仪表及自动化

1、测量仪表篇测量仪表篇仪表及自动化仪表及自动化主要内容主要内容n 第一章第一章 检测仪表基础知识检测仪表基础知识n概述概述n仪表的性能指标仪表的性能指标n工业仪表的分类工业仪表的分类n 第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表n概述概述n弹性式压力计弹性式压力计n电气式压力计电气式压力计n智能型压力变送器智能型压力变送器n 第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n概述概述n差压式流量计差压式流量计n转子流量计转子流量计n椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计n旋进流量计旋进流量计n涡轮流量计涡轮流量计n电磁流量计电磁流量计n超声波流量计超声波流量计n质量流量计质量流量计n 第四章第四章 物位检测及仪

2、表物位检测及仪表n 概述概述n 直读式液位计直读式液位计n 差压式液位变速器差压式液位变速器n 电容式物位传感器电容式物位传感器n 雷达式物位传感器雷达式物位传感器n 核辐射物位计核辐射物位计n 第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n 温度检测方法温度检测方法n 膨胀式温度计膨胀式温度计n 压力式温度计压力式温度计n 热电偶温度计热电偶温度计n 热电阻温度计热电阻温度计n 第六章第六章 轴系检测仪表轴系检测仪表n 概述概述n 旋转机械基本参数的检测旋转机械基本参数的检测 n 监测器系统监测器系统 n 第七章第七章 在线分析仪表在线分析仪表n 样品处理系统样品处理系统n 工业色谱仪工业色谱

3、仪 n 在线氧含量分析仪在线氧含量分析仪 n 在线红外线分析仪在线红外线分析仪 n 在线水质分析仪在线水质分析仪 第一章第一章 检测仪表基础知识检测仪表基础知识 检测元件检测元件：又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。 检测仪表检测仪表 将检测元件、变送器及显示装置的统称，或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。 信号传送信号传送：420mA(020mA、0-10mA)；20100kPan1、概述、概述检测仪表的作用执行器工艺过程检测仪表检测仪表控制仪表给定值偏差被控变量测量值图图检测仪表检测仪表是化工自动化控制系统的重要环节。其

4、作用就是获取生产过程中化工变量的信息。检测检测参数包括参数包括：温度（T）、 压力（P）、流量（F）、物位（L）、成分（A）检测系统的组成敏感元件被检测量自动检测系统图电子测量电路输出单元标准信号 测量误差测量误差指由仪表读得的被测值与被测量真值之间的差距。通常有两种 表示方法，即绝对误差和相对误差。 绝对误差绝对误差是指仪表指示值x与被测量的真值x0之间的差值，即 = x一x0 相对误差相对误差即仪表引用误差，它是绝对误差与测量标尺范围之比. (XX0) = - 100 标尺上限一标尺下限n2、仪表的性能指标仪表的性能指标%100max测量范围下限值测量范围上限值(1). 精确度（简称精度）

5、说明说明 仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。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max。 两大影响因素绝对误差和仪表的测量范围相对百分误差允许误差%100测量范围下限值测量范围上限值差值仪表允许的最大绝对误允%8.0%1002007004举例 某台测温仪表的测温范围为200700，校验该表时得到的最大绝对误差为4，试确定该仪表的精度等级。 解解 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

6、度等级为1.0级。 仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。 目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。仪表的精度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。精度等级数值越小，就表征该仪表的精确度等级越高，也说明该仪表的精确度越高。0.05级以上的仪表，常用来作为标准表；工业现场用的测量仪表，其精度大多在0.5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。举例举例1.51.0如：%100测量范围下

7、限值测量范围上限值最大绝对差值变差(2).变差 变差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最大偏差。 测量仪表的变差(3).灵敏度与灵敏限 仪表的灵敏度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xS 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。 仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪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。 注意：注意：上述

8、指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨力表示。 (4).重复性 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。 重复性示意图重复性示意图%100max仪表量程ZZ%100max仪表量程fi(5).线性度 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。 线性度示意图 式中式中，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（以仪表示值的单位计算）。 n 3、工业仪表的分类、工业仪

9、表的分类(1).(1).按仪表使用的能源分类按仪表使用的能源分类气动仪表、电动仪表、液动仪表气动仪表、电动仪表、液动仪表电动仪表的优点电动仪表的优点 以电为能源，信号之间联系比较方便，适宜于远距离传送和集中控制；便于与计算机联用；现在电动仪表可以做到防火、防爆，更有利于电动仪表的安全使用。 电动仪表的电动仪表的缺点缺点 一般结构较复杂；易受温度、湿度、电磁场、放射性等环境影响。 (2).(2).按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类按信息的获得、传递、反映和处理的过程分类 检测仪表检测仪表 作用是获取信息，并进行适当的转换。 显示仪表显示仪表 作用是将由检测仪表获得的信息显示出来。 集中控制

