儀表基礎(chǔ)知識講義(一期)

儀表基礎(chǔ)知識

1梁清生主要內(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、分析儀表五、聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成六、控制系統(tǒng)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(yùn)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(yùn)行的重要環(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(diǎn)。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(shí)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(diǎn)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，冷端置于生產(chǎn)設(shè)備的外面，如果兩端所處的溫度不同(譬如，熱端溫度為t，冷瑞溫度為to)，則在熱電偶回路中便會產(chǎn)生熱電勢E。該熱電勢E與熱電偶兩端的溫度t和to均E有關(guān)。如果保持t。不變，則熱電勢E只是被測溫度t的函數(shù)。用電測儀表測得E的數(shù)值后，便知道被測溫度t的大小。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(shí)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)和連按導(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(diǎn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳、自動記錄和多點(diǎn)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=R0[1+α(t-t0)]ΔRt=Rt-R0=αR0Δt

式中Rt溫度為t℃時的電阻值;R。溫度為t0℃(通常為0℃)時的電阻值;α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，;Δt溫度的變化量，即t-t。=ΔtΔRt溫度改變Δt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(shí)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DCS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??；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。161、溫度的測量與變送

在選用測溫儀表解決現(xiàn)場測溫問題時，首先要分析被測對象特點(diǎn)及狀態(tài)，然后根據(jù)現(xiàn)有溫度計的特點(diǎn)及其技術(shù)指標(biāo)確定選用的類型。一般應(yīng)考慮以下幾個方面:1．儀表的可能測溫范圍及常用測溫范圍，是否符合被測對象的溫度變化范圍的要求;2．儀表的精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)時間是否適應(yīng)測溫要求;3．根據(jù)測量場所有無沖擊、振動及電磁場，來考慮儀表的防震、防沖擊、抗干擾性能是否良好;4．儀表輸出信號能否自動記錄和遠(yuǎn)傳;5．儀表的防腐性、防爆性和連續(xù)使用期限，是否滿足被測對象的要求;6．電源電壓、頻率變化及環(huán)境溫度變化對儀表示值的影響程度;7．測溫元件的體積大小是否適當(dāng);8．儀表使用是否方便、安裝維護(hù)是否容易。172、壓力的測量與變送

在壓力測量中，通常有絕對壓力，表壓力、負(fù)壓、或真空度等名詞。絕對壓力是指介質(zhì)所受的實(shí)際壓力。表壓是指高于大氣壓的絕對壓力與大氣壓之差，即：

P表=P絕-P大負(fù)壓與真空度是指大氣壓力與低于大氣壓力的絕對壓力之差，即：

P真=P大-P絕絕對壓力、表壓力、大氣壓力、負(fù)壓力（真空度）之間的關(guān)系如下圖所示。因為各種工藝設(shè)備和測量儀表都處于大氣中，所以工程上都用表壓力或真空度來表示壓力的大小。我們用壓力表來測量壓力的數(shù)值，實(shí)際上也都是表壓或真空度（絕對壓力表的指示值除外）。因此，在工程上無特別說明時，所提的壓力均指表壓力或真空度。182、壓力的測量與變送

19P表壓P負(fù)壓P絕壓P絕壓大氣壓力線

表壓、絕壓、真空之間的關(guān)系圖2、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。202、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、隔膜、膜片等。在被測介質(zhì)壓力的作用下，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，以遠(yuǎn)傳顯示，報警或調(diào)節(jié)用。212、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(diǎn)。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。222、壓力的測量與變送

23

彈簧管壓力表1、彈簧管2拉桿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γ要隨即減小Δγ，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Δγ/γ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。242、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，使用時應(yīng)予以注意。252、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。262、壓力的測量與變送

272、壓力的測量與變送（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(shí)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(diǎn)。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。282、壓力的測量與變送

