仪表基础知识培训

1、仪表基础知识培训,仪表专业技术培训,仪表基础知识 编制:陈俊良,仪表基础知识培训,目 录,一、万用表的使用 二、温度测量仪表 三、压力测量仪表 四、流量测量仪表 五、物位测量仪表 六、气 动 调 节 阀 七、电动执行机构 八、分析系统仪表 九、显 示 仪 表 十、自动控制系统,仪表基础知识培训,一、万用表的使用,1、万用表使用的注意事项 (1)使用前一定要先将选择开关旋到相应的档位和量程上。(2)测量时不能用手去接触表笔的金属部分 ，保证测量的准确以及保证人身安全。 (3)不能在测量的同时换档，尤其是在测量高电压或大电流时 ，更应避免。否则，会毁坏万用表。如需换挡，应先断开表笔，换挡后再去测量

2、，谨防误操作。 (4) 指针式万用表在使用时，必须水平放置，以免造成误差。同时， 还要注意到避免外界磁场对表的干扰,仪表基础知识培训,5）万用表使用后，要拔出表笔；并要将电源按钮切断，或将选择开关旋至“OFF”档，若无此档，应旋至交流电压最大量程档，如“1000VAC”档。若长期不使用 ，还应将万用表内部的电池取出来，以免电池腐蚀表内其它器件。 （6）若长期不用，应将表内电池取出，以防电池电解液渗漏而腐蚀内部电路。 （7）欧姆挡的使用要选择合适的倍率，使测量在中值附近；使用前先要调零，电阻不能带电测量；并且被测电阻不能有并联支路。 （8）测量晶体管、电解电容等有极性元件的等效电阻时，须注意两支

3、笔的极性。 （9）使用电压档时，要检查表笔连接是否可靠正确、绝缘是否良好等，以免被电击。 （10）电流档使用时，选择合适档位后，将表笔要串入被测电路测量（正流电压要分正负极,仪表基础知识培训,二、温度测量仪表,1、分类 A、热膨胀式温度计：玻璃棒（酒精、水银），直读式。 B、双金属温度计（万向型）：也是膨胀原理，直读式。 C、热电阻温度计：常用的有PT100 、 Cu50，远传式，输出电阻信号。即0时CU的电阻为50欧姆，铂的电阻为100欧姆。电阻随温度的升高而升高，成正比例关系。 D、热电偶温度计：西贝克电动势，远传式，输出mV信号。原理：两种不同金属材质的热电特性不同，有一 定电势差，其差

4、值与温度成正比。 常用：E镍络康铜、K镍络镍硅、B铂铑铂,仪表基础知识培训,6,仪表基础知识培训,双金属温度计的测温元件由两种不同膨胀系数彼此牢固结合的金属片制成的。它是一种适合中、低温现场检测的仪表。可直接测量气体或液体的温度。 精度等级较低：1.0、1.5、2.5，主要用于现场指示。 其中电接点双金属温度计是带有报警输出的,2.1、双金属温度计,仪表基础知识培训,双金属温度计,仪表基础知识培训,热电阻是由电阻体、保护套管以及接线盒等主要部件所组成。 它是利用金属（电阻体）的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温的。 热电阻温度计广泛用来测量中、低温 (一般为500以下)。它的特点是准确度高，

5、在测量中、低温时，它的输出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、自动记录和多点测量。 目前应用最广泛的是铂和铜热电阻：分度号为Pt100、Pt1000铂电阻和分度号为Cu50、Cu100铜电阻。相应的分度表 (电阻值与温度对照表)可在相关资料中查到,9,2.2 热电阻温度计,仪表基础知识培训,热电阻按结构可分为：组装式和铠装式,10,仪表基础知识培训,金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来，他们之间的关系为: Rt=R01+(t-t0) Rt=Rt-R0=R0t 式中 Rt 温度为t时的电阻值; R。 温度为t0(通常为0)时的电阻值; 电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对

6、变化量，单位是 -1，; t 温度的变化量，即t-t。=t Rt 温度改变t时的电阻变化量,11,2.2.1 热电阻的测温原理,仪表基础知识培训,由上可知，温度的变化，导致了导体电阻的变化。实验证明，大多数金属导体在温度每升高1时，其电阻值要增加0.4一0.6%，热电阻温度计就是把温度变化所引起热电阻的变化值，通过测量电路 (电桥)转换成电压(毫伏)信号，然后由显示仪表指示或记录被测温度。 热电阻与热电偶的测温原理是不相同的。热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换为热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来测量温度的,12,2.2.1

