河南工業(yè)大學(xué)過(guò)程控制05

河南工業(yè)大學(xué)過(guò)程控制05第一頁(yè)，共34頁(yè)。本節(jié)內(nèi)容所處位置及講授方法避免與《檢測(cè)技術(shù)》課程內(nèi)容重復(fù)，僅概要介紹概念和原理。重點(diǎn)介紹儀表選型及工程應(yīng)用。第二頁(yè)，共34頁(yè)。壓力的基本概念過(guò)程控制中的壓力即壓強(qiáng)。

壓力的單位有帕（Pa）、兆帕（MPa）、巴（bar）等。國(guó)內(nèi)用戶常用“公斤”，應(yīng)注意用戶習(xí)慣。

壓力的表示方式有三種：絕對(duì)壓力Pa，物體所承受的實(shí)際壓力，其零點(diǎn)為絕對(duì)真空。

表壓力P，指高于大氣壓力時(shí)的絕對(duì)壓力與大氣壓力之差。

真空度（負(fù)壓）Ph，大氣壓力與低于大氣壓力時(shí)的絕對(duì)壓力之差。

第三頁(yè)，共34頁(yè)。過(guò)程控制中壓力檢測(cè)常用方法1.應(yīng)變片式壓力檢測(cè)2.擴(kuò)散硅壓力傳感器，使用最廣。其他方法：彈性式、液柱式等，多用于就地指示，不便遠(yuǎn)傳。第四頁(yè)，共34頁(yè)。

應(yīng)變片式壓力檢測(cè)基于應(yīng)變片（電阻體）受力變形，阻值發(fā)生變化的原理。測(cè)量范圍寬，可達(dá)數(shù)百M(fèi)Pa，多用于固體壓力測(cè)量。第五頁(yè)，共34頁(yè)。擴(kuò)散硅式壓力傳感器

在半導(dǎo)體材料的基片上利用集成電路工藝制成擴(kuò)散電阻，受外力用時(shí)，擴(kuò)散電阻的電阻率變化而導(dǎo)致阻值改變。主要優(yōu)點(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，易集成，價(jià)格便宜。應(yīng)用廣泛，約占液體、氣體壓力檢測(cè)的80%以上。第六頁(yè)，共34頁(yè)。壓力傳感器的安裝

測(cè)點(diǎn)要選在前后有足夠長(zhǎng)的直管段上。取壓管端面與管道連接處的內(nèi)壁應(yīng)平齊，不應(yīng)有凸出物或毛刺。

引壓導(dǎo)管不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不大于50m；引壓導(dǎo)管不宜過(guò)細(xì)，一般采用內(nèi)徑為10～15mm的無(wú)縫鋼管。

測(cè)點(diǎn)與壓力傳感器之間應(yīng)加裝閘閥，以備檢修壓力傳感器時(shí)使用，且應(yīng)盡量靠近測(cè)點(diǎn)一側(cè)。

第七頁(yè)，共34頁(yè)。其他安裝注意事項(xiàng)在測(cè)量蒸汽壓力時(shí)，應(yīng)加裝凝汽管，以防止高溫蒸汽與測(cè)壓元件直接接觸；對(duì)于有腐蝕性的介質(zhì)，應(yīng)加裝充有中性介質(zhì)的隔離罐。針對(duì)被測(cè)介質(zhì)的不同性質(zhì)（臟污、結(jié)晶、粘稠等），應(yīng)采取相應(yīng)的防堵等措施，并注意日常維護(hù)。第八頁(yè)，共34頁(yè)。流量的基本概念單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的流體數(shù)量，稱為瞬時(shí)流量。

當(dāng)流體的數(shù)量以體積表示時(shí)，稱體積流量。過(guò)程控制中使用很多。當(dāng)流體的數(shù)量以質(zhì)量表示時(shí)，稱質(zhì)量流量。

在某一段時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的流體總和稱為總（流）量或累積流量。一般只用于計(jì)量考核，不參于過(guò)程控制。

