仪表自动化培训课件2

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1、一、前言 二、自动化仪表的分类 三、测量仪表的基础知识 测量过程和测量误差 测量仪表的基本构成 压力检测仪表 四、常用测量仪表 压力表 压力变送器 双金属温度计 一体化温度变送器 磁性浮子液位计 五、自动化 自动化概念 福建LNG自动化系统 SCADA系统 ESD系统 调压控制系统,前言,在石油、天然气的管道集输储运生产过程是在密闭的设备和管道中连续进行的，只有借助测量仪表与自动化装置进行检测和控制，为管理和操作人员提供设备和管道内介质重要参数数据，采取有效的工艺控制，才能保证生产的正常运行。同时石油、天然气具有易燃、易爆及腐蚀性质，且一般都在较高的压力、温度下进行处理。为了确保安全生产，提高

2、生产效率、改善劳动条件，必须通过生产过程自动化把生产过程中的各项工艺参数控制在最佳值，使生产设备在最佳状态下自动地运行来实现。所谓的生产过程自动化就是在生产过程中，对生产设备配置一些自动装置，来代替操作人员的直接操作。随着科学技术的快速发展，计算机技术的广泛应用，测量仪表和过程控制系统已向数字化、网络化和智能化方向发展，并使生产控制和管理进行了很好的结合，使测量数据更精确、操作更加方便和友好，从而使安全系数和生产效率都得到了很大提高。操作人员的劳动环境和条件得到了大大改善。,自动化仪表的分类,工业自动化仪表类型繁多，常用仪表分类如下： 按使用能源分类 电动仪表 气动仪表 自立式仪表 按测量参数

3、分类 化工测量仪表，如：压力、温度、液位、流量。 电工测量仪表，如：电压、电流。 成分分析仪表，如：色谱分析仪、可燃气体检测仪 按仪表在自动调节系统中的作用分类 变送器 调节器 执行器 显示记录仪 按仪表组合方式分类 基地式仪表，即变送、显示、调节各功能集于一体，单独构成一个固定的调节系统。 单元组合式仪表，即变送、调节、显示各自制成独立单元、各单元用 统一的输入输出信号联系。,测量仪表基础知识,测量过程和测量误差 测量的概念测量就是用实验的方法，用一定的仪器或设备把被测量的量与其相应的测量单位进行比较，求出二者的比值。 测量结果也叫测量值，其包括被测量的大小、符号（正负）及测量单位。 例：长

4、度的测量；温度的测量；压力的测量。 测量误差测量误差是由于某些测量仪表本身的问题、或测量原理方法的局限性、外界因素、测量者的人为因素等造成的。即测量值xm与被测量的真实值xl之间的偏差。 测量误差的表现形式因用途不同，测量误差的分类方法也有不同。 误差分类按误差产生的原因分：系统误差、随机误差和粗大误差。 系统误差是指在相同条件下，多次测量同一量时，出现的一种绝对值大小、符号保持不变或按照某一规律变化的误差。 产生的原因仪表质量问题、测量原理不完善、仪表使用不当、工作条件变化。 靠增加测量次数，减少系统误差，若找出产生误差的原因后，可对测量结果引入适当的修正来消除。,随机误差是消除系统误差后，

5、在相同条件下测量同一量时，出现的一种误差值以不可预计的方式变化的误差。 产生的原因随机误差是由于那些对测量结果影响较小、尚未认识或无法控制的因素（电子噪声干扰等）造成的。可通过多次测量求平均值的方法，减少随机误差对测量结果的影响。 粗大误差是指一种显然与事实不符的误差，其误差值较大且违反常规， 产生的原因一般是由操作人员在操作、读数或记录数据时粗心大意造成的。按误差的数值表示方法可分为绝对误差、相对误差、引用误差 绝对误差ea=xm-xlea绝对误差xm仪表表示值xl被测量真值绝对误差只能表示示值误差的大小，而无法表示测量结果的可信程度，也不能用来衡量不同量程同类仪表的准确度。,测量仪表基础知

6、识,相对误差Er=ea / xl*100%Er相对误差ea绝对误差xl被测量真值 标称相对误差由于被测量真值不易取得，有时用仪表表示值代替真值求相对误差称为标称相对误差。Ek=ea / xm*100%Ek标称相对误差ea绝对误差xm仪表示值相对误差比绝对误差更能说明测量结果的准确度。但 单凭绝对误差和相对误差评价一台仪表的准确与否是不行的，因为仪表的测量范围各不相同，即两台仪表有相同的绝对误差也不能说两台仪表一样准确。在仪表的测量范围内各点的绝对误差各不相同，相对误差也不是一个定值，它们将随被测量的大小而变化，特别是当测量值趋于零时，相对误差在理论上将趋于无穷大。所以无法用相对误差衡量仪表的准