10、装置集中控制装置 包括各种巡回检测仪、巡回控制仪等。控制仪表控制仪表 可以根据需要对输入信号进行各种运算。 执行器执行器 可以接受控制仪表的输出信号或直接来自操作员的指令，对生产过程进行操作或控制。 各类仪表的作用各类仪表的作用(3). (3). 按仪表的组成形式分类按仪表的组成形式分类 基地式仪表基地式仪表特点是将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，形成一个整体。这种仪表比较适于在现场做就地检测和控制，但不能实现多种参数的集中显示与控制。这在一定程度上限制了基地式仪表的应用范围。 分为基地式仪表和单元组合仪表分为基地式仪表和单元组合仪表 单元组合仪表单元组合仪表是将对参数的测量及其

11、变送、显示、控制等各部分，分别制成能独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）。这些单元之间以统一的标准信号互相联系，可以根据不同要求，方便地将各单元任意组合成各种控制系统，适用性和灵活性都很好。 第二章第二章 压力检测及仪表压力检测及仪表n 1、概述、概述表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 是指均匀垂直地作用在单位面积上的力。的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）211mNPaPaMPa61011压力单位帕/Pa兆帕/ MPa工程大气压/ (kgf/cm2)物理大气压/ atm汞柱/ mmHg水柱/ mH2O（磅/英寸2）/ （1b/in2）巴/bar

12、帕111061.019710-59.86910-67.50110-31.019710-41.45010-4110-5兆帕1106110.1979.8697.5011031.01971021.45010210工程大气压9.8071049.80710-210.9678735.610.0014.220.9807物理大气压1.01331050.101331.0332176010.3314.701.0133汞柱1.33321021.333210-41.359510-31.315810-310.01361.93410-21.333210-3水柱9.8061039.80610-30.10000.096787

13、3.5511.4220.09806（磅/英寸2）6.8951036.89510-30.070310.0680551.710.703110.06895巴11050.11.01970.9869750.110.19714.501各种压力单位换算表大气压力绝对压力表压pppp p表P P真P P绝P P绝大气压力线大气压力线绝对压力的零线绝对压力的零线在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度之分。 绝对压力大气压力真空度ppp当被测压力低于大气压力时，一般用负压或真空度来表示。绝对压力、表压、负压（真空度）的关系绝对压力、表压、负压（真空度）的关系测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为

14、四类。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。 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。 有U形管压力计、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便 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，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 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。 它是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。 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。 n 2、弹

15、性式压力计、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。 具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固可靠、价格低廉、测量范围宽以及有足够的精度等优点。 可用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力。 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。 弹性元件示意图 弹簧管式弹性元件波纹管式弹性元件薄膜式弹性元件 使用的测压元件使用的测压元件 单圈弹簧管压力表与多圈弹簧管压力表。 用途用途 普通弹簧管压力表，耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧气压力表等。 1弹簧管；2 拉杆；3 扇形齿轮；4 中心齿轮；5 指

16、针；6 面板；7 游丝；8 调整螺丝；9 接头 单圈弹簧管是一根弯成270圆弧的椭圆截面的空心金属管子。管子的自由端B封闭，另一端固定在接头上。当通入被测的压力p后，由于椭圆形截面在压力p的作用下，将趋于圆形，而弯成圆弧形的弹簧管也随之产生扩张变形。同时，使弹簧管的自由端B产生位移。输入压力p越大，产生的变形也越大。由于输入压力与弹簧管自由端B的位移成正比，所以只要测得B点的位移量，就能反映压力p的大小。 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

17、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，以提醒操作人员注意或通过中间继电器实现压力的自动控制。电接点信号压力表电接点信号压力表1，4 静触点；2 动触点； 3 绿灯；5 红灯 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。 n 3、电气式压力计、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。 1. 该仪表的，分别可测710-5Pa至5102MPa的压力，允许误差可

18、至0.2； 2. 由于可以远距离传送信号，所以在工业生产过程中可以实现压力自动控制和报警，并可与工业控制机联用。 电气式压力计组成方框图电气式压力计组成方框图 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。 是根据霍尔效应制成的，即利用霍尔元件将由压力所引起的弹性元件的位移转换成霍尔电势，从而实现压力的测量。 将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管压力传感器，如下图所示。 霍尔片式压力传感器霍尔片式压力传感器1弹簧管；2 磁钢；3 霍尔片 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端产生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中

