自动化与通信培训教材-现场仪表

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1、第一部分 SCADA系统 第一章 管道仪表检测系统,第一节 仪表分类 第二节 压力检测仪表 第三节 温度检测仪表 第四节 流量检测仪表 第五节 液位检测仪表 第六节 在线分析仪表 第七节 其他仪表 第八节 管道、仪表流程图（P&ID）,检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。例如：按仪表所使用的能源分类，可以分为电动仪表和气动仪表；按仪表组合形式，可分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；根据仪表信号的形式可分为模拟仪表和数字仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机（器）又可以分

2、为智能仪表与非智能仪表。,第一节 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）仪表和执行器四大类。检测仪表根据其被测变量不同，根据生产过程五大参量又可分为温度检测仪表、流量检测仪表、压力检测仪表、物位检测仪表和分析仪表（器）等。,管道仪表检测系统分类： 压力检测仪表:压力表、压力变送器、差压变送器等 温度检测仪表：玻璃温度计，热电阻、热电偶，一体化温度变送器、智能温度变送器等流量检测仪表：孔板、容积式流量计、超声波流量计、质量流量计等 液位检测仪表：浮子液位计、超声波液位计、雷达液位计、磁滞伸缩液位计、液位开关等,5

3、,管道仪表检测系统分类：在线分析仪表:工业色谱分析仪、硫化氢、水露点、烃露点等 其他仪表：加速度振动传感器、振动变送器、可燃气体探测器等,7,PI (Pressure Indicator) 就地压力指示表 PT (Pressure Transmitter) 压力变送器 DP (Difference Pressure Transmitter)差压变送器TI (Temperature Indicator)就地温度指示表 TT (Temperature Transmitter) 温度变送器 TE (Temperature Element)温度检测元件（铂电阻或热电偶）,管道仪表检测系统常用仪表符号含

4、义：,8,FT (Flow Transmitter)流量变送器 FIQ (Flow Indicator Quantity)流量指示、累计 FIA (Flow Indicator Accumulator)流量指示、累计LI (Level Indicator)液位计 LT (Level Transmitter)液位变送器 AL (Alarm Low) 低报警 AH (Alarm High) 高报警 举例：PAH PAHH PAL PALL LAH LAHH LAL LALL,一、压力定义气体或液体均匀而垂直作用于单位面积上的力（物理学中称为 压强），用公式表示为： P = F / S 式中法定压力

5、计量单位为帕斯卡（简称“帕”）用符号Pa表示，1帕为1牛顿每平方米，即：1Pa=1 N/ m2 ，工程上常用KPa(103 Pa)和MPa（106 Pa）来表示，即1 MPa=1106 Pa 。,第二节 压力检测仪表,F均匀而垂直作用的力，N;S受力面积，m2 ; P压力，Pa。,二、压力的表示方式 大气压力地球表面上的空气柱重量所产生的压力。其值由地理位置及气象情况所决定。 绝对压力液体、气体或蒸汽所处空间的全部压力。 表压力以大气压力为基准的压力值，当绝对压力大于大气压力时，它等于绝对压力与大气压力之差。 负压或真空度（疏空压力） 当绝对压力小于大气压力时它等于大气压力与绝对压力之差。负压

6、绝对值越大，绝对压力越小，真空度越高。 差压两个相关压力之差。 它们之间的关系如下图所示。,表压、绝对压力和负压（真空度）关系,三、压力检测的基本原理 (1) 利用液体压力平衡原理通过液体产生或传递压力平衡被测压力从而获得测量结果。如液柱式压力计和活塞式压力计。 (2) 利用弹性变形原理利用各种形式的弹性敏感元件在受压后产生弹性变形的特性进行压力检测。如弹簧管压力表。 (3) 利用某些物质的某一物理效应与压力的关系来检测压力这类仪表的输出均为电信号，又称压力传感器或压力变送器。如电容式压力（差压）变送器，扩散硅式压力（差压）变送器等。,四、主要压力仪表分类与特性,弹簧管压力表的结构： 单圈弹簧