7、确成度。,测量仪表基础知识,引用误差工业上常用仪表的引用误差表示其测量准确程度。Eq=ea / Rs*100%Eq引用误差ea仪表的绝对误差Rs仪表的量程，Rs=xmax-xmin 按误差与仪表使用条件的关系分为：基本误差和附加误差。 基本误差是仪表在规定的正常工作条件，所可能产生的误差。 仪表基本误差的允许值，叫做仪表的最大允许绝对误差 emax 仪表在规定的条件下工作时，其显示值得绝对误差（绝对值）都不应超过其最大允许的绝对误差。 附加误差是指仪表在偏离规定的正常工作条件下使用时附加产生的新误差，此时仪表的实际误差等于基本误差和附加误差之和。 如仪表在工作条件下，温度、湿度、振动、电源电压

8、、频率改变时会产生附加误差。,测量仪表的基本技术性能仪表的技术性能指标是评价仪表质量好坏，正确选择仪表所具备和了解的基本知识。 精确度（精度）即测量结果与真实值一致的程度。 仪表的精度仪表在最大允许绝对误差emax下的引用误差去掉百分号后的数值Ac=（emax /Rs）*100 emax最大绝对误差RS 仪表的量程Ac仪表精度工业仪表常用精度等级主要分为0.1、0.2、0.35、0.5、1.0、1.5、2.5等。其精度等级越小则精确度越高、误差越小。 灵敏度仪表的灵敏度是在仪表在稳定状态下，其输出变化量与引起此变化的输入改变量的比值。S=xm/xlS-灵敏度xm仪表输入的变化量xl仪表输出的改

9、变量,测量仪表基础知识,测量仪表基础知识,线性仪表的灵敏度是个常数，非线性仪表的灵敏度各处不同。 提高仪表对信号的放大能力，就可以提高灵敏度，但不能提高精度、减少测量误差，因此一般规定仪表标尺的分格值不小于仪表最大允许绝对误差。 灵敏度的性能指标还有灵敏限、死区。灵敏限：是指能引起仪表指示值发生变化的被测量的最小改变量。一般来说，灵敏限的数值不应大于仪表最大允许绝对误差的一半。死区：是指被测量的变化不致引起仪表指示所改变的最大区间。 仪表的变差即工作条件不变的情况下，使用同一仪表对某一被测量进行由小到大（正行程）和由小到大（反行程）的测量时，对同一被测量值，正反行程中仪表的指示值是不同的，这种

10、现象就称为仪表的变差。Eqh=ehmax/Rs*100%Eqh仪表变差ehmax在正反行程中示值最大值Rs仪表量程 造成变差的原因有很多，例如传动机构零件间隙、运动部件摩擦、弹性元件的弹性滞后等。 仪表的线性度就是对理论上具有线性刻度特性（输入输出特性的仪表，会由于各种因素的影响，使仪表的实际特性偏离其理论上的线性特性，这种偏差叫非线性偏差，用仪表的线性度来衡量。,测量仪表基础知识,Eql=elmax/Rs *100%Eql 线性度elmax 实际特性与理论特性间的最大偏差Rs 仪表量程 仪表的动态特性：是指被测量随时间速度变化时，仪表指示值跟随被测量随时间变化的特性，仪表的动态特性反映了仪表

11、对测量值的速度敏感性能。 动态特性指标一般用被测量初始值为零，并做满量程阶跃变化时，仪表表示值的时间反映参数来描述。 欠阻尼特性：被测量做满量程阶跃变化时，仪表指示值在稳定值上下振荡波动。 过阻尼特性：仪表指示值慢慢增加逐渐达到稳定值。测量仪表的基本构成虽然各种测量仪表所测的参数不同，测量原理和输出指示方式不同，结构也各异，但就功能而言，一般都由检测、变换、显示、传输环节等组成。 检测环节又叫传感器，检测元件一般与被测介质直接接触，并把被测量转换为相应机械的、电的或其他形式的易于传递、测量的信号，完成形式的转换,测量仪表基础知识,例如：最常见的玻璃管水银温度计，利用水银的热胀冷缩原理，把温度转

