現(xiàn)場(chǎng)儀表基礎(chǔ)知識(shí)

儀表基礎(chǔ)知識(shí)一、儀表的分類(lèi)1、儀表包括現(xiàn)場(chǎng)儀表及系統(tǒng)兩大部分、兩者的組合構(gòu)成一個(gè)整體。2、系統(tǒng)部分包括DCS、SIS、ITCC以及配套的PLC等。3、現(xiàn)場(chǎng)部分包括壓力、流量、液位、溫度、調(diào)節(jié)閥及分析儀表等。二、儀表的信號(hào)處理1、現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)將被測(cè)參數(shù)以能量形式經(jīng)一次或多次的轉(zhuǎn)換，通過(guò)變送器將最后得到測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送至控制系統(tǒng)或由指針或數(shù)字的形式直接顯示。2、所謂標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，就是物理量的形式和數(shù)值范圍都符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)。直流電流4—20mA；直流電壓1—5v；空氣壓力20—100kPa等都是當(dāng)前通用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。有了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，不僅可使同一系列的各類(lèi)儀表容易構(gòu)成檢測(cè)或控制系統(tǒng)，而且還可以將不同系列的儀表甚至計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)使用，這樣兼容性、互換性大為提高，配套方便，從而擴(kuò)大儀表應(yīng)用范圍。三、壓力測(cè)量?jī)x表1、壓力測(cè)量的基本概念在工業(yè)生產(chǎn)中，通常所稱(chēng)的壓力，就是指均勻而垂直地作用在單位面積上的力，它的大小是由受力面積和垂直作用力的大小決定的。用數(shù)學(xué)式表示為：

P＝F/S

式中P為壓力

F為垂直作用力

S為受力面積2、壓力的單位在工程技術(shù)中，我國(guó)采用的是國(guó)際單位SI。計(jì)算壓力的單位是帕（Pa），1Pa就是1牛頓（N）的力垂直而均勻地作用在1平方米（m2）面積上所產(chǎn)生的壓力，其表示為N/m2(牛頓/平方米)，壓力單位除采用帕外，還可以采用千帕和兆帕，它們之間的換算關(guān)系為：

1MPa＝1000KPa＝106Pa3、壓力的表示方式有三種：絕對(duì)壓力，表壓力，負(fù)壓力或真空度。絕對(duì)壓力，表壓力，真空度之間關(guān)系如圖:絕對(duì)真空下的壓力稱(chēng)為絕對(duì)零壓,以絕對(duì)零壓為基準(zhǔn)來(lái)表示的壓力叫絕對(duì)壓力，是指被測(cè)介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力。表壓是以大氣壓為基準(zhǔn)來(lái)表示的壓力,所以它和絕對(duì)壓力正好相差一個(gè)大氣壓。負(fù)壓常稱(chēng)為真空度。從圖中可以看到，負(fù)壓是當(dāng)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)的表壓。工業(yè)上所用的壓力指示值多數(shù)為表壓，即壓力表的指示值是絕對(duì)壓力和大氣壓力之差，所以絕對(duì)壓力為表壓和大氣壓力之和。4、彈簧管壓力表：利用各種形式的彈性敏感元件在受壓后產(chǎn)生彈性變形的特性進(jìn)行壓力檢測(cè)。如彈簧管壓力表。115、壓力變送器

目前在化工廠(chǎng)中廣泛使用了電容式壓力變送器，它們是一種連續(xù)測(cè)量被測(cè)壓力并將其變換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(電流)的儀表。它們可以遠(yuǎn)距離傳輸，并在中央控制室進(jìn)行壓力指示、記錄或調(diào)節(jié)。按測(cè)量范圍的不同它們可分為低壓、中壓、高壓和絕壓等類(lèi)型。羅斯蒙特3051系列電容式壓力變送器電容式壓力變送器是依據(jù)變電容原理工作的壓力檢測(cè)儀表。它是利用彈性元件受壓變形改變可變電容器的電容量，從而實(shí)現(xiàn)壓力-電容的轉(zhuǎn)換。電容式壓力變送器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、動(dòng)態(tài)性能好、電容相對(duì)變化大、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。精度達(dá)±0.1%。電容式壓力傳感器由測(cè)量環(huán)節(jié)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)組成。測(cè)量環(huán)節(jié)感受被測(cè)壓力將其轉(zhuǎn)換成電容量的變化，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)將電容變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)4-20mA。故障現(xiàn)象處理：1、儀表波動(dòng)。（干擾、介質(zhì)影響）2、顯示不準(zhǔn)。（量程問(wèn)題，堵塞，變送器損壞）四、流量測(cè)量?jī)x表1、流量的定義和單位流量就是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道或設(shè)備某一截面的物料量，或稱(chēng)瞬時(shí)流量(簡(jiǎn)稱(chēng)流量)。按計(jì)量物質(zhì)數(shù)量的不同方法，流量分為體積流量和質(zhì)量流量。在國(guó)際單位制SI中，它們的單位分別為m3／s和kg／s。

