《熱工控制儀表緒論》課件

熱工控制儀表緒論熱工控制儀表在工業(yè)過程控制中起著至關(guān)重要的作用，用于測量、調(diào)節(jié)和控制溫度、壓力、流量等關(guān)鍵參數(shù)，確保生產(chǎn)安全、穩(wěn)定和高效。1.熱工控制儀表的基本概念定義熱工控制儀表主要測量、顯示、控制和調(diào)節(jié)工業(yè)生產(chǎn)過程中溫度、壓力、流量、液位等物理量。作用熱工控制儀表用于保證工業(yè)生產(chǎn)過程的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗。1.1熱工控制儀表的定義11熱工控制儀表是指測量、顯示、調(diào)節(jié)和控制工業(yè)生產(chǎn)過程中熱工參數(shù)的儀器設(shè)備。22熱工參數(shù)包括溫度、壓力、流量、液位等，是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的控制指標(biāo)。33熱工控制儀表可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。44熱工控制儀表在工業(yè)自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如電力、化工、冶金等行業(yè)。1.2熱工控制儀表的特點(diǎn)高精度熱工控制儀表能準(zhǔn)確測量和控制溫度、壓力、流量等參數(shù)。可靠性高熱工控制儀表通常采用先進(jìn)的技術(shù)和材料，確保其在惡劣環(huán)境中也能穩(wěn)定工作。響應(yīng)速度快熱工控制儀表能快速響應(yīng)被控參數(shù)的變化，及時進(jìn)行調(diào)整和控制。自動化程度高熱工控制儀表可實(shí)現(xiàn)自動測量、控制和記錄，提高了生產(chǎn)效率和安全性。1.3熱工控制儀表在工程中的應(yīng)用火力發(fā)電廠熱工控制儀表在火力發(fā)電廠中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，確保發(fā)電效率和安全穩(wěn)定運(yùn)行?；どa(chǎn)車間在化工生產(chǎn)車間，熱工控制儀表用于控制反應(yīng)釜、分離器、蒸餾塔等設(shè)備的溫度、壓力和流量，保證生產(chǎn)工藝的安全和產(chǎn)品質(zhì)量。大型煉油廠煉油廠中，熱工控制儀表用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)反應(yīng)器、蒸餾塔、脫硫裝置等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，確保煉油過程的安全和效率。鋼鐵冶金廠鋼鐵冶金廠中，熱工控制儀表用于監(jiān)控和調(diào)節(jié)高爐、轉(zhuǎn)爐、軋鋼機(jī)等設(shè)備的溫度、壓力和流量，確保冶煉過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量。溫度的度量溫度是熱工控制儀表中最常見的測量參數(shù)之一。了解溫度的概念、單位和測量方法對于理解熱工控制系統(tǒng)至關(guān)重要。2.1溫度的概念物質(zhì)狀態(tài)溫度是衡量物體冷熱程度的物理量。分子運(yùn)動溫度反映了物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動的劇烈程度。熱量傳遞溫度是熱量傳遞的方向和程度的標(biāo)志。2.2溫度單位及轉(zhuǎn)換溫度單位是用來表示溫度大小的單位。常用的溫度單位有攝氏度（℃）、華氏度（℉）、開爾文（K）等。0攝氏度以冰點(diǎn)為0度，沸點(diǎn)為100度的溫標(biāo)。32華氏度以冰點(diǎn)為32度，沸點(diǎn)為212度的溫標(biāo)。273.15開爾文以絕對零度為0度的溫標(biāo)。不同溫度單位之間可以相互轉(zhuǎn)換，常用的轉(zhuǎn)換公式如下：℃=(℉-32)×5/9℉=℃×9/5+32K=℃+273.152.3常見的溫度測量原理熱電偶熱電偶利用兩種不同金屬導(dǎo)體形成回路，當(dāng)回路中兩接點(diǎn)溫度不同時，就會產(chǎn)生電動勢，這種電動勢的大小與溫度差成正比。熱敏電阻熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，溫度升高時阻值下降，溫度降低時阻值升高。鉑電阻鉑電阻利用純鉑金屬的電阻隨溫度變化的特性來測量溫度，鉑電阻具有高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。3.壓力的測量壓力是作用在物體表面上的力，單位面積上的力稱為壓強(qiáng)。壓力測量是熱工控制儀表的重要組成部分，在工業(yè)生產(chǎn)過程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。3.1壓力的概念壓力定義壓力是指作用于物體表面上的力，單位面積上的力稱為壓強(qiáng)。壓力的大小通常用帕斯卡(Pa)或千帕(kPa)表示。3.2常見的壓力測量原理壓力表通過彈性元件形變來測量壓力，并用指針指示刻度。壓力傳感器利用敏感元件的物理性質(zhì)變化來測量壓力，例如電阻應(yīng)變片、壓電式傳感器等。壓力計(jì)利用液體靜壓平衡原理來測量壓力，常用于測量微小壓力差。3.3壓力單位及轉(zhuǎn)換單位符號定義轉(zhuǎn)換關(guān)系帕斯卡Pa1牛頓力作用在1平方米面積上產(chǎn)生的壓力1Pa=1N/m2千帕kPa1000帕斯卡1kPa=1000Pa兆帕MPa1000000帕斯卡1MPa=1000kPa巴bar100000帕斯卡1bar=100kPa公斤力/平方厘米kgf/cm21公斤力作用在1平方厘米面積上產(chǎn)生的壓力1kgf/cm2=98.0665kPa大氣壓atm標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，約為101325帕斯卡1atm=101.325kPa4.