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1、化工过程自动化化工过程自动化自动化仪表自动化仪表自动化工程系列讲座化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表一、仪表概述及基本知识化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表采用检测与控制系统对生产过程进行生产作业，以代替人工直接操作的措施。机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。 1 概论1.2 什么是过程自动化？现代一般把自动化划分为：办公自动化（OA）；设计自动化（CA）；生产自动化（MA）；信息自动化（IA）：管理自动化等。 1.1 什么是自动化？化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表例如：流量计、压力表、温度表、数显仪等。还有些具有自动控制、报警、信号传递
2、和数据处理等功能的，例如：调节阀、压力开关等等。1.3 自动化仪表仪表的发展经历了普通式、机械式（气动仪表）、电子式（DDZ 、仪表）、智能化等层次。随着微电子、微机械、智能和集成等先进技术的迅猛发展，以及新材料和新工艺的发现和采用，目前仪表正向着微型化、数字化、智能化、网络化和虚拟化等方向进一步发展。一般用以检出、测量、观察、计算各物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备，统称为仪表。 化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表在一间传统的染房里这条鱿鱼来干什么有 这 样 一 个 传 说化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表原来是这样化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表一台完整的自动化仪
3、表一般有以下三部分组成：1、检测元件：又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。称为一次仪表。2、显示装置：将检测到的被测变量变为可以看到的刻度、数字或图形数据。称为二次仪表。3、变送装置：将检测到的被测变量变为标准的电信号，以便于长距离传送或与其他仪表装置匹配，一般有：电流信号，4-20mA(0-20mA、0-10mA)；电压信号，0-10V，1-5V。称为二次仪表。有些就地仪表，如普通压力表、普通温度表，不包括变送装置。我公司化工区有仪表（自控阀门）五千多台件。1.4 自动化仪表的组成化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表一般由三大部分组成： 检测
4、传感器及仪表，检测过程的性能和状态。 调节控制装置或系统，决定过程做什么和如何做，是自动控制系统的中枢。 执行机构，进行制定并起调节作用的机构。 1.5 过程自动化系统的组成化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表测量就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2 仪表基本知识直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。如，米尺，秒表，玻璃温度计，普通天平，游标卡尺。2.1 什么是测量？直接测质量（砝码） 间接测质量（应变传感器）间接测量 是指通过测量与被测量有函数关系的其他量,才能得到被测量值的测量方法。如，用万用表测电阻，常见电子仪表
5、等。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表测量误差就是由仪表读得的被测值 (测量值)与被测参数的真实值之间的差距。分为绝对误差和相对误差。2.2 测量误差由于真值无法得到，只能以标准表作为真值参照 绝对误差，仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。xI：仪表指示值, xt：被测量的真值x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值 相对误差，是指在某一测量点仪表的绝对误差与该点标准值的比值。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级
6、有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。2.3 仪表的准确度（精确度）有两大影响因素影响着仪表准确度，即 绝对误差和仪表的标尺范围。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。相对百分误差允许误差允化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表2.4 检测系统中信号的传递形式2.4.1 模拟信号在时间上是连续变化的, 即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。模拟信号的制式：当仪表技术处于晶体管阶段时（习惯称为型表），由于电路耗电较大，所以仪表连接方式为四线制，即两根线用于给仪表供电，另两
7、根线用于传递信号。信号规格一般为0-5VDC和0-10mADC。由于信号的零点与仪表的机械零点重合，不利于判断仪表故障，且不利于多表连接及与数字系统连接。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表当仪表技术发展到集成运算放大器，特别是大规模集成电路后（习惯称为型表），由于电路耗电大大减少，所以仪表连接方式发展为两线制，即只用两根导线就可完成仪表供电和信号传递。电源电压一般为24VDC，信号规格一般为1-5VDC和4-20mADC。这里，4mA电流是仪表的信号零点，也是仪表的电源消耗（约96mW）。由于信号的零点与仪表的机械零点（断线、断电）不再重合，有利于判断仪表故障，且由于信号浮地，可轻易实现
8、多表连接及与数字系统连接。由于有些现场仪表因工作原理导致耗电仍较大，仍需采用四线制连接，但信号规格均统一到1-5VDC和4-20mADC。如电磁流量计、称重传感器等。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表随着计算机技术在自动控制系统中的应用，为了将现场仪表与智能化设备连接，需要将模拟信号转换为数字信号。数字信号是一种按时间离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数的代码序列来表示。2.4.2 数字信号将模拟信号转换为数字信号简称为A/D转换，其核心器件是A/D转换器，关键参数有两个：转换速率和位数（二进制）。转换速率决定了系统的控制时效，转换速率快则系统动态响应就快。位数决定了系统的精度，如：
