自动化仪表工程预算.doc

1、石油安装工程概预算培训班自动化仪表工程二七年五月第一章 概述工业生产自动控制及仪表简称自控仪表。这门技术的产生随着生产过程的需要而产生和发展起来的，特别是石油、石化、化工行业显得尤为突出，由于生产过程中常有易燃、易炸、高温或环境十分恶劣的地方，甚至有剧毒场合而不允许人去亲临此环境，而需要测量、远距离操作或者自动操作；还有些生产的单元操作要求付出很大力气，即劳动量很大且笨重，为了减轻人的体力劳动或频繁、快速的动作也要求利用机械、仪表自动操作而降低人的体力劳动程度；另有某些生产过程对操作条件要求非常严格，温度高1或低1都不行，压力的要求也很苛刻，这样的操作靠人是很难达到的，而自动控制仪表则可很容易

2、做到。上述这些便是生产过程向自动控制仪表提出的需要。自动控制的前提是测量仪表。没有仪表对生产过程参数的测量以及测量值是否偏离要求值，便没有后面的调节和控制，所谓自动控制的含义是指当被测参数偏离综合值（或预值）时，控制装置能适时反应并将其恢复到原参数的预定值上的过程，使生产操作继续在理想条件下进行。自控仪表这门科学技术产生后发展很快，特别是最近十几年来，由于计算机技术的发展，将自动控制和仪表技术推向了新的高度。当今世界已进入信息时代，自动控制和仪表作为自动化技术的工具，不仅要检测、控制多种生产过程的“物质流”及状态参数信息，而且还有“检测”企业的各种管理信息，并将二者结合起来共同组成综合控制管理

3、系统。因此自动控制的概念，已经从单一的过程自动检测、自动控制（调节）拓宽到包括生产过程自动化、企业管理自动化、办公室自动化、实验室自动化等在内的全方位自动化。因此，自动控制水平的高低不仅是衡量过程控制水平、企业管理水平、计量检测水平的指标，而且还是衡量企业现代化程度的重要指标。正是这个原因，国内外企业家对过程检测与控制愈来愈重视，过程检测和控制专业在企业中的地位也愈来愈重要，当今大型石油化工装置中，其检测和控制的设备费投资，可高达全部设备费投资的12%左右就是一个很好的例证。在石油化工生产过程的参数检测和控制中，仪表是操作人员的耳目，检测数据是操作的依据。现代石油化工生产，工艺过程愈来愈复杂，

4、生产规模愈来愈大，生产条件之间的关联愈来愈密切，特别是在高温、低温、易燃、易炸、剧毒等环境中，欲使工艺过程始终处于最佳状态运行，依靠人工操作是办不到的，只能靠检测仪表和自动调节装置完成。一、我国仪表和自动控制发展简况建国初期，我国还不能制造和生产仪表，生产中只能依靠解放前老厂留下的仪表和原苏联进口的仪表和自动调节器。十九世纪50年代中期原苏联进口了Ayc（气动单元组合仪表）但应用不广，到了60年代中期我国开始有了第一台DDE-I型仪表，这种电动单元仪表发展很快，不到10年就完成了从I型、II型到III型的过渡，并使DDE-II、DDE-III型仪表系列化和国产化，同时气动仪表（QDE系列）也有

5、很大发展。这一期间我国的检测仪表的制造发展更快，极大的满足了几乎所有热工参数提出测量要求。这些常规仪表是我国中、小型石油化工企业使用的主要仪表，为我国生产过程自控水平的提高起到了很大作用。工业过程计算机的应用，促进了自动控制仪表及控制技术的新发展，特别是集散控制系统的推出，将生产过程与企业经营管理融为一体，加快了企业管理水平的提高，彻底改变了自动控制的概念。微机的联网，使企业经营者在及时了解企业生产过程的同时，还能立即了解到企业管理（包括成本、销售、市场等）情况自动控制技术为企业带来了巨大的经济效益，同时增强了企业的竞争能力。智能仪表的出现，给中、小型石油化工企业的技术改造带来了新的生机。目前

6、品种繁多、功能齐全的可编程调节器是最活跃的一种智能仪表。由于可编程调节器既能作为常规仪表，实现比例、积分、微分（PID）调节，又能方便地组成串级调节等复杂调节系统，它的投资远比集散型系统的投资少，而功能又远优于常规仪表。当前，尽管自控技术日益复杂，检测手段愈加完善，但所检测和控制的参数仍为非油气的“热工参数”，如压力、温度、流量、物位、化学成分等类别。了解检测系统及自动调节系统仪表的原理、组成、分类并掌握他们的安装特点和调校方法，是编制好自控仪表工程预算（或工程量单价），也是工程选价人员必须具备的基本常识。二、仪表的基本性能仪表的性能指标直接反映了仪表质量的优劣，主要由以下四个特性决定：1、计

7、量特性。如精度等级、漂移大小、复现性好坏等；2、使用操作特性。主要指使用、操作和维修是否方便，手动“”自动切换时是否灵活平衡，是否有扰动等；3、抗干扰性能。主要是抗振动和强磁场干扰的能力；4、可靠性与耐用性。上述四个性能除第一项外，其他三项都应在仪表成批制造后的“定型试验”中解决。三、仪表的质量指标1、精度。这是仪表的十分重要的一个质量指标，它是表征仪表指标值与被测真实值接近程度的质量指标。仪表精度愈高，测量误差愈小，即指示值愈接近真实值，反之仪表精度低，则测量误差就愈大。精度用仪表允许的最大相对误差百分比来表示，即：= （1-1）式中：仪表精度； X被测参数的指示值； XO被测参数的真实值；