第九頁(yè)，共34頁(yè)。流量的測(cè)量方式節(jié)流式流量計(jì)電磁流量計(jì)旋渦（渦街）流量計(jì)其他流量計(jì)第十頁(yè)，共34頁(yè)。節(jié)流式流量計(jì)基于節(jié)流變壓降原理，由節(jié)流件、導(dǎo)壓管及差壓檢測(cè)儀表組成。最常用的節(jié)流件：孔板、噴嘴及文丘利管。差壓式流量計(jì)的流量基本方程式是根據(jù)流體力學(xué)中伯努力方程和流動(dòng)連續(xù)性方程推導(dǎo)出來(lái)的。

第十一頁(yè)，共34頁(yè)。伯努利方程

流速為υ，密度為ρ，靜壓力為p，則當(dāng)流體充滿水平管道流動(dòng)時(shí)，其能量方程為第一項(xiàng)為靜壓能，第二項(xiàng)為動(dòng)壓能（動(dòng)能）。在同一管道的任一橫截面上，流體動(dòng)能及其靜壓能的總和不變。在一定條件下，這兩種形式的能量可以在總能量不變的前提下相互轉(zhuǎn)換。

第十二頁(yè)，共34頁(yè)。流量與壓差之間的關(guān)系

流量與流體流過(guò)節(jié)流件前后所產(chǎn)生壓差的平方根成正比例關(guān)系

為流量系數(shù)；為可膨脹性系數(shù)；為節(jié)流件的開孔面積；為流體密度；為節(jié)流裝置前后的壓差。第十三頁(yè)，共34頁(yè)。差壓流量計(jì)節(jié)流件的安裝務(wù)必使節(jié)流裝置前后保持足夠的直管段，使被測(cè)介質(zhì)在節(jié)流前后保持穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)；在節(jié)流裝置附近不允許安裝測(cè)溫元件或開取樣口；

節(jié)流件的開孔與管道的軸線應(yīng)同心，節(jié)流件的端面與管道的軸線垂直；

管道內(nèi)流體必須充滿管道且為單向流動(dòng)；流體不能含有顆粒、纖維等雜質(zhì)。第十四頁(yè)，共34頁(yè)。電磁流量計(jì)及其原理根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成，用來(lái)測(cè)量管道中導(dǎo)電性液體體積流量。電磁流量計(jì)的感應(yīng)電勢(shì)與流量成線性關(guān)系：第十五頁(yè)，共34頁(yè)。電磁流量計(jì)的特點(diǎn)電磁流量計(jì)的測(cè)量管道內(nèi)無(wú)節(jié)流部件，具有如下特點(diǎn)：不堵塞，可測(cè)帶顆粒、纖維等雜質(zhì)的導(dǎo)電液體；維護(hù)方便，壽命長(zhǎng)；沒(méi)有測(cè)量滯后現(xiàn)象。第十六頁(yè)，共34頁(yè)。電磁流量計(jì)的安裝要求

必須保證被測(cè)液體完全充滿測(cè)量導(dǎo)管：在水平安裝時(shí)，應(yīng)低于管道；垂直安裝時(shí)，液體流動(dòng)方向應(yīng)從下往上。

一般要求在變送器前后有長(zhǎng)度為3～5倍管道直徑的直管段；要求安裝地點(diǎn)遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)。

第十七頁(yè)，共34頁(yè)。旋渦（渦街）流量計(jì)

利用流體自然振蕩的原理：當(dāng)流體以足夠大的流速流過(guò)垂直于流體流向的物體時(shí)，若該物體的幾何尺寸適當(dāng)，則在物體的后面，沿兩條平等直線上產(chǎn)生整體排列、轉(zhuǎn)向相反的渦列。渦列的個(gè)數(shù)，即渦街頻率，和流體的速度成正比。通過(guò)測(cè)旋渦頻率，就可知道流體的流速，從而測(cè)出流體的流量。