流量的測量流量是指在單位時間內(nèi)通過管道或容器截面的流體體積或質(zhì)量。流量測量是熱工控制系統(tǒng)中的重要組成部分，它可以幫助我們了解流體的流動狀態(tài)，從而控制流體的流速、流量和方向，并調(diào)節(jié)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。4.1流量的概念11.流量定義流量是指單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積或質(zhì)量。22.流量單位常見的流量單位有立方米每秒（m3/s）、升每秒（L/s）、立方米每小時（m3/h）等。33.流量類型流量可以分為體積流量和質(zhì)量流量，體積流量是指單位時間內(nèi)流過某一截面的流體體積，質(zhì)量流量是指單位時間內(nèi)流過某一截面的流體質(zhì)量。44.流量測量流量測量是熱工控制儀表中非常重要的一個環(huán)節(jié)，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科研等領(lǐng)域。4.2常見的流量測量原理差壓式流量測量利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置前后的壓差來測量流量，節(jié)流裝置可以是文丘里管、噴嘴或孔板等。渦街流量計(jì)當(dāng)流體流過渦街流量計(jì)的測量管時，會在管內(nèi)產(chǎn)生交替的渦流，利用渦流產(chǎn)生的頻率來測量流量。電磁流量計(jì)利用法拉第電磁感應(yīng)定律，在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)電流體會在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)感應(yīng)電動勢的大小來測量流量。超聲波流量計(jì)利用超聲波在流體中的傳播時間差異來測量流量，分為時間差法和多普勒法兩種。4.3流量單位及轉(zhuǎn)換L/hm3/hm3/skg/ht/h流量單位常用L/h、m3/h、m3/s等，不同單位之間可以通過換算關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。熱工參數(shù)的測量方法熱工參數(shù)測量是熱工控制儀表的重要組成部分，準(zhǔn)確可靠的測量是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的基礎(chǔ)。5.1熱工參數(shù)測量的一般要求準(zhǔn)確性測量結(jié)果要與實(shí)際值相符，誤差要控制在允許范圍內(nèi)。可靠性儀表能夠穩(wěn)定地工作，不受環(huán)境因素的影響。靈敏度儀表能夠?qū)ξ⑿〉淖兓龀龇磻?yīng)，確保測量結(jié)果的敏感性。響應(yīng)速度儀表能夠及時地響應(yīng)被測參數(shù)的變化，確保測量結(jié)果的及時性。5.2熱工參數(shù)測量的基本方法1直接測量直接測量是將測量元件直接接觸到被測對象，獲得熱工參數(shù)的直接測量方法。2間接測量間接測量是通過測量與熱工參數(shù)相關(guān)的其他參數(shù)，再根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，從而獲得熱工參數(shù)的測量方法。3組合測量組合測量是將直接測量和間接測量相結(jié)合，以提高測量精度和效率。5.3熱工參數(shù)測量的誤差分析系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差通常由儀表本身的缺陷或校準(zhǔn)誤差引起。例如，溫度傳感器可能存在偏差，導(dǎo)致測量結(jié)果偏高或偏低。系統(tǒng)誤差可以通過仔細(xì)校準(zhǔn)儀表和使用高質(zhì)量的傳感器來減少。隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差是不可預(yù)測的誤差，通常由環(huán)境因素或測量過程中的隨機(jī)波動引起。例如，溫度變化、氣壓變化或測量過程中產(chǎn)生的噪聲都可能導(dǎo)致隨機(jī)誤差。隨機(jī)誤差可以通過重復(fù)測量并取平均值來減小。熱工控制儀表的基本組成熱工控制儀表由測量元件、信號處理單元和控制執(zhí)行單元組成。這三個單元共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、流量等參數(shù)的測量和控制。6.1測量元件11.溫度測量元件常用的溫度測量元件有熱電偶、熱電阻、雙金屬片等。22.壓力測量元件常用的壓力測量元件有彈簧管式壓力表、膜片式壓力表、差壓變送器等。33.流量測量元件常用的流量測量元件有孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等。44.液位測量元件常用的液位測量元件有浮子式液位計(jì)、電容式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)等。6.2信號處理單元信號轉(zhuǎn)換將測量元件輸出的信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。信號放大放大信號，提高信號強(qiáng)度，降低干擾。信號濾波濾除信號中的噪聲，提高信號質(zhì)量。信號處理對信號進(jìn)行線性化、校正等處理，提高測量精度。6.3控制執(zhí)行單元執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受來自控制單元的信號，并驅(qū)動調(diào)節(jié)閥、電動機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對過程變量的調(diào)節(jié)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)種類執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型多樣