8、 B仪表标尺测度上限值； BO仪表标尺刻度下限值； X-XO绝对误差。例：某一台温度计的测量范围（即标尺刻度的上、下限）为0200，该表测量精馏塔塔顶温度，塔顶温度的真实值是154，该表指示值为156，试问该经济温度计的误差是多少？解：根据式（1）计算= （1-1）如果该仪表刻度盘上标明是1级仪表，则此时误差已达最大允许值。仪表精度等级习惯上以“级”来表示。一级表的精度表示仪表允许的最大相对误差百分比为1%，0.5级表的精度表示仪表允许的最大相对误差百分比为0.5%。每种仪表在仪表盘上都有精度标记。精度每提高一个等级，其价格要高出许多，因此，在选用等级时要从工艺要求，安全、质量、经济等多方面来

9、考虑，以便既能满足工艺要求，又可减少投资。2、变差。变差是指仪表在外界条件不变的情况下，其示值的正向特性（即被测参数由小到大变化）和反向特性（即被测参数由大到小变化）不一致的程度。在对仪表进行检验检查时，上（正）行程和下（反）行程在同一刻度和标准仪表同一示值时，被校仪表指示的差值即为变差的大小。变差值不能超过精度允许的误差范围，否则就是超差仪表，是不合格的。3、复现性。复现性又称重复性，是指仪表在同一工作条件下，多次按同一方向输入信号以各检查点直至最大量程作检查时，对应同于同一输入值指示的一致性。它的大小是在全测量范围上（即测量上限与测量下限之差）对应于任何同一输入值与其相应输出值（示值）最大

10、值与最小值之差与量程之比的百分数，它也不能超过仪表所允许的精度误差。4、非线性误差。非线性误差又称线性度，是指仪表检验曲线同理想直线之间的最大偏差。5、灵敏度。灵敏度是仪表的静态特性，也是仪表对参数变化反应的灵敏程度。灵敏限是仪表示值出现可见变化时输入信号的最小值，也是能使仪表指针变化（动作）的最小输入。仪表的灵敏限数值不应大于仪表允许误差绝对值的一半。6、漂移。漂移一般发生在电子仪表和电动单元组合仪表中，是指在保持一定输入信号的工作条件下，经过一段时间后输出示值的变化。漂移量一般不易测量，要求漂移愈小愈好。若漂移发生仪表的起、始点时，则称为零点漂移。自控仪表在安装前要进行单体调试，其目的就是

11、检查仪表性能和质量是否达到指标要求，以保证开车生产的安全和正常。第二章 自控仪表的分类和回路第一节 自控仪表的分类石油和石化系统所使用的仪表种类繁多，功能各异，几乎各主要类型的仪表都有，而国内外所出现的新型仪表和调节系统大多首先在石油加工行业试点、应用，可见石油化工行业的自控水平是较高的。仪表的分类方法很多，常见的一般有以下几种分类方法。一、按仪表使用的能源分类按仪表动作所使用的能源，可分为液动仪表、气动仪表和电动仪表。1、液动仪表具有功率大、动作平衡、操作可靠等优点，但附加设备多，重量和体积大的缺点，在石化行业使用的不多，主要用于大型执行机构，冶金行业应用较多。液动仪表的能源主要是油和水。2

12、、气动仪表在我国使用的时间最长，是一种技术成熟可靠，功能品种齐全的仪表。它的突出优点是具有防火、防爆性能，所以石化行业应用较多，但是由于气动仪表的信号传送距离短（最大的为60米），传送信号速度慢的缺点，所以在现场安装，直接显示被测参数或进行自动调节的场合仍应用较多。3、电动仪表，由于它是电信号，所以反应速度快、滞后小、精度高、维修方便，因而产品品种最为齐全，它也可以与气动仪表联合使用。电动仪表是以电作为能源，既可以现场安装，进行显示和调节，也可以形成单元组合系列，更可以将信号传送至中央控制室与计算机联结。二、按仪表的组成分类按仪表的组成可分为基地式仪表、单元组合仪表、组装式电子综合控制装置。1

13、、基地式仪表基地式仪表又称复合型仪表，是一种就地安装式多功能仪表。它可以将指示、记录、累积、报警、自动调节等功能部件装在一台表中，有的还可以将测量元件也组装在一起安装在现场，如：压力调节器、温度调节器、流量调节器等，可以实现单参数测量和自动调节。2、单元组合仪表单元组合仪表是当前应用最为普遍的仪表，分为气动单组合仪表、液动单元组合仪表和电动单元组合仪表。所谓“单元组合”是指基地仪表中的每一功能制作成一个小单元，然后根据工艺上的控制要求任意组合成最适合的调节系统。这样可以节省投资，又可满足工艺要求。（1）气动单元组合仪表气动单元组合仪表在国内，特别是石化行业应用很普遍，是中、小型石油化工企业和在