(1)體積流量若單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道的流體數(shù)量，是按體積來(lái)算的，叫做體積流量，常用符號(hào)Q表示。如設(shè)備或管道某處的橫截面積為S，該處流體的平均速度為V，則有：Q=SV工業(yè)上常用的體積流量單位有：米3／小時(shí)(m3／h)升／小時(shí)(L／h)標(biāo)準(zhǔn)立方米／小時(shí)(Nm3／h)等。由于氣體重度是隨溫度、壓力等狀態(tài)參數(shù)變化的，所以氣體的流量，通常以溫度為20℃，壓力為1.0132X102kpa下(即在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)氣體的體積來(lái)表示。

(2)質(zhì)量流量是以流體的質(zhì)量M為依據(jù)的。它的特點(diǎn)是被測(cè)流量不受流體溫度、壓力、密度、粘度等變化的影響。質(zhì)量流量符號(hào)用Qm表示。質(zhì)量流量和體積流量的換算關(guān)系：

Qm=Qρ

ρ--為流體密度(3)常用流量單位之間的換算

1米3／小時(shí)＝1000升／小時(shí)＝106毫升／小時(shí)=106厘米3／小時(shí)；

1噸／小時(shí)=1000公斤／小時(shí)。2、流量測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)流量測(cè)量的方法很多，儀表的種類(lèi)也很多，結(jié)合流量的定義，常用的流量測(cè)量方法可歸納為：

容積法流速法質(zhì)量流量法等。2.1容積法如果流體是以固定體積從流量計(jì)中逐次排放流出，則對(duì)排放的次數(shù)計(jì)數(shù)，就可以求得通過(guò)儀器的流體總量，若測(cè)量排放的頻率，即可顯示流量。這種方法叫做容積法。如刮板流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)體積管等，都是按此原理工作的。這類(lèi)儀表所顯示的是體積流量的總量。容積法的特點(diǎn)是流動(dòng)狀態(tài)對(duì)測(cè)量的影響較小，精確度較高，這類(lèi)流量計(jì)一般不宜用于測(cè)量高溫高壓流體和臟污介質(zhì)的流量，測(cè)量流量的上限也不大。橢圓齒輪流量計(jì)橢圓齒輪流量計(jì)的測(cè)量部分是由兩個(gè)相互嚙合的橢圓形齒輪A和B、軸及殼體組成。橢圓齒輪與殼體之間形成測(cè)量室，如圖所示。如圖(a)、(b)、(c)所示，橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)了1／4周，其所排出的被測(cè)介質(zhì)為一個(gè)半月形容積。所以、橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周所排出的被測(cè)介質(zhì)量為半月形容積的4倍。故通過(guò)橢圓齒輪流量計(jì)的體積流量Q為Q＝4nV0

式中n--橢圓齒輪的旋轉(zhuǎn)速度；

V0--半月形測(cè)量室容積。橢圓齒輪流量計(jì)的流量信號(hào)(即轉(zhuǎn)速n)的顯示，有就地顯示和遠(yuǎn)傳顯示兩種。2.2流速法根據(jù)一元流動(dòng)的連續(xù)方程，當(dāng)流通截面恒定時(shí)，截面上的平均流速與體積流量成正比。于是各種與流速有關(guān)的物理現(xiàn)象便可以用來(lái)建立流量計(jì)。例如：超聲波流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、漩渦流量計(jì)和節(jié)流式流量計(jì)等均屬于此類(lèi)。目前流量?jī)x表中以這類(lèi)儀表最多，它們有較寬的使用條件，有用于高溫高壓流體的，也有精度較高的，有的能量損失很小，有的可適應(yīng)臟污介質(zhì)等等。242526(1)差壓式流量計(jì)差壓式流量計(jì)在化工生產(chǎn)中得到最廣泛的應(yīng)用，它的節(jié)流裝置1安裝在生產(chǎn)工藝管道2上，并由引壓管3和差壓計(jì)4三個(gè)部分組成流量測(cè)量系統(tǒng)(如圖所示)。差壓式流量計(jì)的組成差壓式(也稱(chēng)節(jié)流式)流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。差壓式流量計(jì)一般是由能將流體的流量變換成差壓信號(hào)的節(jié)流元件(孔板、噴嘴)和用來(lái)測(cè)量壓差值的差壓計(jì)或差壓變送器及顯示儀表組成。27

