遠離磁源、不能有振動；流量計、被測介質(zhì)及工藝管道三者之間應(yīng)連成等電位，并應(yīng)接地。

第四十一頁，共98頁。五、超聲波流量計

利用超聲波測量流體的流速、流量的技術(shù)，不僅僅用于工業(yè)計量，而且也廣泛地應(yīng)用在醫(yī)療、海洋觀測、河流等各種計量測試中?；驹恚哼\用多普勒方法，通過測量超聲脈沖傳播時間差，得出介質(zhì)流速，進而就能求出流量。屬于速度式流量計。在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器與接收器。當(dāng)聲波與流體流動方向一致時（即順流方向），其傳播速度為(c+u)；而聲波傳播方向與流體流動方向相反（即逆流方向）時，其傳播速度為(c-u)。聲波在流體中的傳播速度C已知，只要測出時差Δt便可求出流速u，進而就能求出流量Q。第四十二頁，共98頁。第四十三頁，共98頁。超聲波流量計的主要特點流體中不插入任何元件，對流束無影響，也沒有壓力損失；能用于任何特別是具有高粘度、強腐蝕，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體流量；對于大口徑管道的流量測量，不會因管徑大而增加投資；量程比較寬，可達5：1；輸出與流量之間呈線性等優(yōu)點。第四十四頁，共98頁。超聲波流量計的缺點當(dāng)被測液體中含有氣泡或有雜音時，將會影響聲的傳播，降低測量精度；超聲波流量計實際測定的流體流速，當(dāng)流速分布不同時，將會影響測量精度，故要求變送器前后分別應(yīng)有10D和5D的直管段；此外，它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。第四十五頁，共98頁。適用介質(zhì)：可用于測量自來水、工業(yè)用水、冷卻循環(huán)水、軟化水、污水、飲料等。我廠主要在硫磺、水廠等裝置。安裝注意：1、換能器安裝遠離氣泡及漂浮物，水平直管段要求一般前5D后2D。2、避開共振、電磁干擾環(huán)境，測量管和控制器間電纜要短避免信號衰減干擾，流量井要有標(biāo)志第四十六頁，共98頁。六、質(zhì)量流量計

基本原理：20世紀(jì)80年代，美國Micromotion公司首先開發(fā)出來。質(zhì)點在旋轉(zhuǎn)參照系中直線運動時，同時受旋轉(zhuǎn)角速度和直線速度的作用即受到科里奧利力（科氏力）作用F=2mw*u。一般由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，流體流過U型管產(chǎn)生電磁激勵振蕩和形變，通過轉(zhuǎn)換器將這種變化轉(zhuǎn)換成電信號。第四十七頁，共98頁。第四十八頁，共98頁。特點

1、管道內(nèi)無可動部件，可靠性高，可直接測量質(zhì)量流量。2、量程比寬、精度較高，可達1%，安裝簡便，維護量小，故障極少。對示值不用加以理論的或人工經(jīng)驗的修正；輸出信號僅與質(zhì)量流量成比例，而與流體的物性（如溫度、壓力、黏度、密度、雷諾數(shù)等）無關(guān)；與環(huán)境條件（如溫度、濕度、大氣壓等）無關(guān)；只需檢測、處理一個信號（即儀表的輸出信號），就可進行遠傳和控制。第四十九頁，共98頁。適用介質(zhì)：可用于測量腐蝕性、臟污介質(zhì)、懸浮液，兩相流體（氣體含量小于10%）等，如硫酸、硫醚、甲醇、油、液化氣等。我廠主要在催化、氣分、重整加氫、液化氣站、亞砜等裝置。安裝注意：1、可水平、垂直安裝，垂直效果好，停用時管道無積液，防止結(jié)垢。2、無直管段要求，但必須充滿液體，出口應(yīng)有10-20KPa的背壓。第五十頁，共98頁。第四節(jié)壓力檢測1、壓力概念及其單位