7、 热电阻的测温原理,仪表基础知识培训,2.3、 热电偶温度计,热电偶是利用两种不同材料相接触而产生的热电势随温度变化的特性来测量温度的。由于热电偶具有结构简单、使用方便、测量范围宽、便于远距离传送和集中检测等特点，因而在工业生产中得以广泛使用。热电偶的热电特性由电极材料的化学成分和物理性能所决定，热电势的大小与组成热电偶的材料及两端温度有关，与热电偶的粗细无关,13,仪表基础知识培训,2.3.1、热电偶的结构及工作原理,14,热电偶是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B)焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。组成热

8、电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)，则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶两端的温度t和to均E有关,仪表基础知识培训,热 电 偶,仪表基础知识培训,2.3.2热电偶的分类及测温范围,仪表基础知识培训,国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性能优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号 (铂铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜 )； T分度号 (铜-康铜)；

9、J分度号（铁-康铜）； R分度号 (铂铑13-铂)等热电偶。 热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种结构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成,17,仪表基础知识培训,2.4、 测温仪表的选用,在选用测温仪表解决现场测温问题时，首先要分析被测对象特点及状态，然后根据现有温度计的特点及其技术指标确定选用的类型。一般应考虑以下几个方面: 1测温范围是否符合被测对象的温度变化范围的要求; 2精度、稳定性、响应时间是否适应测温要求; 3防震、防冲击、抗干扰性能是否能满足现场要求; 4仪表输出信号能否自动记录和远传; 5防腐性、防爆性

10、和连续使用期限，是否满足要求; 6电源电压、频率及环境温度变化对仪表示值的影响; 7测温元件的体积大小是否适当; 8仪表使用是否方便、安装维护是否容易,18,仪表基础知识培训,三、压力测量仪表,3.1 压力表 3.1.1 压力表的分类（常用的两种压力表） 1)一般压力表（弹簧管） 一般压力表适用测量无爆炸、不结晶、不凝固、对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。 2)隔膜压力表隔膜压力表采用间接测量结构，适用于测量粘度大、易结晶、腐蚀性大、温度较高的液体、气体或颗粒状固体介质的压力。隔离膜片有多种材料，以适应各种不同腐蚀性介质,仪表基础知识培训,一般压力表 隔膜式压力表,仪表基础知识培

11、训,3.1.2 压力表量程 现场指示型压力表在测量稳定压力时，可在测量上限值的1/3-2/3范围内使用，在测量交变压力表，则应不大于测量上限值的1/2为宜，对于在瞬间的测量时，允许使用在测量上限值的3/4,仪表基础知识培训,3.2 压力开关 压力开关是一种借助弹性元件受压后产生位移以驱动微动开关工作的压力控制仪表。通常使用于报警或联锁保护系统中。 压力开关的主要技术指标包括以下内容： （1）设定值控制范围 （2）控制精度 （3）控制方式：一位式或二位式 （4）触点容量：380VAC2A或220VAC3A （5）使用环境：温度-25-70。相对湿度不大于85,仪表基础知识培训,3.3 差压开关

12、差压开关是一种差压控制仪表，与压力开关类似。 差压开关的主要技术指标： （1）设定值控制范围 （2）控制精度 （3）触点容量 （4）使用环境,仪表基础知识培训,3.4压力、差压变送器可分为： （1）电容式 （2）扩散硅压阻式 （3）单晶硅谐振硅式,3.4 压力变送器,仪表基础知识培训,3.4.1 压力变送器工作原理 压力变送器是利用压力传感器将压力信号转换为频率信号，送到脉冲计数器，直接传递到CPU（微处理器）进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4-20mADC 的输出信号，并在模拟信号上叠加一个HART数字信号进行通信的压力检测仪表。 压力变送器可测量表压、绝压、真空,仪表基

13、础知识培训,压力变送器的工作原理,P,单晶硅 传感器,膜盒 组件,CPU,内置存储器,D/A,MODEM,手持智 能终端,4-20MADC及 数字信号,仪表基础知识培训,3.5.1 压力测量仪表,在压力测量中，通常有绝对压力、表压力、负压、或真空度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即： P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即： P真 =P大-P绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。我们用压力表来

