熱工儀表的基礎(chǔ)知識和聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成

1、1熱工儀表的基礎(chǔ)知識和聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成主要內(nèi)容 一、四大參數(shù)的測量原理及儀表二、自動控制基礎(chǔ)知識三、調(diào)節(jié)閥四、聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成2一、四大參數(shù)的測量原理及儀表 現(xiàn)場儀表測量參數(shù)的分類： 現(xiàn)場儀表測量參數(shù)一般分為溫度、壓力、流量、液位四大參數(shù)。 下面就著重介紹一下這四大參數(shù)的測量原理，以及測量這四大參數(shù)所運用的儀表。31、 溫度的測量與變送 溫度是化工生產(chǎn)中既普遍而又十分重要的參數(shù)之一。任何一個化工生產(chǎn)過程，都伴隨著物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，都必然有能量的轉(zhuǎn)化和交換，而熱交換則是這些能量轉(zhuǎn)換中最普遍的交換形式。因此，在很多煤化工反應(yīng)的過程中，溫度的測量和控制，常常是保證這些反應(yīng)過程正常進(jìn)行與安全運行

2、的重要環(huán)節(jié)；它對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高都有很大的影響。41、 溫度的測量與變送 溫度測量儀麥種類繁多，若按測量方式的不同，測溫儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，后者的感溫元件卻不與被測介質(zhì)相接觸。接觸式測溫元件簡單、可靠、測量精度較高；但是，由于測溫元件要與被測介質(zhì)接觸進(jìn)行充分的熱交換才能達(dá)到熱平衡，因而產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象，而且可能與被測介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；另外高溫材料的限制，接觸式測溫儀表不能應(yīng)用于很高溫度的測量。而非接觸式測溫儀表不與被測介質(zhì)接觸，因而其測溫范圍很廣，其測溫上限原則上不受限限制；由于它是通過熱輻射來測量溫度的，所以不會破壞被測介質(zhì)的溫度場，測溫速度也

3、較快，但是這種方法受到被測介質(zhì)至儀表之間的距離以及幅射通道上的水汽、煙霧、塵埃等其它介質(zhì)的影響，因此測量量精度較低。51、 溫度的測量與變送 下表列出了常用測溫儀麥的測溫原理、測溫范圍和主要特點。表中所列的各種溫度計，機(jī)械式的大多只能就地指示，幅射式的精度較差，只有電的測溫儀表精度高，且測溫元件很容易與溫度變送器配用，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行遠(yuǎn)傳，以實現(xiàn)對溫度的自動記錄和調(diào)節(jié)。因此，在生產(chǎn)過程控制中應(yīng)用最多的是熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)僅介紹這兩種溫度計。671、 溫度的測量與變送1.1 熱電偶溫度計 熱電偶溫度計由熱電偶、電測部份 (動圈儀表、電位差計或DCS)及連接導(dǎo)線組成如圖所示。由于熱電

4、偶的性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量范圍廣、有較高的準(zhǔn)確度，且能方便地將溫度信號轉(zhuǎn)換為電勢信號，便于信號的遠(yuǎn)傳和多點集中測量，因而在石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。8231熱電偶溫度計測量線路1、熱電偶 2、連接導(dǎo)線 3、電測儀表t0t0tAB1、 溫度的測量與變送9熱電偶是由兩根不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料(如上圖中的A和B)焊接或絞接而成。焊接的一端稱為熱電偶的熱端(測量端或工作端)，和導(dǎo)線連接的一端稱為熱電偶的冷端 (自由端)。組成熱電偶的兩根導(dǎo)體或半導(dǎo)體稱作熱電極。把熱電偶的熱端插入需要測溫的生產(chǎn)設(shè)備中，A和B兩種不同的物質(zhì)，電子密度高的向電子密度低的流動，產(chǎn)生電流，形成電動勢，一般為mV信號

5、，經(jīng)過測溫儀計算為測量介質(zhì)的溫度。1、 溫度的測量與變送 由于熱電極的材料不同，所產(chǎn)生的接觸電勢亦不同，因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的，這在各種熱電偶的分度表中可以查到。根據(jù)熱電測溫的基本原理，理論上似乎任意兩種導(dǎo)體都可以組成熱電偶。但實際情況它們還必須進(jìn)行嚴(yán)格的選擇，熱電極材料應(yīng)滿足如下要求。 1在測溫范圍內(nèi)其熱電性質(zhì)要穩(wěn)定，不隨時間變化。 2穩(wěn)定性要高，即在高溫下不被氧化和腐蝕。 3電阻溫度系數(shù)要小，導(dǎo)電率要高，組成熱電偶后產(chǎn)生的熱電勢要大，熱電勢與溫度間要成線性關(guān)系，這樣有利于提高儀表的測量精度。4復(fù)現(xiàn)性要好 (同種成分的材料制成的熱電偶，其熱電特性相一致