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括孔板、噴嘴和文丘里管，在此以孔板為例。流體在管內(nèi)流動(dòng)，經(jīng)過(guò)節(jié)流孔時(shí)，通道截面積突然變小，流速加大，由于在總的能量中動(dòng)能增大，勢(shì)必導(dǎo)致靜壓力的下降。流量越大，壓力降低得越多，再經(jīng)過(guò)一段距離后，流速又回到原來(lái)的數(shù)值，壓力也有所回升，但因有阻力損失，所以恢復(fù)不到原來(lái)的數(shù)值，壓力分布大致如圖所示。28差壓△p＝p1—p2與體積流量qv有如下關(guān)系：

kqv為補(bǔ)償系數(shù)流量的檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)節(jié)流裝置前后差壓△p，其差壓經(jīng)導(dǎo)壓管接到差壓變送器．同時(shí)配有顯示儀表將流量指示出來(lái)，或?qū)⑿盘?hào)送至DCS顯示。29

標(biāo)準(zhǔn)孔板標(biāo)準(zhǔn)噴嘴3032

故障問(wèn)題處理：1、流量指示不準(zhǔn)。（密度變化，堵塞，變送器損壞，孔板片損壞，量程不對(duì)）2、指示波動(dòng)。（干擾，堵塞，引壓管內(nèi)存在汽包現(xiàn)象）3、孔板擴(kuò)量程。（考慮變送器極限，考慮儀表精度0.5~1.5）

33(2)電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律。當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線(xiàn)時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度L及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度v成正比，如果B、L、v三者互相垂直，則

E＝BLvV=E/BLQv=v∏L2/4

當(dāng)管道直徑L和磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變時(shí)，感應(yīng)電勢(shì)E與體積流量成線(xiàn)性關(guān)系。

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這種檢測(cè)元件的特點(diǎn)是測(cè)量管內(nèi)無(wú)活動(dòng)及節(jié)流部件，是一段光滑直管，因此阻力損失極小。合理選用襯里及電極材料，就可達(dá)到良好的耐腐蝕性和耐磨性，因此可測(cè)量強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液。此外測(cè)量值不受液體密度、壓力、溫度及粘度的影響，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。但是被測(cè)介質(zhì)必須是導(dǎo)電性流體，最低導(dǎo)電率大于20μs／cm，而且被測(cè)介質(zhì)中不應(yīng)有較多的鐵磁性物質(zhì)及氣泡。363738

故障問(wèn)題處理：1、流量計(jì)波動(dòng)。（干擾）2、顯示不準(zhǔn)。（密度不對(duì)，介質(zhì)因素，傳感器或者變送器損壞）394.3.3質(zhì)量流量法這類(lèi)流量計(jì)以測(cè)量與流體質(zhì)量有關(guān)的物理效應(yīng)為基礎(chǔ)，分為直接式、推導(dǎo)式和溫度壓力補(bǔ)償式三種。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理(慣性系中的牛頓第二定律)進(jìn)行測(cè)量。推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)是同時(shí)測(cè)取流體的密度和體積流量，通過(guò)運(yùn)算而推導(dǎo)出質(zhì)量流量的。它由速度型流量計(jì)和密度計(jì)組合而成。40溫度壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)也可看成是一種推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，只是它不配用密度計(jì)，而是利用溫度、壓力與密度之間的關(guān)系，將溫度、壓力的測(cè)量值轉(zhuǎn)換為密度，再與體積流量進(jìn)行運(yùn)算而得到質(zhì)量流量。

直接式質(zhì)量流量計(jì)科氏力質(zhì)量流量計(jì)是根據(jù)科里奧利效應(yīng)制成的。假如在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體系中，具有質(zhì)量m和速度v的物體，以角速度ω從里往外(反之亦然)運(yùn)動(dòng)，則物體會(huì)受到—個(gè)切向力，該切向力稱(chēng)為科里奧利力，簡(jiǎn)稱(chēng)為科氏力Fc，它為