第十八頁(yè)，共34頁(yè)。其他流量計(jì)第十九頁(yè)，共34頁(yè)。流量計(jì)的選擇注意防堵，測(cè)導(dǎo)電液體流量應(yīng)優(yōu)先考慮使用電磁流量計(jì)。差壓、旋渦、轉(zhuǎn)子或渦輪流量計(jì)只用于潔凈流體的測(cè)量。過(guò)程控制中，流量檢測(cè)往往作為復(fù)雜過(guò)程控制系統(tǒng)的局部回路，如串級(jí)控制的內(nèi)環(huán)，對(duì)儀表精度要求往往不很嚴(yán)格。質(zhì)量流量計(jì)價(jià)格昂貴，在工藝要求允許的情況下優(yōu)先選擇體積式流量計(jì)。微小流量下，流量開關(guān)與流量計(jì)的選擇。第二十頁(yè)，共34頁(yè)。物位測(cè)量

浮力式靜壓式電容式超聲波式雷達(dá)式等第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。ENRAF浮力式石油儲(chǔ)罐液位計(jì)第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。超聲波傳感器在液位測(cè)量中的應(yīng)用第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。超聲波傳感器在物位測(cè)量中的應(yīng)用第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。物位計(jì)的選擇測(cè)量有沉淀液體時(shí)，不宜采用靜壓式，優(yōu)先選擇超聲波式或雷達(dá)式。電容式物位計(jì)，不適用于測(cè)量在電極上可能粘附粘稠介質(zhì)或介電常數(shù)變化大的介質(zhì)。超聲波式物位計(jì)，不與介質(zhì)接觸，適用范圍寬。但應(yīng)注意被測(cè)液體表面不能有泡沫，并注意測(cè)量盲區(qū)。在灰塵大的場(chǎng)合，還可考慮重錘式等其他物位計(jì)。第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。成分分析儀表

工廠中常用的成分自動(dòng)分析儀表：各種氣體分析儀、酸度計(jì)（PH計(jì)）等。例如：

氧化鋯式氧量分析儀：分析煙氣中的含氧量。

紅外線氣體分析儀：吸收紅外線的輻射能，氣體溫度升高，利用這種轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定某氣體吸收了多少紅外線輻射能，從而確定混合物中某氣體的含量?？蓽y(cè)量CO、CO2、CH4等。工業(yè)酸度計(jì)：測(cè)定位于被測(cè)溶液中的兩電極間的電位差反映PH值。第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。成份分析儀表舉例第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。在線成份分析儀使用注意事項(xiàng)

取樣及預(yù)處理要保證取出樣品的代表性（representative)，為減小測(cè)量時(shí)滯，取樣管線應(yīng)盡量短。

測(cè)量滯后問(wèn)題

力求選用響應(yīng)速度快的分析儀表和滯后小的取樣及預(yù)處理系統(tǒng)。

分析儀的標(biāo)定

必須定期標(biāo)定儀表。第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。國(guó)際著名儀表供應(yīng)商Emerson/Rosemount分析儀器、壓力、流量、物位Yokogawa

分析儀器、流量、壓力ABB分析儀器、流量Siemens分析儀器、流量Endress+Hauser流量、物位Honeywell壓力、溫度Krohne流量FCI

流量Berthold

Technologies物位（核輻射式）第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。優(yōu)秀服務(wù)供應(yīng)商（優(yōu)秀=5.0）

4.5Emerson/Micro

Motion

Analyzer，密度/濃度Siemens/Applied

Automation

Analyzer，煙道氣體/氣體排放Endress+Hauser，渦街流量計(jì)

Enraf

Level

Gauge，盤庫(kù)級(jí)Yokogawa，壓力變送器4.4Emerson/Micro

Motion，科里奧利流量計(jì)Emerson/Rosemount，核輻射物位儀表Endress+Hauser，點(diǎn)式物位開關(guān)Emerson/Rosemount，熱點(diǎn)偶第三十頁(yè)，共34頁(yè)。儀表技術(shù)的發(fā)展

在線分析儀表越來(lái)越多；軟測(cè)量（Soft-Sensing）技術(shù)的發(fā)展，基本思路