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文档简介
《仪表基础知识》仪表的概念:仪表一般只是用来指示数据用的仪器化工仪表:化工自动化仪表的简称,对化工、炼油等生产过程中的各种变量(温度、压力、液位、流量、成分等)进行自动检测、显示和控制的仪表。传感器:
接受输入变量的信息,并按一定规律将其转换为同种或别种性质输出变量的装置。,变送器:当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器过程参数检测-----指连续生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等参数的检测。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,即为检测元件。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。仪表发展已有悠久的历史。据《韩非子·有度》记载,中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器,称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。
17~18世纪,欧洲的一些物理学家开始利用电流与磁场作用力的原理制成简单的检流计;利用光学透镜制成的望远镜,奠定了电学和光学仪器的基础。其它一些用于测量和观察的各种仪器也遂逐渐得到了发展。
19世纪到20世纪,工业革命和现代化大规模生产促进了新学科和新技术的发展,后来又出现了电子计算机和空间技术等,仪器仪表因而也得到迅速的发展。现代仪器仪表已成为测量、控制和实现自动化必不可少的技术工具。随着社会进步和科学技术的发展,自动化装置在生产过程中得到广泛的应用。早期的仪表控制是生产装置的眼睛和耳朵。而对于现代化工厂的自动化装置已不仅仅是工厂的眼睛和耳朵,而现在已成为工厂的大脑、神经和手、脚。随着电子技术、计算机技术、控制技术、网络技术的发展,自控技术得到了长足的发展,已成为化工企业提高企业效益和工作效益的有效手段,它是经营管理、企业管理,操作管理、运转管理、运转控制等方面的集成,是社会现代化、科学技术进步的重要标志。仪表及自控系统在化工装置中占有重要而关键的地位,工艺介质及装置设备的运行状况如流量、温度、压力、转速、振动等参数都由仪表及自控系统进行自动检测、显示、控制和保护联锁。因此,仪表性能及工作状况的好坏,直接影响到工艺介质及装置设备的运行,以至影响到工艺介质及装置设备的安全运行和经济效益。下面就简单介绍一下电动单元组合仪表的几个单元电动单元组合仪表共分为八大单元:变送单元、转换、调节、给定、运算、辅助、显示、执行单元。一、生产过程几大参数
及常用检测仪表1、温度及常用检测仪表温度是用来表征工艺介质、工艺设备、管线、容器、炉膛冷热程度的一大参数。常用单位:℃KA、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。.
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:西贝克电动势,远传式,输出mV信号。常用:E镍络-康铜、K镍络-镍硅、B铂铑-铂原理:两种不同金属材质的热电特性不同,有一定电势差,其差值与温度成正比。双金属
温度计.1.1、双金属温度计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。带电接点
的双金属
温度计1.2铂电阻温度计
铂电阻是铂丝制成的测温元件。它是利用铂金属的电阻值变化而变化的特性来测量温度的。常用的分度号为PT100。
PT100即表示热电阻在0℃时的阻值:R为100ΩPT100的测量范围及精度测量范围:-200--+850℃,适用于500℃以内温度的测量。精度:A级△T=(0.15+2.0*10-2T)B级△T=(0.3+5.0*10-2T)其中:T为被测量温度的绝对值℃允许通过电流:≤5mA
绝缘电阻:电阻元件与保护管之间的绝缘电阻≮100MΩ
热电阻按结构可分为:组装式和铠装式热电阻保护套管及热电阻芯1.3热电偶
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。热电偶的测温范围及精度热电偶类别分度号无差等级III误差值{±}测量范围误差值{±}测量范围镍铬-镍硅(镍铝)K1.5℃或0.4%T-40-1000℃2.5℃或0.75%T-40-1200℃镍铬-铜镍(康铜)E-40-800℃-40-900℃铁-铜镍(康铜)J-40-750℃-40-750℃铜-铜镍(康铜)T0.5℃或0.4%T-40-350℃1℃或0.75%T-40-350℃铂铑10-铂S1℃或1+0.003(T-1000)0-1600℃1.5℃或0.25%T0-1600℃铂铑13-铂R0-1600℃0-1600℃铂铑30-铂铑6B---600-1700℃
