化工儀表基礎培訓

化工儀表

LOGO第1頁，共72頁。儀表基礎知識現(xiàn)場儀表目錄LOGO第2頁，共72頁。儀表基礎知識LOGO化工生產(chǎn)過程中，往往是在密閉的管道和設備中，連續(xù)的進行著物理或化學變化，具有高溫、高壓、易燃易爆等特點，必須借助于各類儀表及自動化裝置進行自動化生產(chǎn)，才能確保生產(chǎn)穩(wěn)定、可靠、安全化工儀表及自動化裝置包含自動檢測、自動保護、自動控制三方面，主要由各類儀表、聯(lián)鎖裝置、PLC及DCS控制系統(tǒng)等硬件及相應軟件來完成上述功能。儀表概述第3頁，共72頁。儀表基礎知識

化工儀表，對化工、煉油等生產(chǎn)過程中的各種變量(P、T、L、F、A等)進行自動檢測、顯示和控制的儀表儀表定義第4頁，共72頁。溫度、壓力、流量、液位、分析儀表基礎知識LOGO儀表參數(shù)第5頁，共72頁。性能指標變差靈敏度重復性精確度可靠性儀表基礎知識穩(wěn)定性第6頁，共72頁。儀表基礎知識LOGO字母首位字母后繼字母被測變量或引發(fā)變量修飾詞讀出功能輸出功能修飾詞P

壓力、真空連接或測試點F流量比率（比值）T溫度傳送或變送L物位燈低限、低值A分析報警C電導率控制D密度差設備G毒性氣體或可燃氣體（E）觀察H手動高限、高值E電壓或電動勢檢測元件第7頁，共72頁。儀表基礎知識LOGO字母首位字母后繼字母被測變量或引發(fā)變量修飾詞讀出功能輸出功能I

電流指示J功率掃描K時間、時間程序變化速率操作器Q數(shù)量計算、累計R核輻射記錄、DCS趨勢記錄S速度、頻率安全開關、聯(lián)鎖V振動閥門W重量、力套管XX軸Y事件、狀態(tài)Y軸繼電、計算、轉換器Z位置、尺寸Z軸驅動器、執(zhí)行元件第8頁，共72頁。DCS其它(圖紙標號）添加二級標題儀表基礎知識LOGO示例現(xiàn)場應用第9頁，共72頁。儀表基礎知識儀表工能溫度溫差壓力或真空壓差流量物位分析指示TITdIPIPdIFILIAI指示調(diào)節(jié)TICTdZTCPICPdICFICLICAIC指示報警TIATdIAPIAPdIAFISALISAAISA指示聯(lián)鎖報警TISATdISAPISAPdISAFISALISAAISA控制變送TCTTdCTPCTPdCTFCTLCTACT報警TATdAPAPdAFALAAA聯(lián)鎖報警TSATdSAPSAPdSAFSALSAASA記錄TRTdRPRPdRFRLRAR記錄控制TRCTdRCPRCPdRCFRCLRCARC記錄報警TRATdRAPRAPdRAFRALRAARA記錄聯(lián)鎖報警TRSATdRSAPRSAPdRSAFRSALRSAARSA第10頁，共72頁。儀表基礎知識1、儀表位號組成在檢測、控制系統(tǒng)中，構成一個回路的每個儀表（或元件）都應有自己的儀表位號，儀表位號由字母代號組合和回路編號兩部分組成示例：TRC-101

序號（一般由兩位數(shù)字，也可用三位）車間代號（可以1位也可以兩位）功能字母代號被測變量字母代號第11頁，共72頁。信號傳遞形式AI：模擬量輸入（電流、電壓信號）AO：模擬量輸出（電流、電壓信號）DI：數(shù)字量輸入（開關量）DO：數(shù)字量輸出（開關量）PI：脈沖量輸入（頻率信號）PO：脈沖量輸出（頻率信號其它儀表基礎知識信號傳遞形式第12頁，共72頁。儀表基礎知識