6、的性質(zhì)稱復(fù)現(xiàn)性)，這樣便于成批生產(chǎn)，而且在使用上也可保證良好的互換性。 5、材料組織要均勻，要有良好的韌性，便于加工成絲。101、 溫度的測量與變送 國際電工委員會（IEC）對其中已被國際公認(rèn)，性能優(yōu)良和產(chǎn)量最大的七種制定了標(biāo)準(zhǔn)，即IEC584-1和IEC584-2中所規(guī)定的：S分度(鉑銠10-鉑)；B分度號 (鉑銠30-鉑銠6)；K分度號(鎳鉻-鎳硅)；E分度號(鎳鉻-康銅 )； T分度號 (銅-康銅)；J分度號（鐵-康銅）； R分度號 (鉑銠13-鉑)等熱電偶。 熱電偶根據(jù)測溫條件和安裝位置的不同，具有多種結(jié)構(gòu)型式。雖然它們的結(jié)構(gòu)和外形不盡相同，但其基本結(jié)構(gòu)通常均由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管

7、和接線盒等主要部分組成。111、 溫度的測量與變送121、 溫度的測量與變送 1.2 熱電阻溫度計 熱電阻溫度計由熱電阻、電測儀表 (動圈儀表或平衡電橋)和連接導(dǎo)線所組成，其中熱電阻是感溫元件，有導(dǎo)體的和半導(dǎo)體兩種。 熱電阻溫度計廣泛用來測量中、低溫 (一般為500以下)。它的特點是準(zhǔn)確度高，在測量中、低溫時，它的輸出信號比熱電偶要大得多，靈敏度高，同樣可實現(xiàn)遠(yuǎn)傳、自動記錄和多點測量。131、 溫度的測量與變送熱電阻的測溫原理 金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變比而變化的。一般說來，他們之間的關(guān)系為: Rt=R01+(t-t0) Rt=Rt-R0=R0t 式中 Rt 溫度為t時的電阻值; R。 溫度為

8、t0(通常為0)時的電阻值; 電阻溫度系數(shù)即溫度變化1時電阻值的相對變化量，單位是 -1，; t 溫度的變化量，即t-t。=t Rt 溫度改變t時的電阻變化量。 141、 溫度的測量與變送 由上可知，溫度的變化，導(dǎo)致了導(dǎo)體電阻的變化。實驗證明，大多數(shù)金屬導(dǎo)體在溫度每升高1時，其電阻值要增加0.4一0.6%，熱電阻溫度計就是把溫度變化所引起熱電阻的變化值，通過測量電路 (電橋)轉(zhuǎn)換成電壓(毫伏)信號，然后由顯示儀表指示或記錄被測溫度。 熱電阻溫度計與熱電偶溫度計的測溫原理是不相同的。熱電偶溫度計把溫度的變化通過感溫元件熱電偶轉(zhuǎn)換為熱電勢的變化值來測量溫度的；而熱電阻溫度計則是把溫度的變化通過感溫

9、元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻的變化來測量溫度的。 151、 溫度的測量與變送 對于制作熱電阻絲的材料是有一定技術(shù)要求的，一般應(yīng)具有下列特性；電阻溫度系數(shù)要大，則測量靈敏度就高；熱容量要小，則對溫度變化的響應(yīng)就快，即動態(tài)特性較好；電阻率要大，則相同的電阻值下電阻體體積就小，因而熱容量也小；在整個測溫范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)；要容易加工，有良好的復(fù)制性，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性或為平滑的曲線，以便于分度和讀數(shù)；價格便宜等。根據(jù)具體情況，目前應(yīng)用最廣泛的是鉑和銅，分度號Pt50鉑電阻、分度號Pt100鉑電阻和分度號Cu50銅電阻、分度號Cu100銅電阻。相應(yīng)的分度表 (電 阻值與溫度對照表)可在

10、相關(guān)資料中查到。熱電阻是由電阻體、保護(hù)套管以及接線盒等主要部件所組成。除電阻體外，其余部分的結(jié)構(gòu)形狀一般與熱電偶的相應(yīng)部分相同。162、 壓力的測量與變送我們生產(chǎn)中一般所說的壓力，指發(fā)生在兩個物體的接觸表面的作用力，或者是氣體對于固體和液體表面的垂直作用力，或者是液體對于固體表面的垂直作用力。172、 壓力的測量與變送 壓力測量儀表的品種，規(guī)格甚多。常用的壓力測量方法和儀表有：通過液體產(chǎn)生或傳遞壓力來平衡被測壓力的平衡法。屬于應(yīng)于這類方法的儀表有液柱式壓力計和活塞式壓力計；將被測壓力通過一些隔離元件（如彈性元件）轉(zhuǎn)換成一個集中力，并在測量過程中用一個外界力（如電磁力或氣動力）來平衡這個未知的集