19、的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例。 利用这一电势即可实现远距离显示和自动控制。 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。 应变片压力传感器示意图应变片压力传感器示意图1 应 变 筒 ；2外壳；3密封膜片 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，

20、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。 压阻式压力传感器压阻式压力传感器1基座；2单晶硅片；3导环；4螺母；5密封垫圈；6等效电阻 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，还可以测量差压、高度、速度、加速度等参数。 是一种开环检测仪表，具有结构简单、过载能力强、可靠性好、测量精度高等优点，其输出信号是标准的420mA（DC）电流信号。 电容式差压变送器原理图电容式差压变送器原理图1隔离膜片；2，7固定电极；3硅油；4测量膜片；5玻璃层；6底座；8引线先将压力

21、的变化转换为电容量的变化，然后进行测量。 n 4、智能型压力变送器、智能型压力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。 可进行远程通信 利用手持通信器，可对现场变送器进行各种运行参数的选择和标定；其精确度高，使用与维护方便。 第三章第三章 流量检测及仪表流量检测及仪表n 1 1、概述、概述是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。 单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。 在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。MQQM或如以 t 表示时间，则流量和总量之间的关系是 ttMdt

22、MQdtQ00,总总测量流体流量的仪表。：测量流体总量的仪表。 以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表 以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。 以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。 n 2、差压式流量计、差压式流量计 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而实现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。 流体在有节流装置的管道中流动时，在节流装置前后的管壁处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象节流现象。孔板装

23、置及压力、流速分孔板装置及压力、流速分布图布图 要准确测量出截面、处的压力有困难，因为产生最低静压力p2的截面的位置随着流速的不同会改变。因此是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点，来测量流体在节流装置前后的压力变化。因而所测得的压差与流量之间的关系，与测压点及测压方式的选择是紧密相关的。 流量基本方程式是阐明流量与压差之间定量关系的基本流量公式。它是根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式推导而得的。 pFMpFQ101022要知道流量与压差的确切关系，关键在于的取值。流量与压力差P的平方根成正比。 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为“标准节流装置”。 标准

24、化的具体内容包括节流装置的结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等。 孔板断面示意图孔板断面示意图如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙度等都有详细如左图，标准孔板对尺寸和公差、粗糙度等都有详细规定。规定。 其中dD应在0.20.8之间；最小孔径应不小于12.5mm；直孔部分的厚度h（0.0050.02）D；总厚度H0.05D；锥面的斜角3045等等，需要时可参阅设计手册。 标准孔板采用角接取压法和法兰取压法，标准喷嘴为角接取压法。标准节流装置取压方法分为角接取压法法兰取压法环式取压结构环式取压结构1管道法兰；2环室；3孔板；4夹紧环标准孔板应用广泛，结构简单，安装方便，适用于大流量的测量流体经

25、过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管压力损失较孔板小结构比较复杂，不易加工 标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在104105以上的流体，而且流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。 节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小，但这个差压信号还必须由导压管引出，并传递到相应的差压计，以便显示出流量的数值。 n 3、转子流量计、转子流量计 以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小，即转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。转子流量计的工作原理图转子流量计的工作原理图玻璃管转子流量计主要由玻璃锥形管、

26、转子和支撑结构组成。转子根据不同的测量范围及不同介质(气体或液体)可分别采用不同材料制成不同形状。流量示值刻在锥形管上 金属管转子流量计金属管转子流量计的锥形管采用金属材料制成，其流量检测原理与玻璃管转子流量计相同。金属管转子流量计有就地指示型和电气信号远传型两种 金属管浮子流量计金属管浮子流量计 它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，适合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。 差动变压器结构差动变压器结构 若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，就可以将流量的大小转换成输出感应电

27、势的大小。LTDLTD系列电远传转子流量计系列电远传转子流量计n 3、椭圆齿轮流量计、椭圆齿轮流量计98椭圆齿轮流量计结构原理椭圆齿轮流量计结构原理通过椭圆齿轮流量计的体积流量04nVQ 适用于高黏度介质的流量测量。 测量精度较高，压力损失较小，安装使用也较方便。 椭圆齿轮流量计的入口端必须加装过滤器。 椭圆齿轮流量计的使用温度有一定范围。 椭圆齿轮流量计的结构复杂，加工成本较高。 n 4 4、涡街流量计、涡街流量计流体流经非流线型柱体时，柱体后部两侧会由旋涡分离而产生涡街。涡街是两列平行等距的旋涡列，两列旋涡成错排，旋转方向相反。旋涡的纵向间距相同，列间距与同列旋涡间距的比值是一个常数：h/

