化工仪自动化基础知识

1、第二章检测仪表及传感器第二章检测仪表及传感器1-2自动控制系统的组成自动控制系统的组成1自动化装置的的三大功能自动化装置的的三大功能（1）检测 眼睛（2）运算（思考） 大脑（3）执行 手2自动化装置的三个部分自动化装置的三个部分（1）测量元件及变送器（眼睛及神经)（2）自动控制器（大脑分析发出指令）（3）执行器（手动）1-3自动控制系统按工艺过程进行分类自动控制系统按工艺过程进行分类1.模拟控制（定值）模拟控制（定值） 要求控制系统使被控对象的工艺参数保持在一个生产指标上不变2.随动控制随动控制 要求所控制的工艺参数准确、快速地跟随给定值的变化3.顺序控制顺序控制 要求生产技术指标按一定的时间

2、程序变化1-4化工生产过程主要参数化工生产过程主要参数化工生产过程要检测的主要参数有：温度、压力、流量、化工生产过程要检测的主要参数有：温度、压力、流量、液位等。液位等。过程参数仪表位号的字母代号如下：过程参数仪表位号的字母代号如下： 字母字母 第一位字母第一位字母 后继字母后继字母 被测变量或初始变量被测变量或初始变量 修饰词修饰词 功能功能 a分析 报警 b喷嘴火焰 取样冷却器、冷端补偿器 c电导率 控制，调节 d密度或重度 差 e电压（电动势） 检测元件 f流量 比（分数） g尺度（尺寸） 玻璃 h手动 i电流 指示 j功率 扫描 k时间或时间程序 操作器 l物位 灯 m水份或湿度 n浓

3、度 气源，电源 p压力或真空 试验点（接头） q数量或件数 积分累计 积分累计 r放射性 记录或打印 s速度或频率 安全 开关或联锁 t温度 传送 u多变量 多功能 v拈度 阀，风门 w重量或力 套管 z位置 驱动，执行或未分类的执行器，电磁阀等 第二章检测仪表及传感器第二章检测仪表及传感器 2-1基本概念基本概念1、误差误差分为绝对误差和相对误差， 绝对误差是测量的给出值与被测参数的真值之间的差值，公式表示为：=xixt （绝对误差，xi指示值，xt 真实值）相对误差是绝对误差和这一点标准表的指示值之比：y= /x0 2、精度 精度= 3、变差 变差=4、分辨率5、线性度6、反应时间 max

4、仪表量程x100% 正反行程最大绝对差值 仪表量程x100% 2-2主要工艺参数的检测方法主要工艺参数的检测方法一、压力一、压力 1、 公式： p=f/s 2、 单位：1pa（帕帕)=1n(牛）/m2（平方米）表1.doc 3、表压和绝压 p表压=p绝对压力p大气压力 p真空度=p大气压力p绝对压力 4、分类按测量压力的转换原理分四大类液柱式压力计液柱式压力计 如：u型管压力计、单管压力计、斜管压力计弹性压力计弹性压力计 如：弹簧管压力计、波纹管压力计、膜式压力计电气式压力计电气式压力计 如：霍尔微压传感器、压力变送器活塞式压力计活塞式压力计 根据水压机液体传送压力的原理制成的校验仪5、着重介

5、绍：电气式压力计、着重介绍：电气式压力计组成：压力传感器、测量电路、信号处理装置传感器四种类、霍尔片式压力传感器（利用霍尔元件将由压力引起的位移转成霍尔电势）、应变式压力传感器（电阻应变原理）、压阻式压力传感器（单晶硅式的压阻效应）、力矩平衡式压力传感器（力矩平衡矢量负反馈）、电容式压力传感器（压力变化转化为电容量的变化）智能式压力传感器（增加了智能化组态、量程修改、自校准、自诊断）与手操器配合，可远离生产现场，尤其是危险或不易达到的地方，运行维护带来方便。膜片波纹管波纹管弹簧管弹簧管 平薄膜 波纹膜波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管 (2)压力传感器 应变片式压力传感器压电式压力传感器 压阻式压

6、力传感器电容式压力传感器集成式压力传感器 弹簧管压力表 箔式应变片 压电式压力传感器结构示意图 压阻式压力传感器结构示意图 电容式压力传感器示意图 压阻式集成传感器检测元件示意图 二.流量检测及仪表分类1、速度式流量计（差压式流量计、转子式流量计、电磁流量计、涡轮流量计、堰式流量计）2、容量式流量计（椭圆齿轮流量计（罗茨）、活塞式流量计）3、质量流量计4、热导式流量计节流装置前后的压力分布情况 节流装置与差压变送器连接 要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点 差压变送器的差压和显示仪表流量标尺选择时应与节流装置孔径匹配。在测量蒸汽和气体流量时，遇到工作条件的密度p与设计时的

7、密度pc不相同，必须对示数进行修正。显示仪表测量值(差压信号)要经开方运算线性化处理后再送显示仪表。节流装置应正确安装。接至差压变送器的差压应该与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装差压信号管路。（如后面图示） (3)转子流量计转子流量计示意图 (4)涡轮流量计 涡轮流量计示意图 (5)电磁流量计 电磁流量计工作原理图 (6)旋涡流量计q=f/k 旋涡发生原理图 (7)超声波流量计t2lv/c2超声波测速原理图 (1)差压式液位计 利用静压原理来测量 静压式液位测量原理 液位测量的正迁移 正迁移:当差压式液位计的取压口低于储槽底部 p1=pb+ hopg =pa+ hg +hog p2=p