11、中力，然后通過對外界力的測量而得知被測壓力的機(jī)械力平衡法。力平衡式壓力變送器就是屬于應(yīng)用此法的例子；根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生彈性變型的大小來測量彈性力平衡法。屬于這類應(yīng)用方法的儀表很多，若根據(jù)所用彈性元件來分，可分為薄膜式，波紋管式，彈簧管式壓力表；能過機(jī)械和電子元件將被測壓力轉(zhuǎn)換在成各種電量（如電壓、電流、頻率等）來測量的電測法。例如電容式、電阻式、電感式、應(yīng)變片式和霍爾片式等變送器應(yīng)于此法的壓力測量儀表。182、 壓力的測量與變送 目前，石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用中廣泛的一種壓力測量儀表是彈性元件。根據(jù)測壓范圍不同，常用的測壓元件有單圈彈簧管、多圈彈簧管、膜片、膜盒、波紋管等。在被測介質(zhì)壓力的作用下

12、，彈性元件發(fā)生彈性變型，而產(chǎn)生相應(yīng)的位移，能過轉(zhuǎn)換位置，可將位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號或氣信號，以遠(yuǎn)傳顯示，報警或調(diào)節(jié)用。192、 壓力的測量與變送 主要壓力檢測儀表： （1）彈簧管壓力表 彈簧管壓力表是壓力儀表的主要組成部份之一，它有著極為廣泛的應(yīng)用價值 ，它具有結(jié)構(gòu)簡單，品種規(guī)格齊全、測量范圍廣、便于制造和維修和價格低廉等特點。彈簧管壓力表是單圈彈簧壓力表的簡稱。它主要由彈簧管、齒輪傳動機(jī)構(gòu)（包括拉桿、扇形齒輪、中心齒輪）、示數(shù)裝置（指針和分度盤）以及外殼等幾部份組成，如下圖所示。彈簧管是一端封閉并彎成270度圓孤形的空心管子 。202、 壓力的測量與變送 21 彈簧管壓力表1、彈簧管 2拉桿

13、 3、扇型齒輪 3、中心齒輪 5、指針 6、面板7、游絲 8、調(diào)整螺釘 9 接頭ab2、 壓力的測量與變送 它的截面呈扁圓形或橢圓形，橢圓的長軸2a與圖面垂直的彈簧管的中心軸O相平行。管子封閉的一端B為自由端，即位移輸出端；而另一端A則是固定的，作為被測壓力的輸入端。當(dāng)由它的固定端A通入被測壓力P后，由于呈橢圓形截面的管子在壓力P的作用下，將趨于圓形，彎成圓弧形的彈簧管隨之產(chǎn)生向外挺直的擴(kuò)張變形，使自由端B發(fā)生位移。此時彈簧管的中心角要隨即減小，也就是自由端將由B移到B，處，如圖2-3(b)上虛線所示。此位移量就相應(yīng)于某一壓力值。自由端B的彈性變形位移通過拉桿使扇形齒輪作逆時針偏轉(zhuǎn)，使固定在中

14、心齒輪軸上的指針也作順時針偏轉(zhuǎn)，從而在面板的刻度標(biāo)尺上顯示出被測壓力的數(shù)值。由于彈簧管自由端位移而引起彈簧管中心角相對變化值/與被測壓力P之間具有比例關(guān)系，因此彈簧管壓力表的刻度標(biāo)尺是均勻的。222、 壓力的測量與變送 由上述可如，彈簧管自由端將隨壓力的增大而向外伸張。反之若管內(nèi)壓力小于管外壓力，則自由端將隨負(fù)壓的增大而向內(nèi)彎曲。所以，利用彈簧管不僅可以制成壓力表，而且還可制成真空表或壓力真空表。 彈簧管壓力表除普通型外，還有一些是具有特殊用途的，例如耐腐蝕的氨用壓力表、禁油的氧用壓力表等。為了能表明具體適用何種特殊介質(zhì)的壓力測量，常在其表殼、襯圈或表盤上涂以規(guī)定的色標(biāo)，并注有特殊介質(zhì)的名稱，

15、使用時應(yīng)予以注意。232、 壓力的測量與變送（2）應(yīng)變式壓力變送器 應(yīng)變式變送器以是以電為能源，它利用應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將被測壓力轉(zhuǎn)換成應(yīng)變片電阻值的變化，然后經(jīng)過橋式電路得到毫伏級的電量輸出，供顯示儀表顯示被測壓力或經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號后，再傳送到記錄儀和調(diào)節(jié)器等儀表。 應(yīng)變片有金屬電阻絲應(yīng)變片(金屬絲粘貼在襯底上組成的元件)和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。 根據(jù)電阻應(yīng)變原理，應(yīng)變片在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形dL/L(即應(yīng)變e) ，其電阻值隨之發(fā)生變化。如果已如應(yīng)變片的電阻變化與其變形(即應(yīng)變)的關(guān)系，那么，通過對應(yīng)變片電阻變化的測量就可測知被測壓力。242、 壓力的測量與變送 252、 壓力的