14、测量压力的数值，实际上也都是表压或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度,27,仪表基础知识培训,3.5.2、 压力的测量与变送,28,仪表基础知识培训,3.5.3、压力表的选用,压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理和有效的目的。 1类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、 自动记录或报警；被测介质的物理化学性质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、 易燃易爆等)是否对

15、仪表提出特殊要求；现场环境条件 (如高温、电磁场、振动等)对仪表有否特殊要求等。 普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。 氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止,29,仪表基础知识培训,3.5.3、压力表的选用,2测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式压力表，为保证弹性

16、元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据化工自控设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/2； 测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的3/5。 为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的1/3。 按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的产品目录申查到。 3精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用

17、精度较低、价廉耐用的仪表,30,仪表基础知识培训,四、 流量测量仪表,1、基本概念 在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。 流量可用体积流量和质量流量来表示。 体积流量：流体量以体积表示时称为体积流量。 qv=uA 质量流量：流体量以质量表示时称为质量流量。 qm=qv=uA 流量的计量单位如下: 表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等； 表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。 若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是: M=Q 或 Q=

18、M,31,仪表基础知识培训,应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化10时，液体的密度变化约在1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10，密度变化约为3%。在常压附近，压力每变10kPa，密度也约变化3%。 因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指20、0.10133MPa(

19、称标定状态)或0、0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量,四、 流量测量仪表,仪表基础知识培训,4.1 流量测量仪表的分类,一、工业上常用的流量仪表可分为两大类 （1）速度式流量计：以测量流体在管道中的流速作为测量依据来计算的仪表。如涡轮流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计、电磁流量计、超声波流量计等。 （2）容积式流量计：又称排量流量计，它以单位时间内所排出的流体固定容积的数目作为测量依据；罗茨流量计、刮板流量计、活塞流量计、螺杆流量计、双转子流量计。 二、流量测量仪表还可以有以下的分类 A、孔板：前后差压与流量成正比 B

20、、转子流量计（变截面积）：转子的高度与流量成正比,33,仪表基础知识培训,4.1 流量测量仪表的分类,C、楔形流量计：前后差压与流量成正比。适用于介质粘度大、易结晶、易结焦、有颗粒的场合。 D、靶式流量计：靶受介质冲击发生位移，其大小与流量成正比。 E、超声波流量计： F、质量流量计：克利奥里力原理，测量精度高，用于交接。 G、电磁流量计：法拉第电磁感应原理 H、阿牛巴流量计：差压法，主要用于测量蒸汽流量,仪表基础知识培训,I、托巴管流量计 ：差压法，主要用于大口径水、污水、蒸汽的测量 J、旋涡流量计：根据漩涡发生体后产生的漩涡数量，测量流量。 K、腰轮流量计：根据腰轮转动的频率测量流量。对介

21、质洁净度要求高。 L、刮板流量计：根据刮板转动的频率测量流量。 M、涡轮流量计：根据涡轮转动的频率测量流量。 N、螺杆流量计：根据螺杆转动的频率测量流量。有单、双螺杆,4.1 流量测量仪表的分类,仪表基础知识培训,3、 流量的测量与变送,36,仪表基础知识培训,4.2 电磁流量计特点,测量管无阻碍流动部件、无压损、直管段要求较低。 测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响。 适用于导电率5us/cm的流体流量测量 量程比大：达1：20，满量程流速范围可0.5m/s-10m/s范围自由选定,仪表基础知识培训,4.3 差压式流量计,差压式 (也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广

22、泛的一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差与其流量有关而实现流量测量的。 差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装置 (包括节流元件和取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、调节用,38,仪表基础知识培训,返回目录,节流现象及其原理 节流装置与差压变送器配套测量流体的流量，是目前使用最广的一种流量测量仪表。在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能量可以相互转换

23、，但参加转换的能量总和是不变的。节流元件测量流量就是利用这个原理来实现的。在节流装置中，应用最多的是孔板、喷嘴、文丘利管等。 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。 根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成： Q=kP,4.3 差压式流量计,仪表基础知识培训,4.3 差压式流量计,节流现象及其原理 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图3-1所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体

24、产生局部收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。下面以孔板为例说明节流原理,40,仪表基础知识培训,4.3 差压式流量计,孔板节流原理 下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况,41,仪表基础知识培训,4.3 差压式流量计,孔板节流原理 沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力P1，的升高 (即图中P1P2)。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从