7、管压力表主要由弹簧管、齿轮传动机构（俗称机芯，包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮等）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等几部分组成。,五、弹簧管式压力表,弹簧管压力表工作原理： 被测压力由接头通入，迫使弹簧管的自由端向右上方扩张，自由端的弹性变形位移通过拉杆( 使扇形齿轮作逆时针偏转，进而带动中心齿轮作顺时针偏转，于是固定在中心齿轮上的指针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测压力的数值。由于自由端的位移量与被测压力之间具有比例关系，因此弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。,17,现场应用的耐震压力表：,工作原理：与压力表相同，不同的是表盘内充装有硅油，具有耐震性。 优点：耐震性好。 缺点：室

8、外温度较低时，硅油粘稠，示数滞后，影响读数。,18,目前输油气管道广泛应用的是智能压力变送器，主要安装在进出站管线、分输管线上和干线阀室内。用于检测被测管线内压力，将测得的压力值进行远传及现场显示，远传压力信号用于站控机显示及参与工艺控制和压力保护。差压变送器与压力变送器的区别是：差压变送器有两个取压点，一个是高压侧，一个是低压侧。,放空阀,液晶 显示屏,接线孔,上下游 导压管接口,六、压力（差压）变送器,1、智能压力变送器结构 压变主要有传感器、信号放大器、模-数转换器、微处理器、数-模转换器、显示屏等几部分组成。 2、智能压力变送器工作原理,压力变送器工作原理框图（压力或差压）输入信号的变

9、化，使检测单元的电容量与其成比例的变化，经转换单元处理放大后，再经模-数转换器转换成数字信号，在微处理器中进行线性和温度校正后经数-模转换器转换成直流420mA标准电流信号。,3、压力变送器的分类：压力变送器按不同的转换原理可分为电容式、扩散硅式、应变式等。 3.1 电容式压力变送器的工作原理和特点,左图所示是电容式压力变送器的测量部分。 测量膜盒内充以填充液(硅油)，中心感应膜片(可动电极)1和其两边弧形固定电极分别形成电容C1和C2, 当被测压力加在测量侧3的隔离膜片4上后，通过腔内填充液的液压传递，将被测压力引入到中心感应膜片，使中心感应膜片产生位移，因而使中心感应膜片与两边弧形固定电极

10、的间距不再相等，从而使C1和C2的容量不再相等，通过转换部分的检测和放大，转换为420mA的直流电信号输出。,焊接密封圈 1一中心感应膜片(可动电极)；2一固定电极；3一测量侧；4一隔离膜片,特点： 电容式压力变送器具有精度高，其可靠性、稳定性高的优点，由于其测量膜盒的结构特点，使其具有很强的过压能力，能经受振动和冲击，在长输管道上常用来测量介质压力和差压。,工作原理 v以N型单晶硅膜片作敏感元件，通过扩展杂质使其形成四个P型电阻,并组成电桥。当膜片受力后，由于半导体的压阻效应，电阻值发生变化，使电桥有相应输出。 v传感器结构由硅膜片及扩散电阻、引线、外壳等组成。传感器膜片上下有两个压力腔。

11、v特点：体积小、重量轻、结构简单、稳定性好、精度高,3.2 扩散硅式压力变送器,一、温度定义温度是表征物体冷热程度的物理量。 输油气管道上温度检测仪表的应用：现场就地指示温度仪表应用双金属温度计居多，玻璃温度计采用较少。远传温度检测仪表应用热电偶、热电阻（或一体化温度变送器），其中三线制铂热电阻应用最广。,第三节 温度检测仪表,工业上常见的温度检测仪表的分类:,双金属温度计 玻璃管液体温度计 热电偶 热电阻 辐射式 一体化温度变送器,就地指示,在线检测并远传,使用热电阻、热电偶时还应该根据相应的要求确定合适的分度号。,2.1 双金属温度计应用：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测测仪表。可