28、L=0.281，与柱体断面形状、流体种类、流速无关。旋涡发生体旋涡发生体压电探头压电探头d dV Vf fD D漩涡流量计漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体流量的仪表。卡门涡列卡门涡列 (a) (a)圆柱涡列；圆柱涡列； (b)(b)三角柱涡列三角柱涡列 漩涡频率漩涡频率可以有多种检测方法。其原理是将力学量通过力学、热学、电学、声学等方法，最后转换成电信号检测出来。力学方法力学方法- -应变检测应变检测热学方法热学方法- -直接检测交变环流直接检测交变环流超声涡街超声涡街n 5、旋进流量计、旋进流量计旋进流量计的外观旋进流量计的外观旋进流量计结构剖面图旋进流量计结构剖面图涡街流量计

29、与旋进流量计内部结构对比涡街流量计与旋进流量计内部结构对比涡街流量计与旋进流量计外观对比涡街流量计与旋进流量计外观对比n 6、涡轮流量计、涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计11涡轮；涡轮；22导流器；导流器；33磁电感磁电感应转换器；应转换器；44外壳；外壳；55前置放前置放大器大器安装方便。测量精度高，可耐高压。反应快，可测脉动流量。输出信号为电频率信号，便于远传，不受干扰。 一般应加过滤器。安装时，前后要有一定的直管段。 n 7、电磁流量计、电磁流量计电磁流量计原理图电磁流量计原理图 只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍

30、数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。不同衬里的电磁流量计不同衬里的电磁流量计n 8 8、超声波流量计、超声波流量计 超声波测流量的作用原理超声波测流量的作用原理有传播速度法、多普勒法、波束偏移法、噪声法、相关法、流速液面法等多种方法。超声流量计分类超声流量计分类1.按测量原理分类:渡越时间差法、多普勒频移法2.按结构方式分类:直接式、外卡式、插入式n 9 9、质量流量计、质量流量计质量流量计质量流量计分为直接式和间接式质量流量计直接质量流量计分为热式质量流量计 哥氏力质量流量计等Tc

31、Pqpm 根据传热规律根据传热规律 pc为流体的定压比热T两点温度差 热式质量流量计示意图热式质量流量计示意图 科氏力流量计测量原理科氏力流量计测量原理科氏力流量计的测量原理是科氏力流量计的测量原理是基于流体在振动管中流动时，将产生与质量流量成正比的科里奥利力。 rKMS4质量流量质量流量能够直接测量质量流量，不受流体物性（密度、黏度等）的影响， 测量精度高；测量值不受管道内流场影响，没有上、下游直管段长度的要求；可测各种非牛顿流体以及黏滞和含微粒的浆液。 它的阻力损失较大；零点不稳定；管路振动会影响测量精度。105科氏力质量流量计（1）测量体积流量Q的仪表与密度计配合涡轮流量计与密度计配合涡

32、轮流量计与密度计配合（2）测量Q2的仪表与密度计配合差压流量计与密度计配合差压流量计与密度计配合（3）测量Q2的仪表与测量Q的仪表配合差压流量计与涡轮流量计配合差压流量计与涡轮流量计配合第四章第四章 物位检测及仪表物位检测及仪表n 1、概论、概论 物位物位是指存放在容器或工业设备中物料位置和高度，包括液位、料位和界面。液体介质的液面(气液分界面)高度称为液位液位，两种密度不同且互不相溶的液体的分界面称为界面界面，固体粉末或颗粒状物质的堆积高度称为料位料位。液位、界面及料位的测量统称为物位测量。 直读式液位仪表直读式液位仪表 利用连通器原理测量液位，如玻璃管液位计、玻璃板液位计等 浮力式物位仪表

33、浮力式物位仪表 利用浮力原理测量液位或界位，有恒浮力式和变浮力式两种。 反射式物位仪表反射式物位仪表 利用超声波、微波在液面反射信号行程或不同相界面之间的反射特性间接测量液位，如雷达式液位计、超声波液位计等。 射线式物位检测射线式物位检测 放射性同位素所放出的射线穿过被测介质时，因被其吸收而减弱，被吸收的程度与物位有关。利用这种方法可实现物位的非接触式检测。静压式物位仪表静压式物位仪表 利用流体静力学原理测量液位，测量结果受液体密度影响很大 电气式物位仪表电气式物位仪表 将物位的变化转换为某些电量的变化，实现物位检测。一般把由敏感元件做成的杆状电极置于被测介质中，则电极之间的电气参数，如电阻、