14、易燃、易爆、高温、高压、剧毒场合中必不可少的仪表。它具有安全、防爆、价廉、耐腐蚀、动作可靠、易维修等特点，但它传递信号速度慢、滞后大、传送距离不远是它的缺点。气动单元组合仪表按照检测、显示、操作、控制等功能划分开若干独立单元，组合成各种检测和控制系统，各单元之间的联系采用统一标准信号0.020.1MPa。气流供气压力为0.14MPa。气动单元仪表必须配备气源装置和相应的供气系统，这是因为气动仪表对气源的含水量和清洁度要求极高的缘故，与电源相比，运行和维修量大。气动仪表可通过气/电或电/气转换器与电动仪表和控制计算机联系，但不便于直接采用CRT屏幕显示及数据的储存及处理。（2）液动单元组合仪表液

15、动单元仪表结构简单、紧凑，工作安全可靠，但有些笨重，相互间没有统一的传递信号，附加装置较多，使用不方便，在石油化工行业内不作为单元组合仪表使用。（3）电动单元组合仪表电动单元组合仪表从发展历史看分为I型、型和型，I型是电子管的、现已淘汰，当前应用最普遍的是型和型表，它们之间的不同点见表2-1。表2-1 电动单元组合仪表II、III型比较表项 目型系列型系列主要电气元件晶体管分立元件集成电路传输方式及信号串联制传输信号010mADC电流传输，电流接收并联制传输信号，420mADC电流传输，15V电压接收变送器连接方式四线制二线制供电方式交流220V，单独分散供电DC24V 集中供电，有断电备用电

16、源防爆方式隔爆型，无安全栅安全火花型，有安全栅仪表功能具有一般系统要求的功能，不能与工业过程计算机直接连用除具有一般系统要求的功能外，调节器可实现双向非平衡无扰动切换，与工业控制计算机连用构成SPC调节、DDC后备调节系统。温度变送器具有线性化功能。电动型仪表系列分成8大单元：变送单元、计算单元、给定单元、转换单元、显示单元、调节单元、辅助单元和执行单元。各功能单元组合成检测系统、调节系统，相互间采用统一信号010mA串联连接。电动型仪表是隔爆型仪表，在仪表的外部机械结构上采取措施、防止火花引炸，不是本质安全的。电动型仪表是在型仪表的基础上发展起来的，在结构和性能上更加合理和完善，但其作用则与

17、型仪表相同。型仪表的传输信号是420mA，变送器采用二线制，各单元之间采用并联方式连接，仪表的本质结构采取措施防止火花引爆，是本质安全仪表。型仪表能与工业控制计算机联用，可实现更多的特殊调节规律。3、组装式电子综合控制装置组装式电子综合控制装置是一种适应工业生产不断发展的需要而产生的新型仪器仪表，是一种组件装配式电子综合控制装置。它采用模拟技术和数字技术项目结合、仪表与生产过程自控系统相结合的综合性成套控制装置，因此称为组装式综合控制装置而不称为仪表。组装式电子综合控制装置根据安装位置和特点分为两大部分；调节运算机柜和操作显示、集中控制机柜。二者既可分开设置，又可以一体安装，灵活方便，控制装置

18、所有的功能组件是通用的，根据工艺被控对象的要求，可以方便地构成各种自动控制系统，实现所要求的特殊调节规律，并能与生产过程计算机最佳地兼容，实现过程操作、控制和管理等。组装式综合控制装置的硬件设备，按其在系统中完成的功能通常分为八大类：（1）信号转换组件。分为输入和输出组件，起到信号处理和隔离作用。输入组件接受现场变送或检测仪表发出的信号并转换为系统统一信号。输出组件将信号转换为现场统一信号（010mA、420mA，开关等）。（2）计算组件。又称运算组件，用来对信号进行加、减、乘、除、开方等运算。（3）信号处理组件。实现信号选择、阻尼、限幅、偏置和非线性变换、跟踪、比较、报警、自动手动切换等。（

19、4）调节组件。是自动调节系统的核心部件，实现基本或复杂的调节作用。（5）监控组件。实现系统安全监视控制、保护的组件，包括监视、监控、继电、独点等。（6）操作器。根据工艺要求实现对调节系统的遥控操作，是板面安装的组件。（7）辅助组件及附件。包括电源箱、引接板、填空组件、信号分配、电源分配等。（8）盘装仪表。板面安装方式，起显示、记录作用。三、按仪表在生产过程中的功能分类按仪表在生产过程中的功能分类可分为检测仪表、自动调节仪表、集中控制仪表和执行器。1、检测仪表。在生产过程中只起监视、测量、指示的仪表称检测仪表。2、自动调节仪表。在生产过程中起自动调节作用的仪表。基地式调节仪表，电动、气动单元组合

20、仪表中的调节单元等都属于调节仪表。按照调节仪表所实现的调节规律还可细化为双位调节器、比例调节器、重定调节器（比例+积分）和三作用调节器（比例+积分+微分）等。3、集中控制装置（仪表）。是多回路过程检测、控制仪表的总称。凡具有集中显示、调节、操作功能的装置全包括在内。主要有巡回检测仪、遥控、遥测、遥信、遥调、程序控制器，数据处理机，工业计算机系统等。4、执行器。由执行机构和调节机构组成，是直接改变被调变量的仪表。执行器按驱的能源又可分为气动执行器、电动执行器和液动执行器。（1）气动执行器气动执行器中以气动薄膜调节阀应用最广，它以压缩空气为动力源，推动气动薄膜执行机构，进而使调节阀开启或关闭，或停