Fc=-2mωv41

科氏力質(zhì)量流量計(jì)由傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成，傳感器的結(jié)構(gòu)很多，有的是兩根兩行的u型管，有的是兩根Ω型管，有的兩根直管。都是在管子上加電磁激勵(lì)、使其振蕩，當(dāng)流體流過(guò)管子時(shí)，在科里奧利力的作用下，管子會(huì)發(fā)生形變，通過(guò)測(cè)量管子的形變而測(cè)得流體的質(zhì)量流量。42質(zhì)量流量計(jì)工作原理：

在沒(méi)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管由安裝在流量管端部的電磁驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)，其振幅小于1mm，頻率約為80Hz，流體流入流量管時(shí)被強(qiáng)制接受流量管的上下垂直運(yùn)動(dòng)。在流量管向上振動(dòng)的半個(gè)周期內(nèi)，流體反抗管子向上運(yùn)動(dòng)而對(duì)流量管施加一個(gè)向下的力；反之，流出流量管的流體對(duì)流量管施加一個(gè)向上的力以反抗管子向下運(yùn)動(dòng)而使其垂直動(dòng)量減少。這便導(dǎo)致流量管產(chǎn)生扭曲，在振動(dòng)的另外半個(gè)周期，流量管向下振動(dòng)，扭曲方向則相反，這一扭曲現(xiàn)象被稱(chēng)之為科里奧利(Coriolis)現(xiàn)象，即科氏力。根據(jù)牛頓第二定律，流量管扭曲量的大小完全與流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量大小成正比，安裝于流量管兩側(cè)的電磁信號(hào)檢測(cè)器用于檢測(cè)流量管的振動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有流體流過(guò)流量管時(shí)，流量管不產(chǎn)生扭曲，兩側(cè)電磁信號(hào)檢測(cè)器的檢測(cè)信號(hào)是同相位的；當(dāng)有流體流經(jīng)流量管時(shí)，流量管產(chǎn)生扭曲，從而導(dǎo)致兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生相位差，這一相位差的大小直接正比于流經(jīng)流量管的質(zhì)量流量。密度測(cè)量：

流量管的一端被固定，而另一端是自由的。這一結(jié)構(gòu)可看做一重物懸掛在彈簧上構(gòu)成的重物/彈簧系統(tǒng)，一旦被施以一運(yùn)動(dòng)，這一重物/彈簧系統(tǒng)將在它的諧振頻率上振動(dòng)，這一諧振頻率與重物的質(zhì)量有關(guān)。質(zhì)量流量計(jì)的流量管是通過(guò)驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈和反饋電路在它的諧振頻率上振動(dòng)，振動(dòng)管的諧振頻率與振動(dòng)管的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量有關(guān)。振動(dòng)管的質(zhì)量由兩部分組成：振動(dòng)管本身的質(zhì)量和振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量。每一臺(tái)傳感器生產(chǎn)好后振動(dòng)管本身的質(zhì)量就確定了，振動(dòng)管中介質(zhì)的質(zhì)量是介質(zhì)密度與振動(dòng)管體積的乘積，而振動(dòng)管的體積對(duì)每種口徑的傳感器來(lái)說(shuō)是固定的，因此振動(dòng)頻率直接與密度有相應(yīng)的關(guān)系，那么，對(duì)于確定結(jié)構(gòu)和材料的傳感器，介質(zhì)的密度可以通過(guò)測(cè)量流量管的諧振頻率獲得。46它有以下特點(diǎn)：a.可直接測(cè)量質(zhì)量流量，與被測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、密度、粘度變化無(wú)關(guān)。而其它各種質(zhì)量流量計(jì)均采用間接測(cè)量方法．即先得體積流量，再進(jìn)行溫度、壓力、密度補(bǔ)償后求出質(zhì)量流量。b.無(wú)可動(dòng)部件，可靠性高。c.線(xiàn)性輸出，測(cè)量精度高，達(dá)±0.1％~±0.2％。d.可調(diào)量程比寬，最高可達(dá)1:100。e.適用于各種液體，如腐蝕件、臟污介質(zhì)、懸浮液、兩相流體(液體中含氣體量＜10％體積)等。474849(3)差壓式液位計(jì)差壓式液位計(jì)，它用于位移式液位計(jì)不適用的場(chǎng)合，如對(duì)測(cè)量范圍超過(guò)1219mm或低溫場(chǎng)合下，優(yōu)先采用差壓液位計(jì)。差壓式液位計(jì)的基本原理如圖所示。在一個(gè)密封容器中底部液位和上部氣相的差壓以ΔP來(lái)表示。即：△P=PB—PA＝Hγ