25、而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害 (即流束最小截面)的位置不在节流孔处，而是位于节流孔之后 (即图中截面处)，并随流量大小而变化。以上就是流体流经节元件时，流束为什么产生收缩的原因,42,仪表基础知识培训,孔板节流原理 由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原来为低 (即图中P2P1)。故节

26、流元件入口侧的静压P1比其出口侧的静压P2大，即在节流元件前后产生压差P。节流元件前流体压力较高，常称为正压，并用“+”标记；节流元件后流体静压力较低，常称为负压，并用“”标记。并且流量愈大，流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著，即P也愈大。所以只要测出元件前后的压力差P就可求得流经节流元件的流体流量。这就是节流装置测量流量基本原理,43,4.3 差压式流量计,仪表基础知识培训,4.3 差压式流量计,流量基本方程式是用来阐明流量与压差之间的定量关系。它是根据流体力学中的伯努利方程式利连续性方程式推导而得的，即式 式中 一流量系数。它与节流元件的结构形式、取压方式、孔口截面积之比m；雷诺数Re

27、、孔口边缘尖锐度、管壁粗糙度等因素有关。可从有关手册查得 膨胀校正系数。它与孔板前后压力的相对变化量、介质的等熵指数 m等有关。也可从有关手册查得。但对不可压缩的液体来说，常取=1; A。 节流元件的开孔截面积; P 节流元件前后实际测得的静压差; 1 节流元件前流体密度,44,仪表基础知识培训,在计算时，如果把Ao用/4d2 表示，d为工作温度下孔板孔口直径，单位为mm，而P以Mpa为单位，则上述基本流量方程式可换算为实用流量计算公式，即： 式中 0.3998=360010-6/42。 以上流量公式表明，当 d等均为常数时，流量与压差的平方根成正比。因此，由理论推导得来的流量基本方程式，应用

28、到测量实际生产中的流体流量时，公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定，这是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。 因为流量与压差的平方根成正比，所以，用这种流量计测量流量时，如果不加开方器，流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密，后来逐渐变疏。因此，在用差压法测量流量时，被测流量值不应接近于仪表刻度的下限值，否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的30%以下,45,4.3 差压式流量计,仪表基础知识培训,五、 液位、物位测量仪表,1、概念 生产过程中罐、塔、槽等容器中存放的液体表面位置称为液位。把料斗、堆场仓库等储存的固体块、颗粒、粉料等的堆积高度和表面位置称为料位；两种互一相溶

29、的物质的界面位置称为界位。液位、料位以及界位总称为物位。用来测量物位的仪表称为物位仪表。 2、分类 物位测量仪表的种类很多，按液位、料位和界位来可分： （1）液位仪表：浮力式（浮筒、浮球、浮标、沉筒）、静压式（压力式、差压式）、电容式、电感式、电阻式、超声波式、微波式等。 （2）界位仪表：浮力式、差压式、电极式、超声波式等。 （3）料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、放射性式等,46,仪表基础知识培训,分 类,47,仪表基础知识培训,五、 液位、物位测量仪表,3、浮力式液位计 浮力式液位计有两种。一种是维持浮力不变的液位计，称为恒浮力式液位计，如浮球、浮标式液位计等。另一种是在检测

30、过程中浮力是发生变化的，称为变浮力式液位计，如沉筒式液位计等。 （1）恒浮力式液位计 恒浮力式液位计是利用浮子本身的重量和所受的浮力均为定值，并使浮子始终漂浮在液面上，并随液面的变化而变化的原理来测量液位的,仪表基础知识培训,返回目录,2）变浮力式液位计 变浮力式液位计的检测元件是沉浸在液体事的浮筒。它随液位变化而产生浮力的变化，去推动气动或电动元件，发出信号给显示仪表，以指示被测液面的值。浮筒式液位变送器的输出信号不仅与液位高度有关，而且还与被测介质的密度有关,图示为位移平衡浮筒式液位变送原理图。当液位发生变化时，浮筒1（又称沉筒）本身的重力与所受的浮力的不平衡力，经杠杆2传至扭力管3，而扭