21、留在某一位置，达到调节的目的。除气动薄膜执行机构外，还有活塞式执行机构和长行程执行机构，阀门本身有切断型和调节型，同时还可带有许多附件，如阀门定位器、阀位传送器、手轮机构等。气动调节阀与电动、液动相比，它具有结构简单、动作可靠、性能稳定、成本较低、维修方便和本安防爆等优点，因此应用最广。（2）电动执行器电动执行器控制系统中是以电作为动力源的仪表。主要有电动调节阀、电磁阀、电动调速泵等。电动执行器具有信号传递迅速、传送距离长、与计算机连接方便、安装接线简单、能源取用方便等优点。（3）液动执行器液动执行机构在石化行业使用较少，主要用于大型执行机构。执行机构分为曲柄式、直柄式和双侧连杆直柄式等，因受

22、附加设备的限制，应用范围有限。直接作用调节器外观上很像调节阀，又称自力式调节器。由于不需外加能源，且直接安装在管道上，具有两位式调节器的功能，因此常用在自控水平要求不高的地方，以压力式和温度调节器居多。四、按仪表发展阶段分类按仪表发展阶段分类可分为常规仪表和数字式过程仪表（或装置）两类。1、 常规仪表凡不含微处理器（CPU）的统称常规仪表。通常指进行PID模拟控制的调节系统及检测仪表。因此，常用的气动仪表、电动仪表、引进的I系列、EK系列仪表都属于常规仪表。2、数字式过程仪表数字式过程仪表包括由通用计算机发展起来的过程计算机系统和以微处理器为核心的仪表。还有一种是具有补偿功能并有CPU单元的智

23、能仪表，如单回路数字仪表等也可归类于数字式过程仪表。单回路数字调节仪表是单元组合仪表向微机化发展和计算机控制向分散化发展相结合的产物，是分散型综合控制装置的最低级的过程控制级。单回路调节器分固定程序和可编程序两种，与常规仪表相比，可编程单回路调节器有以下优点：（1）运算控制功能丰富，可构成常规仪表无法或很难实现的复杂、特殊调节系统；（2）具有DDE-型仪表的特点，由于具有自诊断、逻辑判断和多种报警功能，安全性优于常规仪表；（3）容易改变控制方案，对于原料、产品结构经常变化的生产过程特别合适；（4）具有通讯功能，易实现集中显示、操作和监督控制；（5）容易组成复杂调节系统，特殊调节回路，且投资少。

24、五、按仪表安装位置分类按仪表安装位置分类可分为现场仪表和控制室仪表两类。1、现场仪表。泛指安装在车间内外的检测仪表，如压力表、温度计、液位计和现场安装的变送器。2、控制室仪表。一般指安装在控制室内的仪表。控制室仪表又分为中央控制室和车间控制室，盘装仪表和架装仪表，盘面仪表和盘后仪表等。六、按检测、调节的工艺参数分类可分为压力仪表（包括差压、真空、绝压）；温度仪表；流量仪表；物位仪表；分析仪表；机械量仪表等。第二节 自控仪表的回路系统一、概述在工业生产自动控制中，自动控制装置和仪表对各种工艺参数进行测量机控制的原理和方法各不相同，但从本质上来说，它们都是首先测量参数的变化，然后将信号经过一次或多

25、次的转换，最后获得便于测量的参数信号，由指针的位移或数字形式显示出来，或由调节器发出指令信号去控制执行机构。这些工作可由一台仪表完成，在要求不高的场合中是可行的，但对自控水平较高，要满足远传或集中显示控制，分级管理控制等多功能的要求，则需不同功能的仪表组合起来完成各种测量或控制，这种形式称为自动化仪表的系统。组成“系统”必须由至少两个以上的仪表设备与管、线、缆等连接合在一起形成“回路”，方能完成对某一参数进行测量和调节的目的。这种自动化仪表系统又称为“回路系统”。一个回路系统可以由多个回路组成称为“多回路”、“多路”或“复杂回路”系统，也可以由一个回路组成，称为“单回路”系统。二、回路系统的分

26、类自控系统有很多回路系统类型，习惯上按仪表组成的系统的功能可分为：测量回路系统，调节回路系统、自动操纵系统和信号联锁保护系统。1、测量回路系统。是对工艺参数完成测量、放大、转换、指示、记录的回路系统。利用各种测量仪表对工艺参数进行测量、指示、记录的称为检测系统，如用热电偶与电信差计或毫伏计配合进行温度测量、指示、记录；用孔板配以流量计进行流量测量、显示、累计等。其基本组成见表2-2。表2-2 测量仪表或系统基本组成被测参数测量仪表测量仪表名称测量传送或放大显示T热电阻导线比率计或电桥电阻温度计L浮筒固定在受力管上的总轴气动转换机构远传至二次表或压力表显示浮筒液位计P弹簧管机械传送放大机构指针指

27、示弹簧管压力表F孔板引压导管差压计差压流量计气动或电动单元组合仪表是由各功能单元进行组合的，组成方式见图：一次元件变送器频率转换器指 示 仪比例积算器一次元件一次元件变送器变送器条形指示仪现 场控制室现 场控制室（ a ）（ b ）图2-1 由电动或气动单元组合仪表组成的检测系统（a）流量检测系统（电动单元仪表）（b）气动双针指示流量测量系统测量回路在自控系统回路中属于“开环回路”。2、调节回路系统调节系统是生产过程中，要求被调工艺参数稳定在某一数值不变，这一数值是预先给定的（称为给定值），当实际参数偏离给定值时（正常值），调节系统能自动纠正，使实际参数迅速回复到给定值，从而使生产在较理想的状

