常规仪表基本知识讲座201603

石油化工企业常规仪表

基本知识李延兵一、仪表回路构成；二、现场仪表简介；三、调节阀（执行机构）四、DCS组成一.仪表回路构成操作站4~20mADC现场24VDC4~20mADC24VDC电源隔离安全栅机柜间I/O卡件控制器通讯总线MasoneilanMasoneilan通讯总线24VDC电源20~100KPa气信号0.4~0.6MPa气源两线制变送器电Ⅲ型仪表的特点（1）采用国际标准信号制（两线制）现场传输信号为4~20mA，控制室联络信号为1~5VDC，信号与电压转换信号为250Ω。（2）采用24VDC供电；（3）常用防爆类型：本安型仪表ExiaⅡCT4；防爆型ExdⅡCT4；外壳防护等级：IP65什么叫二线制？24VDC电源和4~20mA输出信号共用二根导线，互相不影响。电流传输比电压传输有什么优点？转输距离远，一定范围内具有恒流特牲，电流损耗小。各仪表之间的关系检测仪表或变送器显示仪表记录仪温度压力流量液位成分重度生产过程执行器调节器(DCS)输出反馈二、现场仪表现场仪表：现场仪表指安装在生产现场，用于测量各种过程参数、执行各种控制指或转换信号并实现通讯的仪表。常见种类：常见的测量过程参数的仪表有温度测量元件加变送器、压力仪表、流量测量元件加变送器、液位、物位计和各种化学成份检测仪表，常见的执行各种控制指令的仪表有执行器、调节阀、电磁阀等。一些常用的基本概念检测仪表-----将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。一次仪表-----一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表。二次仪表-----将测得的信号变送转换为可计量的标准电、气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。仪表种类

1、压力测量仪表；

2、流量测量仪表；

3、液位测量仪表；

4、温度测量仪表；

5、分析仪表；

1、压力测量仪表压力变送器：是由检测和变送两个环节组成。检测环节感受被测压力的变化转换成电容量的变化。变送环节则将电容变化量转换成标准电流信号4~20mADC输出。符合HART通信协议。Rosemount2088系列Rosemount3051系列压力变送器典型安装方法2、流量测量仪表（1）孔板及差压变送器基于流体运动的节流原理，当充满管道的流体流经孔板时，将产生局部收缩，流束集中，流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生一个静压力差，该压力差与流量存在着一定的函数关系，流量越大，压力差就越大。通过导压管将差压信号传递给差压变送器，转换成4～20mA.DC标准信号，经流量显示仪，便显示出管道内的瞬时和累积流量。通常由能将被测流体的流量转换成压力差信号的孔板、喷嘴、文丘利管等节流装置和用来测量压差并显示出流量的差压计组成。孔板带三阀组差压变送器差压变送器安装：打开平衡阀和正,负压阀中的一个阀,然后关闭平衡阀,开启另一个阀。

（2）转子流量计恒压降式流量计，通过改变流通面积来实现；是由一段向上扩大的圆锥形管子和重度大于被测流体重度能随被测介质流量大小而做上下浮动的转子组成。（3）涡街流量计是一种速度式流量计。在流动的流体中插入一个非流线型柱状物（圆柱体或三角形柱体）；工作原理：当流体流经漩涡发生体时产生不规则的漩涡，通过测量探头检测漩涡的个数产生一定的频率，再通过检测线路板对频率整形、放大转换成标准信号。（4）质量流量计科氏力质量流量计：可直接测量质量流量，与被测介质的温度、压力、粘度、密度等参数变化无关；U型传感器在固定频率振动，扭曲而产生相位差，与质量流量成正比；可以水平安装、垂直、倾斜安装（5）电磁流量计用来测量导电液体的体积流量（流速）；不受被测介质的温度、压力、粘度、密度流量状态变化的影响；不能用来测量气体、蒸汽和石油制品等非导电流体的流量；不宜测量流速过低的流量（干扰同级别）；3、液位测量仪表（1）浮力式液位计a.浮力不变:维持浮力不变，浮标漂浮在液面上,浮标的位置随着液面的高低而变化，只要检测出浮标的位移量,便可知道液位的高低。例如：浮球液面计(恒浮力式)。恒浮力式浮球脱落:仪表指示值最大;浮球漏了（结焦）仪表指示值变小;

b.变浮力：浮力是变化的，只要测出所受浮力的变化，便可知道液位的高低。浮筒液位计，变浮力式，筒长即全量程。沉筒破裂—仪表输出值变小;沉筒脱落—仪表指示最大;（2）差压式液面计：双法兰差压液面计（量程迁移）。单法兰△P=H×γ

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。

Pb=Pa+ρgH式中H------液位高度

ρ------被测介质密度

g--------被测当地的重力加速度

所以有：△P=Pb-Pa=ρgH

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。磁性浮子式液位计◆

就地指示、信号传输和限位控制的三位一体测量体系。◆现场显示、模拟信号变送和测量信号数字转换的全过程信息处理方式。◆磁感应干簧电阻组合链、磁致伸缩线扭力矩和高频微波脉冲反射波的多原理液位传感技术。液位变化干簧电阻组合链传感器液位计的磁场源线性变化的电阻值磁致伸缩液位计磁致伸缩液位计