29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）電容式壓力變送器一般意義上的壓力變送器主要由測壓元件傳感器（也稱作壓力傳感器）、測量電路和過程連接件三部分組成。它能將測壓元件傳感器感受到的氣體、液體等物理壓力參數(shù)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電信號（如4~20mADC等），被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩個壓力室，作用在δ元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液傳送到測量膜片兩側(cè)。電容式壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個電容器。當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。電容式壓力變送器和電容式絕對壓力變送器的工作原理和差壓變送器相同，所不同的是低壓室壓力是大氣壓或真空。電容式壓力變送器的A/D轉(zhuǎn)換器將解調(diào)器的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其值被微處理器用來判定輸入壓力值。微處理器控制變送器的工作。另外，它進(jìn)行傳感器線性化。重置測量范圍。工程單位換算、阻尼、開方，，傳感器微調(diào)等運(yùn)算，以及診斷和數(shù)字通信302、壓力的測量與變送（4）電容式傳感器31ΔSS0S0S2S1圖2-19膜片位移原理圖4~20 mA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(qiáng)，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。322、壓力的測量與變送隔膜壓力表的用途

隔膜壓力表主要用于石油化工、制堿、化纖、染化、制藥、食品、衛(wèi)生系統(tǒng)和制堿等工業(yè)部門生產(chǎn)過程中測量流體介質(zhì)的壓力之用。。當(dāng)我們測量一般氣體、水和油液的壓力時，可選用一般壓力表：當(dāng)測量硝酸。磷酸、強(qiáng)堿的壓力時，可用不銹鋼壓力表。但是當(dāng)被測量的介質(zhì)有很強(qiáng)的腐蝕性（如鹽酸、濕氯氣、二氯化鐵），有很高的粘度（如乳膠），易結(jié)晶（如鹽水），易凝固（如熱瀝青），有固態(tài)浮游物（如污水），則再選用以上壓力表是不可行的，因為就是SUS316不銹鋼管也會被鹽酸腐蝕，瀝青和污水中的浮游物很快會將壓力表的導(dǎo)壓孔堵塞，而使儀表失去使用功能。隔膜壓力表則能解決這些問題，人們可以根據(jù)不同的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)而選用不同的耐腐蝕隔膜膜片材質(zhì)而起到防腐的作用。332、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(shí)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。3、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(shí)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ρ，則體積流量Q與質(zhì)量流量M的關(guān)系是:M=Qρ或Q=M/ρ353、流量的測量與變送

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℃、0.10133MPa(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。363、流量的測量與變送373、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(shí)現(xiàn)流量測量的。差壓式流量計通常是由能將被測流量轉(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。383、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。

393、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情況：

403、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(qiáng)，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P1＞P2)。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(diǎn)的流向就與管道中心軸線相傾斜，形成了流束的收縮運(yùn)動。同時，由于流體運(yùn)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Ⅱ處)，并隨流量大小而變化。以上就是流體流經(jīng)節(jié)元件時，流束為什么產(chǎn)生收縮的原因。413、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P2<P1)。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ΔP。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ΔP也愈大。所以只要測出元件前后的壓力差ΔP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。423、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α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

ε——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ε=1;A?！?jié)流元件的開孔截面積;ΔP——節(jié)流元件前后實(shí)際測得的靜壓差;ρ1————節(jié)流元件前流體密度43Q=αεA02ΔPρ1

M=αεA0√2ρ1ΔP3、流量的測量與變送

在計算時，如果把Ao用π/4d2表示，d為工作溫度下孔板孔口直徑，單位為mm，而ΔP以Mpa為單位，則上述基本流量方程式可換算為實(shí)用流量計算公式，即：式中0.3998=3600×10-6×π/4×√2。以上流量公式表明，當(dāng)αερd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(shí)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(yùn)行在量程的30%以下。