34、电容等，随物位的变化而改变。这种方法既可用于液位检测，也可用于料位检测。如电极式、电阻式、电容式、电感式、磁致伸缩式等物位测量仪表部属于此类。 直读式液位计是直接观察液面位置的仪表，利用连通器原理工作。 主要有玻璃管式液位计、玻璃板式液位计两种。下图分别为玻璃管液位计、玻璃板液位计的结构及测量原理示意图。 n 2 2、直读式液位计、直读式液位计 玻璃管液位计结构和原理图玻璃管液位计结构和原理图 玻璃板液位计由厚钢化玻璃板、金属压框和连通阀构成。 玻璃板液位计外形和原理示意图玻璃板液位计外形和原理示意图n3 3、浮力式液位计、浮力式液位计 浮力式液位计浮力式液位计主要用于液位测量和界面测量。浮力

35、式液位计有恒浮力式液位计、变浮力式液位计两类。恒浮力式液位计恒浮力式液位计利用浮子随液位的升降来反映液位变化。恒浮力式液位计又可分为浮标式和浮球式液位计，它的结构简单，造价低廉，维护也比较方便。浮子式液位计浮子钢带式液位计编码钢带液位计浮球式液位计浮球液位控制器变浮力式液位计变浮力式液位计是利用浮筒所受浮力随液位、界面高度变化实现液位测量，常称为浮筒（沉筒）式液位计。 分类浮子式液位计原理图浮子式液位计原理图 浮子钢带式液位计原理图浮子钢带式液位计原理图 编码钢带液位计编码钢带液位计是在浮子式液位计的基础上改进制成的。通过在连接钢带上打孔编码，用光电变送器转换为数字编码信号输出，因此又称为光电

36、液位计。编码钢带式液位计的结构图编码钢带式液位计的结构图 浮球式液位计浮球式液位计 浮球液位控制器的外形及结构图浮球液位控制器的外形及结构图 浮筒式液位计的实物图浮筒式液位计的实物图 扭力管平衡的浮筒测量原理图扭力管平衡的浮筒测量原理图 n 4、差压式液位变送器、差压式液位变送器差压液位变送器原理图差压液位变送器原理图压力表式液位计压力表式液位计 差压式液位计是根据流体静力学原理工作的。由流体静力学原理可知，一定高度的液体介质作用于底面积上，所产生的静压力与液体高度有关。差压式液位计是通过测量液位高度所产生的静压力来实现液位测量的。 P=P1-P2=Hg n 5、电容式物位传感器、电容式物位传

37、感器dDLCln2电容器的组成电容器的组成11内电极；内电极；22外电极外电极通过测量电容量的变化可以用来检测液位、料位和两种不同液体的分界面。 1 1内电极、内电极、2 2外电极、外电极、3 3绝缘套、绝缘套、4 4流通小孔流通小孔 1 1内电极、内电极、2 2绝缘套管、绝缘套管、3 3虚假液位；虚假液位；4 4容器容器 用电容法可以测量固体块状颗粒体及粉料的料位。由于固体间磨损较大，容易“滞留”，可用电极棒及容器壁组成电容器的两极来测量非导电固体料位。dDHCXln2011金属电极棒；金属电极棒；22容器壁容器壁左图所示为用金属电极棒插入容器来测量料位的示意图。左图所示为用金属电极棒插入容

38、器来测量料位的示意图。 电容量变化与料位升降的关系为料位检测料位检测n 6、雷达式物位传感器、雷达式物位传感器 雷达式液位计是一种采用微波技术的液位检测仪表。雷达式液位计示意图雷达式液位计示意图cHt02雷达波由天线发出到接收到由液面来的反射波的时间t由下式确定 0HLH由于tcLH2故常用雷达式液位计示结构常用雷达式液位计示结构n 7、核辐射物位计、核辐射物位计HeII0射线的透射强度随着。核辐射物位计示意图核辐射物位计示意图11辐射源；辐射源；22接受器接受器 适用于高温、高压容器、强腐蚀、剧毒、有爆炸性、黏滞性、易结晶或沸腾状态的介质的物位测量，还可以测量高温融熔金属的液位。 可在高温、

39、烟雾等环境下工作。 但由于放射线对人体有害，使用范围受到一些限制。第五章第五章 温度检测及仪表温度检测及仪表n 1、温度检测方法、温度检测方法 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。 分分类类 高温计、温度计标准仪表、实用仪表 膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计 接触式与非接触式 接触式测温仪表膨胀式玻璃液体 -50600结构简单，使用方便，测量准确，价格低廉 测量上限和精度受玻璃质量的限制，易碎，不能记录远传 双金属-80 600结构紧凑，牢固可靠 精度低，量程和使用范围有限 压力

