儀表基礎(chǔ)知識培訓(xùn)87924

1、儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),1,儀表基礎(chǔ)知識培訓(xùn),看到“儀表”兩個(gè)字，人們很容易想到電流表、電壓表、示波器等實(shí)驗(yàn)室中常用的測試儀器。自動(dòng)化儀表不是這些通用儀表，而是討論生產(chǎn)自動(dòng)化中，特別是連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化中必需的一類專門的儀器儀表。其中包括對工藝參數(shù)進(jìn)行測量的檢測儀表、根據(jù)測量值對給定值的偏差按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出調(diào)節(jié)命令的調(diào)節(jié)儀表，以及根據(jù)調(diào)節(jié)儀表的命令對進(jìn)出生產(chǎn)裝置的物料或能量進(jìn)行控制的執(zhí)行器等。這些儀表代替人們對生產(chǎn)過程進(jìn)行測量、控制、監(jiān)督和保護(hù)，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化必不可少的技術(shù)工具。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),2,一、化工過程自動(dòng)化的作用,1、定義化工過程自動(dòng)化：在化工設(shè)備上裝配儀表自動(dòng)裝 置，代替操作人員的

2、全部或部分直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的進(jìn)行。這種管理生產(chǎn)過程的方法，就是化工生產(chǎn)自動(dòng)化。 2、化工過程自動(dòng)化的作用： 改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度； 提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品產(chǎn)量與質(zhì)量； 提高裝置運(yùn)行安全性，保證裝置使用壽 命。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),3,二、化工過程自動(dòng)化的分類,簡單介紹一下： 1、自動(dòng)檢測系統(tǒng) 2、信號報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù) 3、自動(dòng)開停車運(yùn)行 4、自動(dòng)控制系統(tǒng) 其中自動(dòng)控制系統(tǒng)能根據(jù)工藝條件的變化，對需要保持的重要工藝參數(shù)進(jìn)行理想化得調(diào)節(jié)控制。是化工自動(dòng)化的最重要的組成部分。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),4,化工控制系統(tǒng)的構(gòu)成,結(jié)合各單元的作用來介紹一下系統(tǒng)的構(gòu)成： 1、測量變送元件 相當(dāng)我們的

3、眼睛， 幫助我們了解設(shè)備當(dāng)前的狀態(tài) 2、控制器 相當(dāng)于大腦的功能，對測量進(jìn)行比較計(jì)算 3、執(zhí)行器 手的功能，執(zhí)行指令,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),5,測量變送儀表,一次儀表：現(xiàn)場直接與工藝介質(zhì)接觸的儀表，獨(dú)立完成測量顯示任務(wù)。如壓力表 二次儀表：儀表示值信號不直接來自工藝介質(zhì)，而是經(jīng)過變送器送來的。 一次元件：現(xiàn)場直接與工藝介質(zhì)接觸的用于測量的機(jī)械元件，比如孔板。 測量儀表主要分溫度、壓力、液位、流量儀表。 結(jié)合實(shí)際，讓大家認(rèn)識一下焦油加氫裝置區(qū)的一些測量儀表：,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),6,溫度測量儀表,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。 溫度是工業(yè)過程中最常見、最基本的

4、參數(shù)之一，物體的任何物理變化和化學(xué)變化都與溫度有關(guān)。溫度一般約占全部過程參數(shù)的50%左右。因此溫度檢測在工業(yè)生產(chǎn)中占有很重要的地位。 常用的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)（）、華氏溫標(biāo)（）、熱力學(xué)溫標(biāo)（K）三種。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),7,常用的幾種溫度儀表,熱電偶、熱電阻,雙金屬溫度計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),8,常用的幾種溫度儀表,熱電偶、熱電阻,雙金屬溫度計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),9,雙金屬溫度計(jì),測量原理：基于固體受熱膨脹原理，測量溫度通常是把兩片線膨脹系數(shù)差異相對很大的金屬片疊焊在一起，構(gòu)成雙金屬片感溫元件當(dāng)溫度變化時(shí)，因雙金屬片的兩種不同材料線膨脹系數(shù)差異相對很大而產(chǎn)生不同的膨脹和收縮，導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生彎曲變形。圖中是雙

5、金屬溫度計(jì)原理圖,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),10,右圖是雙金屬溫度計(jì)的一般結(jié)構(gòu)。 雙金屬溫度計(jì)的感溫雙金屬元件的形狀有平面螺旋型和直線螺旋型兩大類，其測溫范圍大致為-80600，精度等級通常為1.5級左右。 雙金屬溫度計(jì)抗振性好，讀數(shù)方便，但精度不太高，只能用做一般的工業(yè)用儀表,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),11,常用的幾種溫度儀表,熱電偶、熱電阻,雙金屬溫度計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),12,熱電偶,測量原理：熱電偶的測溫原理基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體A和B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢，原因是兩熱電極由于材料不同而具有不同的自由電子密度，而熱電極接點(diǎn)接觸面處就產(chǎn)生自由電子的擴(kuò)散現(xiàn)象，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡

6、時(shí)，在熱電極接點(diǎn)處便產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定電勢差，通過測量電勢差就可以間接的反應(yīng)測量溫度。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),13,熱電偶的結(jié)構(gòu)：,熱電偶是工業(yè)和試驗(yàn)中溫度測量應(yīng)用最多的器件，它的特點(diǎn)是測溫范圍寬，可達(dá)-2001600攝氏度，測量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測和自動(dòng)控制。在我們這套裝置中式應(yīng)用最多的測溫儀表。,普通工業(yè)用熱電偶 熱電偶通常主要由四部分組成 (如圖所示)： 熱電極、絕緣管、保護(hù)管和接線盒。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),14,熱電偶使用中需要注意的問題,熱電偶冷端溫度補(bǔ)償 常用熱電偶的分度表 以及顯示儀表，都是以熱電偶參考端的溫度為0為先決條件的。但在實(shí)際

7、測溫過程中，熱電偶的冷端溫度一般不能保持在0，也不易保持恒定，從而給測量帶來誤差。,對于材質(zhì)價(jià)格較低的熱電偶采用補(bǔ)償導(dǎo)線法：用熱電性質(zhì)與熱電偶相近的材料制成導(dǎo)線,用它將熱電偶的冷端延長到需要的地方，而且不會(huì)對熱電偶回路引入超出允許的附加測溫誤差。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),15,常用的幾種溫度儀表,熱電偶、熱電阻,雙金屬溫度計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),16,熱電阻,測量原理： 根據(jù)金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)，將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電信號，從而達(dá)到測溫的目的。用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性。結(jié)構(gòu)圖：,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),17,壓力測量儀表,在

8、工程上將垂直而均勻作用在單位面積上的力稱為壓力。單位(Pa) 在壓力測量中，常有表壓力，絕對壓力，真空度或負(fù)壓之分，它們的關(guān)系如圖：,絕 對 壓 力,大 氣 壓,表 壓 力,絕對壓力零線,真空度,或負(fù)壓,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),18,工程上由于地域和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同，常有很多不同壓力單位出現(xiàn)，它們之間的換算關(guān)系就要求大家掌握。,1MPa=106Pa 1 kgf/cm2=9.81104Pa0.1MPa 1MPa 10kgf/cm2 1bar=105Pa=0.1MPa 1kgf/cm2 1mmH2O9.81Pa 1mmHg 13.6mmH2O 133.32Pa l托= l/760標(biāo)準(zhǔn)大氣壓= 133.32Pa,

9、儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),19,常用的壓力儀表,壓力變送器,壓力表,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),20,常用的壓力儀表,壓力變送器,壓力表,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),21,現(xiàn)場壓力表,工業(yè)上的壓力儀表有很多種，下面介紹一下最常見的彈性式壓力測量儀表。 測量原理：它是利用各種彈性元件，在受壓力的條件下發(fā)生的彈性機(jī)械變形來測量的。 彈性元件常用的有彈簧管，膜盒，波紋管。最常見的是彈簧管壓力表。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),22,彈簧管壓力表,彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)：主要彈性元件是一個(gè)弧度270度的空心彈簧管。 其它的部件如圖：1 彈簧管，2 連，3 扇形齒輪，4 中心齒輪，5 指針，6 表盤，7 游絲8 調(diào)整螺釘，9 接頭。 彈簧管壓力表測量范圍較寬，負(fù)壓

10、、微壓、低壓、中壓和高壓都可測量。且精度最高可達(dá)到0.15級。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),23,常用的壓力儀表,壓力變送器,壓力表,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),24,壓力變送器,壓力變送器是把現(xiàn)場壓力送到控制室的電氣式壓力儀表。它檢測出現(xiàn)場壓力數(shù)值后，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號送到控制室用以顯示、記錄、控制。 電氣式壓力變送器有很多型式： 電阻式、電感式、電容式、壓阻式、壓電式、應(yīng)變式、振頻式、霍爾式。 電容式壓力變送器現(xiàn)在比較常用的，下面介紹一下它的原理：,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),25,工作原理 ： 位于傳感器中心的測量膜片是恒彈性元件，介質(zhì)壓力通過隔離膜片和灌充油傳遞給中心測量膜片使之變形、位移，其位移量與兩側(cè)壓差成正比。位

