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1、 目 录 一 仪表概述 二 仪表基础知识 三 现场仪表 四 控制仪表 仪 表 概 述 随着社会进步和科学技术的发展 自动化装 置在生产过程中得到广泛的应用 早期的仪表控 制是生产装置的眼睛和耳朵 而对于现代化工厂 的自动化装置已不仅仅是工厂的眼睛和耳朵 而 已成为工厂的大脑 神经和手 脚 随着电子技 术 计算机技术 控制技术 网络技术的发展 自控技术得到了长足的发展 已成为化工企业提 高企业效益和工作效益的有效手段 它是经营管 理 企业管理 操作管理 运转管理 运转控制 等方面的集成 是社会现代化 科学技术进步的 重要标志 从化工装置的发展过程可以看出自动 化装置的作用 仪表及自控系统在化工装
2、置中占有重要而关键 的地位 工艺介质及装置设备的运行状况如流量 温度 压力 转速 振动等参数都由仪表及自 控系统进行自动检测 显示 控制和保护联锁 没有仪表及自控系统 整个装置将无法运转 因 此 仪表性能及工作状况的好坏 直接影响到工 艺介质及装置设备的运行 以至影响到工艺介质 及装置设备的安全运行和经济效益 仪 表 基 础 知 识 一 基本概念 1 过程参数检测基本概念 过程参数检测 指连续生产过程中的温度 压力 流 量 液位和成分等参数的检测 检测仪表 将检测元件 变送器及显示装置统称为检 测仪表 一次仪表 一般为将被测量转换为便于计量的物理量 所使用的仪表 二次仪表 将测得的信号变送转换
3、为可计量的标准电 气信号并显示的仪表 即包括变送器和显示装置 2 测量过程与测量误差 测量过程 利用一个已知的单位量 即标准量 与被 测的同类量进行比较的过程 即用仪器获取数据各方面 信息的过程 测量误差 在测量过程中测量结果与被测量的真值 之间会有一定的差值 它反映了测量结果的可靠程度 测量误差的分类 按误差的数值表示来分 分为绝对误差 相 对误差和引用误差 绝对误差 指测量结果与被测量的真值之差 相对误差 指绝对误差与真值或测量值之百分比 引用误差 指绝对误差与测量范围上限值或测量 仪表量程的比值 以百分数表示 工 业仪表通常用引用误差来表示仪表的 准确程度 按误差出现的规律来分 可分为系
4、统误差 随机 误差和疏忽误差 系统误差 指测量仪表本身或其他原因 如零点没有调整 好等 引起的有规律的误差 随机误差 指在测量中所出现的没有一定规律的误差 疏忽误差 指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方 法等人为因素所引起的误差 按仪表使用的条件来分 有基本误差 附加误差 基本误差 指仪表在规定的正常工作条件下所具有的 误差 附加误差 指仪表超出规定的正常工作条件时所增加 的误差 3 检测仪表分类 检测与过程控制仪表最通用的分类 是按仪表在测量与 控制系统中的作用进行划分 一般分为检测仪表 显示 仪表 调节 控制 仪表和执行器4大类 仪表分类表 二 仪表主要性能指标 在工程上仪表性能指标通常
5、用准确度 又称精度 变差 灵敏 度来描述 1 准确度和准确度等级 在正常使用条件下 仪表测量结果的准确程度叫仪表的准确度 准确度等级 在工业测量中 为了便于表示仪表的质量 通常用准 确度等级来表示仪表的准确程度 准确度等级就是最大引用误差去 掉正 负号及百分号 准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标 我国工业仪表等级一般划分为0 1 0 2 0 5 1 0 1 5 2 5 5 0七个等级 仪表准确度习惯上称精度 准确度等级习惯上称为精度等级 2 变差 是指仪表被测变量多次从不同方向达到同一数值时 仪表指示值之间的最大差值 变差大小取最大绝对误差与 仪表标尺范围之比的百分比 3 灵敏度 是指仪表
6、对被测参数变化的灵敏程度 或者说是对 被测量变化的反映能力 是在稳态下 输出变化增量对输 入变化增量的比值 三 仪表位号的表示方法 1 仪表位号的组成 在测量 控制系统中 构成一个回路的每一个仪表 都有自己的仪表位号 仪表位号由字母代号和回路编号 两部分组成 第一个字母表示被测变量 后继字母表示 仪表的功能 回路编号可以按装置或工段 区域 进行 编制 一般用三至五位数字表示 如下例所示 2 被测变量和仪表功能的字母代号 现 场 仪 表 一 概述 在化工生产过程中 控制的主要工艺参数有温度 压 力 流量 物位 成份等 1 液位单回路控制的例子 LIC 101 变送器 控制器 调节阀 贮槽 2 简