在物理學(xué)中,將氣或液相的介質(zhì)，垂直作用于單位面積上的壓力稱為“壓強”。在工程上，壓力定義為垂直均勻地作用于單位面積上的力，用符號P表示。所以工程技術(shù)中的壓力與物理學(xué)中的壓強概念相同。在國際單位制中定義1N垂直作用于1m2面積上所形成的壓力為l帕斯卡(簡稱“帕”，符號Pa)。

第五十一頁，共98頁。(2)壓力的表示方法

壓力有絕對壓力、表壓力、負壓或真空度三種表示方法，其關(guān)系如下圖。

第五十二頁，共98頁。絕對壓力是指物體所受的實際壓力。表壓力是指一般壓力儀表所測得的壓力。P表壓=P絕對壓力一P大氣壓力真空度是指大氣壓與低于大氣壓的絕對壓力之差，是負的表壓(負壓)，即P真空度=P大氣壓力一P絕對壓力第五十三頁，共98頁。壓力儀表分類壓力檢測的方法很多，按敏感元件和轉(zhuǎn)換原理的特性不同，一般分為四類：（1）液柱壓力計。它是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，把被測壓力或差壓轉(zhuǎn)換成液體高度（差），壓力計一般采用充有水或水銀的玻璃U形管或單管。（2）彈性式壓力儀表。它是根據(jù)彈性元件受力變形的原理，將被測壓力轉(zhuǎn)換成彈性元件的位移，并通過機械傳動機構(gòu)直接帶動指針。常見的彈性式壓力計有彈簧管壓力儀表、膜盒壓力儀表、波紋管壓力儀表等。第五十四頁，共98頁。（3）電遠傳式壓力儀表。這類儀表的敏感元件一般也是彈性元件，通過進一步應(yīng)用轉(zhuǎn)換元件（或裝置）和轉(zhuǎn)換電路將與被測壓力成正比的彈性元件的位移轉(zhuǎn)換成電信號輸出，實現(xiàn)信號的遠距離輸送。常見的有力平衡式壓力變送器、電容式壓力變送器、霍爾式壓力傳感器等。（4）物性型壓力傳感器。它是基于在壓力作用下，敏感元件的某些物理特性發(fā)生變化的原理。常見的物性型壓力傳感器有應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器等。第五十五頁，共98頁。第五節(jié)物位檢測物位測量儀表的種類很多，如果按液位、料位、界面可分為：①測量液位的儀表：玻璃管（板）式、稱重式、浮力式（浮筒、浮球、浮標(biāo)）、靜壓式（壓力式、差壓式）電容式、電阻式、超聲波式、放射性式、激光式及微波式等②測量界面的儀表：浮力式、差壓式、電極式和超聲波式等；③測量料位的儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等第五十六頁，共98頁。一、浮力式液位計

◆測量原理：浮力式液位計是根據(jù)浮在液面上的浮球或浮標(biāo)隨液位的高低而產(chǎn)生上下位移，或浸于液體中的浮筒隨液位變化而引起浮力的變化原理而工作的。◆浮力式液位計分兩種：（1）恒浮力式液體計：恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并跟隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。如浮球、浮標(biāo)式等。第五十七頁，共98頁。（2）變浮力式液位計：變浮力式液位計（浮筒式液位計）的檢測元件是沉浸在液體中的浮筒，它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動氣動或電動元件，發(fā)出信號給顯示儀表，以指示被測液面值，浮筒液面計應(yīng)垂直安裝。其垂直度允許偏差為2/1000。安裝高度應(yīng)使正常液位或分界液位處于浮筒中心，并便于操作和維修。第五十八頁，共98頁。二、差壓式液位計◆測量原理：差壓式液位計是利用容器內(nèi)液位改變時，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。差壓式液位計主要用于密閉有壓容器的液位測量?！舨顗菏揭何挥嫷奶攸c是：①檢測元件在容器中幾乎不占空間，只需在容器壁上開一個或兩或兩個孔即可；②檢測元件只有一、兩根導(dǎo)壓管，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，便于操作維護，工作可靠；③采用法蘭式差壓變送器可以解決高粘度、易凝固、易結(jié)晶、腐蝕性、含有懸浮物介質(zhì)的液位測量問題；④差壓式液位計通用性強，可以用來測量壓力和流量等參數(shù)。第五十九頁，共98頁。當(dāng)差壓計一端接液相，另一端接氣相時，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，有：PB=PA+ρgH