28、态下进行。这类调节系统都具有反馈通道，组成“闭环系统”。如果参数的纠编是由人工直接操作执行机构进行的，这种回路称为手动控制系统。自动调节系统应用最广，是自动控制中最基本的“闭环系统”回路。3、自动操作回路系统自动操纵系统有时又叫做顺序控制系统或程序控制系统，是根据预先设定或规定的步骤（而不是参数）自动地对生产过程进行周期性操作。4、自动联锁保护系统在石化生产过程中，常因某些因素影响，致使所控制的参数越出允许的变化范围很多，出现不正常情况而引起事故，因此常对一些关键性参数设有自动信号联锁装置，以便提前或适时对事故信号进行声光报警和联锁的紧急措施，打开安全阀或切断某些通路。自动信号联锁保护系统是自

29、动控制系统中不可缺少的部分。信号联锁系统的种类很多，通常分为有触点和无触点两种。有触点是指使用继电器、接触器、无触点是指使用电子开关电路的与门、或门、非门等。信号联锁系统在石化生产应用极广，因为它能在生产可能发生故障时及时报警，引起操作人员注意，并同时发出联锁信号，避免事故。三、回路系统的表示方法1、用字母代号组合表示仪表设备安装的位号、功能、检测变量形式 在检测、控制系统中，构成一个回路的每个仪表（或元件）都有自己的仪表位号。仪表位号由仪表功能标志（见下表）和回路编号两部分组成。仪表位号中，第一个字母表示被测变量，后继字母（通常由一个或几个）表示仪表的功能；回路编号可以按装置或工段（区域）进

30、行编制，一般用三位至五位数字表示。如：（1） T RC 1 01 T ： 被测变量字母代号（温度）RC：功能字母代号（记录调节）1： 工序或车间代号（可以一位，也可以用二位数字）01：序号（一般用二位数字，也可以用三位）（2）FE-2012F：被测变量字母代号（流量）E：功能字母代号（检测元件）2：工序或车间代号（可以一位，也可以用二位数字）012：序号（一般用二位数字，也可以用三位）（3）LIAH-1013L：被测变量字母代号（液位）I：功能字母代号（指示）A：功能字母代号（报警）H：功能字母代号（高限）1：工序或车间代号（可以一位，也可以用二位数字）013：序号（一般用二位数字，也可以用三

31、位）仪表功能标志的字母代号字母第一位字母后继字母字母第一位字母后继字母被测或初始变量修饰词功能被测或初始变量修饰词功能A分析报警NB喷嘴、火焰O节流孔C电导率控制P压力、真空连接、测试点D密度差Q数量积算、累积E电压（电动势）检测元件R核辐射记录F流量比（分数）S速度、频率安全开关、联锁G尺寸视镜、观察T温度传送H手动高U多变量多功能I电流指示V粘度阀、风门J功率W重力、藏量套管K时间、时间程序操作器XX轴L物位低YY轴转换器M水分、湿度Z位置、位移驱动、执行说明：回路编号可以按装置或工段（区域）进行编制，一般按照生产流程来分。比如炼油装置中催化装置中，反-再区一般情况是1，分馏区是2，吸收稳

32、定是3，主风机是4，气压机是5，余热锅炉是6，公共工程是7。常用的被测变量字母代号是：T温度（Td温差）、P压力（Pd差压）、F 流量、L物位（Ld界位）、A分析五大参数。修饰变量的一般都用小写。常用的功能字母代号是：A报警、C调节、E检测、I指示、H高限、L底限、P引压点/接头、Q积算、R记录、S开关、T变送、V阀门、W套管、Y转换。2、采用专用图形符号表示安装位置和检测元件或仪表、执行器、传送信号的电缆、管、供气、供电等在流程图上的表示方法（见附图2）图中的连接实践是表示通用的仪表信号线；图中的虚线表示电信号线；图中的 线形表示气压信号线。3、采用框图表示回路结构或画闭合框图。4、采用功能

33、图形符号组合，表示回路的功能或回路的结构（见图2）。仪表回路的表示中，带有微处理器或计算机控制系统与采用常规仪表组成的回路系统的表示方法，其图形符号是不相同的。（见图2-2）图2-2用常规仪表表示的回路系统流程图（a）三冲量调节系统在工艺流程图上的表示方法；（b）串级调节系统在流程图上的表示方法。温度、压力串级调节系统中温度是主调节环，输出作为压力副环的给定值，副调节器输出控制调节阀。图2-3中“方框”里的k表示比例调节，S表示积分，A表示外加自动手动操作，f(x)是输出函数。图2-3单回路系统功能图图2-4计算机过程控制回路系统流程图（a）带有辅助操作接口集散系统共享显示/共享控制压力调节回

34、路系统（b ）通过设定点跟踪（SPT）带模拟表备用的计算机控制图2-4是计算机控制回路表示方法，其符号、数字所代表的意义与常规仪表的相同。第三章 测量仪表第一节 测量仪表的基本组成测量仪表是利用各种被测参数同各种物理量（声、光、电、磁、热、辐射等）和化学效应的关系，实现对各种信息（包括电量与非电量）参数的测量，是自动控制系统中获得各种信号源的重要组成部分。测量仪表需要测量的变量很多，其测量原理和结构也不相同，但从仪表的基本组成看，它都是由名个功能环节组成的。构成的环节是根据仪表的用途、测量原理和测量要求决定的，一般是由三部分基本环节组成，即测量环节、传送环节和显示环节。这些环节可以组合成一台测