7、单控制系统的组成 控制器 执行机构 被控对象 测量 变送 X给定 X测量 e 2 1 测量 变送环节 这一部份在现场 由各种变送器组成 根据被测参数的不 同 一般分为下列几类 A 温度传感器 变送器 B 压力 压差变送器 C 流量变送器 D 液位变送器 E 分析仪表 如 可燃性气体检测探头 氧量分析仪 浊度仪 PH计 2 2 执行机构 这一部分也在现场 常见的执行机构是调节阀 还有变频器 如恒压供水 交 直流调速电机 等等 2 3 显示 运算 控制 管理 显示 运算 控制 管理是核心 功能最多 技 术性最强 技术进步最快的部分 DCS和PLC就是 这一部分 二 常规仪表 1 温度仪表 1 1
8、基本概念 温度是表征物体冷热程度的物理量 温度只能通过物 体随温度变化的某些特性来间接测量 而用来量度物体温 度数值的标尺叫温标 它规定了温度的读数起点 零点 和测量温度的基本单位 目前国际上用得较多的温标有华 氏温标 摄氏温标 热力学温标和国际实用温标 华氏温标 F 规定 在标准大气压下 冰的熔点为32度 水的沸点为212度 中间划分180等分 每等份为华氏1 度 符号为 F 摄氏温度 规定 在标准大气压下 冰的熔点为0度 水的沸点为100度 中间划分100等分 每等份为摄氏1 度 符号为 摄氏温度值t和华氏温度值tF有如下关系 热力学温标又称开尔文温标 或称绝对温标 它规定分子 运动停止时
9、的温度为绝对零度 记符号为K 1 2 温度测量仪表的分类 按使用的测量范围分 常把测量600 以上的测温仪表叫高温计 测量600 以下的测温仪表叫温度计 按用途分 标准仪表和实用仪表 按工作原理分 分为膨胀式温度计 压力式温度计 热电偶温度计 热电阻温度计和辐射高温计五类 按测量方式分 分为接触式与非接触式两大类 前者测温元件直接与 被测介质接触 这样可以使被测介质与测温元件进行充分 地热交换而达到测温目的 后者测温元件与被测介质不接 触 通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的 1 3 工业常用测温仪 1 3 1 双金属温度计 双金属温度计属于固体膨胀式温度计 双金属温度计 中的感温元件是用
10、两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一 起而制成的 双金属片受热后 由于两金属片的膨胀长度 不同而产生弯曲 温度越高产生的线膨胀长度差就越大 因而引起弯曲的角度就越大 双金属温度计就是基于这一 原理而制成的 它是用双金属片制成螺旋形感温元件 外 加金属保护套管 当温度变化时 螺旋的自由端便围绕着 中心轴旋转 同时带动指针在刻度盘上指示出相应的温度 数值 双金属温度计是一种测量中 低温度的现场检测仪表 可 以直接测量各种生产过程中 的 80 500 范围内液体 蒸汽和气体介质温度 特点 现场显示温度 直观方便 安全可靠 使用寿命长 多种结构形式 双金属温度计的型号命名 WSS ABCD W 温度仪表
11、 S 金属膨胀式 S 感温元件双金属片 A 表壳公称直径 3 60 4 100 5 150 B 结构形式 0 轴向 直型 1径向 角型 8万向 可调角型 C 安装固定装置 0 无固定装置 1 可动外螺纹 2 可动内螺纹 3 固定螺纹 4 固定法兰 5 卡套螺纹 6 卡套法兰 D F 防护型 O 电接点型 MO 大电流型 EX 防爆型 1 3 2 热电阻 热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器 它的 主要特点是测量精度高 性能稳定 其中铂热电阻的测量 精度是最高的 它广泛应用于工业测温 而且被制成标准 的基准仪 热电阻测温原理及材料 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而 增加这一特性来