?P=PB-PA=ρgH在一般情況下，被測介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計測得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測量液位高度的問題變成了測量差壓的問題。第六十頁，共98頁。零點遷移問題采用差壓式液位計測量液位時，由于安裝位置不同，一般情況下均會存在零點遷移問題。包括正遷移和負遷移兩種情況第六十一頁，共98頁。液位測量的正遷移

液位測量的負遷移

正遷移:當(dāng)差壓式液位計的取壓口低于儲槽底部

P1=PB+hopg=PA+hρg+hoρgP2=PAΔP=P1-P2=hρg+hoρg負遷移:當(dāng)差壓式液位計的取壓口高于儲槽底部

P1=PA+hρ1g+hoρ2gP2=PA+h1ρ2gΔP=P1-P2=hρ1g-（h1-ho）ρ2g第六十二頁，共98頁。用差壓式液位計測分界面原理圖利用差壓式液位計還可以測量液體的分界面

P1=h0ρ2g+(h1+h2)ρ1gP2=(h2+h1+h0)ρlg

Δp=Pl-P2=ρ0g(ρ2-ρ1)

第六十三頁，共98頁。使用差壓計測量液位時，必須注意以下兩個問題：①遇到含有雜質(zhì)、結(jié)晶、凝固或易自聚的被測介質(zhì)，用普通的差壓變送器可能引起連接管線的堵塞，此時，需要采用法蘭式差壓變送器。②當(dāng)差壓變送器與容器之間安裝隔離罐時，需要進行零點遷移。第六十四頁，共98頁。三、超聲波液位計◆測量原理：超聲波物位計就是根據(jù)聲波從發(fā)射至接收到反射回波的時間間隔與物位高度成比例的原理來檢測物位的。當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，在密度不同、聲速不同的分界面上傳播方向要發(fā)生改變，即一部分被反射。當(dāng)聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的情況，由于兩種介質(zhì)的密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射。第六十五頁，共98頁。聲波換能器通過壓電晶體發(fā)射超聲脈沖，并接收來自被測介質(zhì)表面的回波，通過測量發(fā)射及接收的時間間隔來完成物位的準(zhǔn)確測量。若設(shè)探頭到液面的距離為H，聲波在液體中的傳播速度為u，則有以下關(guān)系：H=ut/2對于一定的液體來說，速度u是已知的，因此，只要聲速C一定，便可以用測量時間的方法來確定出H的高度。第六十六頁，共98頁。超聲波液位計主要特點

①超聲波物位無可動部分，探頭的壓電晶片雖振動，但振幅很小，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長。②儀表不受濕度、粘度的影響，并與介質(zhì)的介電系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等無關(guān)。③可測范圍廣，液體、粉末、塊體（固體顆粒）的物位都可測量。④檢測元件（探頭）不接觸被測介質(zhì)，因此，此表適用于強腐蝕性、高粘度、有毒介質(zhì)和低溫介質(zhì)的物位和界面測量。第六十七頁，共98頁。超聲波液位計局限性◆檢測元件不能承受高溫，聲速又受介質(zhì)的溫度、壓力的影響，大部分超聲變送器都只能在常溫常壓下使用，少數(shù)高檔的可在溫度范圍上稍有擴充?！粲行┍粶y介質(zhì)對聲波吸收能力很強，故它的應(yīng)用有一定的局限性?！綦娐窂?fù)雜，造價較高◆罐內(nèi)有無蒸汽、粉塵及攪拌，容器形狀及安裝位置。第六十八頁，共98頁。四、導(dǎo)波雷達液位計◆測量原理：雷達是通過發(fā)射和接收電磁波來測量物位的。而電磁波的傳播速度是恒定的，不受具體工況條件的影響。第六十九頁，共98頁。導(dǎo)波雷達特點：能耗低；不受液面波動及障礙物的影響；介質(zhì)介電常數(shù)的變化對測量無明顯影響；不受霧氣、泡沫、掛料的影響，以及不受介質(zhì)密度變化的影響。在導(dǎo)波雷達選型時，應(yīng)注意幾點：介質(zhì)的介電常數(shù)、黏度、溫度等。不能測量液化氣等。第七十頁，共98頁。第二章調(diào)節(jié)閥控制儀表調(diào)節(jié)閥工藝過程檢測儀表給定值偏差被測變量調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，它是過程控制系統(tǒng)中用動力操作去改變流體流量的裝置。第七十一頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥組成調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥體兩部分組成?！魣?zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動裝置，它按信號壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從而帶動調(diào)節(jié)閥的閥芯動作?！糸y體部分是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥芯的動作改變調(diào)節(jié)閥節(jié)流面積，達到調(diào)節(jié)流量的目的。第七十二頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥分類