儀表設備與DCS或PLC控制系統(tǒng)要通訊的話，必須要經(jīng)過一定的物理連接來實現(xiàn)（除無線信號外），即各種網(wǎng)絡通訊，才能與系統(tǒng)通訊。簡單的說，一般的DCS控制系統(tǒng)的接線為：首先控制層（各種現(xiàn)場測量的儀表、或控制閥），通過儀表上的信號線接線到端子柜，然后由端子柜接到把信號接到各種控制卡件（AI、AO、DI、DO），各卡件的信號通過通訊網(wǎng)絡把信號傳到DCS控制器上，然后控制器通過交換機把信號傳到以太網(wǎng)上，以太網(wǎng)上的各種信號再與服務器通訊，服務器的數(shù)據(jù)就可以傳到操作員站或工程師站，通過工程師站就可以對現(xiàn)場進行組態(tài)，通過操作員站就可以對現(xiàn)場進行監(jiān)控或屬于本權限內(nèi)的區(qū)域進行操作。不過一些特殊的場合，需要防爆或隔離，就要用到隔離器或安全柵進行信號處理第13頁，共72頁。儀表基礎知識第14頁，共72頁。安全柵定義定義

限制回路電能量，從而實現(xiàn)本質安全防爆功能的回路限能關聯(lián)設備，通常被稱為安全柵。安裝安裝位置：安全柵安裝于安全場所，接收來自危險區(qū)的信號,輸出安全信號到安全區(qū)或危險區(qū)。定義

限制回路電能量，從而實現(xiàn)本質安全防爆功能的回路限能關聯(lián)設備，通常被稱為安全柵。安裝安裝位置：安全柵安裝于安全場所，接收來自危險區(qū)的信號,輸出安全信號到安全區(qū)或危險區(qū)。結構

安全柵的結構形式：常見的分為齊納式和隔離式安全柵。第15頁，共72頁。定義齊納安全柵電路中采用快速熔斷器、限流電阻或限壓二極管以對輸入的電能量進行限制，從而保證輸出到危險區(qū)的能量。第16頁，共72頁。齊納式安全柵安裝要求要求一：

必須有非常可靠的接地系統(tǒng)，并且齊納式安全柵的接地電阻必須小于1歐姆，否則便失去防爆安全保護性能，顯然這樣的要求是十分苛刻并在實際工程應用中難以保證。要求二：

來自危險區(qū)的現(xiàn)場儀表必須是隔離型，否則通過齊納式安全柵的接地端子與大地相接后信號無法正確傳送，并且由于信號接地，直接降低信號抗干擾能力，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。第17頁，共72頁。齊納式安全柵安裝要求要求三：

齊納式安全柵對電源影響較大，同時也易因電源的波動而造成齊納式安全柵的損壞，因此使用齊納式安全柵的場所對電源的穩(wěn)定性要求較高。要求四：

由于齊納式安全柵的電路原理需要吸收輸入回路的能量，所以易造成輸出不穩(wěn)定。第18頁，共72頁。定義隔離式安全柵定義

帶有電流隔離功能的安全柵，稱為隔離式安全柵，簡稱隔離柵。第19頁，共72頁。隔離式安全柵原理

危險場所電路認證的變壓器認證的元件能量限制安全場所接線端危險場所接線端電源安全隔離安全場所電路第20頁，共72頁。隔離式安全柵接線KFD2-STC4-Ex1接線第21頁，共72頁。隔離式安全柵的供電專用電源卡導軌供電14、15號接線端子供電安全供電方式第22頁，共72頁。隔離式安全柵使用性能特點一：

采用了三方隔離方式，因此無需系統(tǒng)接地線路，給設計及現(xiàn)場施工帶來極大方便。特點二：

對危險區(qū)的儀表要求大幅度降低，現(xiàn)場無需采用隔離式的儀表。特點三：

信號線路無需共地，使得檢測和控制回路信號的穩(wěn)定性和抗干擾能力大大增強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。第23頁，共72頁。隔離式安全柵使用特點特點四：

隔離式安全柵具備更強的輸入信號處理能力，能夠接受并處理熱電偶、熱電阻、頻率等信號，這是齊納式安全柵所無法做到的。特點五：

隔離式安全柵可輸出兩路相互隔離的信號，以提供給使用同一信號源的兩臺設備使用，并保證兩設備信號不互相干擾，同時提高所連接設備相互之間的電氣安全絕緣性能。第24頁，共72頁。安全柵的組態(tài)