31、力管产生转角弹性变形，由心轴4传出，经推板5传到霍尔片6，转换成霍尔电势，经功率放大后转换成统一的标准电信号输出，以远传给显示仪表指示,五、 液位、物位测量仪表,仪表基础知识培训,返回目录,3)翻板液位计 翻板液位计的翻板是由导磁的薄铁皮制成。垂直排列，并各自能绕框架上的小轴翻转（如图）。翻板一面涂红漆，另一面涂银灰色漆。工作时，液位计的连通管经法兰与容器相连通，构成一连通器。连通器中间有浮标，它随液位的变化而变化。浮标中间有一磁钢，其位置正好与液面一致。当液位上升时，磁钢将吸引翻板，并将它们逐个翻转，使红的一面在外边；下降时，又将它们翻过来，使银灰的一面在外边。即以颜色表示液位高低，十分醒目

32、,返回目录,五、 液位、物位测量仪表,仪表基础知识培训,返回目录,4）差压式液位计 差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的,图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据液体静力学原理，有： Pb=Pa+gH 式中 H-液位高度 -被测介质密度 g-被测当地的重力加速度 所以有：P=Pb-Pa=gH 在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题,5、 液位、物位测量仪表,仪表基础知识培训,5、 液位、物位测量仪表,差压变送器负压室压力P2=

33、P气，则正负压室的差压为： P=P1-P2 通常，被测介质的密度是已知的。因此，测得差压值就能知道液位高度。 若被测容器是敞口的，气相压力为大气压力，则差压变送器的负压室通大气就可以了，这时也可用压力变送器或压力计来直接测量液位的高低。图示容器是受压的，则将负压室与容器气相相连接，以平衡气相压力的静压作用,52,仪表基础知识培训,返回目录,六、气动调节阀,6.1、概含 执行器常称为调节阀，它由执行机构和调节机构两部分组成。其中执行机构是调节阀的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力，通过阀杆使调节阀阀蕊产生相应的位移。调节机构是调节阀的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改

34、变阀蕊与阀座间的流通面积，从而达到调节流量的目的,6.2、分类 执行器按其能源形式分气动、电动、液动三大类。 气动执行器按其执行机构形式分薄膜式、活塞式和长行程式。 电动和液动执行器按执行机构的运行方式分为直行程和角行程两类。 目前在石化工业中普遍采用气动执行器,仪表基础知识培训,6.3 调节阀的结构原理 调节阀=执行机构+调节机构（阀体部件,54,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,调节阀执行机构结构 执行机构：调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应推力，使阀杆相应的位移、从而使阀芯动作,55,仪表基础知识培训,返回目录,6.4、执行机构 气动薄膜执行机构是应用最广泛的执行机构，它接受0

35、.020.1MPa气动信号。它正作用和反作用两种形式，当信号压力增加时推杆向下移动的叫正作用执行机构。信号压力增加时推杆向上移动的叫反作用执行机构,气动薄膜（有弹簧）的薄膜的有效面积越大，执行机构的推力和位移也越大。 气动活塞式（无弹簧）执行机构随气缸两侧压差而移动。因为没有反力弹簧抵消推力，所以有很大的输出推力，适用于高静压、高差压的工艺场合,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,6.6、调节机构 调节机构又称阀。种类很多，根据结构、用途来分，其基本形式是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀、偏心旋转阀、套筒阀、角形阀等,1、直通单座；2、直通双座；3、角形；4、隔膜阀；5、蝶阀；6、

36、阀体分离阀；7、合流型三通调节阀；8、分流型三通调节阀,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,1）直通单座阀：阀体内只有一个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。其主要优点是泄漏量小,2）直通双座阀：阀体内只有两个阀蕊和阀座，阀杆带动阀蕊上下移动来改变阀蕊与阀座之间的相对位置，从而改变流体流量。其主要优点是适用压差比同口径单座阀大,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,3）蝶阀：又称翻板阀，由于阀板在阀体内旋转的角度不同，使阀的流通面积不同，从而调节流体流量。其主要流通能力大，约为同口径双座阀的1.5 3倍；阻力损失小；沉积物不易积存；结

37、构紧凑，安装空间很小。但操作转矩大，泄漏量较大，可调范围小。特别适用于低压差、大口径、大流量和浓稠浆液及悬浮粒的场合,O型球阀：可起调节和切断作用，常用于两位式控制。它流路简单，全开时完全形成直管通道，压力损失最小，特别适用 于高粘度、悬浮液、纸浆等流体场合。密封可靠，泄漏量很小，软密封球阀可达到气泡级密封。 V型球阀：流通能力大，比普通阀高2倍以上；控制特性好，为等百分比；可调范围大，可达300：1；具有剪切作用，能严密关闭，适用于浆料、纤维状流体场合。主要缺点是操作压力受到限制，高压降时不适用,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,4）偏心旋转阀：又称凸轮挠曲阀，简称偏心阀。球面阀蕊