按用途和作用分類

a.兩位閥：主要用于關(guān)閉或接通介質(zhì)；

b.調(diào)節(jié)閥：主要用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)。選閥時，需要確定調(diào)節(jié)閥的流量特性；

c.分流閥：用于分配或混合介質(zhì)；

d.切斷閥：通常指泄漏率小于十萬分之一的閥。第七十三頁，共98頁。按主要參數(shù)分類

1按壓力分類

(1)真空閥：工作壓力低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；

(2)低壓閥：公稱壓力PN≤1.6MPa；

(3)中壓閥：PN2.5～6.4MPa；

(4)高壓閥：PNl0.0～80.OMPa，通常為PN22、PN32；

(5)超高壓閥：PN≥IOOMPa。

2按介質(zhì)工作溫度分類

(1)高溫閥：t＞450℃；

(2)中溫閥：220℃≤t≤450℃；

(3)常溫閥：－40℃≤t≤220℃；④低溫閥：－200℃≤t≤－40℃。第七十四頁，共98頁。常用分類法

這種分類方法既按原理、作用又按結(jié)構(gòu)劃分，是目前國內(nèi)、國際最常用的分類方法。一般分為九個大類：

(1)單座調(diào)節(jié)閥：只有一個閥芯和一個閥座

(2)雙座調(diào)節(jié)閥：有兩個閥芯和閥座

(3)套筒調(diào)節(jié)閥：

(4)角形調(diào)節(jié)閥；

(5)三通調(diào)節(jié)閥；

(6)隔膜閥：流量特性接近于快開特性

(7)蝶閥：流量特性接近于快開特性

(8)球閥：分為O形球閥和V型球閥

(9)偏心旋轉(zhuǎn)閥。前6種為直行程，后三種為角行程。

這九種產(chǎn)品亦是最基本的產(chǎn)品，也稱為普通產(chǎn)品、基型產(chǎn)品或標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。各種各樣的特殊產(chǎn)品、專用產(chǎn)品都是在這九類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上改進變型出來的。第七十五頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥的選擇根據(jù)工藝條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)根據(jù)工藝對象特點，選擇合適的流量特性根據(jù)工藝操作參數(shù)，選擇合適的閥門尺寸根據(jù)閥桿受力大小，選擇足夠推力的執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)工藝過程要求，選擇合適的輔助裝置第七十六頁，共98頁?？刂崎y的閥部分由閥的內(nèi)件和閥體組成，閥的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋上閥蓋和填料函用于對閥桿密封和對閥桿進行導(dǎo)向，防止工藝介質(zhì)沿控制閥門的閥桿這個可動部件向外泄漏，它是閥體不可分割的一部分。