16、測量與變送（3）單晶硅諧振式傳感器 諧振式傳感器是采用超精細(xì)加工工藝在單晶硅材料上制成兩個完全一致的H型諧振梁，并以一定的頻率產(chǎn)生振動。其諧振頻率取決于梁的長度及張力，而張力隨壓力的變化而變化，實現(xiàn)了壓力變化轉(zhuǎn)換成頻率信號的變化，并采用了頻率差分技術(shù)，將兩個頻率信號直接輸出到脈沖計數(shù)器。從而使傳感器具有誤差小，重復(fù)性好、分解能力和反應(yīng)靈敏度高、直接輸出數(shù)字信號等特點。由于傳感器良好的特性，可使變送器幾乎不受靜壓和溫度的影響，而且具有優(yōu)良的過壓性能和范圍較寬的量程。262、 壓力的測量與變送 27基礎(chǔ)振子引伸張力硅膜片過程壓力變送器工作原理圖 2、 壓力的測量與變送（4）電容式傳感器28SS0S

17、0S2S1圖2-19膜片位移原理圖420mA放大電路原理：P變化 C 電流的變化2、 壓力的測量與變送 壓力表的選用應(yīng)根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對壓力測量的要求，被測介質(zhì)的性質(zhì)，現(xiàn)場環(huán)境條件等來考慮儀表的類型、量程和精度等級。并確定是否需要帶有遠(yuǎn)傳、報警等附加裝置。這樣才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理和有效的目的。 1類型的選用 儀表類型的選用必須滿足工蘭生產(chǎn)的要求。例如是否需要遠(yuǎn)傳變送、 自動記錄或報警；被測介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì) (如腐蝕性、溫度高低、粘度大小、臟污程度、 易燃易爆等)是否對儀表提出特殊要求；現(xiàn)場環(huán)境條件 (如高溫、電磁場、振動等)對儀表有否特殊要求等。 普通壓力表的彈簧管材料多采用銅合金，高壓的也有

18、采用碳鋼，而氨用壓力表的彈簧管材料都采用碳鋼，不允許采用銅合金。因為氨氣對銅的腐蝕極強，所以普通壓力表用于氨氣壓力測量很快就要損壞。 氧氣壓力表與普通壓力表在結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上完全相同，只是氧用壓力表禁油。因為油進(jìn)入氧氣系統(tǒng)會引起爆炸。如果必須采用現(xiàn)有的帶油污的壓力表測量氧氣壓力時，使用前必須用四氯化碳反復(fù)清洗，認(rèn)真檢查直到無油污為止。292、 壓力的測量與變送 2測量范圍的確定 儀表的測量范圍是根據(jù)被測壓力的大小來確定的。對于彈性式壓力表，為保證彈性元件能在彈性變形的完全范圍內(nèi)可靠地工作，量程的上限值應(yīng)高于工藝生產(chǎn)中可能的最大壓力值。根據(jù)化工自控設(shè)計技術(shù)規(guī)定，在測量穩(wěn)定壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過

19、量程的2/3；測量脈動壓力時，最大工作壓力不超過量程的1/2； 測量高壓壓力時，最大工作壓力不應(yīng)超過量程的3/5。 為了保證測量的準(zhǔn)確度，所測的壓力值不能太接近于儀表的下限值 ，亦即儀表的量程不能選得太大，一般被測壓力的最小值應(yīng)不低于量程的1/3。 按上述要求算出后，實取稍大的相鄰系列值，一般可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄申查到。 3精度級的選取 儀表的精度主妥是根據(jù)生產(chǎn)上允許的最大測量誤差來確定的。此外，在滿足工藝要求的前提下，還要考慮經(jīng)濟(jì)性，即盡可能選用精度較低、價廉耐用的儀表。303、 流量的測量與變送 在化工生產(chǎn)過程中，為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作和控制，經(jīng)常需要測量生產(chǎn)過程中各種介質(zhì) (如液體、氣體和

20、蒸汽等)的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，也需要知道在一般時間 (如一班、一天等)內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，對管道內(nèi)介質(zhì)流量的測量和變送是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的。 在工程上，流量是指單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體的體積或質(zhì)量，即瞬時流量。 流量的計量單位如下: 表示體積流量的單位常用立方米每小時 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等； 表示質(zhì)量流量的單位常用噸每小時 (t/h)、千克每小時 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。 若流體的密度是，則體積流量Q與質(zhì)量流量M的關(guān)系是: M=Q 或 Q=M/313、 流量的測量與變

21、送 應(yīng)當(dāng)指出，流體的密度是隨工況參數(shù)而變化的。對于液體，由于壓力變化對密度的影響很小，一般可以忽略不計；但因溫度變化所產(chǎn)生的影響，則應(yīng)引起注意。不過一般溫度每變化10時，液體的密度變化約在1%以內(nèi)。所以，除溫度變化較大，測量準(zhǔn)確度要求較高的場合外，往往也可以忽略不計。對于氣體，由于密度受溫度、壓力變化影響較大，例如，在常溫附近，溫度每變化10，密度變化約為3%。在常壓附近，壓力每變10kPa，密度也約變化3%。因此，在測量氣體體積流量時，必須同時測量氣體的溫度和壓力，并將工作狀態(tài)下的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量。所謂標(biāo)準(zhǔn)體積流量，在工業(yè)上是指20、0.10133MPa(稱標(biāo)定狀態(tài))或0、0.10