38、6连在柔臂7上与轮毂8相接，轮毂与转轴4用键滑配，转轴带动球面阀蕊旋转改变流体流量。工作时转轴的运动是由气动执行机构驱动的，推杆的运动通过曲柄传给转轴。其主要优点是流路阻力小，可调比大，适用大压差、严密封的场合和粘度大及有颗粒介质的场合。很多场合可以取代直单、双座阀,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,5）套筒阀：也叫笼式阀，其阀体与一般直通单座阀相似，阀内有一个圆柱形套筒，也叫笼子。阀蕊可在套筒中上下移动，利用套筒导向。阀蕊在套筒中移动，改变了套筒的节流孔面积，形成了各种特性并实现流量的调节。由于套筒阀采用了平衡阀蕊结构，阀蕊上、下受压相同，不平衡力小，并且阀蕊利用套筒侧面导向，故稳

39、定性好，不易振荡，阀蕊也不易人损坏。其优点是在前后压差大和液体出现闪蒸或空化的场合，稳定性好，噪声低，可取代大部分直通单、双座阀，但它不适用于含颗粒介质的场合,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,6.5 调节阀的动作方式： 1、调节阀的流开、流闭 2、调节阀的气开、气关 3、气动执行器分的气开式与气关式两种形式。 气开式：压力信号增大阀门开度增大、无压力信号时阀关；气关式反之。 气开、气关选择依据：工艺生产安全、节约能源以及从介质特性等,62,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,调节阀的流量特性：快开、线性、等百分比、抛物线 调节阀为什么选等百分比阀较多？ q=f P 阀位变时阀前后总差压P 也变

40、，q也变，即流量特性同同往上移，所以选等百分比阀较多。 当调节阀两端差压比较小时，对象是线性对象，则选线性阀 调节阀正常可调范围一般控制在2080,63,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,返回目录,5、阀门定位器 阀门定位器是调节阀的主要附件，可分为气动阀门定位器和电-气阀门定位器。动阀门定位器接受气动信号0.020.1MPa，输出0.020.1MPa。电-气阀门定位器将420mA DC的电信号，转换成0.020.1MPa的气压，并按气动阀门定位器的功能进行工作。 阀门定位器接受调节器输出的控制信号，去驱动调节阀动作，并利用阀杆的位移进行反馈，将位移信号直接与阀位比较，改善阀杆行程的线性度，克

41、服阀杆的各种附加摩擦力，消除被调介质在阀上产生的不平衡力的影响，从而使阀位对应于调节器的控制信号，实现正确定位,六、气动调节阀,仪表基础知识培训,七、电动执行机构,7.1、电动执行机构概述 执行机构，又称执行器，是一种自动控制领 域的常用机电一体化设备（器件），是自动 化仪表的三大组成部分（检测设备、调节设 备和执行设备）中的执行设备。主要是对一 些设备和装置进行自动操作，控制其开关和 调节，代替人工作业。 按动力类型可分为气 动、液动、电动、电液动等几类；按运动形 式可分为直行程、角行程、回转型（多转式） 等几类。由于用电做为动力有其它几类介质 不可比拟的优势，因此电动型近年来发展最快，应用

42、面较广。电动型按不同标准又可分 为：组合式结构、机电一体化结构，电器控 制型、电子控制型、智能控制型（带HART、 FF协议），数字型、模拟型，手动接触调试 型、红外线遥控调试型等,仪表基础知识培训,7.2、工作原理及结构 电动执行机构由伺服放大器和执行机构二个结构上相互独立的整体构成。执行机构为现场就地安装式结构，在减速器箱体上装有交流伺服电机和位置发送器。减速器上有手动部件、输出轴、机械限位块。 7.3、用途 电动执行机构可以与变送器，调节器等仪表 配套使用，它以电源为动力，接受420mA DC或010mA DC信号，将此转换成与输入 信号相对应的直线位移，自动地操纵阀门等 调节机构，完成

