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1、项目2 操作压力容器的压力控制系统,项目2 操作压力容器的压力控制系统,2.1 使用压力监测仪表2.2 使用模拟显示仪表2.3 操作控制器2.4 操作气动控制阀2.5 操作压力控制系统,概述,在化工生产中, 压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。,在工业生产过程中,压力往往是重要的操作参数之一。,压力的检测与控制,对保证生产过程正常进行,达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。,压力控制系统,图2-1,任务2.1 压力检测仪表,压力是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。,压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）,在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。,当被测压力低于大气压
2、力时，一般用负压或真空度来表示。,它根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。,优点,结构简单、价格低廉、使用寿命长、读数方便、数据可靠、无需外接电力、在0.1MPa范围内其测量准确度比较高，并可测量正压力、压差和真空度。,缺点,其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄。,任务2.1.1 使用U形管压力计,测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。,U型管的计算公式为：P=(1- 2)hg被测介质和工作液的密度是不变的常数,U形管压力计的读数：视线与凹、凸液面水平。,测量误差及其表示方法,测量是用实验的方法,求出某个量的大小。,测量实质：是将被测
3、参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,测量过程与测量误差,测量误差：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。,绝对误差,xi：仪表指示值, xt：被测量的真值,由于真值无法得到,x：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值,相对误差,表2-5 各种压力单位换算表,知识拓展 检测仪表的品质指标,1.测量仪表的准确度（精确度）,说明：仪表的测量误差可以用绝对误差x来表示。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xmax。,两大影响因素 绝对误差和仪表的标尺范围,检测仪表的品质指标,相对百分误差,允许误差,检测仪表的品质指标,
4、检测仪表的品质指标,解 该仪表的相对百分误差为,如果将该仪表的去掉“”号与“”号，其数值为0.8。由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，同时，该仪表的误差超过了0.5级仪表所允许的最大误差，所以，这台测温仪表的精度等级为1.0级。,检测仪表的品质指标,仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。,准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在0.5级以下。,仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。,检测仪表的品质指标,注意,在工业上应用时,对检测仪表准确度的要求,应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影
5、响程度所提供的误差允许范围来确定,这样才能保证生产的经济性和合理性。,检测仪表的品质指标,2.检测仪表的恒定度,变差是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。,图1-1 测量仪表的变差,仪表的变差不能超出仪表的允许误差，否则应及时检修。,检测仪表的品质指标,3.灵敏度与灵敏限,仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即,式中，S为仪表的灵敏度；为指针的线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。,仪表的灵敏限是指能引起仪
6、表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。,检测仪表的品质指标,4.反应时间,反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。,仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。,检测仪表的品质指标,5.线性度,线性度是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。,图1-2 线性度示意图,式中，f为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的
7、单位计算）。,检测仪表的品质指标,6.重复性,重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致,重复性就好,重复性误差就小。,图1-3 重复性示意图,检测系统中的常见信号类型,作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型,1.位移信号 2.压力信号 3.电气信号 4.光信号,检测系统中信号的传递形式,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。,2. 数字信号,数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。,3. 开关信号,
8、用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。,检测仪表与测量方法的分类,1.检测仪表的分类,依据所测参数的不同,可分成压力 (包括差压、负压)检测仪表、流量检测仪表、物位 (液位)检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 按表达示数的方式不同,可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。 按精度等级及使用场合的不同,可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表,分别使用在现场、实验室和标定室。,检测仪表与测量方法的分类,2.测量方法的分类,检测仪表与测量方法的分类,（1）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。,根据被测参