44Q=0.003998αεd2ΔPρ1

M=0.003998αεd2

√ρ1ΔP3、流量的測量與變送渦街流量計1）渦街流量計的測量原理。渦街旋渦流量計通常稱它為旋渦流量計，又稱為卡門旋渦流量計，它是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離型流量計。當(dāng)流體以足夠大的流速流過垂直于流體流向的物體時，若該物體的幾何尺寸適當(dāng)，則在物體的后面，沿兩條平行直線上產(chǎn)生整齊排列、轉(zhuǎn)向相反的渦列。渦列的個數(shù)，既渦街頻率，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，從而測出流體的流量。2）渦街流量計的使用場合：渦街流量計是利用流體自然振蕩的原理制成的一種旋渦分離型流量計，渦街頻率和流體的流速成正比，常用的旋渦發(fā)生體為三角柱形，輸出頻率較低。用渦街流量計進(jìn)行測量時要求流體的雷諾數(shù)在20000~7000000之間，且流速必須在規(guī)定范圍內(nèi)，不同的口徑有不同的流速要求，對液相、氣相、蒸汽的流速要求各不相同；儀表有直管段要求，一般用于清潔低粘度介質(zhì)測量，測量精度為1%。453、流量的測量與變送威力巴流量計1)威力巴的測量原理。當(dāng)液體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓，根據(jù)佰努力方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)。壓力略低于管道靜壓，流體從探頭流過后在探頭后部產(chǎn)生部分真空，并且在探頭的內(nèi)側(cè)出現(xiàn)渦，威力巴均速流量探頭在高低壓區(qū)有按一定準(zhǔn)則排布的多對取壓孔，能精確的檢測到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。2）威力巴流量計的使用場合：用于測量較大工藝管道內(nèi)介質(zhì)流量，其測量原理為測量管道橫截面上流體的平均流速，要求被測流體在操作狀態(tài)下的雷諾數(shù)大于20000，流體中無雜質(zhì)和污物、不結(jié)垢，流速范圍液體為0.5~6m/s、氣體為10~60m/s、蒸汽為5~30m/s。463、流量的測量與變送電磁流量計1）電磁流量計的工作原理。電磁流量計由變送器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。變送器是基于電磁感應(yīng)定律工作的，當(dāng)被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動，因而在與介質(zhì)流動和磁力線的垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)換器是一個高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流豪伏轉(zhuǎn)換器。2）電磁流量計的使用場合：用于測量導(dǎo)電液體介質(zhì)流量，介質(zhì)溫度不宜超過120度，壓力不宜超過1.6MPa，不宜在負(fù)壓狀態(tài)下使用，流速不得低于0.3m/s，被測介質(zhì)中不能含有較多的磁鐵性物質(zhì)和氣泡，被測流體基本無壓損，測量精度可達(dá)0.5%，量程比寬為1：20，其測量原理為法拉第電磁感應(yīng)定理。3）電磁流量計的組成：包括傳感器、變送器和顯示單元三部分，傳感器安裝在管道上，變送器和顯示單元單獨(dú)安裝在傳感器旁便于觀察和維護(hù)的地方，二者之間有專用的多芯屏蔽電纜進(jìn)行電氣連接，也可二者組合為一體式。473、流量的測量與變送超聲波流量計1）超聲波流量計的測量原理。超聲波流量計采用時差式測量原理：一個探頭發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)、另一側(cè)管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發(fā)射信號被第一個探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，進(jìn)而可以得到流量值Q2）超聲波流量計的傳感器是由兩部分組成：一部分為發(fā)射部分，它將電能轉(zhuǎn)變成聲能以一定的頻率發(fā)送出去，另一部分是接收部分，它將聲能轉(zhuǎn)變成電能并接收；聲音的轉(zhuǎn)播速度與流體的流速成正比，通過聲音的傳播速度能計算出流體的流速，進(jìn)而求出流體的流量。483、流量的測量與變送容積式流量計容積式流量計，又稱定排量流量計，簡稱PD流量計，在流量儀表中是精度較高的一類。它利用機(jī)械測量元件把流體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)測量室逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測量流體體積總量容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體體積．所以，在容積式流量計內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計的“計量空間”或“計量室”．這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成．容積式流量計的工作原理為：流體通過流量計，就會在流量計進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差．流量計的轉(zhuǎn)動部件（簡稱轉(zhuǎn)子）在這個壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并將流體由入口排向出口．在這個過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，然后又不斷地被送往出口．在給定流量計條件下，該計量空間的體積是確定的，只要測得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動次數(shù)．就可以得到通過流量計的流體體積的累積值493、流量的測量與變送質(zhì)量流量計1)質(zhì)量流量計測量原理。是直接測定單位時間內(nèi)所流過的介質(zhì)的質(zhì)量。直管流量計由兩根完全對稱的鈦管焊接在連接器上構(gòu)成，管中間加電磁激勵，使其震蕩，當(dāng)管中流體不流時，AB兩端電檢測系統(tǒng)測得的管子震蕩的相位是相同的，當(dāng)流體流動時，根據(jù)科里奧力原理，克氏力在測量管的前半段與震蕩方向相反，所以測量管的震蕩角速度減少。而在管子的后半段，克氏力和震蕩方向相同，所以管子的震蕩角速度增大，震動加大。于是光電檢測系統(tǒng)AB測量的相位不同，流體的質(zhì)量流量越大，相位越大。