40、式液体气体蒸汽-30 600-20 350 0 250结构简单，耐震，防爆能记录、报警，价格低廉 精度低，测温距离短，滞后大 热电偶铂铑-铂镍铬-镍硅镍铬-考铜0 1600-50 1000-50 600测温范围广，精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿，在低温段测量精度较低 热电阻铂铜-200 600 -50 150测量精度高，便于远距离、多点、集中测量和自动控制 不能测高温，需注意环境温度的影响 非接触式测温仪表辐射式辐射式光学式比色式400 2000700 3200900 1700测温时，不破坏被测温度场 低温段测量不准，环境条件会影响测温准确度 红外线光电探测热电探

41、测0 3500200 2000测温范围大，适于测温度分布，不破坏被测温度场，响应快 易受外界干扰，标定困难 双金属片双金属片双金属温度信号器双金属温度信号器1 1双金属片、双金属片、2 2调节螺钉、调节螺钉、3 3绝缘子、绝缘子、4 4信号灯信号灯膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。它是根据在封闭系统中的液体、气体或低沸点液体的饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化这一原理而制成的，并用压力表来测量这种变化，从而测得温度。压力式温度计结构原理图压力式温度计结构原理图 1 1传动机构；传动机构；2 2刻度盘；刻度盘； 3 3指针；指针；4 4弹簧管；弹簧管；5 5连杆；连杆；6 6接头

42、；接头；7 7毛细管；毛细管；8 8温包；温包；9 9工作物质工作物质应用压力随温度的变化来测温的仪表叫压力式温度计。 n 4、热电偶温度计、热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。 热电偶示意图热电现象热电现象接触电势形成的过程接触电势形成的过程热电偶原理及电路图热电偶原理及电路图 0000,tetettEtetettEBAABABAB左图闭合回路中总的热电势左图闭合回路中总的热电势或或热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新 旧旧正热

43、电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑30-铂铑6铂铑10-铂镍铬-镍硅镍铬-铜镍铁-铜镍铜-铜镍WRRWRPWRNWREWRFWRCBSKEJTLL-2LB-3EU-2-CK铂铑30合金铂铑10合金镍铬合金镍铬合金铁铜铂铑6合金纯铂镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金3001600-201300-501000-40800-40700-400300180016001200900750350（2 2）常用热电偶的种类）常用热电偶的种类（3 3）热电偶的结构）热电偶的结构普通型热电偶普通型热电偶热电偶的结构热电极热电极绝缘管绝缘管保护套管保护套管接线盒接线盒 铠装热电偶铠装热

44、电偶 由金属套管、绝缘材料（氧化镁粉）、热电偶丝一起经过复合拉伸成型，然后将端部偶丝焊接成光滑球状结构。 优点优点反应速度快、使用方便、可弯曲、气密性好、不怕振、耐高压等。 表面型热电偶表面型热电偶 专门用来测量物体表面温度的一种特殊热电偶。 优点优点反应速度极快、热惯性极小。 快速热电偶快速热电偶测量高温熔融物体一种专用热电偶。n 5、热电阻温度计、热电阻温度计 在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。 是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。 图3-64 热电阻温度计010ttRRtt 对于呈线性特性的电阻来说，其电阻值与温度关系如

45、下式 tRRRRtttt00 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、气体、蒸汽及固范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。体表面的温度。 利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性（电阻温度效应）来进行温度测量的。来进行温度测量的。 3201CtBtAtRRt铂电阻铂电阻CCCBCA/1022. 4,/10850. 5,/10950. 32273 在0650的温度范围内，铂电阻与温度的关系为由实验求得 工业上常用的铂电阻有两种，一种是工业上常用的铂电阻有两种，一种是R R0 01010，

46、对应分度号为，对应分度号为Pt10Pt10。另一。另一种是种是R R0 0100100，对应分度号为，对应分度号为Pt100Pt100。 铜电阻铜电阻 金属铜易加工提纯，价格便宜；它的电阻温度系数很大，且电阻与温度呈线性关系；在测温范围为-50+150内，具有很好的稳定性。 CttRRt/1025. 41300 在-50+150的范围内，铜电阻与温度的关系是线性的。即 工业上常用的铂电阻有两种，一种是R050，对应的分度号为Cu10。另一种是R0100，对应的分度号为Cu100。 主要由电阻体、保护套管和接线盒等主要部件所组成。热电阻的支架形状热电阻的支架形状( (已绕电阻丝已绕电阻丝) )

47、将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和保护套管连成一体。 将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。第五章第五章 轴系检测仪表轴系检测仪表n 1 1、概述、概述 石油化工企业使用着大量大型的传动设备，如透平、压缩机、鼓风机等。这些大型机械设备的运行状况直接关系到生产装置的安全。从而进一步关系到企业的经济效益。为了确保大型旋转设备的安全运行，减少非正常停车，节约的维修费用，对大型旋转机械的运行状态必须进行监测。通过对大型旋转机械运行状态的监控和评估，为旋转机械故障早期制定检修计划提供关键信息。从而使机械设备的危险情况或灾难性事故的发生减少到最少。 大型旋转机械的状态监测是多种多样的，目前工厂