9、数获得方式的不同，直接测量又有偏差法与平衡法（零位法）之分。,除此之外,还有一种将平衡法与偏差法结合起来的微差法,检测仪表与测量方法的分类,（2）间接测量,当被测量不宜直接测量时,可以通过测量与被测量有关的几个相关量后,再经过计算来确定被测量的大小。,化工检测的发展趋势,1.检测技术的现代化,2.检测仪表的集成化、数字化、智能化,3.软测量技术和虚拟仪器,定义,弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。,优点,将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。,任务2.1.2 使用弹簧管压力计,1.弹簧管压力计,（1）弹性元件
10、,弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。当测压范围不同时，所用的弹性元件也不一样。,图2-2弹性元件示意图,弹簧管式弹性元件如图(a)和(b)所示，薄膜式弹性元件如图(c)和(d)所示，波纹管式弹性元件如图(e)所示。,（2）弹簧管压力表,基本测量原理,注意：弹簧管自由端的位移量一般很小，直接显示有困难，所以必须通过放大机构才能指示出来。,在化工生产过程中，常需要把压力控制在某一范围内，即当压力低于或高于给定范围时，就会破坏正常工艺条件，甚至可能发生危险。这时就应采用带有报警或控制触点的压力表。将普通弹簧管压力表稍加变化，便可成为电接点信号压力表，它能在压力偏离给定范围时，及时发出信号，以提醒
11、操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。,警惕！,压力表指针上有动触点2，表盘上另有两根可调节指针，上面分别有静触点1和4。当压力超过上限给定数值时，2和4接触，红色信号灯5的电路被接通，红灯发亮。若压力低到下限给定数值时，2与1接触，接通了绿色信号灯3的电路。1、4的位置可根据需要灵活调节。,2. 压力计的使用及安装,（1）压力计的选用,压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析， 一般考虑以下几个问题。,仪表类型的选用：普通压力计、氨用压力计、氧用压力计,仪表精度级的选取：根据量程,仪表测量范围的确定：P20MPa时，采用不锈钢
12、和合金钢材料。,弹簧管压力计的颜色标注含义,1.测压点的选择 应能反映被测压力的真实大小。, 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不应有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，使导压管内不积存气（液）体。,（2）压力计的安装,2. 压力计的安装,压力计应安装在易观察和检修的地方。 安装地点应力求避免振动和高温影响。,测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与测压元件接触图3-17（a）；对于有腐蚀性介质的压力测量，应加
13、装有中性介质的隔离罐，右图（b）表示了被测介质密度2大于和小于隔离液密度1的两种情况。,压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。 当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进行修正。式中H为高度差，为导压管中介质的密度，g为重力加速度。 为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。,它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。,任务2.1.3 使用微型压力计,特点：精度高、体积小、灵敏度高 可生产出1.82mm的
14、微型压力计,任务2.1.4 活塞式压力计,根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。,优点,缺点,测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。,结构较复杂，价格较贵。,任务2.3 电气式压力计,定义,电气式压力计是一种能将压力转换成电信号进行传输及显示的仪表。,组成,一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。,图2-5 电气式压力计组成方框图,19,一、应变片压力传感器,应变片式压力传感器利用电阻应变原理构成。电阻应变片有金属和半导体应变片两类，被测压力使应变片产生应变。当应变片产生
15、压缩（拉伸）应变时，其阻值减小（增加），再通过桥式电路获得相应的毫伏级电势输出，并用毫伏计或其他记录仪表显示出被测压力，从而组成应变片式压力计。,二、压阻式压力传感器,压阻式压力传感器利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成比例的变化，再由桥式电路获得相应的电压输出信号。,工作原理,特点,精度高、工作可靠、频率响应高、迟滞小、尺寸小、重量轻、结构简单；,便于实现显示数字化；,可以测量压力，稍加改变
16、，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。,三、电容式压力变送器,工作原理,先将压力的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。,任务2.4 智能式变送器,智能型压力或差压变送器是在普通压力或差压传感器的基础上增加微处理器电路而形成的智能检测仪表。,一、智能变送器的特点,性能稳定,可靠性好,测量精度高,基本误差仅为0.1%。 量程范围可达1001 ,时间常数可在036s内调整,有较宽的零点迁移范围。,具有温度、静压的自动补偿功能,在检测温度时,可对非线性进行自动校正。 具有数字、模拟两种输出方式,能够实现双向数据通讯,可以与现场总线网络和上位计算机相连。 可以进行远程通讯,通过现场通讯器,使变送器具有自修正、自补偿、自诊断及错误方式告警等多种功能,简化了调整、校准与维护过程,使维护和使用都十分方便。,二、智能变送器的结构原理,从整体上来看,由硬件和软件两大部分组成。,从电路结构上来看,包括传感器部件和电子部件两部分。,图2-9 3051C型智能差压变送器（420mA）方框图,