式中△P------液面底部與氣相的壓差

γ------被測(cè)液體的重度這實(shí)際上就把液位的測(cè)量轉(zhuǎn)換成差壓的測(cè)量了。在生產(chǎn)中用電動(dòng)或氣動(dòng)差壓變送器來(lái)測(cè)量液位的高度，如圖所示。5051用法蘭式差壓變送器測(cè)量液位，為了測(cè)量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液體。解決引壓管線(xiàn)被腐蝕和堵塞的問(wèn)題，可采用法蘭式差壓變送器，如圖所示。變送器的法蘭直接與容器上的法蘭相連接，作為敏感元件的金屬膜盒經(jīng)毛細(xì)管與變送器的測(cè)量室相通，在膜盒毛細(xì)管和測(cè)量室所組成的封閉系統(tǒng)內(nèi)有硅油，作為傳壓介質(zhì)。法蘭式差壓變送器的測(cè)量部分及轉(zhuǎn)換部分的動(dòng)作原理與差壓變送器基本相同。525.3.2浮力式液位計(jì)利用液體浮力原理來(lái)測(cè)量液位的方法應(yīng)用廣泛。通?？煞譃閮煞N類(lèi)型：通過(guò)浮子隨液位升降的位移反映液位變化的，屬于恒浮力式液位儀表；通過(guò)液面升降對(duì)浮筒所受浮力的改變反映液位的，屬于變浮力式液位儀表。

(1)浮標(biāo)式液位計(jì)浮標(biāo)用繩索聯(lián)結(jié)并懸掛在滑輪上，繩索另一端掛有平衡重物，使浮標(biāo)所受的重力和浮力之差與平衡重物的拉力相平衡，保持浮標(biāo)可以隨時(shí)停留在任一液面上。53當(dāng)液位上升時(shí)，浮標(biāo)所受的浮力增加，破壞了原有的平衡，浮標(biāo)沿著導(dǎo)軌向上移動(dòng)，直到達(dá)到新的力平衡，浮標(biāo)才停止移動(dòng)，通過(guò)滑輪帶動(dòng)指針，便可指示出液面的數(shù)值(高度)。如圖所示。浮標(biāo)式液計(jì)可以通過(guò)光電式元件，碼盤(pán)及機(jī)械齒輪等進(jìn)行計(jì)數(shù)，將信號(hào)轉(zhuǎn)出。這種測(cè)量方法比較簡(jiǎn)單，可以用于敞開(kāi)容器，也可以用于密閉容器，如圖所示。它的缺點(diǎn)是：由于滑輪與軸承問(wèn)存在著機(jī)械摩擦以及鋼絲繩受熱伸長(zhǎng)，齒輪的齒隙等因素，影響了測(cè)量精度。54浮標(biāo)液位計(jì)密閉式浮標(biāo)液位計(jì)

1-導(dǎo)輪2-浮標(biāo)3-磁鐵4-鐵芯5-非導(dǎo)磁管子55(2)變浮力式液位計(jì)根據(jù)阿基米德原理制成，當(dāng)物體被液體浸沒(méi)的體積不同時(shí)，則物體所受的浮力也不同，因此，通過(guò)檢測(cè)物體所受浮力的變化，便可以知道液位的變化，浮筒式或稱(chēng)沉筒式液位計(jì)就是這種變浮力式液位計(jì)的典型例子，其結(jié)構(gòu)如圖所示。作為感測(cè)元件的浮筒(或叫沉筒)1垂直地懸掛在杠桿2的一端，杠桿2的另一端與扭力管3、芯軸4的一端垂直地固定在一起，并由固定在外殼上的支點(diǎn)所支撐，扭力管的另一端通過(guò)法蘭固定在儀表外殼5上，芯軸的另一端為自由端，用來(lái)輸出角位移。56575859當(dāng)測(cè)量液位、兩個(gè)液體間界面高低或液體密度的變化時(shí)，當(dāng)時(shí)懸浮在容器中浮筒浮力的變化改變了扭力管上的負(fù)載力。浮筒與扭力管組件構(gòu)成主要的機(jī)械傳感器。扭力管角度的偏轉(zhuǎn)由儀表傳感器測(cè)量。因此，當(dāng)液位升高時(shí)，芯軸的轉(zhuǎn)回的角度越大，這樣就把液位的變化轉(zhuǎn)換成了芯軸的角位移，再經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)帶動(dòng)指針，便可就地指示液位，如果液位需要遠(yuǎn)傳和控制，則可通過(guò)噴嘴—擋板機(jī)構(gòu)或霍爾元件等將芯軸的角位移轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的氣動(dòng)和電動(dòng)信號(hào)。60浮筒液位計(jì)的量程取決于浮筒的長(zhǎng)度。液位計(jì)的輸出信號(hào)不僅與液位高度有關(guān)，并且與被測(cè)液位的重度有關(guān)。因此在重度發(fā)生變化時(shí)，必須進(jìn)行重度修正。這一點(diǎn)在使用時(shí)特別要注意。浮筒式液位計(jì)可以用于一種介質(zhì)液面的測(cè)量，也可以用于測(cè)量?jī)煞N重度不同的液體分界面。61