工作原理:一根磁致伸缩线穿过导管，顶部电路板周期发射的大电流脉冲沿磁致伸缩线传播，产生环形电磁场。脉冲发射的同时开始记录时间。浮球漂浮在液面上,内置磁钢。两个磁场交叠处，在磁致伸缩线上产生扭应力波，以与材料相关的特定速度，沿着磁致伸缩线向上下两个方向传播。其中向下传播的扭力波到达传感器底部后发生反射再向上传播。两个扭应力波传到顶部后被压电晶体转换成电信号，两个传播时间也被捕捉记录。通过计算可得出液面和界面的位置，转换后输出电信号。雷达物位计4、温度测量仪表热电偶和温度变送器：热电偶、连接热电偶和测量线路的补偿导线、变送器组成。断路：仪表显示最大或仪表上限;短路：显示短路处的温度值

EAB=E（t,0）-E(t0,0)t为自由端.热电偶的冷端补偿一端用两种不同的导体或半导体材料焊接而成,称工作端.另一端称自由端.分度号:B、S、K、E、T两种不同金属的结合端产生一个与温度成正比的小的(MV)电压输出!ΔTmV热端冷端+-过程温度热电阻：应用导体的电阻值是随温度变化而变化这一特性R=R0[1+α(t-t0)]R0:温度为0℃时的电阻值。分度号：PT10、PT100、Cu50、Cu100（0℃时的R0电阻值）;

例如：PT100温度传感器是一种以铂(Pt)做成的电阻式温度传感器，属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)。其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度，因此铂做成的电阻式温度传感器，又称为PT100。断路：示指跑最大短路：表回零热电阻温度计适用于测量-200~500℃范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度5、控制阀组成一般由:执行机构（Actuator）和阀（Valve）组成控制阀在管道中起可变阻力的作用，它改变工艺流体的紊流度或在层流情况下提供一个压力降，压力降是由阀门阻力或“摩擦”所引起的，这一压力降低过程通常称为“节流”。在过程控制系统中，这个“节流”起到改变流体流量的作用，由执行机构产生动力，由阀门控制（调节）流量。直通阀（GlobeValve球形阀）直通阀是控制阀最基本的型式之一。也是最常用的控制阀之一。它是因阀体形状像圆球而得名。通常使用的阀芯作为阀门的节流件。例如，单座阀、双座阀、套筒阀、三通阀、角型阀等;

直通阀的口径一般从3/4英寸到20英寸;单座笼式单座单座蝶阀（ButterflyValve）蝶阀是用于控制的最常见旋转阀之一。它适用于低、中压的工艺条件下，一般作控制阀用口径从2英寸到60英寸或更大（低负载蝶阀可以达到120英寸）。近年来，蝶阀的技术有了长足的进步，有低转矩蝶阀、软硬密封蝶阀、二偏心蝶阀、三偏心蝶阀、低噪声蝶阀等。由于蝶阀压力恢复系数（FL）低，高压差流体流动时易产生气蚀。如果蝶阀关闭过快，有产生水锤破坏的可能。球阀（BallValve）目前球阀除了传统的全球型阀芯球阀外，还有V型球阀等类型的球阀。球阀按密封形式分为软密封和硬密封。按结构分为浮动球和固定球。主要用于要求关闭严密液体、气体、蒸汽等介质。硬密封型还适合浆状、悬浮、颗粒状介质的控制，一般做自动控制用的口径3/4英寸到20英寸。偏心旋转阀（CamflexibleValve）

偏心旋转阀在流开、流关的情况下，都能稳定地工作，阀芯、阀座没有磨擦，密封可靠，压力等级可达到ANSI600磅，尺寸一般从1英寸到12英寸。调节阀的流量系数C：调节阀可调能力的性能指标；注意：调节阀的口径和流量系数的关系；闪蒸，气蚀的问题闪蒸，气蚀的发生阀门入口压力P1下降到PV（饱和蒸汽压）以下时，产生大量的气泡，即产生闪蒸；然后压力又恢复到PV以上，气泡破裂，即产生气蚀。可以通过多次降压，且每次压力下降、上升都大于PV，来避免闪蒸、气蚀的产生。控制阀附件阀门定位器电磁阀POWER定位器原理6、智能变送器智能变送器校验方案一般应对以下几个参数组态进行检查：（1）工程单位；（2）测量范围上、下限；（3）输出方式；（线性、开方、小信号切除）；（4）阻尼时间常数；四、PLC组成控制系统操作站通讯单元RS-232RS-422RS-485V网(V-NET)节点(最大数为8个)I/O单元(最大数为5个)

模拟I/O过程I/O过程I/OI/O模块RIO总线(BUS)

现场控制单元(FCU)工程师站(WS)E网(E-NET)DCS集散控制系统操作站