2）質(zhì)量流量計的使用場合：因質(zhì)量流量計測量的是流體的質(zhì)量流量，不受流體溫度、壓力、密度等參數(shù)變化的影響，且測量精度很高（可達(dá)0.1%），無直管段要求，固在一些要求進(jìn)行精確測量和嚴(yán)格控制進(jìn)料的場合以及用于貿(mào)易結(jié)算進(jìn)行計量的時候，常常使用質(zhì)量流量計進(jìn)行流量測量，但因其價格昂貴使用面不是太廣。504、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(diǎn)和應(yīng)用場合。514、液位的測量與變送

524、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(diǎn)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。534、液位的測量與變送

544、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Δθ與液位H成比例，其關(guān)系如下

Δθ=-KH

式中K-------轉(zhuǎn)換系數(shù)。

554、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，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。

564、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。

57+-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Hρg式中H液位高度;ρ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：

ΔP=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。584、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。

594、液位的測量與變送60+-——==-+Hhρ氣正遷移情況ρ+-——==-+312

法蘭式液位變送器測液位1、法蘭2、毛細(xì)管3、變送器4、液位的測量與變送磁翻柱液位計，磁致伸縮液位計、浮標(biāo)液位計根據(jù)恒浮力原理進(jìn)行測量的，有頂裝和側(cè)裝兩種形式，頂裝磁致伸縮液位計由探測桿和抱探測桿上浮動的浮子組成。儀表安裝時要求連通管或探測桿的垂直度要好，液面變要太劇烈，介質(zhì)內(nèi)不能有固體雜質(zhì)，否則容易導(dǎo)致浮子卡塞。614、液位的測量與變送射頻導(dǎo)納液位計射頻導(dǎo)納物位控制技術(shù)是一種從電容式物位控制技術(shù)發(fā)展起來的，防掛料、更可靠、更準(zhǔn)確、適用性更廣的物位控制技術(shù)，“射頻導(dǎo)納”中“導(dǎo)納”的含義為電學(xué)中阻抗的倒數(shù)，它由阻性成分、容性成分、感性成分綜合而成，而“射頻”即高頻，所以射頻導(dǎo)納技術(shù)可以理解為用高頻測量導(dǎo)納。高頻正弦振蕩器輸出一個穩(wěn)定的測量信號源，利用電橋原理，以精確測量安裝在待測容器中的傳感器上的導(dǎo)納，在直接作用模式下，儀表的輸出隨物位的升高而增加。624、液位的測量與變送伺服液位計伺服式液位計是一種多功能儀表，既可以測量液位，也可以測量界面、密度和罐底等參數(shù)，一直被廣泛地用于儲罐液位的高精確度測量。伺服液位計基于力平衡的原理，由微伺服電動機(jī)驅(qū)動體積較小的浮子，使其中精確地進(jìn)行液位或界面測量，其基本工和過程是：浮子用測量鋼絲懸掛在儀表外殼內(nèi)，而測量鋼絲纏繞在精密加工過的外輪鼓上，外磁鐵被固定在外輪鼓內(nèi)，并與固定在內(nèi)輪鼓內(nèi)磁鐵耦合在一起。當(dāng)液位計工作時，浮子作用于細(xì)鋼絲上的重力在外輪鼓的磁鐵上產(chǎn)生力矩，從而引起磁通量的變化。輪鼓組件間的磁通量變化導(dǎo)致內(nèi)磁鐵上的電磁傳感器（霍爾元件）的輸出電壓信號發(fā)生變化，其電壓值與貯存634、液位的測量與變送伺服液位計于CPU中的參考電壓相比較。當(dāng)浮子的位置平衡時，其差值為零。當(dāng)被測介質(zhì)液位變化時，使得浮子發(fā)生改變。其結(jié)果是磁耦力矩被改變，使得帶有溫度補(bǔ)償?shù)幕魻栐妮敵鲭妷喊l(fā)生變化。該電壓值與CPU中的參考電壓的差值驅(qū)動伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動浮子上下移動重新達(dá)到平衡點(diǎn)。整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)反饋回路，其精確度可達(dá)±0.7mm，而且，其自身帶有的掛料補(bǔ)償功能，能夠補(bǔ)償由于鋼絲或浮子上附著被測介質(zhì)導(dǎo)致的鋼絲張力的改變644、液位的測量與變送雷達(dá)液位計雷達(dá)液位計屬非接觸式測量儀表，雷達(dá)液位計采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。雷達(dá)液位計的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測對象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時間與到液面的距離成正比，關(guān)系式如下：