P+F安全柵的組態(tài)主要指對溫變式安全柵的組態(tài)，下面我們大概了解一下，溫變式安全柵組態(tài)軟件的安裝與組態(tài)操作。第25頁，共72頁?，F(xiàn)場儀表1、儀表按能源分為：電動儀表、氣動儀表、液動儀表2、按功用分為：檢測儀表、顯示儀表、控制儀表（閥門及執(zhí)行器等）儀表分類第26頁，共72頁。現(xiàn)場儀表各類儀表的作用第27頁，共72頁?，F(xiàn)場儀表1、溫度及常用檢測儀表概述溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。常用的溫標有：

攝氏溫標（℃）、華氏溫標（℉）、熱力學溫標（K）三種。三者的關系是：℃=9/5（oF-32）；℃=K-273.15第28頁，共72頁。熱電阻基于金屬絲的電阻隨溫度變化且在一定范圍內(nèi)成正比例關系的原理。常用的有：Pt100、Cu50，屬于遠傳式。0℃時：Pt100對應的阻值是100歐姆Cu50對應的電阻為50歐姆

Pt100的測量范圍：-200--+850℃，適用于500℃以內(nèi)溫度的測量。Cu50的測量范圍：-50--+150℃熱電阻按結構可分為：組裝式和鎧裝式第29頁，共72頁。

普通熱電阻結構：1、接線盒，2、接線柱，3、銘牌，4、保護管，5、絕緣套管，6、感溫部件第30頁，共72頁。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。由于熱電偶具有結構簡單、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，與熱電偶的粗細無關。231熱電偶溫度計測量線路1、熱電偶2、連接導線3、電測儀表t0t0tAB第31頁，共72頁。

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、設備上安裝時，固定方式有兩種：螺紋連接、法蘭連接。

常用的型號有：B型：鉑銠30-鉑銠6S型：鉑銠10-鉑E型：鎳絡-康銅K型：鎳絡-鎳硅T型：銅-康銅J型：鐵-康銅第32頁，共72頁。

熱電偶的測溫范圍0--1600°C(短期可用到1800°C）-200--350°C(短期可用到400°C）T銅--康銅-200--750°C(短期可用到900°C）E鎳鉻--康銅K鎳鉻--鎳硅S鉑銠10--鉑B鉑銠30--鉑6-200--1200°C(短期可用到1300°C）0--1300°C(短期可用到1600°C）測溫范圍分度號熱點偶名稱第33頁，共72頁?，F(xiàn)場常用熱電偶第34頁，共72頁。2、壓力及常用檢測儀表壓力2.1壓力的定義及單位：

壓力是指均勻垂直地作用在單位面積上的力。工程上的“壓力”與力學中的“壓力”不表示同一個概念。第35頁，共72頁。1、壓力開關

壓力開關是一種借助彈性元件受壓后產(chǎn)生位移以驅動微動開關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。第36頁，共72頁。壓力開關2、差壓開關差壓開關是一種差壓控制儀表，與壓力開關類似第37頁，共72頁。2.壓力變送器

用途：用于測量氣體、液體、和蒸氣的壓力、負壓和絕對壓力等參數(shù)，然后將其轉換4-20mA.DC信號輸出。分類：GP型（表壓力）：變送器的δ室，一側接受被測壓力信號，另一側則與大氣壓力貫通，因此可用于測量表壓力或負壓。AP型（絕對壓力）：變送器的δ室,一側接絕對壓力信號，另一側被封閉成高真空基準室，可以測量排氣系統(tǒng)、蒸餾塔、蒸發(fā)器和結晶器等的絕對壓力。第38頁，共72頁。2.1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轉換器轉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。

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4-20MADC及數(shù)字信號第39頁，共72頁。2.2、壓力變送器分類：壓力變送器最常見的分為電容式壓力變送器和單晶硅壓力變送器。其它還有擴撒硅壓力變送器。電容式壓力變送器：采用結構簡單、堅固耐用且極穩(wěn)定的可變電容形式，可變電容由壓力腔上的膜片和固定在其上的絕緣電極所組成，當感受到壓力變化時，膜片要產(chǎn)生微微的翹曲變形，從而改變了兩極的間距，采用獨特的檢測電路測電容的微小變化，并進行線性處理和溫度補償。傳感器輸出與被測壓力成正比的直流電壓或電流信號。精巧的結構、高性能的材料及先進的檢測電路的完美結合，賦予了電容式壓力變送器以很高的性能。第40頁，共72頁。電容式壓力變送器1—中心感應膜片(可動電極)；2—固定電極；3—測量側；4—隔離膜片壓力變化電容量的變化變轉4~20mA輸出電容式測量膜盒第41頁，共72頁。單晶硅諧振式傳感器：