11、移量由傳感器兩側(cè)的電容極板檢測，經(jīng)電子電路轉(zhuǎn)換成與被測壓力/差壓成線性關(guān)系的二線制（420）mADC信號輸出,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),26,壓力變送器的應(yīng)用,當(dāng)今時(shí)代各行業(yè)應(yīng)用的壓力變送器，其測量范圍很寬，從幾十帕的微壓到上百兆帕都可以測量；并且可以測量差壓，作為差壓式的液位計(jì)和流量計(jì)的使用。 可以滿足各種苛刻工況的要求，能達(dá)到很好的防爆標(biāo)準(zhǔn)，且精度很高。很多品牌的壓力變送器精度可達(dá)千分之一。 比較先進(jìn)的智能壓力變送器，有專用的通訊協(xié)議，使用通訊器可進(jìn)行在線組態(tài)，并且有故障自診斷功能。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),27,液位儀表,雙法蘭、浮筒液位計(jì),直讀玻璃板液位計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),28,液位的定義,首先說一下“物位”

12、 “物位”一詞統(tǒng)指設(shè)備和容器中液體或固體物料的表面位置。對應(yīng)不同性質(zhì)的物料又有以下的定義： 1、液位指設(shè)備和容器中液體介質(zhì)表面的高低。 2、料位指設(shè)備和容器中所儲存的塊狀、顆?；蚍勰罟腆w物料的堆積高度。 3、界位指相界面位置。容器中兩種互不相溶的液體，因其重度不同而形成分界面，為液-液相界面；容器中互不相溶的液體和固體之間的分界面，為液-固相界面。液-液、液-固相界面的位置簡稱界位。 物位是液位、料位、界位的總稱。對物位進(jìn)行測量的儀表稱物位檢測儀表。 下面介紹一下液體測量方面應(yīng)用較多的儀表：,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),29,直讀式現(xiàn)場液位儀表,直讀是現(xiàn)場液位儀表業(yè)有很多種，用的多的有玻璃板液位計(jì)、磁翻板

13、液位計(jì)。 玻璃板液位計(jì)是基于連通器原理工作的。內(nèi)部結(jié)構(gòu)很簡單，只要與容器內(nèi)部介質(zhì)相連就可以。 磁翻板液位計(jì)是在連通器內(nèi)加一個(gè)磁浮漂與翻板內(nèi)磁力耦合,原理圖,液體,直讀液位計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),30,液位儀表,雙法蘭、浮筒液位計(jì),直讀玻璃板液位計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),31,液位變送器,浮力式液位計(jì) 依據(jù)阿基米德浮力定律原理設(shè)計(jì)而成的液位測量儀表，漂浮于液面上的浮子或浸沒在液體中的浮筒，在液位發(fā)生變化時(shí)其浮力發(fā)生相應(yīng)的變化。這類液位檢測儀表有浮子式、浮球式、浮筒式。 浮筒式液位計(jì)不但能測量液位，還可以應(yīng)用于界位的測量。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),32,浮筒液位計(jì)的結(jié)構(gòu),當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒產(chǎn)生的位移量(即彈簧變形程度

14、)與液位高度成正比。檢測彈簧變形有很多轉(zhuǎn)換方法，常用的有差動(dòng)變壓器式、扭力矩力平衡式等。在浮筒的連桿上安裝一鐵心，并隨浮筒一起上下移動(dòng)，通過差動(dòng)變壓器使輸出電壓與位移成正比關(guān)系。也可將浮筒所收到的浮力通過扭力管達(dá)到力矩平衡，把浮筒的位移量變成扭力矩的角位移，進(jìn)一步用其他轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為電信號，構(gòu)成一個(gè)完整的液位計(jì)。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),33,壓力式液位變送器,工作原理：壓力式液位計(jì)是根據(jù)液體在容器內(nèi)的液位與液柱高度產(chǎn)生的靜壓力成正比的原理進(jìn)行工作的。將壓力計(jì)與容器底部相連，根據(jù)流體靜力學(xué)原理，所測壓力與液位的關(guān)系為： P= gh 如果是密閉容器，可以用雙法蘭液位計(jì)，通過測量差壓換算成液位。所用到的壓力

15、變送器在前面已經(jīng)介紹過了，不再重復(fù)。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),34,幾種常見的流量儀表,孔板 電磁流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),35,流量的測量,流量 在單位時(shí)間內(nèi)通過管道或設(shè)備中某一通道截面的流動(dòng)介質(zhì)的數(shù)量。 流量按體積計(jì)算的叫體積流量或容積流量，用Q表示。 流量按質(zhì)量計(jì)算的叫質(zhì)量流量，用M表示。 流量按重量計(jì)算的叫重量流量。用G表示。 Q=VA M=Q G=gM V-流體的平均流速 A-管道的橫截面積 -流體的密度 g-當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),36,幾種常見的流量儀表,孔板 電磁流量計(jì) 轉(zhuǎn)子流量計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),37,節(jié)流式流量檢測儀表,節(jié)流式流量計(jì)基本原理：充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道