43、自动调节任务，或者配用电 动操作器实现远方手动控制，可广泛应用于 发电厂、钢铁厂、化工、轻工等工业总门的 调节系统中,七、电动执行机构,仪表基础知识培训,图2 电动执行机构系统方块图 FC 伺服放大器 SD 单相伺服电机 WF 位置发送器 Z 减速器 DFD 电动操作器 C 调节阀,七、电动执行机构,7.4 电动执行机构控制过程： 当输入信号Ii=0（或4mA DC）时,位置发送器反馈电流If=0(或4mA DC) ,此时伺服放大器没有输出电压，交流伺服电动机停转，执行机构输出轴稳定在预选好的零位。 当输入信号Ii0（或4mA DC）时（接入极 性应与位置反馈电流极性相反）此输入信号与系统本身

44、的位置反馈电流在伺服放大器的 前置级磁放大器中进行磁势的综合比较，由于这两个信号大小不相等且极性相反就有误 差磁势出现，从而使伺服放大器有足够的输 出功率，驱动交流伺服电动机，执行机构输 出轴就朝着减少这个误差磁势的方向运动， 直到输入信号和位置反馈信号两者相等为 止，此时输出轴就稳定在与输入信号相对应 的位置上,仪表基础知识培训,7.5 电动执行机构三种控制方式： 当电动操作器切换开关放在“自动”位置时，即处在连续调节控制状态。 当电动操作器切换开关放在“手动”位置时，即处在手动远方控制状态，操作时只要将旋 转切换开关分别拔到“开”或“关”的位置，执行机构输出轴就可以上行或下行，在运动过 程

45、中观察电动操作器上的阀位开度表，到所 需控制阀位开度时，立即松开切换开关即可。 当电动操作器切换开关放置“手动”位置时，把交流伺服电动机端部旋钮放在“手动”位置，拉出执行机构上的手轮，摇动手轮就可 以实现手动操作。当不用就地手动操作时，千万要注意，把交流伺服电机端部的旋钮放在“自动”位置，并把手轮推进,七、电动执行机构,仪表基础知识培训,7.6 使用注意事项 1.电动执行机构使用前应认真仔细阅读使用 说明书按规定的检验方法，进行检查和校 验。 2.电动执行机构的减速器应根据现场使用环 境加注合适的润滑油。 3.电动执行机构投入运行前应检查现场电源 电压是否与规定相符。按安装接线图接线，做好标记

46、 ，各接线端子接线应牢靠。 4. 执行机构和调节机构所有连接的接合处不 可有松动间隙，以保证有良好的调节效果,七、电动执行机构,仪表基础知识培训,4. 根据调节系统的要求，选定输出轴的初始化 零位及量程。 5.执行机构输出轴推力应和调节机构（阀门等）所需推力相适应，防止过载。 6.执行机构各组成部分应根据现场使用条件 定期检查和调整。减速器应定期清洗加油,七、电动执行机构,仪表基础知识培训,八、分析系统仪表,仪表基础知识培训,返回目录,第三章仪表工位号、字母含义,仪表基础知识培训,二、自动控制基础知识,调节对象：自动调节系统的工艺生产设备 给定值：生产中要求保持的工艺指标 偏差：在自动化系统中

47、，e=x - z 给定值x大于测量值z时为正偏差，反之为负偏差；但在单独讨论调节器时，正好相反，即e=z - x。 系统的过渡过程：调节系统在受干扰作用后，在调节器的控制下，被调参数随时间而变化的过程。如果调节正常的话，这个过程是一个衰减振荡的过程。 传递函数及方框图,73,仪表基础知识培训,二、自动控制基础知识,控制质量指标 衰减比：表示系统的衰减程度的标志，=B1/B2（4:110:1常用） 最大偏差A 振荡周期Pu 余差C：过渡过程结束后，新稳定值与给定值之差 过渡时间T：从被调参数变化之时起，直到进入新的稳态值的5%所需的时间,74,仪表基础知识培训,二、自动控制基础知识,75,仪表基础知识培训,二、自动控制基础知识,调节器：根据偏差，按一定的运算规律产生输出信号。 比例P、积分I、微分D 比例P：有两种表示方式:比例度%和增益K，K=1/ % , K增大，系统的稳定器变差，控制质量提高。 纯比例调节时，K =输出/输入 积分I：积分时间以Ti（分）来表示，积分作用的基本目的是在系统经受干扰后使系统输出返回设定值（即消