D=CT/2

式中

D——雷達(dá)液位計到液面的距離

C——電磁波在空中傳播速度雷達(dá)液位計對于安裝要求較高，測量介質(zhì)的介電常數(shù)越高，電磁波的反射常數(shù)越高，測量結(jié)果越精確；雷達(dá)液位計常用于罐的液位測量。654、液位的測量與變送放射性料位計帶有放射源和核探測器，利用電離輻射測量來指示容器內(nèi)部液體或顆粒狀物質(zhì)裝填高度的測量裝置。通常放射源和探測器分別安裝在容器兩側(cè)。當(dāng)物料高于探頭安裝位置，射線被吸收，探測器測到的射線強(qiáng)度減弱，當(dāng)物料低于探頭安裝位署，射線不被物料吸收，探測器測到的射線強(qiáng)度增強(qiáng)，以此指示物料的裝填高度。料位計用的放射源有r源和中子源。料位計可按放射源與探測器的配置分為單點(diǎn)、多點(diǎn)和連續(xù)型料位計，也可根據(jù)要求設(shè)計成通斷式或隨動式料位計。拉位計目前廣泛用于食品、化工、采礦、冶金和建材行業(yè)，既可單獨(dú)使用，也可用于過程控制。。66二、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(dú)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)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67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，η=B1/B2（4:1~10:1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68二、自動控制基礎(chǔ)知識

69100%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(yùn)算規(guī)律產(chǎn)生輸出信號。比例P、積分I、微分D比例P：有兩種表示方式:比例度δ%和增益K，K=1/δ%, 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(qiáng)。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(bǔ)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(qiáng)，太強(qiáng)會振蕩。70二、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。71二、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控制系統(tǒng)δ%Ti分Td分溫度20~603~100.5~3流量40~1000.1~1壓力30~700.4~3液位20~80(>10)72三、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73三、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。74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

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。75三、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20~100KPa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(qiáng)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(diǎn)，它將信號氣壓轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的轉(zhuǎn)角（0~900）或位移（200~400mm），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。76三、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(qiáng)，只要更換套筒就可得到不同的流量系數(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）77 1、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：⑴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⑵流通能力較大，比同口徑的單、雙座閥大10~30%，可調(diào)比大，可達(dá)100：1⑶閥芯球面偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)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。⑷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量特性⑸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78三、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⑴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⑵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，但在高壓差下，流體對閥芯、閥座的沖刷和氣蝕嚴(yán)重，使用壽命短。79三、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??；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(diǎn)是操作壓力受到限制，高壓降時不適用。80三、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(diǎn)：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(diǎn)：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%后流量變化很小。 隔膜調(diào)節(jié)閥適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的調(diào)節(jié)，也能用于高粘度及懸浮顆粒流體的調(diào)節(jié)。81三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線調(diào)節(jié)閥的流開、流閉調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)

隨信號增大，閥門開度增大的叫氣開 選擇調(diào)節(jié)閥的氣開/關(guān)型式，應(yīng)從裝置和設(shè)備的安全性來考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)閥體部件調(diào)節(jié)閥正正氣關(guān)正反氣開反正氣開反反氣關(guān)82流開狀態(tài)流閉狀態(tài)正裝反裝正裝反裝三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的流量特性：快開、線性、等百分比、拋物線調(diào)節(jié)閥為什么選等百分比閥較多？

q=αf△P

閥位變時閥前后總差壓△P也變，q也變，即流量特性同同往上移，所以選等百分比閥較多。當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端差壓比較小時，對象是線性對象，則選線性閥調(diào)節(jié)閥正常可調(diào)范圍一般控制在20~80%831234 1、快開；2、線性；3、拋物線；4、等百分比三、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥的流通能力