5.3.3放射性液位計(jì)放射性液位計(jì)是利用同位素技術(shù)，其最大優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行不接觸測(cè)量。在PTA化工廠(chǎng)應(yīng)用24套放射性液位計(jì)、1臺(tái)密度變送器和19臺(tái)放射性開(kāi)關(guān)，主要用于氧化反應(yīng)器和結(jié)晶器的液位測(cè)量、報(bào)警。在放射性液位計(jì)中一般采用γ射線(xiàn)，因?yàn)棣蒙渚€(xiàn)是波長(zhǎng)極短的電磁波，穿透能力最強(qiáng)；是一種光子流，不帶電，以光速運(yùn)動(dòng)，電離本領(lǐng)最弱。γ射線(xiàn)是一種強(qiáng)電磁波，它的波長(zhǎng)比X射線(xiàn)還要短，一般波長(zhǎng)＜0．001納米。

62放射性液位計(jì)的基本測(cè)量原理：當(dāng)γ射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)(固體，液體等)時(shí)與物質(zhì)相互作用而被吸收，射線(xiàn)的穿遠(yuǎn)程度隨吸收物質(zhì)的厚度(或高度)變化而呈指數(shù)關(guān)系。即63I=Ioe-uH

式中Io---射入介質(zhì)前射線(xiàn)強(qiáng)度；

I----通過(guò)介質(zhì)后的射性強(qiáng)度；

u---介質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的吸收系數(shù)；

H---介質(zhì)的厚度；

e---自然對(duì)數(shù)的底。介質(zhì)不同吸收射線(xiàn)的能力也不同，一般是固體吸收能力最強(qiáng)，液體次之，氣體最弱。當(dāng)放射源和被測(cè)介質(zhì)一定時(shí)I和u都為常數(shù)，則介質(zhì)厚度H與射線(xiàn)強(qiáng)度I的關(guān)系為:H=（lnI0-InI）/u64從上式可知，測(cè)出通過(guò)介質(zhì)后的射線(xiàn)強(qiáng)度I，便可以求出被測(cè)介質(zhì)的高度H。因此，可以利用放射性同位素來(lái)測(cè)量液位。放射性液位計(jì)由放射源、接收器和轉(zhuǎn)換顯示儀表三部分組成。放射源和接受器放在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，顯示儀表可放在控制室里。由于化工、煉油生產(chǎn)中被測(cè)對(duì)象一般是大型設(shè)備，所以選用穿透能力較強(qiáng)的γ射線(xiàn)。放射源強(qiáng)度越大，有利于測(cè)量，但同時(shí)卻給防護(hù)帶來(lái)困難，因此必須是兩者兼顧，在保證測(cè)量的前提下，盡量減少其強(qiáng)度，以簡(jiǎn)化防護(hù)和保證安全，一般放射性液位計(jì)采用的放射源有鈷(C60)和銫(Cs137)。65666.溫度測(cè)量?jī)x表

6.1溫度測(cè)量的目的溫度在化工生產(chǎn)中，不但普遍而且又是極其重要的操作參數(shù)。我們知道，無(wú)論任何一種化工生產(chǎn)過(guò)程總是伴隨著物質(zhì)的物理或化學(xué)的變化，也必須有能量的變換和轉(zhuǎn)化，其中熱交換是最為普遍的一種交換形式。因此，在很多化工反應(yīng)的過(guò)程中，溫度測(cè)量和控制，常常是保證這些反應(yīng)過(guò)程正常進(jìn)行與安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的提高都有很大的影響。676.2溫度測(cè)量?jī)x表的定義和單位