22、133MPa (稱標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))條件下的體積流量。在儀表計量上多數(shù)以標(biāo)定狀態(tài)條件下的體積流量為標(biāo)準(zhǔn)體積流量。 流量測量的方法和儀表種類繁多，其測量原理和儀表的結(jié)構(gòu)形式各不相同。針對石油化工生產(chǎn)過程的不同要求，采用不同的流量儀表。下表中列出了幾種主要類型流量表 (或稱流量計)的性能及適用場合。323、 流量的測量與變送333、 流量的測量與變送3.1 差壓式流量計 差壓式 (也稱節(jié)流式)流量計是使用歷史最久，應(yīng)用也最廣泛的一種流量測量儀表，同時也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測量儀表之一。它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實現(xiàn)流量測量的。 差壓式流量計通常是由能將

23、被測流量轉(zhuǎn)換成差壓信號的節(jié)流裝置 (包括節(jié)流元件和取壓裝置)、導(dǎo)壓管和差壓計或差壓變送器及其顯示儀表三部分所組成。在單元組合儀表中，由節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號，常通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號或氣信號，以供顯示、調(diào)節(jié)用。343、 流量的測量與變送節(jié)流現(xiàn)象及其原理 流體在有節(jié)流元件的管道中流動時，在節(jié)流元件前后的管璧處，流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象，如圖3-1所示。所謂節(jié)流裝置就是設(shè)置在管道中能使流體產(chǎn)生局部收縮的節(jié)流元件和取壓裝置的總稱。應(yīng)用最廣泛的節(jié)流元件是孔板，其次是噴嘴、文丘里管。下面以孔板為例說明節(jié)流原理。 353、 流量的測量與變送下圖表示在孔板前后流體的流速與壓力的分布

24、情況： 363、 流量的測量與變送 沿管道軸向連續(xù)地向前流動的流體，由于遇到節(jié)流元件的阻擋，使靠近管壁處的流體受到的阻擋作用最強，因而使其一部分動壓能轉(zhuǎn)化成靜壓能，于是就出現(xiàn)了節(jié)流元件入口端面靠近管壁處的流體靜壓力P1，的升高 (即圖中P1P2)。此壓力比管道中心處壓力要大，即在節(jié)流元件入口端面處產(chǎn)生一徑向壓差。這一徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度，從而使靠近管壁處的流體質(zhì)點的流向就與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運動。同時，由于流體運動的慣性，使得流束收束最厲害 (即流束最小截面)的位置不在節(jié)流孔處，而是位于節(jié)流孔之后 (即圖中截面處)，并隨流量大小而變化。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時，流束

25、為什么產(chǎn)生收縮的原因。373、 流量的測量與變送 由于節(jié)流元件的阻擋造成了流束的局部收縮，同時，又因流體始終處于連續(xù)穩(wěn)定的流動狀態(tài)，因此在流束截面最小處的流速達(dá)到最大。根據(jù)伯努利方程式和位能、動能的相互轉(zhuǎn)化原理，在流束截面最小處的流體靜壓力最低，同理，在孔板出口端面處，由于流速已比原來增大，因此靜壓力也就較原來為低 (即圖中P2P1)。故節(jié)流元件入口側(cè)的靜壓P1比其出口側(cè)的靜壓P2大，即在節(jié)流元件前后產(chǎn)生壓差P。節(jié)流元件前流體壓力較高，常稱為正壓，并用“+”標(biāo)記；節(jié)流元件后流體靜壓力較低，常稱為負(fù)壓，并用“”標(biāo)記。并且流量愈大，流束局部收縮和位能、動能的轉(zhuǎn)化也愈顯著，即P也愈大。所以只要測出元

26、件前后的壓力差P就可求得流經(jīng)節(jié)流元件的流體流量。這就是節(jié)流裝置測量流量基本原理。383、 流量的測量與變送 流量基本方程式是用來闡明流量與壓差之間的定量關(guān)系。它是根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程式利連續(xù)性方程式推導(dǎo)而得的，即式 式中 一流量系數(shù)。它與節(jié)流元件的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、孔口截面積之比m；雷諾數(shù)Re、孔口邊緣尖銳度、管壁粗糙度等因素有關(guān)?？蓮挠嘘P(guān)手冊查得 膨脹校正系數(shù)。它與孔板前后壓力的相對變化量、介質(zhì)的等熵指數(shù) m等有關(guān)。也可從有關(guān)手冊查得。但對不可壓縮的液體來說，常取=1; A。 節(jié)流元件的開孔截面積; P 節(jié)流元件前后實際測得的靜壓差; 1 節(jié)流元件前流體密度39Q=A0 2P 1M=