35、量仪表完成测量任务，也可以各环节单独组成仪表构成系统来完成测量任务。测量仪表的组成方框图见图3-1。被测量数测量环节传送环节显示环节图31- 测量仪表组成方框图一、测量环节测量环节又称敏感元件，它直接感受被测参数的变化并输出相应的信号（电量或非电量），敏感元件大多都与被测介质直接接触，如测量流量的标准孔板，测量温度的电阻体、热电偶，测量压力的弹簧管等，它是否能准确、快速地给出信号，在很大程度上决定了整个仪表的测量准确度。二、传递放大环节传递放大环节又称转换器或变换器，它将检测环节输出的信号进行转换，或远距离传送、或放大线性化，或变成统一信号，以便于显示或控制。传递放大环节的特点是需要由转换器进

36、行必要的加工处理，如弹簧管压力表中的杠杆齿轮机构就是弹簧管微小的变形转换成指针相对刻度盘的转动；又如电磁流量计的转换器是将电磁流量传感器送来的微弱信号放大且消除各种干扰信号并转换成标准信号以便能在显示器中显示。三、显示环节显示环节也称显示单元，由显示仪表组成。显示仪表的作用是向观察者显示被测参数的数值和量值，显示可以是瞬时量指示、累积量指示、越限报警；也可以是相应的记录。显示单元目前广泛使用的是模拟量指示、数字显示和图象显示等几种。第二节 常用检测仪表一、压力检测仪表压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的力。P= （3-1）式中：F均匀而垂直作用的力，N； A受力面积，m2 P压力，Pa。附表是

37、常用的法定计量压力单位与非法定计量单位换算表。在压力测量中，表压力以P表示，简称表压；绝对压力以Pa表示，简称绝压；负压或真空度以Pn表示，简称真空。表压是指压力表指的压力。一只普通压力表，在没有压力时它的指示为零，实质上它是在大气压力环境中，表压是不包括大气压力的，实际压力是应加上大气压力。绝压表示实际所受到的压力，因此它包括大气压力。如以Po表示大气压力，则表压、绝压、大气压的关系为：P=Pa-PoPa=Po+P当表压低于大气压时，它在仪表上显示为负值，称为负压或真空度。测量压力的方法很多，下面介绍工业上广泛应用的几种。1、液柱式压力计液柱式压力计是以流体静力学原理来测量的。当被测压力与压

38、力计中工作液的液柱高度所产生的压力相平衡（相等）时，则可用工作液的液柱来指示压力。常用的液柱式压力计有U形管压力计、单管压力计和斜管式微压计。由于单管式压力计精度高，它可作为校验低压和微压压力仪表的标准仪表使用。液柱式压力计属直读式仪表，因为它体积大，测量范围小，直读视误差大，玻璃管易破碎等据点，所以在工业中的使用受到了限制，一般用在就地测量且参数不太重要的地方。2、弹簧管式压力计弹簧管式压力计的测压原理是基于弹性材料在压力作用下发生变形，变形的大小所受压力成正比。用来测量压力的弹性材料制品称为弹性元件。常用的弹性元件有弹簧管、螺旋弹簧管、波登管、波纹管、薄膜、膜片等。根据被测压力的高低不同，

39、可选用不同的弹性元件和材料，在测量微小压力或有腐蚀性介质压力时多选用膜片或膜盒压力表，其材料多用黄铜、磷青铜、锡青铜和铍青钢等钢合金材料制成；测量高压的弹性元件采用钢或不锈钢制造；对于有腐蚀性介质而压力又高的，如氨压表等，其弹性元件常用不锈钢或特殊钢制造。上述这些压力表都是就地指示用压力检测仪表。3、压力信号的远传压力的测量是石油化工企业最常用的检测参数之一，也是石化生产过程中最重要的状态参数之一，而石油化工生产的自动控制水平较其他行业又高，这就要求在现场就地测量的压力信号传送到很远的控制室去进行指示、记录、调节和报警等。信号远传的方法很多，一般采用压力传感器和变送器的方法，将位移的变化变换成

40、电信号的变化，然后用电缆远传到预定地方进行显示、调节。电阻式远传压力表如霍尔式压力传感器、差动变压器式传感器，应变式压力传感器等可远传指示和记录。用的最多的是各种压力变送器，它能把压力信号正确地变成电或气信号，然后再传送到远处。见图3-2和图3-3。图3-2 压力变送器膜片部分结构示意图图3-2，3-3变送器是复合微硅固态传感器，传感器是一个双腔系统，被测压力经隔离膜片和灌充液，传递给硅传感器的检测膜片，硅检测膜片的微小位移导致检测系统输出电压的变化，该输出电压与被测压力成正比，由适配单元及放大器转换为标准输出信号。（420mA）这类压力变送器的最大量程可达60MPa，膜片材料为“哈氏合金”，

41、灌充液是“硅油”，其精度可达0.5级，是本安隔爆型结构。二、流量检测仪表流量也是石化生产中最重要的工艺参数之一，同时也是最重要的被调量之一。流量是指流体介质在单位时间内流过管道某一截面的量。流量测量主要是对液体、气体、蒸汽的测量，当然也包括对固体的测量（不是管道内）。石化生产过程中介质主要状态是流体（气体、液体、蒸汽），因此流量的测量和控制除了它本身是工艺生产的参数，更重要的它是调整其他参数（如温度）的手段，也是企业、车间、班组成本核算的依据。流量分为瞬时流量和累积流量两种。瞬时流量是指在单位时间内流过管道某一截面流体的量，一般流量计所指示的量都是瞬时流量。累积流量是指一段时间内流过管道某一截