表中T为被测温度的绝对值℃,测温范围是指热偶丝,不包括保护套管。绝缘电阻:热电偶与其保护套管之间的绝缘电阻应不小于5MΩ(100V)在工业生产中利用热电偶来测量温度通常要使用到补偿导线,各种分度号的热电偶使用的补偿导线是不相同的,根据说明选用。测温元件在管道上、设备上安装时,固定方式有两种:螺纹连接、法兰连接。热电偶铠装热电偶芯热电偶故障造成的几次紧急停车生产事故A、转化炉集气管测温热电偶套管断裂,造成转化气泄漏着火;B、转化炉盲三通热电偶因插入深度没有达到中心线,实测温度显示偏低,造成二段转化炉超温,废锅、二段炉损坏;2、物位及常用检测仪表
用来表达容器内储存物质表面高低位置的参数。A、钢带液位计:油罐、水塔B、玻璃(管)板液位计:容器液位C、磁浮子液位计:润滑油箱D、同位素液位计:高压容器E、浮球液位计:塔底液面F、浮筒液位计:容器液位G、差压式液位计:量程大于2米的容器H、磁伸缩液位计:容器液位I、超声波液位计:常温开口容器J、雷达液位计:精密测量导波雷达:介电常数大于1.3的液位测量是替代浮筒液位计的新型仪表K、射频导纳液位计:界面测量L、静压式液位计:开口水箱电浮筒是根据阿基米德原理工作的,当液位变化时,浮筒(宽度是沉筒)所受浮力变化,通过支点,使扭力管受力作用后产生扭变,检测元件检测出后,变送器功能模块电路将测量信号经缓冲、放大和电压/电流变换后,输出4~20mA标准电流信号,此时与作用在浮筒上的浮力成正比例变化。
钢带浮子式液位计
罐内有浮子,有导向绳
外壁常见的有两种液位指
示一种为带磁性的摆锤。
带磁翻板指示。
还一种是能够直接显示高
度的带数字的钢带。导波雷达和音叉开关3、压力及常用检测仪表3.1压力表实验室所使用的标准压力表精度较高,而在生产装置中管道上或容器、机泵进出口等设备上作为现场指示的压力表精度都比较低,而这类压力表根据传统习惯归工艺管理,它们包括:全不锈钢压力表、不锈钢耐震压力表、膜片耐震压力表、隔膜压力表、化学密封压力表。对上述所说到的压力表应进行以下检查:A、零点示值检查(I)有零值限止钉的压力表,其指针应紧靠在限止钉上。(II)无零值限止钉的压力表,起指针须在零值分度线上。B、示值检查(I)压力表指针的移动,在全分度范围内应平稳,不得有跳动或卡住现象。(II)在轻敲表壳后,其指针值变动量不得超过最大允许基本误差的1/2。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。3.2压力表:我们常用的两种压力表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。3.3双波纹管差压计常用于气体流量测量3.4差压变送器:电容式扩散硅压阻式单晶硅谐振硅式3.5压力变送器:可测量表压、绝压、真空3.6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。压力变送器的工作原理如下:P单晶硅传感器膜盒组件CPU内置存储器D/AMODEM手持智能终端4-20MADC及数字信号3.6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:380VAC\2A或220VAC\3A(6)使用环境:温度-25-70℃。相对湿度不大于85%。3.7差压开关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4、流量及检测仪表流量是表征生产过程中所传送物料数量的数。一般分为重量流量和体积流量KG/h、M3/hA、孔板:前后差压与流量成正比B、转子流量计(变截面积):转子的高度与流量成正比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。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。孔板是测量流量的差压发生装置,配合各种差压变送器可测量管道中各种流体的流量,孔板计算采用国际标准,节流装置结构易于复制,简单、牢固,性能稳定可靠,使用期限长,价格低廉。一体型孔板安装更简单,无须引压管,可直接接差压变送器
转子流量计具有结构简单、直
观、压力损失小、维修方便等
特点。转子流量计适用于测量
通过管道直径D<150mm的小
流量,也可以测量腐蚀性介质
的流量。使用时流量计必须安
装在垂直走向的管段上,流体
介质自下而上地通过转子流量
计
楔形流量计.靶式流量计的特点
安装简单方便,极
易维护;压力损失
小,可根据实际需
要更换阻流件
(靶片)而改变量
程;
.超声波流量计可做非接触式测量,无压力损失;可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。缺点:传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;多普勒法测量精度不高。
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范围自由选定涡街流量计主要用于气体、液体、
蒸气等多种介质的流量测量,特