27、A0 21P3、 流量的測量與變送 在計算時，如果把Ao用/4d2 表示，d為工作溫度下孔板孔口直徑，單位為mm，而P以Mpa為單位，則上述基本流量方程式可換算為實用流量計算公式，即：式中 0.3998=360010-6/42。以上流量公式表明，當(dāng) d等均為常數(shù)時，流量與壓差的平方根成正比。因此，由理論推導(dǎo)得來的流量基本方程式，應(yīng)用到測量實際生產(chǎn)中的流體流量時，公式中各系數(shù)應(yīng)能滿足在測量條件下的相對穩(wěn)定，這是采用這種流量計能否達(dá)到準(zhǔn)確測量的前提。因為流量與壓差的平方根成正比，所以，用這種流量計測量流量時，如果不加開方器，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的。起始部分的刻度很密，后來逐漸變疏。因此，在用差壓法

28、測量流量時，被測流量值不應(yīng)接近于儀表刻度的下限值，否則誤差將會很大。一般不要讓流量計運行在量程的30%以下。 40Q=0.003998d2 P 1M=0.003998d2 1P4、 液位的測量與變送 在石油化工生產(chǎn)中，常遇到測量容器中介質(zhì)的液位和界面的位置問題，液位測量是這個問題的一個方面。一般液位測量有兩種目的：一種是通過液位測量來確定容器里的原料或產(chǎn)品的數(shù)量，以保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)得到預(yù)先計劃好的原料用量或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；另一種是通過液位測量，了解液位是否在規(guī)定范圍內(nèi)，以便及時監(jiān)視或控制容器液位，保證安全生產(chǎn)以及產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 由于各種被測介質(zhì)的性質(zhì)不同，各種生產(chǎn)設(shè)備的操作條件也不同，所

29、以需要各種各樣的液位測量儀表，以滿足生產(chǎn)的不同需要，下表列出了各種液位測量儀 表的主要特點和應(yīng)用場合。414、 液位的測量與變送 424、 液位的測量與變送 4.1 浮筒式液位計 浮筒式液位計是一種應(yīng)用浮力原理測量液位的儀表。利用浮筒浸沉在被測液體中，當(dāng)液位變化時，浮筒被浸沒程度不同，浮筒所受浮力也不同。只要測出浮力的變化，液位的高低便確定了。它主要由浮筒、杠桿、扭力臂及芯軸等組成。浮筒垂直地懸掛在杠桿的一端，杠桿的另一端與扭力管、芯軸的B端垂直地固定在一起，并由固定在外殼上的支點所支撐。扭力管的A端通過法蘭固定在儀表外殼上，芯軸的另一端為自由端，用來輸出角位移。434、 液位的測量與變送 4

30、44、 液位的測量與變送 當(dāng)液位低于浮筒時，浮筒的全部重量作用在杠桿上，因而作用在扭力管上的扭力矩最大，使扭力管帶動芯軸扭轉(zhuǎn)的角位移也最大(約7。)。此時扭力管扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彈性反力矩與鈕力矩相平衡；當(dāng)液位高于浮筒下端時，作用在杠桿上的力為浮筒重量與浮筒所受浮力之差，因此，隨著液位的升高，扭力矩將減小，扭力管帶動芯軸的扭角也相應(yīng)減小。在最高液位時，扭角最小 (約2。)。 由上可知，扭力管扭角的變化量即芯軸角位移的變化量與液位H成比例，其關(guān)系如下 = -KH 式中 K- 轉(zhuǎn)換系數(shù)。 454、 液位的測量與變送 即液位愈高，扭角愈小。若將扭角通過芯軸變成擋板或霍爾片的位移，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣信號或電信號

31、，這樣就構(gòu)成了氣動或電動轉(zhuǎn)換部分。 浮筒式液位變送器的輸出信號不僅與液位高度有關(guān)，而且還與被測介質(zhì)的密度有關(guān)。因此 對于同一液位高度，當(dāng)介質(zhì)種類不同或因工藝操作條件變化使介質(zhì)密度改變時，儀表的測量結(jié)果是不相同的。 464、 液位的測量與變送 4.2 差壓式液位計 差壓式液位計是應(yīng)用差壓計或差壓變送器來測量變送器液位的，是目前應(yīng)用得最廣泛的一種液位測量儀表。差壓式液位汁是利用容器內(nèi)液位改變時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的，如圖所示。 47+ -HP氣 P液 Q入 P出排污當(dāng)差壓變送器的一端接液相，另一端接氣相時根據(jù)流體靜力學(xué)原理，我們知道，變送器正壓室受到的壓力為： Pl=P氣十Hg

32、式中 H 液位高度; 介質(zhì)密度;g 重力加速度;P氣 氣相壓力。圖4-3 差壓變送器測量液位示意圖4、 液位的測量與變送 差壓變送器負(fù)壓室壓力P2=P氣，則正負(fù)壓室的差壓為： P=P1-P2 通常，被測介質(zhì)的密度是已知的。因此，測得差壓值就能知道液位高度。 若被測容器是敞口的，氣相壓力為大氣壓力，則差壓變送器的負(fù)壓室通大氣就可以了，這時也可用壓力變送器或壓力計來直接測量液位的高低。圖示容器是受壓的，則將負(fù)壓室與容器氣相相連接，以平衡氣相壓力的靜壓作用。484、 液位的測量與變送 為了解決測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大，易疑固等液體液位及引壓管線被腐蝕、被堵的問題，而專門生產(chǎn)了法蘭式差壓