調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)和材質(zhì)第七十七頁，共98頁。常規(guī)的上閥蓋結(jié)構(gòu)形式一般有四種：普通型：適用于常溫，工作溫度：-20~200℃散熱片型：適用于高溫或低溫，工作溫度：-60~450℃長頸型：適用于深度冷凍場合，工作溫度：-60~-250℃波紋管密封型：適用于有毒性、易揮發(fā)或貴重流體，填料函一般為聚四氟乙烯或柔性石墨。第七十八頁，共98頁。填料的選擇也是一個問題，填料選擇不當(dāng)，控制閥的摩擦力增大而導(dǎo)致控制閥死區(qū)增大或者很容易使閥桿密封失效。

因此，選擇控制閥，除了閥體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、執(zhí)行機構(gòu)、口徑計算外，還應(yīng)根據(jù)控制流體的壓力、溫度、壓差、流體的性質(zhì)，合理選擇上閥蓋的結(jié)構(gòu)形式和填料函，以防止流體沿著控制閥閥桿泄漏出來，即應(yīng)充分考慮閥桿密封的性能和使用壽命。這在工程設(shè)計中顯得非常重要。第七十九頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥口徑選擇口徑大小直接決定介質(zhì)流過的能力口徑過大，正常流量時閥門處于小的開度，閥的特性不好；口徑過小，正常流量時閥門處于大的開度，閥的特性也不好。通過計算閥的流通能力，并且保證具有一定的余量，具有較寬的可控范圍。

第八十頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比：是指調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量和最小流量的比值。調(diào)節(jié)閥的流量特性：是指被測介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系：F/Fmax=f（l/L）其中：F/Fmax：相對流量，即為調(diào)節(jié)閥某一開度流量與全開流量之比。l/L：相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程與全開行程之比。第八十一頁，共98頁。理想流量特性理想流量特性：調(diào)節(jié)閥前后壓差恒定情況下的流量特性。典型理想流量特性有：1、快開流量特性：在閥開度較小時就有較大的流量，隨著開度的增長，流量很快達到最大。2、直線流量特性：指調(diào)節(jié)閥的相對流量與相對位移成直線關(guān)系，即單位位移變化所引起的流量變化是常數(shù)。3、拋物線流量特性：指調(diào)節(jié)閥的單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量值的平方根成正比關(guān)系。一般用的較少4、等百分比（對數(shù)）流量特性：指調(diào)節(jié)閥的單位相對位移的變化所引起的相對流量變化與此點的相對流量成正比關(guān)系。即調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)是變化的，它隨相對流量的增大而增大。第八十二頁，共98頁。1243理想流量特性Q/Qmax%1、快開2、直線3、拋物線4、等百分比（對數(shù)）第八十三頁，共98頁。快開流量特性特點：適用于快速啟閉的切斷閥或雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。隔膜閥的流量特性接近于快開特性。直線流量特性特點：閥門在開度小時流量相對變化值大，靈敏度高，不易控制，甚至發(fā)生震蕩；而在大開度時，流量相對變化值小，調(diào)節(jié)緩慢，不夠及時。等百分比（對數(shù)）流量特點特性：閥門在開度小時，調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)小，調(diào)節(jié)平緩；在大開度時調(diào)節(jié)閥放大系數(shù)大，調(diào)節(jié)靈敏有效。碟閥的流量特性接近于等百分比特性第八十四頁，共98頁。調(diào)節(jié)閥作用方式選擇氣動調(diào)節(jié)閥有風(fēng)開、風(fēng)關(guān)兩種方式風(fēng)開閥：有風(fēng)時閥打開；無風(fēng)時閥關(guān)閉風(fēng)關(guān)閥：有風(fēng)時閥關(guān)閉；無風(fēng)時閥打開調(diào)節(jié)閥到底選擇風(fēng)開閥還是風(fēng)關(guān)閥，是從保證生產(chǎn)安全來考慮的，不得隨意更改第八十五頁，共98頁。氣動執(zhí)行機構(gòu)作用形式氣動執(zhí)行機構(gòu)有正作用、反作用兩種作用形式正作用：信號壓力增加時推桿向里動作的叫正作用執(zhí)行機構(gòu)；反作用：信號壓力增加時推桿向外動作的叫反作用執(zhí)行機構(gòu)。第八十六頁，