12、换成相应的水银柱高度 热电偶温度计，利用热电偶的热电效应把温度直接转换为毫伏电势信号。 检测元件是仪表的关键元件，决定整个仪表的测量质量， 检测元件的输入输出特性要求1、最好是线性关系2、输出信号不受非被测量的影响，以减少干扰。3、检测元件在测量过程中所消耗的被测对象的能量要小，减少被测对象的影响干扰。 变换环节又叫变换器，它是将检测元件的输出信号进行放大、传输、线性处理或转换成标准统一信号输出，以供给显示环节。例如：弹簧管压力表，变换环节是齿轮-杠杆传动机构，它将弹簧管的微小弹性变形转换并放大为指针的偏转。 显示环节就是向观察着显示被测量的数值大小 传输环节就是联系仪表的各个环节 给其它环节

13、的输入和输出信号提供通路。,常用测量仪表,在输气生产过程中，输气站场控制的主要天然气介质参数压力、温度、流量、组分。测量仪表在生产过程应用中，测量仪表又分为就地仪表和远传仪表。 就地仪表即在现场设备或控制盘安装，现场显示测量值的检测仪表，如，弹簧管压力表、双金属温度计。 远传仪表即在现场设备或控制盘重要的检测点安装变送器，把测量信号值传到控制室内的控制器、显示记录仪的检测仪表，如压力变送器、温度变送器。 压力检测仪表 压力就是垂直作用在物体单位面积上的力，国际单位为pa帕斯卡。压力的常用单位还有物理大气压(atm)、工程大气压（kgf/cm2）、毫米水柱（mmH2O）、毫米汞柱（mmHg）、巴

14、（Bar）、托(Torr)、磅/寸2（psi),常用测量仪表,常用压力换算表,常用测量仪表,在压力测量中分为绝对压力、表压力、负压力 绝对压力 是物体所受的实际压力。用P表示 表压力 又叫正压力，用p表示，等于高于大气压的绝对压力与当地大气压之差。即 p=P-Pa 一般压力表所指的都是表压力。 负压力p也叫真空度，是一般只的是真空表所指示的压力，等于当地大气压与低于大气压力的绝对压力之差。即p=Pa-P=-p在工艺设备应用中所使用的普通压力表的压力值都是表压力或负压力。 压力表压力表是利用弹性敏感元件随着介质压力的变化而产生弹性变形，再带动齿轮传动机构放大，带动压力表指针转动从而指示出相对于大

15、气压的相对值(或高或低)。在测量范围内的压力值由指针显示，刻度盘的指示范围一般做成270度。 压力表分类压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测量精确度等级分别为0.1、0.15、0.25、0.4级；一般压力表的测量精确度等级分别为1.0、1.5、2.5、4.0级。,压力表按其指示压力的基准不同，分为一般压力表、绝对压力表、差压表。一般压力表以大气压力为基准；绝压表以绝对压力零位为基准；差压表测量两个被测压力之差。 压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表及高压表。真空表用于测量小于大气压力的压力值；压力真空表用于测量小于和大于大气压力的压力

16、值；微压表用于测量小于60000 Pa的压力值；低压表用于测量06MPa压力值；中压表用于测量1060MPa压力值；高压表用于测量100MPa以上压力值。压力表的弹性变形元件，主要有弹簧管（波登管）、膜片、膜盒及波纹管等敏感元件，其中膜片、波纹管压力表都用于微压或低压测量，弹簧管（单圈、多圈）压力表可用于高、中、低直至负压力的测量，其中又以单圈弹簧压力表在工业上应用最为广泛。多圈弹簧管压力主要用于具有记录仪表变化的记录型仪表。敏感元件一般是由铜合金、不锈钢或由特殊材料制成。,常用测量仪表,常用测量仪表,弹性敏感检测元件示意图,弹簧管（波登管）分为单圈弹簧管和多圈弹簧管。一般采用冷作硬化型材料坯管，在退火态具有很高的塑性，经压力加工冷作硬化及定性处理后获得很高的弹性和强度。弹簧管在内腔压力作用下，利用其所具有的弹性特性，可以方便地将压力转变为弹簧管自由端的弹性位移。膜片敏感元件是带有波浪的圆形膜片，膜片本身位于两个法兰之间，或焊接在法兰盘上或其边缘夹在两个法兰盘之间。膜片一侧受到测量介质的压力。这样膜片所产生的微小弯曲变形可用来间接测量介质的压力。,