9、8位A/D的精度约为0.4%；16位A/D的精度约为0.0015%；32位A/D的精度约为0.0000000233%。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表2.4.3 开关信号用两种状态或用两个数值范围表示一个不连续信号，一般称为0和1。通常开关量信号来自仪表的报警（行程开关、压力开关）接点、电器设备（开关、继电器、接触器）的触点等。有时将连续脉冲信号也归于开关量处理。为安全起见，在开关量的接口电路中常用到光电隔离（光电耦合器），实现进出信号的电气隔离，保证信号的匹配和系统安全。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表2.5 法定计量单位及常用导出单位2.5.1 基本单位长度米（Metre）
10、， 代号：m，质量千克（kilogram）， 代号：kg时间秒（Second）， 代号：s温度开尔文（Kelvn）， 代号：K电流安培（Ampere）， 代号：A发光强度坎德拉（Candela），代号：cd物质的量摩尔（Mol）， 代号： mol 频率赫（兹） 力、重力牛（顿） 压力、压强、应力帕（斯卡） 功率瓦（特） 电位、电压、电动势伏（特） 电容法（拉） 电阻欧（姆） 磁通量韦（伯） 摄氏温度摄氏度 光通量流（明） 2.5.2 常用导出单位化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表二、自动化仪表的分类及原理化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表温度的表示方法热力学温度旧称绝对温度（abs
11、olute temperature），符号T，单位是“开尔文”，国际代号“K”。是以国际上所通过的一系列纯物质的固定点（如平衡氢三相点、平衡氢沸点、水三相点、锡凝固点等）作为基准。规定水的三相点的温度为 273.16K，“开”定义为水三相点热力学温度的1/273.16。 摄氏度为表示温度时代替“开”的一个专门名称。符号t ，单位是“”。因水的三相点温度为0.01摄氏度。因此热力学温度T与摄氏温度t的关系是Tt273.15华氏度在美国和其他一些英语国家使用，其结冰点是31F,沸点为212F。 摄氏温度和华氏温度的关系 = 1.8t + 32 1、温度检测仪表化工过程自动化TIANJIAO自动化仪
12、表温度检测仪表的分类一般按测量原理分为：a、接触式膨胀式：玻璃液体、双金属压力式：气体、蒸汽、液体热电类：热电偶热电阻：铂电阻、铜电阻、热敏电阻其他电学：集成温度传感器、半导体温度计b、非接触式光纤类：光纤温度传感器、光纤辐射温度计辐射式：辐射式、光学式、比色式化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表1.1.1 双金属温度计的原理及性能双金属温度一般属于就地式仪表，其测量原理为利用金属体积易随温度变化的特点，感温元件由膨胀系数相差较大而弹性模量相近的两块金属片（常用的有殷钢和黄铜）焊接，再绕制成环性弯曲状。1.1双金属温度计一端固定，受热膨胀时，另一自由端带动指针旋转，仪表便显示出所 应的温度
13、值。这种双金属片随温度的变形率接近线性，所以可用来测 温。测温范围：-80-+500允许误差：标尺量程的1.5-2.5%左右多种结构形式:有轴向型、径向型、万向型等化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表1.1.2双金属温度计的特点及使用维护双金属温度计使用和维护： 在保管、安装、使用及运输过程中，应尽量避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲、变形。安装时，严禁扭动仪表外壳。2. 仪表应在-3080的环境温度内正常工作。3. 仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1/23/4处。双金属温度计的特点:无汞害，防水，坚固耐震，承压、防腐能力强。现场显示温度，直观方便。安全可靠，隔爆，使用寿命长。 适合测量
14、中、低温度，可以直接测量各种生产过程中的液体蒸汽和气体介质温度，用途广泛。 化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表1.2 热电阻温度计1.2.1 热电阻温度计的原理热电阻温度计是基于金属的电阻热效应，利用其电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的。其电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示: Rt=Rt01+（t-t0）式中：Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0）； 时对应电的阻值；为温度系数。目前较为常用的是铂热电阻,如Pt100。其在-200时对应阻值为18.52；0 时对应阻值为100；850时对应阻值为390.48。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表
15、工业用热电阻温度计通常由铂丝、铜丝绕制在特殊的陶瓷、玻璃、云母等材料制成的骨架上，装入保护套管，再填入导热、绝缘性能良好的石英砂，密封后，经接线盒引出导线而成。为方便远传及与其他仪表接口，热电阻温度计还可以配温度变送器，将对应的电阻值转换成4-20mA电信号。1.2.2 热电阻温度计的结构1.2.3 热电阻温度计的特点测温范围： 最大为-200-850允许误差：标尺量程的0.15%左右多种结构形式:铠装式、装配式等体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小机械性能好、能弯曲，便于安装；使用寿命长有一定的非线性 化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表1.2.4 热电阻温度计的使用维护 不得随意拆卸、打开热电阻保护套管和接线盒。 不得随意碰撞电阻体，以免损坏热电阻元件，严禁扭动仪表外壳。 严禁踩踏热电阻本体或连接电缆（保护管）。 仪表应在-3080的环境温度内正常工作。 使用过程中注意防水、防腐蚀性气、液体。化工过程自动化TIANJIAO自动化仪表1.3 热电偶温度计1.3.1 热电偶温度计的原理当两种不同成份的导体接合在一起时，在其两端就会产生电动势，且随着接合点的温