点是压力损失小,量程范围大,
精度高,无可动机械零件,因此
可靠性高,维护量小。
阿牛巴流量计(又称笛形均速管
流量计)与差压变送器配套使用,
可准确测量管道中的多种液体、气
体和蒸汽(过热蒸汽和饱和蒸汽)
的流量,精度高、压力损失小、安
装方便等优点,并有逐渐取代孔板
的趋势质量流量计直接测量通过
流量计的介质的质量流量,还
可测量介质的密度及间接测
量介质的温度。由于变送器
是以单片机为核心的智能仪
表,因此可根据上述三个基
本量而导出十几种参数供用
户使用。质量流量计组态灵
活,功能强大,性能价格比高,
是新一代流量仪表。
5、组分在线分析5.1、氧含量:顺磁式氧量分析仪、氧化锆氧量分析仪;5.2、H2、CO、CO2:红外分析仪;5.3、烃含量组成:色普仪;5.4、水质分析:PH、电导、溶氧、硅;5.5、粉尘含量:粉尘检测仪;5.6、组分软测量技术:由温度、压力反映某种组分的含量。如蒸馏系统。
6、其它测量6.1、转速、振动、位移传感器:6.2、可燃气体报警:6.3、重量、火焰、厚度检测6.4、电量变送器:电压、电流、功率等6.5、火灾报警:二、自动化仪表的信号制1、气动仪表
A、气源压力:0.14MPB、输出:0.02---0.10MP2、气动薄膜调节阀
A、气源压力:0.14MP、0.25MPB、输入信号:4---20mADC3、电动仪表A、电源:----220VAC、24VDCB、输入:△P、P、mV、mA
、欧姆C、输出:0---10mADC、4---20mADC、
1---5VDC三、自动化仪表的两大基本结构1、喷嘴挡板机构及气动放大器P0为气动放大器的输入压力(0.14MPa)P1为气动放大器的背压p0节流孔p1喷嘴挡板
在气动放大器中背压P1的大小决定了膜片对针型阀作用力的大小,从而决定了阀的开度,而使输出的气动信号发生变化。由图中可以看到,当档板逐渐靠近盖住喷嘴时背压逐渐接近并达到气源压力P0。但由于档板和喷嘴都是金属材料,所以实际上不可能完全盖住,也就是说P1只可能接近气源压力P0。
当档板远离喷嘴时,P1为大气压力。但喷嘴有一定的阻力,所以实际上是P1接近于大气压力。档板与喷嘴之间的距离在实际工作中一般很微小,只有零点零几毫米。喷嘴—档板机构在目前的仪表系统中主要用于电—气阀门定位器中。2、电—磁平衡机构四、执行机构1、调节阀:按动力可分为:气动、电动、自力式按阀体结构可分为:单座阀、双座阀、套筒阀、球形阀、碟阀、角形阀、三通阀、隔膜阀、偏心阀、电液滑阀、刀闸阀。气动薄膜单座调节阀单座调节阀阀体内有一个阀芯和一个阀座,具有泄漏量小的特点。该阀不平衡力大,其允许压差较双座阀小,在高压差、大口径时,最好配上阀门定位器。公称通径≥25mm的阀为双导向结构,只要改变阀杆与阀芯的连接位置就可实现气开或气闭。气动薄膜双座调节阀与单座调节阀相比,双座阀具有额定流量系数大,不平衡力小等优点,只要改变阀杆与阀芯的连接位置就可实现气开或气闭,
因而被广泛应用,但泄漏量大。1.3套筒阀套筒阀是六十年代发展起来的品种。它
由套筒阀塞节流代替单双阀座的阀芯、
阀座节流。
其特点如下:
1.稳定性好。由于阀塞设有平衡孔,可
以减少介质作用在阀塞上的不平衡力,
加上足够的阀塞导向,因此不容易引起
阀芯的振荡。
2.套筒阀提供的节流窗口有开大窗和打
小孔(喷射型)两种,后者有降低噪音,
减小共振的功能。进一步改进,即可成
为专门的低噪音阀。
3.双密封机构,泄露量大,许用压差也大。
4.维修方便。
5.阀塞自导向,流路复杂,更易堵塞。
6.过于笨重。
1.4角形阀单座角型调节阀是一种上
导向结构的调节阀,阀结
构紧凑,压降损失小,流
量大,可调范围广。阀芯
导向部分的导向面积大,
抗振性好。1.5三通阀三通阀有三个出入口与管
道相连,相当于两台单座
阀合成一体。
按作用分为合流阀
(两进一通)与分流阀
(一进两通)。
工作时,一路全开,
一路全关,所以关闭时
受力与单座阀相似,不
平衡力大。
1.6碟阀蝶阀又叫翻板阀,
优点是流通能力大,
约为同口径的双座
阀的1.5-2倍,价格
便宜,阻力损失小,
沉淀物不易积存,
缺点是操作转矩大,
泄漏量大,可调范
围小1.7隔膜阀气动隔膜阀采用橡胶和聚四氟
乙烯等材料作为隔膜,抗腐蚀
性能好,结构简单,流路阻力
小,流通能力较同口径的其他
阀大,能严密关闭,无需调料,
缺点是耐压耐温低,控制性能差1.8偏心旋转阀偏心旋转阀流路简
单,阻力小,流通
能力大,阀座密封
可靠,泄漏量小,
体积小重量轻1.9电液滑阀冷壁双动滑阀安装于催化裂化装置的第一再生器和第二再生器的顶部出口的管道上,与管道直接焊接,用于控制再生器压力和两再生器的压差。2.0刀闸阀具有结构简单紧凑、轻型节
材,密封可靠、体积小、通道
流畅、流阻小、重量轻、易
安装、易拆卸等优点。气动
对夹刀型闸阀其闸板具有剪
切功能,可刮除密封面上的
粘着物,自动清除杂物,不
锈钢闸板可防止腐蚀引起的
密封泄漏。
五、自动调节系统的组成四部分:测量仪表、显示记录仪表、调节器、执
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