16、內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓 差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基 礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不 同的。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),38,節(jié)流式流量計(jì)的構(gòu)成,節(jié)流式流量計(jì)主要由節(jié)流裝置、信號管路、差壓變送器組成。節(jié)流裝置將被測流體的流量轉(zhuǎn)換成差壓信號，信號管路把差壓信號傳輸?shù)讲顗鹤兯推骰虿顗河?jì)。差壓計(jì)對差壓信號進(jìn)

17、行測量并顯示出來，差壓變送器將差壓信號轉(zhuǎn)換為與流量相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號或氣信號，通過顯示儀表進(jìn)行顯示、記錄與控制。差壓變送器的工作原理在前面已經(jīng)闡述。,1 節(jié)流元件 2導(dǎo)壓管 3 排放閥 4 平衡法 5差壓變送器,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),39,幾種常見的流量儀表,電磁流量計(jì),儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),40,電磁流量計(jì),電磁流量計(jì)原理 ： 電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流 動(dòng)，與流動(dòng)方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成比例的感應(yīng)電勢，根據(jù)感應(yīng)電動(dòng)勢的大小來測量流量。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),41,衡量測

18、量儀表性能的參數(shù),以上介紹的幾種儀表都是測量儀表，那怎樣衡量一塊儀表的好壞呢？ 通常一塊儀表有這些重要參數(shù)： 1、量程 儀表測量被測參數(shù)的最高值和最低值，分別稱為儀表測量的范圍的上限和下限，測量范圍的上限值和下限值的代數(shù)差即為儀表的量程。 2、絕對誤差 儀表的指示值與被測量的真值之間的代數(shù)差稱為儀表的絕對誤差。 3、引用誤差 儀表的絕對誤差與儀表量程的比值，稱為引用誤差，常用百分?jǐn)?shù)表示。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),42,衡量測量儀表性能的參數(shù),4、精度等級 儀表在出廠檢驗(yàn)時(shí)，其示值的最大引用誤差不能超過規(guī)定的允許值，此值稱為允許引用誤差，并規(guī)定允許引用誤差去掉號后的數(shù)字來表示精度等級。 5、分辨率 是指儀

19、表示值發(fā)生變化的最小輸入變化值。 6、變差 是當(dāng)輸入量上升和下降時(shí)，對同一輸入值的儀表兩相應(yīng)輸出示值之間的代數(shù)差。 7、漂移 保持儀表輸入量不變時(shí)，輸出示值隨時(shí)間或溫度的改變而緩慢變化稱為漂移,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),43,控制儀表,小型的氣動(dòng)、電動(dòng)控制器； 分為擅長開關(guān)量邏輯控制的控制器(PLC)； 基于微處理器4C技術(shù)的集散系統(tǒng)(DCS)； 基于總線通訊技術(shù)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS）。 我們這套工藝有一套集散控制系統(tǒng)，并且會(huì)有若干的小型的PLC。 控制儀表的主要作用就是接受現(xiàn)場變送器送來的介質(zhì)工況數(shù)據(jù)，再按設(shè)計(jì)的控制算法進(jìn)行計(jì)算后，給現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥一個(gè)對應(yīng)的控制信號，使工藝參數(shù)能到達(dá)理想的狀態(tài)。同時(shí)可

20、以把這些接受與送出的信號進(jìn)行對應(yīng)的顯示、記錄、報(bào)警等處理,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),44,DCS控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和硬件構(gòu)成,外部信息網(wǎng),操作網(wǎng),操作站,過程控制網(wǎng)絡(luò),I/O單元,機(jī)柜,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),45,機(jī)柜 操作臺,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),46,執(zhí)行器（控制閥）,執(zhí)行器起著十分重要的作用，是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。執(zhí)行器的作用是接受調(diào)節(jié)器送來的控制信號，自動(dòng)的改變操縱量，達(dá)到對被調(diào)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的； 按動(dòng)力源種類可分為電動(dòng)，氣動(dòng)，液動(dòng)執(zhí)行器； 我們裝置區(qū)的執(zhí)行器基本都是氣動(dòng)執(zhí)行器，也就是通常說的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),47,氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥 氣動(dòng)切斷閥,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),48,調(diào)節(jié)閥工作原理及結(jié)構(gòu),如圖 是常見的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，來自調(diào)節(jié)器的氣壓信號進(jìn)入膜室后轉(zhuǎn)換成推力，通過推桿推動(dòng)閥門，調(diào)節(jié)被控對象中的流量。 調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)分為上部執(zhí)行機(jī)構(gòu)與下部與介質(zhì)接觸的閥門本體組成。,儀表基礎(chǔ)培訓(xùn),49,過程控制的實(shí)現(xiàn),介紹了測量儀表、有顯示功能的控制儀表、執(zhí)行器。那么工