流通能力Cv值（）是調(diào)節(jié)閥選型的主要參數(shù)之一，調(diào)節(jié)閥的流通能力的定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開時，閥兩端壓差為0.1MPa，流體密度為1g/cm3時，每小時流徑調(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，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。84三、調(diào)節(jié)閥為了調(diào)節(jié)閥的快速響應(yīng)和定位精定，使用中的調(diào)節(jié)閥一般均配有定位器目前在用的主要有機(jī)械式及智能定位器；常規(guī)定位器多為機(jī)械力平衡原理，它采用噴嘴擋板機(jī)構(gòu)，可動件較多，容易受溫度波動、外界振動等干擾的影響，耐環(huán)境性差智能電氣閥門定位器的性能與傳統(tǒng)閥門定位器相比有了一個大的飛躍。智能電氣閥門定位器的定位精度更高，適用范圍更廣，而且使用更加簡便和可靠85四、分析儀表

1、基本概念在線分析儀表是指安裝在生產(chǎn)流程裝置現(xiàn)場能自動對原料、成品、半成品、中間產(chǎn)品的成分、組分進(jìn)行連續(xù)地測量、分析、指示的分析儀器。86四、在線分析儀表2、在線分析儀表的分類2.1按測定方法分：光學(xué)分析儀器、電化學(xué)分析儀器、色譜分析儀器、物性分析儀器、熱分析儀器等。2.2按被測介質(zhì)的相態(tài)分：氣體分析儀和液體分析儀。其中氣體分析儀表包括紅外線分析儀、熱導(dǎo)式氣體分析儀〔氫表、氬表〕、氧化鋯、磁力機(jī)械氧分析儀、熱磁式氧分析儀、磁壓式氧分析儀、激光煙氣分析儀、折射儀、硫比值分析儀、微量水、微量氧、⑶略煙氣分析儀、烴分析儀、色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、拉曼光譜分析儀。液體分析儀表主要是常見的水分析儀表包括四計、電導(dǎo)儀、濁度計、氨氮分析儀、水中油、余氯分析儀。。87四、在線分析儀表3、石油化工常用分析儀器3.1、PH計PH計是測量和反應(yīng)溶液酸堿度的重要工具，PH計的型號和產(chǎn)品多種多樣，但是無論P(yáng)H計的類型如何變化，它的工作原理都是相同的，其主體是一個精密的電位計一個電流計，該電流計能在電阻極大的電路中測量出微小的電位差。由于采用最新的電極設(shè)計和固體電路技術(shù)，現(xiàn)在最好的pH可分辨出0.005pH單位。參比電極的基本功能是維持一個恒定的電位，作為測量各種偏離電位的對照。銀-氧化銀電極是目前pH中最常用的參比電極。88四、在線分析儀表