8、a p=p1-p2= hg +hog液位测量的负迁移 负迁移:当差压式液位计的取压口高于储槽底部 p1=pa+ h1g +ho2g p2=pa +h12g p=p1一p2= h1g -（h1-ho）2g利用差压式液位计还可以测量液体的分界面 p1=h02g+(h1+h2)1g p2=(h2+h1+h0)lg p=pl-p2= 0g(2-1) 用差压式液位计测分界面原理图 p1=pa+hg p2=pa p=pl-p2=hg 电容式物位计原理图(3)超声波物位计 h=(1/2)vt (126)超声波液位检测原理 (4)核辐射式物位计 射线方法检测物位示意图 (5)磁翻转式液位计磁翻转式液位计示意图

9、 工业用热电阻的结构型式有普通型、皑装型和专用型等型式 a)铜电阻 b)铂电阻 c)电阻体的外肜 普通热电阻结构 半导体热敏电阻半导体热敏电阻a)珠形 b)棒形 c)管形 半导体热敏电阻结构 电气转换器电气阀门定位器执行机构控制阀门开度电信号电磁阀气源液动（气动）先导阀执行机构电信号控制阀门开关气动薄膜执行机构图 (a)l一上膜盖；2一波纹薄膜；3一下膜盖；4一支架；5一推杆；6一压缩弹簧；7一弹簧座；8一调节件；9一螺母；10行程标尺(b)1一上膜盖；2波纹薄膜；3一下膜盖；4一密封膜片；5一密封环；6一填块；7一支架；8一推杆；9一压缩弹簧；10一弹簧座；ll一衬套；12一调节件；13一行

10、程标尺 (1)薄膜式 传统型(a）正作用 (b)反作用 侧装式气动执行机构 (a）正作用气关 (b)反作用气开 侧装式气动执行机构 轻型气动执行机构 直行程反作用式 采用双重弹簧的轻型执行机构图 活塞式执行机构结构图 电动执行机构一般可以分为直行程、角行程、多转式三种。 直行程电动执行机构通常用来推动单座、双座、三通、套筒等控制阀。 角行程电动执行机构常用来推动蝶阀、球阀、偏心旋转阀等转角式控制阀。 多转式电动执行机构通常用于推动问阀或由执行电动机带动旋转式的调节机构，如各种泵等。 (2)活塞式（一）控制阀结构 控制阀机构示意 控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件 控制阀的正反作用 由于执行

11、机构有正、反两种作用方式，控制阀也有正、反两种作用方式，因此就可以有四种组合方式组成气开或气关型式 气动控制阀气开、气关组合方式图 可组态下拉菜单可组态下拉菜单可组态工具条可组态工具条操作导航区操作导航区报警画面的调用报警画面的调用登入不同登入不同的权限的权限最近未确定的最紧急报警最近未确定的最紧急报警标签式显示标签式显示 3、4紧急停车系统紧急停车系统esd紧急停车系统esd（emergency shutdown device）是一种独立于生产过程控制系统的用于大型装置的安全联锁保护系统。在正常情况下，通过安全保护系统实时在线监测装置的安全，当装置出现紧急情况时直接发出保护联锁信号对工艺流程

12、实行联锁保护或紧急停车。车，以避免危险扩散造成巨大损失。esd系统是基于三重模块冗余tmr（three moduleredund）结构的容错控制器。它将3 路（每路称为一个分电路）相互隔离、并行的和具有广泛的自诊断功能的控制系统集成为一个系统，用三取二表决电路来提供高度完善、无差错、不间断的过程操作，不会因为单点的故障而导致系统失效。1_tide_dt控制器执行器被控对象测量变送装置给定值+偏差干扰被控变量compcpu sync cpubuffercompcpu sync cpubuffer控制侧控制侧备用侧备用侧inputoutputbufferbuffer3、冗余容错技术、冗余容错技术开

13、始（原始状态）打开打开氮气加压关闭是是否否等待计时报警返回锅炉三冲量控制原理图 锅炉给水三冲量控制原理图锅炉给水三冲量控制原理图单位牛顿/米2(帕斯卡)(n/m2)(pa)巴(bar)毫米水柱 4oc(mmh2o) 公斤力/米2(kgf/m2)牛顿/米2(帕斯卡)(n/m2)(pa)1110-50.1019720.101972巴(bar)1105110.197210310197.2毫米水柱4oc (mmh2o)0.1019729.8066510-51110-8公斤力/米2(kgf/m2)9.806659.8066510-5110-81公斤力/厘米2(kgf/cm2)1工程大气压(at)98.06651030.980665101031104标准大气压(atm)1.013251051.0132510.332310310332.3毫米水银柱0oc (mmhg)133.3220.0013332213.595113.5951磅/英寸2(lb/in2,psi)6.894761030.0689476703.072703.072常用压力单位换算表常用压力单位换算表甲醇及制气、锅炉、脱硫甲醇及制气、锅炉、脱硫dcs系统硬件配置系统硬件配置管理级过 程 控 制 级 3#操作站 4#操作站 5#操作站 6#操作站 1#操作站 2#操作站 1#操作站 4#上位机