12、进行温度测量的 热电阻大都由金属材料 制成 目前应用最多的是铂和铜 此外 现在已开始采用 铑 镍 锰等材料制造热电阻 热电阻测温系统的组成 热电阻测温系统一般由热电阻 连接导线和温度控制 显示表等组成 必须注意两点 热电阻和温度控制显示 表的分度号必须一致 为了消除连接导线电阻变化的影响 必须采取三线制接法 常用工业热电阻包括 铠装热电阻 装配热电阻 防爆热电阻 1 3 3 热电偶 热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表 它 的结构简单 测量范围宽 使用方便 测温准确可靠 信 号便于远传 自动记录和集中控制 因而在工业生产中应 用极为普遍 热电偶测温原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B
13、焊接起来 构成一个闭合回路 如图所示 当导体A和B的两个接点1和2之间存在温 差时 两者之间便产生电动势 因而在回路 中形成一定大小的电流 这种现象称为热电 效应 热电偶就是利用这一效应来工作的 热电偶温度计组成 热电偶 感温元件 测量显示仪表 连接热电偶和测 量显示仪表的导线 补偿导线 A B t t 0 热电偶工作原理图 热电偶分类 名称 分度号 测量范围 镍铬 考铜 E 200 900 铁 康铜 J 200 750 铜 康铜 T 200 350 镍铬硅 镍铬 N 200 1300 镍铬 镍硅 K 200 1300 铂铑10 铂 S 0 1300 铂铑13 铂1 R 0 1300 铂铑30
14、 铂6 B 0 1800 热电偶补偿导线 补偿导线是用来将热电偶冷端 参比端 延伸到温度 恒定的地方与显示仪表相连的一种导线 热电偶类型 补偿导线类型 合金材料 镍铬 考铜 镍铬 考铜 镍铬 考铜 铁 康铜 铁 康铜 铁 康铜 铜 康铜 铜 康铜 铜 康铜 镍铬 镍硅 铜 康铜 铜 康铜 注意 不同型号的热电偶配相应的补偿导线 热电阻 热电偶实物图 2 压力仪表 2 1 基本概念 压力是工业生产中的重要参数之一 为了保证生产正常 运行 必须对压力进行监测和控制 但需说明的是 这 里所说的压力 实际上是物理概念中的压强 即垂直作 用在单位面积上的力 法定计量单位是帕斯卡 简称帕 符号为Pa 在压
15、力测量中 常用绝对压力 表压力 负压力或真空度 之分 绝对压力 是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力 用 符号pj表示 用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表 表压力 地面上的空气柱所产生的平均压力称为大气压力 用 符号pq表示 用来测量大气气压力的仪表叫气压表 绝对 压力与大气压力之差 称为表压力 用符号pb表示 即 pb pj pq 负压力或真空度 当绝对压力值小于大气压力值时 表压力为负值 即 负压力 此负压力值的绝对值 称为真空度 用符号pz 表示 用来测量真空度的仪表称为真空表 既能测量压力 值又能测量真空度的仪表叫压力真空表 2 2 压力常用单位转换 1mmH2O 9 81Pa
16、 1kgf cm2 0 981 105Pa 1mmHg 133 2Pa bar 105Pa 1atm 101325Pa 1psi 6 895kpa 2 3 压力的测量与压力计的选择 2 3 1 压力的测量 压力测量原理可分为液柱式 弹性式 电阻式 电容 式 电感式和振频式等等 压力计从结构上可分为实验室 型和工业应用型 压力计的品种繁多 因此根据被测压力 对象很好的选用压力计就显得十分重要 2 3 2 压力表的选择 根据用途选择就地压力指示 远距离压力显示及多点压力 测量 应根据被测压力的种类 正压 负压或压差 被测介质 的物理 化学性质 腐蚀等 和用途 是否远传 以及生 产过程所提的技术要求 本着既要满足测量准确度 又经 济的原则 合理地选择压力表的型号 量程和精度等级 为了保护压力表 一般在被测压力较稳定的情况下 其最 高压力值不应超过仪表量程的2 3 若被测压力波动较大 其最高压力值应低于仪表量程的1 2 为了保证实际测量的精度 被测压力的最小值不应小于仪 表量程的1 3 对某些特殊的介质 如氧气 氨气等有专用的压力表 在测量一般介质时 压力在 40 0 40kPa时 宜选用膜