12、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，可满足不同要求管道使用的双金属温度计准确度为1.0级、1.5级两种，安装在进出站管线、分输支线及气体调压撬座等位置，用于测量相应位置的介质温度。,双金属温度计工作原理：在双金属温度计制造时，通常将它的感温元件绕成螺旋形,并将一端固定，另一端连接指针轴，当温度变化时，由于双金属受温度的作用使感温元件的曲率发生变化，通过指针轴带动指针偏转，在仪表刻度盘上直接显示出温度的变化值。,双金属温度计结构示意图,2.2 玻璃管液体温度计 使用温度范围: 标准温度计使

13、用范围: -30+300;工业温度计使用范围: 100+600， 感温液体一般是水银或有机液体。 测温原理：利用感温液体在透明玻璃感温包和毛细管内的热膨胀作用来测量温度。 使用方法：全浸式要将感温包全部浸入被测介质，并达到热平衡后再读数，露出液柱不得大于15mm；视线要与刻度垂直。,2.3 热电阻,应用：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器（ 500），目前在长输管道上热电阻温度传感器主要用铂电阻，常用结构类型有隔爆型、铠装型、端面型等。工业用热电阻的分度号一般为Pt100，Pt10，Cu50，Cu100，铂热电阻的测温的范围一般为零下200800摄氏度，铜热电阻为零下40到140摄氏度。

14、测温原理：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进行温度测量的。热电阻温度仪表的测量原理就是温度变化所引起导体电阻的变化，通过测量电桥转换成电压或电流信号，然后送至显示仪表以指示或记录被测温度。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。,热电阻的结构：金属热电阻由保护套管、电阻体、骨架和引线等部件组成。 1、电阻体是温度敏感元件，其材料性能对传感器的好坏有关键性的影响。 2、骨架是用来缠绕、支撑或固定热电阻丝的支架，其质量的好坏直接影响热电阻的性能，作为骨架材料，要求其绝缘性能好，比热小，导热系数大，物理化学性能稳定，膨胀系数小，并且有足够的机械强度，常用骨架

15、材料有云母、玻璃、石英、陶瓷、塑料等。 3、引线要求引线材料电阻温度系数小，电阻率小，热导率低，和电阻体接触产生的热电势小，化学性质稳定等。常用引线材料是铂、金、银和铜丝，引线形式有二线制、三线制和四线制。 4、保护套管 免受腐蚀性介质侵蚀和机械损伤。,玻璃烧结式,陶瓷架式,云母管架式,双线 无感 绕制,热电阻感温元件的结构图,铠装热电阻的结构图：,铠装热电阻温度传感器由感温元件（电阻体）、带绝缘套管的引出线、绝缘材料、不锈钢套管以及防爆接线盒等组合而成。它的外径一般为28mm。,铠装热电阻与普通型热电阻相比，它有下列优点： 体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小； 机械性能好、耐振，抗冲

16、击； 能弯曲，便于安装 使用寿命长。,铜电阻结构,双线 无感 绕制,薄膜热电阻,陶瓷,铂,真空镀膜法,厚膜7m,薄膜2m,热惯性小！,端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面，其结构如薄膜热电阻所示。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。,特点：精度高、稳定性好、性能可靠、易于提纯、复制性好、具有良好的工艺性、可以制成极细的铂丝、电阻率较高；在0C 以上，其电阻与温度的关系接近于直线(其电阻温度系数为3.9103/C )。 作用：工业测量,温度的基准、标准仪器。ITS-90国际温标规定，在13.81K961.78的标准仪器为铂电阻温度计。 缺点：电阻温度系数小，在高温下，易被污染变脆、价格昂贵。 常用铂电阻分度号： Pt1000，Pt100和 Pt10,