42、面流体的总量。凡带有累积（积算）功能的流量计都能显示出总量。流量又可分为体积流量和质量（重量）流量。体积流量是以单位时间内流过的量是用体积表示的，其单位为m3/h，L/h。对于气体介质有时是用Nm3/h表示。图3-3 压力变送器结构图重量（质量）流星的表示是单位时间流过某截面的介质重量（质量），其单位kg/h或t/h。总量是表示在t1和t2时间间隔内流过管道某一截面的体积流量或重量流量的总和，其单位是m3、Nm3、L、kg、t等。测量流星的仪表，常用的可分为三大类，即容积式流量计、恒压降式流量计和变压降式流星计。1、容积式流量计容积式流量计可精确地测量流过管道内流体的瞬时流量和累积流量，特别适

43、合测量粘度大的流体流量。应用最多的是椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。（1）椭圆齿轮流量计这种流量计有一像“泵”似的外壳，内部有一对相互啮合的椭圆齿轮。齿轮每转动一周与流过的星成正比，它所测出的是累积流星，只要测出啮合的齿轮转动的频率，便可算出瞬时流量。（2）腰轮流量计腰轮流量计又称罗茨流量计。基本原理与椭园齿轮流量计相同，只是运动部件的形状有些不同，是一对象腰子状的轮子，称为腰轮。容积式流量计的优点是：精度高（可达0.2%），量积范围宽，可以测最小流量，几乎不受介质粘度等因素影响，没有雷诺数的限制，对管道的道管段长度没有要求。缺点是成本高、重量大、维护不方便。2、恒压降式流量计恒压降式流量计是指测

44、量部件两端的压力降是恒定的。最典型的是转子流量计和靶式流量计。（1）转子流量计转子流量计是由一个上大下小的锥形管和一个置于管中可以上下自由移动的转子组成。流体由下而上流过锥形管，其转子的高度即代表了流量的大小。流量的大小除与转子高度有关外，还与转子的几何形状、材质、锥体的锥度，被测流体的雷诺数等有关。转子流量计一般是就地指示，刻度直接刻在玻璃或金属锥管上，附有修正曲线，也可以远传，分为气远传和电远传两种，它是一种非标准化流量计。（2）靶式流量计靶式流量计适用于高粘度、低雷诺数流体的流量测量。靶式流量变送器将力矩变化转换成标准的气信号（0.02MPa0.1MPa）或电信号（型表为1-10mA，型

45、表为420mA）这样便可与气动仪表或电动仪表配合使用。靶式流量计的精度不高，通常是1%，使用场合多为要求不高的地方，同时它的适用管径有限制（15200mm），并有一定的直管长度段要求。但它维修方便。3、变压降式流量计变压降式流量计是指流体介质在通过敏感元件时新引起的压降是变化的。一般的速度式流量计都属于变压降式流量计。（1）涡轮流量计涡轮流量计是速度流量计的一种。它的测量原理是置于被测流体中的涡轮（叶轮），在流体流过时产生旋转，其旋转的角速度与流速成正比，求得涡轮旋转的速度，便可测得流量。涡轮流量计由涡轮、磁电转换机构、前置放大器和显示仪表组成，前三部分是一个整体，称为变送器。涡轮装在摩擦力很

46、小的轴承上，磁电装置由磁钢和感应线圈组成，它同前置放大器一起装在变送器的壳体上。前置放大器是因为所产生的信号很微弱，因此需预先将信号放大。涡轮流量计所产生的信号是矩形脉冲信号，输出到显示仪表时，显示仪表可以进行频率/电流转换，转换成0-10mA直流信号指示瞬时流量。另一路信号经过单位换算单元进行运行计数，显示累积流量。涡轮流量计精度高，结构简单，测量范围广，惰性小，压力损失小。但它对安装要求很高。（2）电磁流量计电磁流量计的工作原理是基于著名的法拉第电磁感应定律。电磁流量计应用范围较广，它能测量各种酸、碱、盐等腐蚀性介质的流量，也可测量脉冲流量，还可测量污水和大管道的水流量。它密封性好，没有阻

47、档部件，在易燃、易爆场合中也可广泛使用。它最适合石油化工生产中的流量检测，近几年来发展速度是最快的一种流量仪表。电磁流量计由变送和转换两大单元构成，变送单元是将流量信号转换为感应电势，转换单位将感应电势转换为0-10mA或4-20mA的标准电流信号，这样便可方便地使用电动仪表的显示单元。电磁流量计的优点： 结构简单，可以测量含有颗粒、悬浮物等流体流量。 变送器内衬和电极是防腐的，可以测量有腐蚀性介质的流量。 输出电流与感应电势之间是线性关系，并不受介质的温度、压力、粘度等物理特征影响，只需用水进行标定，无需任何修正，便可直接测量介质流量。 无压力损失，是一种节能型流量计。 测量范围广。管道口径