是一塊單晶硅芯片上采用微電子機械加工技術，在單晶硅芯片上制成兩個完全一致的H形狀的諧振梁，并以一定的頻率產(chǎn)生振動。其諧振頻率取決于梁的長度和張力，其梁的長度已經(jīng)確定，而張力是隨壓力變化而變化。從而把壓力的變化轉換成頻率的變化，對差壓采用頻率差分技術，并將頻率差信號直接輸出到CPU進行運算和A/D轉換。第42頁，共72頁。不同形式傳感器的壓力變送器電容式壓力變送器單晶硅諧振式壓力變送器第43頁，共72頁。流量

定義：流量大?。簡挝粫r間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。總量：在某一段時間內(nèi)流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內(nèi)的累計值。流量的兩種表示方法：體積流量Q---單位時間內(nèi)通過管道某一截面的物料體積（m3/h）。第44頁，共72頁。質量流量M---單位時間內(nèi)通過管道某一截面物料的質量（kg/h）。它們之間的關系：M=Q×ρ式中：ρ----流體密度常用流量單位：體積流量：m3/h、L/h質量流量：kg/h、t/h第45頁，共72頁。常用流量計A、孔板：前后差壓與流量成正比B、轉子流量計（變截面積）：轉子的高度與流量成正比。C、楔形流量計：前后差壓與流量成正比。適用于介質粘度大、易結晶、易結焦、有顆粒的場合。D、靶式流量計：靶受介質沖擊發(fā)生位移，其大小與流量成正比。E、超聲波流量計：是利用時間差計量（傳播速度差法）

或多普勒原理計量。F、質量流量計：克利奧里力原理，測量精度高，用于交接。G、電磁流量計：法拉第電磁感應原理H、阿牛巴流量計：差壓法，主要用于測量蒸汽流量。I、渦街流量計：根據(jù)漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生的漩渦數(shù)量，測量流量。第46頁，共72頁。常用的幾種流量計：

孔板差壓式流量計質量流量計轉子流量計渦街流量計電磁波流量計楔形流量計第47頁，共72頁。物位物位及常用檢測儀表物位計：在容器中液體介質的高低叫液位，容器中固體或顆粒狀物質的堆積高度叫料位。測量液位的儀表叫液位計，測量料位的儀表叫料位計，測量兩種密度不同的液體介質分界面的高低（界位）的儀表叫界面計。上述三種儀表統(tǒng)稱為物位計。物位開關：在物位檢測中，有時不需要對物位進行連續(xù)測量，只需要測量物位是否達到上線、下限或某個特定的位置，這種定點測量用的儀表被稱為物位開關。一般用來監(jiān)視、報警、輸出控制信號。第48頁，共72頁。物位測量目的：

一是用于確定物料的體積或質量；二是調(diào)節(jié)流入與流出物料的平衡。4.2、分類物位測量儀表的種類很多，按液位、料位和界位來可分：（1）液位儀表：浮力式（浮筒、浮球、浮標、沉筒）、靜壓式（壓力式、差壓式）、電容式、電感式、電阻式、超聲波式、微波式等。（2）界位儀表：浮力式、差壓式、電極式、超聲波式等。（3）料位儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。第49頁，共72頁。1、差壓液位變送器工作原理：

將差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相。差壓式液位計原理圖因此

當用差壓式液位計來測量液位時,若被測容器是敞口的,氣相壓力為大氣壓,則差壓計的負壓室通大氣就可以了,這時也可以用壓力計來直接測量液位的高低。若容器是受壓的,則需將差壓計的負壓室與容器的氣相相連接。以平衡氣相壓力pA的靜壓作用。結論第50頁，共72頁。常用的差壓液位計：雙法蘭毛細管液位計單法液位計雙法蘭液位計差壓液位計第51頁，共72頁。2、浮筒液位計