玻璃電極的功能是建立一個對所測量溶液的氫離子活度發(fā)生變化作出反應(yīng)的電位差。把對pH敏感的電極和參比電極放在同一溶液中，就組成一個原電池，該電池的電位是玻璃電極和參比電極電位的代數(shù)和。E電池=E參比+E玻璃，如果溫度恒定，這個電池的電位隨待測溶液的pH變化而變化，而測量酸度計中的電池產(chǎn)生的電位是困難的，因其電動勢非常小，且電路的阻抗又非常大（1－100MΩ）；因此，必須把信號放大，使其足以推動標(biāo)準(zhǔn)毫伏表或毫安表。電流計的功能就是將原電池的電位放大若干倍，放大了的信號通過電表顯示出，電表指針偏轉(zhuǎn)的程度表示其推動的信號的強(qiáng)度，為了使用上的需要，pH電流表的表盤刻有相應(yīng)的pH數(shù)值；而數(shù)字式pH計則直接以數(shù)字顯出pH值。分類。89四、在線分析儀表3.2、氧分析儀1）磁導(dǎo)式氧分析儀：氧氣在磁場中具有很強(qiáng)的順磁性如果以氧的相對磁化率為100%，常見氣體中磁化率較高的一氧花碳的磁化率只有36、2%，而氫氣、二氧化碳、氬氣、氨、甲烷等都是負(fù)的，與氧的磁化率相差甚遠(yuǎn)，利用這個原理制造出了磁導(dǎo)式氧氣分析儀。。。90四、在線分析儀表2）氧化鋯分析儀：最早被研究的固體電解質(zhì)就是以氧化鋯為代表的氧離子導(dǎo)體，氧化鋯經(jīng)經(jīng)氧化鈣或氧化釔及稀土氧化物摻雜后結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定，電導(dǎo)率有所提高；這是因為四價的鋯原子被二價的鈣或三價的釔原子所置換，形成氧原子空楥，高溫時（600℃）它就變成良好的氧離子導(dǎo)體當(dāng)氧化鋯內(nèi)外2側(cè)氣體中的氧分壓不同時就構(gòu)成了氧濃差電池氧離子從濃度高的一側(cè)遷移到濃度低的一側(cè)在氧化鋯的內(nèi)外就產(chǎn)生電勢，此電勢的大小與氧化鋯倆側(cè)的氧分壓和工作溫度成函數(shù)關(guān)系。3）微量氧分析儀：微量氧分析儀與氧化鋯分析儀一樣屬于電化學(xué)分析儀只不過微量氧分析儀是液態(tài)的原電池，氧化鋯是固態(tài)的氧濃差電池。。91四、在線分析儀表3.3氣相色譜分析儀1）工作原理：色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，及研究物質(zhì)的物理、化學(xué)特性的儀器。包括進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、記錄和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及流動相控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點(diǎn)。有氣相色譜儀、液相色譜儀和凝膠色譜儀等。這些色譜儀廣泛地用于化學(xué)產(chǎn)品，高分子材料的某種含量的分析，凝膠色譜還可以測定高分子材料的分子量及其分布。。92四、在線分析儀表3.4溶解氧分析儀溶解氧分析儀測量原理氧在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中溶解的鹽。溶解氧分析儀傳感部分是由金電極(陰極)和銀電極(陽極)及氯化鉀或氫氧化鉀電解液組成，氧通過膜擴(kuò)散進(jìn)入電解液與金電極和銀電極構(gòu)成測量回路。當(dāng)給溶解氧分析儀電極加上0.6～

0.8V的極化電壓時，氧通過膜擴(kuò)散，陰極釋放電子，陽極接受電子，產(chǎn)生電流，整個反應(yīng)過程為：陽極

Ag+Cl→AgCl+2e-陰極

O2+2H2O+4e→4OH-根據(jù)法拉第定律：流過溶解氧分析儀電極的電流和氧分壓成正比，在溫度不變的情況下電流和氧濃度之間呈線性關(guān)系。。93四、在線分析儀表3.5可燃?xì)怏w報警儀可燃?xì)怏w在有氧氣和催化劑的條件下會發(fā)生無焰燃燒，當(dāng)可燃?xì)怏w通過惠斯頓平衡電橋的一個涂有催化劑的橋臂電阻時，會發(fā)生燃燒電阻發(fā)熱后阻值升高造成電橋不平衡輸出一個信號，由電信號的大小就可測知可燃?xì)怏w濃度（爆炸下限的百分率）。3.6有毒氣體報警儀石油化工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)有毒、有害氣體，這種氣體種類很多，生產(chǎn)中遇到較多的是H2SCONONO2NH3苯等氣體，這些氣體危害程度不一樣，允許濃度差別很大，所以檢測方法和傳感器種類不同，有半導(dǎo)體氣敏式、固體熱導(dǎo)式、紅外線吸收式、固體電解式等。。94五、聯(lián)鎖系統(tǒng)的構(gòu)成

聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)是按生產(chǎn)裝置的工藝過程和設(shè)備要求，使相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，或自動啟動備用系統(tǒng)，或?qū)崿F(xiàn)安全停車的系統(tǒng)。聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)要既能保證生產(chǎn)裝置和設(shè)備的正常開、停、運(yùn)轉(zhuǎn)，又能在工藝過程出現(xiàn)異常時，按規(guī)定的程序保證安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)緊急操作、安全停車、緊急停車或自動投入備用設(shè)備。