48、从4mm1200mm甚至更大都有定型产品。电磁流量计使用范围一般在压力1.6MPa以下，温度在560范围之内。（3）差压式流量计差压式流量计也是速度流量计的一种，是应用最广、最普遍的一种流量检测仪表，据有关资料统计，它约占所有流量计总数的70%以上。差压式流量计的测量原理是基于在流体管道上安装一个节流装置，当流体到达节流装置处时（见右图），由于截面突然缩小在流量一定的情况下，流体“流束”的速度必然增加，由于流速增加（加快）则节流装置后面一定距离内的压力必然减小，因而若节流装置前的压力（即介质操作压力）为P1时，则节流装置后的压力将为P2，这样将在此处形成一个压差P=P1-P2这个压差与流量的关

49、系式如下： m3/h (3-2) T/h (3-3)由式3-2和式3-3可见，流量与压差的平方根成正比，也即压差与流量的平方成正比，根据这一关系，用差压计测得压差，便可知道介质的流量。差压式流量计由节流装置、取压导管、变送器和显示器四部分组成。 节流装置节流装置是生产差压信号的元件，经过取压导管将差压信号传送到差压变送器（气动或电动）组成检测或调节系统，也可以直接显示。节流装置形式很多，有标准的和非标准的。标准节流装置有标准孔板、标准喷咀和文丘里管，孔板是最常用的节流装置。非标准节流装置用于粘稠、腐蚀性介质的测量。节流装置压差的取压方法也较多，以角接取压最为普遍并规定为标准取压法。节流装置是直

50、接安装压管道上的测量部件，为了保证测量的准确，对节流装置的加工和安装有严格的要求：）节流装置安装要符合施工及验收规范要求。安装前要对节流件（以孔板为例）进行外观检查：表面光洁度应符合要求（能照见人且不走形），孔板锐角要尖锐（喷咀出入口应光洁）无毛刺、划痕、圆角等；按国标复查加工尺寸；夹紧件法兰与工艺管道焊接密封面的平齐度、垂直度、同轴度、光滑度等应符合要求，并在不损伤节流件的情况下进行清洗。安装时应核对出厂编号、安装信号和孔板及环室“+”、“-”号是否正确。）节流装置前后2D管道内表面不允许有任何突出物和肉眼可见的粗糙不平现象。节流装置对管段的直线长度有要求，一般孔板前等要求10D，孔板后要求

51、5D的直线长度。）安装环室时应注意“+”、“-”和流体方向，环室用法兰夹紧，应注意法兰的标准，如设计要求采用对焊法兰时，其内径必须与管道内径一致。）当管道直径大于400mm以上时，以环室取压不经济，一般改由均压环取压。）孔板是精密的取源元件，它的开孔锐角不允许磨损，为此压管道试压前不安装孔板而用厚垫代替，待吹扫完毕后再安装孔板。 导压管导压管是将孔板产生的压差信号传送至差压变送器或差压计的连接管线，由于它与工艺管道连通，要求导压管的耐压强度和材质应与工艺管道相同（除非有隔离液）。 差压变送器差压变送器是接受导压管传来的差压信号，并将其转换成气动0.020.1MPa的标准气信号或电动010mA、

52、420mA的标准电信号输出至相应的显示单元、调节单元，进行检测、调节、报警。这种仪表的测量范围的上、下限是连续可调的，可以测量液体、气体、蒸汽的流量，精度很高，平方根精度可达0.1%，线性精度可达0.05%。就地指示的差压流量计，多数使用双波纹管差压计，它可以直接接受差压信号，并通过转换机构指示或记录瞬时流量，通过累积器还可以显示总量。双波纹管差压计精度不高，一般为1%1.5%。 用节流装置和差压仪表测量流量时，为了保证测量准确度和保护仪表，对不同介质要加上某些辅助容器，如测量蒸汽要加冷凝器；测量腐蚀性介质要加隔离器；结晶介质要加沉降器或除尘器等等。4、 质量流量计：质量流量计基于科里奥利原理

53、测量流体质量流量的的一种流量计。可直接测量质量流量，与被测介质的温度、压力、粘度及密度等参数变化无关。可靠性高，维修容易。线性输出，测量精度高适用于测量高压气体、各种液体的测量等。由传感器和变送器及数字式指示累计器组成。传感器是根据科里奥利效应制成的，电磁驱动器使传感管以固有频率振荡，而流量的导入使U 型传感管在科氏力的作用下产生一种扭曲，在它的左右两侧产生一个相位差，根据科里奥利效应，该相位差与质量流量成正比。电磁检测器把该相位差转变为相应的电平信号送入变送器处理后，转换成与质量流量成正比的4-20MA 模拟信号和一定范围的频率信号两种形式输出。该流量计不仅可以测量质量流量、还可测量体积流量

54、、流体密度、温度。5、 超声波流量计：超声波流量计利用超声波原理测量流体流量的的一种流量计。超声波流量计主要特点：流体中部插入任何元件，对流束无影响，也没有压力损失，能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀，非导电性的液体的流量测量，也能测量气体流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径增大而增加投资，适用于大口径管道流体流量测量。缺点是：当被测流体中含有气泡或有杂音时，将会影响声的传播，降低测量精度。当流速分布不均时，竟会影响测量精度，故要求变送器前后应有10D 和5D的直管段。由传感器和变送器组成。测量原理如下：设静止流体中的声速为C，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时，其传播速度为C+u; 而声波与流体流动方向相反时，其传播速度为Cu;在相距为L距离的两处分别放置两组超声波发生器与接收器，当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间分别为t1和t2： t1 L / (C +u ) t2 = L / (C-u) 由于在工业管道中，流体的流速比声速小得多，即C u