48、采用较多的是美国本特利内华达公司（Bently Nenada）早期的7200系列、3300系列和新近微机类型的3500系列。主要监测项目是转子的径向振动，轴向位移，转速和轴温度等。 通常把大型机械设备的轴监控仪表统称为轴系仪表。通常把大型机械设备的轴监控仪表统称为轴系仪表。 轴振动及轴位移监测系统主要由传感器系统、监测器系统和故障珍断保护系统组成。 传感器系统传感器系统主要是对各种各样的检测参数进行采集，转换。 监测器系统监测器系统将传感器采集的信号进行运算处理，通过显示器系统地较直观真实地反映旋转机械的运行状况，根据使用要求做出早期运行状态分析，对运行机械进行快速保护。 故障诊断保护系统故障

49、诊断保护系统主要有监视仪、便携式监测仪、计算机在线监测诊断管理设备等。 振动参数主要包括振幅、频率、相角等。振幅是振动强度的标志，通过对振幅大小的分析判断机器是否运行正常。振动的频率表示为机器转速的倍数，通过对机壳振动频率的分析，帮助判定故障发生的类型。振动参数振动参数位置参数位置参数 位置参数有轴的径向位置（偏心度）、轴向位置（位移量）、胀差、机壳膨胀等。径向位置是指转子在轴承中的径向平均位置（偏心位置），偏心位置是随机械负荷的变化，轴线对中心线的偏移。径向位置的变化反映出轴承的磨损、负荷变化的状态。轴向位置测量主要用来描述止推轴承的相对位移。监测的主要目的是为了消除机器转子和定子之间的轴向

50、磨擦。其他测量参数其他测量参数 包括转速、轴温等。转速的测量对机器的运行状态分析也十分重要，通过分析振动与转速的关系，设计计算出机械的临界转速。在机械运行时，应尽量避免在临界转速范围内运行。另外根据机械运行的状态，进行超速联动保护，防止发生机械超速飞车。 Bently Nevada公司制造的振动位移监控系统，是基于电涡流原理，对静态或动态间隙进行非接触测量。传感器主要由检测线圈组成，传感器通过95同轴电缆连至放大器，该放大器向检测线圈提供一射频电压，此射频电压在传感器周围产生一交变磁场。当导体（旋转机械的轴）进入磁场时，由于磁通量的变化，在导体中产生涡流，从而在探头线圈中产生一反向电动势。此电

51、动势与激励电动势叠加，使激励电动势幅值降低，通过前置放大器转换成直流电压输出信号，此输出信号与探头和旋转机械的轴之间的间隙成正比。n 2 2、旋转机械基本参数的检测、旋转机械基本参数的检测轴振动测量轴振动测量 在测量轴振动时，把探头安装在轴承壳上，探头与轴承变成一体，因此所测得结果为轴相对于机壳的振动。由于轴在垂直方向与水平方向的振动并没有必然的联系，因此应在垂直和水平方向各装一个探头，用以分别测量垂直和水平方向的振动，其安装示意图如下轴位移测量轴位移测量 轴在运行中，由于各种因素都会使轴在轴向有所移动，如果移动间隙过大，轴与轴承发生摩擦，后果不堪设想。因此把探头安装在机壳上，检测轴轴向移动的

52、大小。 轴转速测量轴转速测量 在轴上开一个键槽或装一个键，当探头探测到一个键槽或一个键时，前置放大器输出一个负脉冲或正脉冲，这样两个脉冲为一转，根据频率的变化就可以测得转速的变化。 n 3 3、监测器系统、监测器系统 Bently公司的监测器系统有7200系列、3300系列、3500系列。7200系列和3300系列可在监测器上直观的显示出各监测参数，3500系列通过组态后与DCS或上位机通讯，显示监测参数。 监测器主要由框架、电源部分、系统监测器、振动监测器、位置监测器、转速监测器等组成，如有特殊需要，还可灵活地配置Bently公司的其他监测器。3300系列配置了计算机接口电路。 n1 1、样

53、品处理系统、样品处理系统第七章第七章 在线分析仪表在线分析仪表样品处理的作用样品处理的作用是保证分析仪在最短的滞后时间内得到有代表性的工艺样品，样品的状态(温度、压力、流量和清洁程度)适合分析仪所需的操作条件。 样品处理的目的样品处理的目的是使分析仪得到的样品与工艺管线或设备中物料的组成和含量一致；工艺样品的消耗量最少；易于操作和维护并能长期可靠工作。该系统力求尽可能简单，采用快速回路，以减少样品传送滞后时间。 样品处理系统的基本构成样品处理系统的基本构成 工艺管道样品传输取样探头前级处理分析仪表样品排放预处理信号传输记录仪样品处理系统基本构成 密闭取样器密闭取样器 取样器的作用就是从工艺制程