浮筒是根據(jù)阿基米德原理工作的，當液位變化時，浸沒于液體中的浮筒（或沉筒）所受的浮力發(fā)生變化，通過支點，使扭力管受力作用后產(chǎn)生扭變，檢測元件檢測出后，變送器功能模塊電路將測量信號經(jīng)緩沖、放大和電壓/電流變換后，輸出4～20mA標準電流信號，此時與作用在浮筒上的浮力成正比例變化。浮筒式液位計不但能測量液位，還可以應用于界位的測量。第52頁，共72頁。3、其他液位計

磁致伸縮液位計

浮球液位計

雷達式液位計第53頁，共72頁。物位開關：音叉液位開關浮球液位開關阻旋式液位開關第54頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥目錄

一、調(diào)節(jié)閥概述二、調(diào)節(jié)閥的結構三、調(diào)節(jié)閥的附件四、調(diào)節(jié)閥的類型及選型第55頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的概述調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質的流量、壓力、溫度和液位等參數(shù)。根據(jù)控制器輸出的信號，自動控制閥門的開度，改變調(diào)節(jié)參數(shù)，把被調(diào)參數(shù)控制在要求范圍之內(nèi)，從而達到過程生產(chǎn)自動化。調(diào)節(jié)閥按其能源形式分為：氣動、液動和電動。氣動調(diào)節(jié)閥按其執(zhí)行機構形式分為：薄膜式、活塞式和長行程式。電動和液動調(diào)節(jié)閥按執(zhí)行機構運動的方式分為：直行程和角行程。目前石化工業(yè)中普遍使用氣動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥使用較少。第56頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的概述流通能力Cv是選擇調(diào)節(jié)閥的主要參數(shù)之一，調(diào)節(jié)閥的流通能力的定義為：當調(diào)節(jié)閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm3時，每小時流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，稱為流通能力，也稱流量系數(shù)，以Cv表示，單位為t/h，液體的Cv值按下式計算。

根據(jù)流通能力Cv值大小查表，就可以確定調(diào)節(jié)閥的公稱通徑DN。調(diào)節(jié)閥的流量特性，是在閥兩端壓差保持恒定的條件下，介質流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量與它的開度之間關系。調(diào)節(jié)閥的流量特性有線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。三種注量特性的意義如下：

第57頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的概述（1）等百分比特性（對數(shù)）等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。所以它的優(yōu)點是流量小時，流量變化小，流量大時，則流量變化大，也就是在不同開度上，具有相同的調(diào)節(jié)精度。（2）線性特性（線性）線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。單位行程的變化所引起的流量變化是不變的。流量大時，流量相對值變化小，流量小時，則流量相對值變化大。第58頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的概述（3）拋物線特性流量按行程的二方成比例變化，大體具有線性和等百分比特性的中間特性。

從上述三種特性的分析可以看出，就其調(diào)節(jié)性能上講，以等百分比特性為最優(yōu)，其調(diào)節(jié)穩(wěn)定，調(diào)節(jié)性能好。而拋物線特性又比線性特性的調(diào)節(jié)性能好，可根據(jù)使用場合的要求不同，挑選其中任何一種流量特性。第59頁，共72頁。閥門附件第60頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)機構兩部分組成，其中執(zhí)行機構是調(diào)節(jié)閥的推動部分，調(diào)節(jié)機構是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分。我們主要介紹氣動執(zhí)行機構的相關內(nèi)容。1、執(zhí)行機構（1）氣動薄膜執(zhí)行機構（帶彈簧）

氣動薄膜執(zhí)行機構是一種廣泛應用的執(zhí)行機構，接受0.02～0.1MPa的氣動信號。調(diào)節(jié)閥的結構執(zhí)行機構調(diào)節(jié)機構第61頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的結構（2）氣動活塞執(zhí)行機構（不帶彈簧）氣動活塞執(zhí)行機構的汽缸允許操作壓力可達0.5～0.7MPa，適合高靜壓、高壓差的場合。（3）長行程執(zhí)行機構長行程執(zhí)行機構具有行程長、轉矩大的特點，適用于轉角和力矩大的場合，如蝶閥、風門等。第62頁，共72頁。調(diào)節(jié)閥的結構如右圖所示，調(diào)節(jié)機構是由閥蓋、閥座、閥芯、閥桿和填料等零部件組成。閥桿和閥芯連接在一起，閥芯是閥內(nèi)最為關鍵的零件，為了適應不同的需要，得到不同的閥門特性，閥芯的結構形狀是多種多樣的。第