6.2.1溫度定義溫度是一個(gè)重要的物理量，它反映了物體的冷熱程度，它是國(guó)際單位制規(guī)定的七個(gè)基本單位量之一；物體的許多性質(zhì)和現(xiàn)象都和溫度有關(guān)，很多重要的物理、化學(xué)過(guò)程都需要一定的溫度條件才能正常進(jìn)行。因此對(duì)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和有效控制已成為人們?cè)诳茖W(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中所面臨的重要課題之一。溫度概念的建立以及溫度的測(cè)量都是以熱平衡為基礎(chǔ)的。當(dāng)兩個(gè)冷熱程度不同的物體接觸后就會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度，這就是溫度最基本的性質(zhì)。686.2.2溫標(biāo)衡量溫度高低的標(biāo)尺稱(chēng)為溫度標(biāo)尺，簡(jiǎn)稱(chēng)為溫標(biāo)。它是利用數(shù)值來(lái)表示溫度的一種方法。我們通常在兩個(gè)容易得到的平衡溫度(例如某些化學(xué)純凈物質(zhì)的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn))之間，分成若干分，其中每一份稱(chēng)為一“度”，這些分度的總和就構(gòu)成了一種溫標(biāo)。溫標(biāo)有以下幾種。

1)．?dāng)z氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)是將水銀溫度計(jì)在相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的融點(diǎn)為0οC，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100οC的一種溫標(biāo)。在0οC到100οC之間再分成100個(gè)等分，每一個(gè)等分就稱(chēng)為1攝氏“度”。以符號(hào)℃表示。

692)．華氏溫標(biāo)利用與攝氏溫標(biāo)同一性質(zhì)建立起來(lái)的溫標(biāo)，還有華氏溫標(biāo)(oF)。它是把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的融點(diǎn)定為32oF，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)定為212oF，其間分成180等分,每一等分稱(chēng)為1華氏“度”，以符號(hào)oF表示。攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為：

70不論是攝氏溫標(biāo)還是華氏溫標(biāo)，它們建立的基礎(chǔ)都是假定工作介質(zhì)在玻璃管中的膨脹與溫度成線(xiàn)性關(guān)系。但是，實(shí)際情況是所測(cè)出的溫度數(shù)值都隨物體的物理性質(zhì)(如水銀的純度)及玻璃管材料的不同而有所不同，所以，上述溫標(biāo)都不能精確的保證與世界各國(guó)所采用的基本溫度單位“度”的完全一致。因而，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，提出了一種與物質(zhì)任何物理性質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，這就是開(kāi)爾文提出的熱力學(xué)溫標(biāo)。

3)．熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)又稱(chēng)凱氏溫標(biāo),以符號(hào)“K”表示。它是規(guī)定物體的分子運(yùn)動(dòng)停止(即沒(méi)有熱存在)時(shí)的溫度，稱(chēng)為絕對(duì)溫度或稱(chēng)最低理論溫度。71開(kāi)氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系式為

οC=K-273.156.3溫度測(cè)量?jī)x表的分類(lèi)從目前溫度測(cè)量的原理看有這樣幾種：液體、氣體的體積或壓力隨溫度的變化的性質(zhì)；熱電偶的熱電勢(shì)；導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)以及物體的輻射能隨溫度而變的性質(zhì)等等。尤其是利用熱電偶的熱電勢(shì)及導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的方法用得最為普遍。72從測(cè)溫的全部范圍習(xí)慣上分為低溫(低于600οC)和高溫(高于600οC)兩部分。凡是用于測(cè)量600οC以下溫度的儀表稱(chēng)為溫度計(jì),測(cè)量600οC以上溫度的稱(chēng)為高溫計(jì)。根據(jù)測(cè)溫方式不同,可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，接觸式測(cè)溫是使測(cè)溫元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸,根據(jù)測(cè)溫元件的某一物理量與溫度的關(guān)系,通過(guò)測(cè)出其物理量的大小,就可得到被測(cè)溫度的數(shù)值，非接觸式測(cè)溫儀表元件不與被測(cè)介質(zhì)接觸,通過(guò)某些物理(輻射、光學(xué)原理等)來(lái)測(cè)出被測(cè)溫度。736.3.1熱電阻溫度計(jì)工作原理熱電阻溫度計(jì)是基于導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻的電阻值與溫度的關(guān)系可用公式表示為：

Rt

=

Ro[1十a(chǎn)（t-t0）]