54、中提取具有代表性的样品.而直接从工艺制程上取样有3个重点: 工作人员的安全 样品受到污染 品污染环境（1 1）. .玻璃瓶式玻璃瓶式 取样时把瓶子装入保护罩内,瓶盖的垫片会被取样针刺破,让样品留入瓶内,瓶内的空气和气体会由排气针排除.当样品留入量符合要求后,操作员关闭阀门停止取样,然后将瓶子从护罩内取出,此时垫片会自动封闭,达到密闭取样的效果。取样瓶瓶盖和垫片针组件天然橡胶三元乙丙橡胶 聚四氟乙烯氟化橡胶玻璃褐色玻璃硼硅玻璃 （2 2）. .钢瓶式钢瓶式 容器的组成包括:钢瓶,钢瓶两端各有一个针阀和快速接头. 取样时样品会流经钢瓶,当样品是液化气体时,有定量的气体会注入扩充瓶内,以确定钢瓶内被

55、部分填满后,操作员关闭针阀,然后将快速接头内残留的液体进行卸压,让气体从排气端排出,此时再将钢瓶与取样器分开.n2 2、工业色谱仪、工业色谱仪 气相色谱分析法是一项新的分离技术，由于它分离效能高，分析速度快，样品用量少，并可进行多组分分析，因而发展很快，是目前工业过程中应用最为普遍的一种成分分析仪，但色谱仪不能实现连续采样分析。 气相色谱仪主要有实验室气相色谱仪和工业气相色谱仪。用于生产流程中的全自动气相色谱仪称为工业色谱仪 色谱分析的基本原理色谱分析的基本原理 由于各种物质的蒸汽压、分子尺寸大小、化学结构不同，在色谱柱上的吸附能力、溶解度等的不同，而使各种物质在色谱柱上的分配系数不同，当混合

56、气体或混合液体（称为液动相）连续通过色谱柱（称为固定相）时，流动相中的各种物质与固定相进行多次吸附、脱吸、溶解、解析。这样，混合物中的各种组分被分离开来，按分离顺序从色谱柱末端流出，进入检测器。检测器把分离后的各个组分的浓度转换成电信号，再用电子仪表或数据处理器就能测量出混合物的组成和浓度，得到的色谱图如下：色谱仪的分类色谱仪的分类按两相的状态分类按两相的状态分类 色谱仪的关键在分离，而分离是在流动相与固定相之间完成的，流动相有气体和液体两种，固定相有固定和液体两种。流动相是气体，固定相是固体吸附剂时，称为气-固色谱，简写GSC流动相是气体，固定相是液体，称为是气-液色谱仪，简写为GLC 以上

57、两种统称为气相色谱，工业色谱仪大部分是这一种。流动相是液体，固定相是固体吸附剂，称为液-固色谱仪，简写为LSC流动相是液相，固定相也是液相，称为液-液色谱仪，简写为LLC 以上两种统称为液相色谱。 按分离原理分类按分离原理分类吸附色谱，固定相是一种固体吸附剂，分离是基于吸附剂对混合物中各组分吸附作用力大小不同，流动相中各组分流过固体相时移动速度有差异而实现分离。分离色谱，液体涂在固体颗粒表面或毛细管内壁表面作为固定相，利用不同组分在流动相与固定相中分配系数不同实现分离。n3 3、在线氧含量分析仪、在线氧含量分析仪 测量原理测量原理 氧化锆氧分析仪是六十年代发展起来的一种新型测氧仪表。它具有结构简单，维护方便，反应速度快，测量范围广等特点。它适应于各工业部门用来连续分析工业各种锅炉的燃烧状况，并可通过自调装置来控制锅炉的风量 ，以保证最佳的空气燃烧比，以达到节约能源及减少环境污染的双重效果。 氧化锆氧分析仪是利用氧浓差电池的原理工作的。在氧化锆电解质的两面各烧结一个多孔的铂电极便形成了氧浓差电池。当氧化锆两面的混合气体的氧分压不同时，在两个电极之间便产生电势。氧浓差电池的原理如下图。PA、PC分别为电池两侧的氧分压，氧分压大的气体氧浓差也大，设PAPC，这时，氧分压大的气体PA就要通过氧化锆向PC一侧扩散，它不是氧分子透过氧化锆的过程，而