33、變送器。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，如圖所示。作為敏感元件的測量頭(金屬膜盒)，經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測量室相通。在膜盒、毛細(xì)管和測量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)充有硅油，作為傳壓介質(zhì)，并使被測介質(zhì)不進(jìn)入毛細(xì)管與變送器。 494、 液位的測量與變送50+ -=-+Hh氣正遷移情況+ -=-+312 法蘭式液位變送器測液位1、法蘭 2、毛細(xì)管 3、變送器二、自動控制基礎(chǔ)知識調(diào)節(jié)對象：自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工藝生產(chǎn)設(shè)備給定值：生產(chǎn)中要求保持的工藝指標(biāo)偏差：在自動化系統(tǒng)中，e=x - z 給定值x大于測量值z時為正偏差，反之為負(fù)偏差；但在單獨討論調(diào)節(jié)器時，正好相反，即e=z - x。 系統(tǒng)的過渡過程：調(diào)節(jié)系統(tǒng)

34、在受干擾作用后，在調(diào)節(jié)器的控制下，被調(diào)參數(shù)隨時間而變化的過程。如果調(diào)節(jié)正常的話，這個過程是一個衰減振蕩的過程。 傳遞函數(shù)及方框圖51調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥對象變送器x + e-H二、自動控制基礎(chǔ)知識控制質(zhì)量指標(biāo)衰減比：表示系統(tǒng)的衰減程度的標(biāo)志，=B1/B2（4:110:1常用）最大偏差A(yù)振蕩周期Pu余差C：過渡過程結(jié)束后，新穩(wěn)定值與給定值之差過渡時間T：從被調(diào)參數(shù)變化之時起，直到進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)值的5%所需的時間52二、自動控制基礎(chǔ)知識 53100%給定0%參數(shù)T自動控制系統(tǒng)的過渡過程5%B1B2PuA二、自動控制基礎(chǔ)知識調(diào)節(jié)器：根據(jù)偏差，按一定的運算規(guī)律產(chǎn)生輸出信號。比例P、積分I、微分D比例P：有兩種表

35、示方式:比例度%和增益K，K=1/ % ,K增大，系統(tǒng)的穩(wěn)定器變差，控制質(zhì)量提高。純比例調(diào)節(jié)時，K =輸出/輸入積分I：積分時間以Ti（分）來表示，積分作用的基本目的是在系統(tǒng)經(jīng)受干擾后使系統(tǒng)輸出返回設(shè)定值（即消除余差）。 Ti系統(tǒng)穩(wěn)定性， Ti積分作用越強。微分D：微分時間以Td（分）來表示，微分作用的基本目的是能補償容量的滯后，使系統(tǒng)穩(wěn)定性改善，從而允許使用高的增益，并提高響應(yīng)速度。 Td 作用強，太強會振蕩。54二、自動控制基礎(chǔ)知識比例控制P：比例，輸出與偏差成比例，但不能消除余差，它是以“偏差的大小”來動作的。比例積分控制PI：積分，輸出與偏差對時間的積分成比例，消除余差，它以“偏差是否

36、存在”來動作比例積分微分控制PID：微分，輸出與偏差變化的速度成比例，有超前調(diào)節(jié)的作用，對滯后大的對象有很好的效果。55二、自動控制基礎(chǔ)知識調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定經(jīng)驗法（如表）a、流量系統(tǒng)PI控制b、液位系統(tǒng)P控制c、壓力系統(tǒng)PI控制d、溫度系統(tǒng)PID控制臨界比例度法比例調(diào)節(jié)，慢慢增大K，直至臨界等幅振蕩，測出Kmax和Pu衰減曲線法響應(yīng)曲線法56Pu三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)原理調(diào)節(jié)閥=執(zhí)行機(jī)構(gòu)+閥體部件57三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：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)推力，使閥桿相應(yīng)的位移、閥芯動作。58序 號零 件 名 稱序 號零 件 名 稱1吊 環(huán) 螺 母10下 膜 蓋2上 膜

37、蓋11六 角 螺 栓 3膜 片12推 桿4托 盤13支 架5限 位 件14導(dǎo) 向 套6行 程 檔 塊15指 針7六 角 螺 母16標(biāo) 尺8彈 簧17閥 桿 連 接 部 件9防 雨 帽18銘 牌三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥解體圖閥體部件：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(dá)到調(diào)節(jié)的目的。59三、調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)：分氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)和長執(zhí)行機(jī)構(gòu)。氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 分正、反兩種形式。當(dāng)信號壓力增加時，閥桿向下動作的叫正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。反之，信號增加閥桿向上的叫反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通常接受20100KPa的標(biāo)準(zhǔn)信號壓力，帶定位器時，最高壓力為250KPa，其行程規(guī)格