ΔRt

=

aRo×Δt

式中Rt—熱電阻在溫度t℃時(shí)的電阻值。

Ro—熱電阻在溫度為to時(shí)的電阻值,通常to=0℃；

Δt—溫度的變化量；

a—電阻溫度系數(shù)；

ΔRt—電阻的變化量，ΔRt＝Rt－Ro可見(jiàn)，由于溫度的變化，導(dǎo)致了金屬導(dǎo)體的變化，這樣只要設(shè)法測(cè)出電阻值的變化，就可以達(dá)到量度測(cè)量的目的。746.3.2熱電偶溫度計(jì)熱電偶溫度計(jì)是工業(yè)上最常見(jiàn)的一種測(cè)溫元件。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，精度高。測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶的測(cè)量原理

由兩種不同的導(dǎo)體接合成一個(gè)閉合回路，如圖所示，由于兩接合點(diǎn)溫度t，to不同，在回路中就產(chǎn)生了熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電現(xiàn)象。這兩種不同的導(dǎo)體的組合就稱(chēng)為熱電偶。757.執(zhí)行器執(zhí)行器包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，它是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。它接受DCS控制系統(tǒng)或調(diào)節(jié)器送來(lái)的信號(hào)直接改變被測(cè)介質(zhì)(如液體、氣體、蒸汽等)的流量，使生產(chǎn)按預(yù)定的要求正常進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，執(zhí)行器是直接安裝在管道上的，因此，使用條件比較惡劣，如高溫、高壓、深冷、易焊、易滲透、易結(jié)晶、強(qiáng)腐蝕和高粘度等。執(zhí)行器的好壞，將直接影響到自動(dòng)調(diào)節(jié)的質(zhì)量。執(zhí)行器按其工作能源可分為氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器及液動(dòng)執(zhí)行器三大類(lèi)761.氣動(dòng)執(zhí)行器

1.1組成與結(jié)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行器（又叫氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）由氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。它以壓縮空氣為能源，根據(jù)調(diào)節(jié)器送來(lái)的輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣動(dòng)執(zhí)行器中最典型的產(chǎn)品(氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥)為例來(lái)說(shuō)明。外形如圖所示，它由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥體部件兩部分組成，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是執(zhí)行器的推動(dòng)裝置，它按信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移，從而帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥的閥芯動(dòng)作。閥體部件是執(zhí)行器的調(diào)節(jié)部分，它直接與介質(zhì)接觸，由閥芯的動(dòng)作，給便調(diào)節(jié)閥截流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。77結(jié)構(gòu)如圖，主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。781.2氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分類(lèi)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要分為薄膜式和活塞式。活塞式比薄膜式輸出力大，但價(jià)格較高。薄膜式和活塞式又分為有彈簧的和無(wú)彈簧的兩種，有彈簧的比無(wú)彈簧的輸出推力小。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用作一般執(zhí)行器(包括蝶閥)的推力裝置。無(wú)彈簧氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)常用于雙位調(diào)節(jié)。有彈簧氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)按作用方式可以分為正作用和反作用兩種。

正作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：當(dāng)信號(hào)壓力增大時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿向下動(dòng)作。

79

反作用式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：當(dāng)信號(hào)壓力增大時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿向上動(dòng)作。氣動(dòng)活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力較大，主要適用于大口徑、高壓降控制閥或蝶閥的推動(dòng)裝置。

1.3調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。調(diào)節(jié)閥的閥桿上部與橡膠薄膜相連，下部與閥芯相連，當(dāng)閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)的時(shí)候，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量也相應(yīng)地跟著改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的目的。801.4氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)方式執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)按照不同的組合方式可以實(shí)現(xiàn)氣開(kāi)式和氣關(guān)式兩種調(diào)節(jié)。由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用方式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有正、反兩種作用方式，因此可以有四種組合方式。組成氣開(kāi)或氣關(guān)型式的調(diào)節(jié)型式，氣開(kāi)式是輸入氣壓越高時(shí)開(kāi)度越大，而在氣源斷開(kāi)時(shí)則全關(guān)，稱(chēng)FC型；氣關(guān)式是輸入氣壓越高時(shí)開(kāi)度越小，而在氣源斷開(kāi)時(shí)則全開(kāi)，稱(chēng)FO型。811.5氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作原理調(diào)節(jié)閥是按照信號(hào)壓力的大小，通過(guò)改變閥芯行程來(lái)改變閥的阻力系數(shù)，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。由柏努利方程式和流體流動(dòng)連續(xù)性方程式推導(dǎo)出調(diào)節(jié)閥的流量方程式：82

式中：Q--流量。

ζ--調(diào)節(jié)的阻力系數(shù)。

F--調(diào)節(jié)閥的接管面積。