38、有10、16、25、40、60、100mm六種。氣動活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 比上述更強力的輸出機(jī)構(gòu)，其壓力可達(dá)500KPa，而且無彈簧抵消推力，輸出力大，適用于大口徑、高靜壓、高壓差閥和蝶閥。氣動長行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 具有行程長、轉(zhuǎn)矩大的特點，它將信號氣壓轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角（0900）或位移（200400mm），適合于角行程調(diào)節(jié)閥的需要，多用于大轉(zhuǎn)矩的蝶閥、閘閥、風(fēng)門等。60三、調(diào)節(jié)閥閥體部件（如圖所示）直通單座閥：泄漏量小、許用壓差小、流通能力小。直通雙座閥：許用壓差大、流通能力大、泄漏量大。不適用于高粘度、 含懸浮顆粒的流體套筒調(diào)節(jié)閥：穩(wěn)定性好，不易引起閥芯振動；互換性和通用性強，只要更換套筒就可得到不

39、同的流量系數(shù)和流量特性；許用壓差大，熱膨脹影響小，；維修方便，閥座是通過螺紋與閥體相連的；使用壽命長；噪音低（比單、雙座閥低10分貝）611、直通單座；2、直通雙座；3、角形；4、隔膜閥；5、蝶閥；6、閥體分離閥；7、合流型三通調(diào)節(jié)閥；8、分流型三通調(diào)節(jié)閥三、調(diào)節(jié)閥偏心旋轉(zhuǎn)閥：流路簡單，阻力小，用物含固體懸浮物和高粘度的流體調(diào)節(jié)較為理想流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大1030%，可調(diào)比大，可達(dá)100：1閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運動減少了所要求的操作力矩，在流開流閉下都能穩(wěn)定操作，在高壓差下能順利使用，同時用較小的力就能嚴(yán)密關(guān)閉，所以泄漏量小。可通過改變定位器中凸輪板位置，方便地得到直線或等百分比流

40、量特性體積小，重量輕，可根據(jù)現(xiàn)場安裝位置，不更換任何零件靈活組裝62三、調(diào)節(jié)閥角形閥：角形調(diào)節(jié)閥除閥體為直角形外，其他結(jié)構(gòu)與直通單座閥調(diào)節(jié)閥相似流路簡單，死區(qū)和渦流區(qū)較小，借助介質(zhì)自身的沖刷作用，可有效地防止介質(zhì)堵塞，有較好的自潔性能流阻小，流量系數(shù)比單座閥大，相當(dāng)于雙座閥的流量系數(shù)它適用于高粘度、含懸浮物和顆粒狀流體的場合，或用于要求直角配管的地方，其流向一般為底進(jìn)側(cè)出。高壓調(diào)節(jié)閥：適用于高靜壓和高壓閥調(diào)節(jié)的特殊閥門，最大公稱壓力為32MPa，常見的結(jié)構(gòu)有多級閥芯和單級閥芯。多級閥芯是幾個閥芯串在一起相當(dāng)幾個閥逐漸降壓，但這種閥結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)節(jié)性能差，應(yīng)用較少；單級閥芯多為角形單座，但在高壓

41、差下，流體對閥芯、閥座的沖刷和氣蝕嚴(yán)重，使用壽命短。63三、調(diào)節(jié)閥蝶閥（翻板閥）：流通能力大，約為同口徑雙座閥的1.5 3倍；阻力損失小；沉積物不易積存；結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間很小。但操作轉(zhuǎn)矩大，泄漏量較大，可調(diào)范圍小。特別適用于低壓差、大口徑、大流量的氣體和漿狀液體O型球閥：可起調(diào)節(jié)和切斷作用，常用于兩位式控制。它流路簡單，全開時完全形成直管通道，壓力損失最小，特別適用 于高粘度、懸浮液、紙漿等流體場合。密封可靠，泄漏量很小，軟密封球閥可達(dá)到氣泡級密封。V型球閥：流通能力大，比普通閥高2倍以上；控制特性好，為等百分比；可調(diào)范圍大，可達(dá)300：1；具有剪切作用，能嚴(yán)密關(guān)閉，適用于漿料、纖維狀流體場合。主要缺點是操作壓力受到限制，高壓降時不適用。64三、調(diào)節(jié)閥隔膜調(diào)節(jié)閥：隔膜調(diào)節(jié)閥用耐腐蝕襯里的閥體和膜片代替閥芯和閥座，由隔膜起調(diào)節(jié)作用優(yōu)點：1、用橡膠等材料做隔膜，抗腐蝕性能好。2、結(jié)構(gòu)簡單，流路阻力小，同時能嚴(yán)密關(guān)閉。3、流通能較同口徑的其他閥大。4、流體被隔膜與閥門可動部件隔開，無需填料也不會外泄缺點：1、由于隔膜和襯里材質(zhì)限制，耐壓、耐溫較低，一般只能用于1.6MPa、150以下。2、控制特性差，可調(diào)范圍小，流量特性近似快開特性，60%行程前近似線性，60%后流量變