化工仪表基础培训(张勇洪)

－－仪表专业技术培训《仪表基础知识》

主讲人：张勇洪一、仪表的发展历史

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。

仪表的发展趋势工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表；全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上。二、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：℃K(K=t+273.15)A、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。CU50即0℃时CU的电阻为50欧姆，PT100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镍铬－康铜、K镍铬－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。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。双金属

温度计.电接点双金属

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100Ω。

PT100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。热电阻按结构可分为：组装式和铠装式绝缘电阻：电阻元件与保护管之间的绝缘电阻≮100MΩ铂热电阻热电阻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

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：开口水箱导波雷达玻璃（管）板液位计磁浮子液位计浮筒液位计差压式液位计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，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一般压力表双波纹管差压计隔膜式压力表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（5）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：前后差压与流量的平方成正比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：前后差压与流量平方成正比。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：通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表F、质量流量计：克利奥里力原理，测量精度高，用于交接。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、电磁流量计：法拉第电磁感应原理。L、椭圆齿轮流量计：利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。M、涡轮流量计：根据涡轮转动的频率测量流量。转子流量计标准孔板流量计楔形流量计靶式流量计.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范围自由选定质量流量计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、火灾报警三、自动化仪表的信号制仪表常用的电信号包括：4—20mADC信号1—5VDC信号脉冲信号RTD（热电阻）PT100信号mV信号(热电偶)常见的调节阀气源信号：20-100KPa40-200KPa80-240KPa气缸阀气源压力一般不低于450KPa仪表的量程：就是测量刻度上限减去刻度的下限，可不是测量能力范围的上下限。一块温度仪表的测量刻度范围为-20~100度，那么它的量程为120度。

四、阀门4.1概述阀门是管路流体输送系统中控制部件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，具有截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。阀门的公称通径从极微小的仪表阀大至通径达10m的工业管路用阀。阀门可用于控制水、蒸汽、油品、气体、泥浆、各种腐蚀性介质、液态金属和放射性流体等各种类型流体的流动阀门的工作压力可从1.3х10MPa到1000MPa的超高压工作温度从-269℃的超低温到1430℃的高温阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、蜗轮、电磁动、电磁--液动、电--液动、气--液动、正齿轮、伞齿轮驱动等阀门也可以在压力、温度或其它形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依据驱动或自动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。基本概念：公称直径：是指阀门与管道连接处通道名义直径。DN表示。公称压力：是指阀门的机械强度有关的设计压力。用PN表示。4.2阀门的用途阀门是一种管路附件，它是用来改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质运动的一种装置，具有导流、截止、调节、节流、止回、分流或溢流卸压等功能。截断阀类：接通或截断管路中各段中的介质。如闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、隔膜阀、蝶阀等。调节阀类：调节管路中介质的流量和压力。如节流阀、调节阀、减压阀、安全阀等。分流阀类：改变管路中介质的流动方向，用于分配、分离或混合介质。如分配阀、三通旋塞阀、三通或四通球阀、疏水阀等。4.3阀门的分类自动阀门：依据介质(液体、气体、蒸汽等)本身的能力而自行动作的阀门。如安全阀、止回阀、减压阀、疏水阀、水力控制阀、紧急切断阀、排气阀等。调节阀类：调节管路中介质的流量和压力。如节流阀、调节阀、减压阀、安全阀等。驱动阀门：借助手动、电动、液动和气动来操纵的阀门。如闸阀、截止阀、节流阀、蝶阀、球阀、平衡阀、柱塞阀、旋塞阀等。

4.3阀门的分类按操纵方法分：手动阀门--借助手轮、手柄、扳手、杠杆或链轮等。由人力来操纵的阀门，当需要传较大的力矩时，可装蜗轮、齿轮等减速装置电动阀门--借助于电动机、电磁或其他电气来操纵的阀门。液动或气动阀门--借助于液体(水、油等液体介质)或气体操纵的阀门。自动阀门--依据介质(液体、气体、蒸汽)本身的能力而自行动作的阀门。4.3阀门的分类按主要参数----压力分类真空阀--工作压力低于标准大气压的阀门，绝对压力小于0.1MPa(即760mm汞柱高)的阀门，通常用毫米水柱(mmH2O)或毫米汞柱(mmHg)表示压力。低压阀门--公称压力PN≤1.6MPa的阀门。中压阀门--公称压力PN2.5~6.4MPa的阀门(25~64kg)。高压阀门--公称压力PN10.0~80.0MPa的阀门(100~800kg)。超高压阀门--公称压力≥100MPa的阀门(1000~1万kg)。4.3阀门的分类按主要参数----介质工作温度分类常温阀---40℃≤t≤120℃的阀门。中温阀--120℃≤t≤450℃的阀门。高温阀--t>450℃的阀门。低温阀---100℃≤t≤-40℃的阀门。超低温阀--t<-100℃的阀门。4.3阀门的分类

按主要参数----公称通径分类小口径阀门--公称通径DN<40mm的阀门。中口径阀门--公称通径DN50~300mm的阀门。大口径阀门--公称通径DN350~1200mm的阀门。特大口径阀门--公称通径DN>1200mm的阀门。4.3阀门的分类

按主要参数----与管道连接的方式分类螺纹连接阀门--阀体上带有内螺纹或外螺纹，与管道采用螺纹连接。法兰连接阀门--阀体上带有法兰，与管道采用法兰连接。焊接连接阀门--阀体上带有焊口，与管道采用焊接。对夹连接阀门--用双头螺栓将阀门连接在管道上的法兰之间。夹箍连接阀门--阀体上带有夹口纹，与管道采用夹箍连接。卡套连接阀门--采用卡套与管道连接。4.4阀门介绍—闸阀闸阀：用来接通或截断管路中的介质，不适用于调节介质流量。它适用的压力、温度及口径范围很大，尤其适用于大、中口径的管道。

优点：A流体阻力小。B启闭较省力。C介质的流动方向一般不受限制。

缺点：高度大、启闭时间长。密封面易产生擦伤。

闸阀按阀杆结构和运动方式：明杆和暗杆。楔式和平行式。

闸板：刚性单闸板、弹性单闸板、双闸板等。

4.4阀门介绍—截止阀

截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动。阀杆的运动形式，有升降杆式（阀杆升降，手轮不升降），也有升降旋转杆式（手轮与阀杆一起旋转升降，螺母设在阀体上）。截止阀只适用于全开和全关，不允许作调节和节流。截止阀具有以下优点：

1、结构简单，制造和维修比较方便。

2、工作行程小，启闭时间短。

3、密封性好，密封面间磨擦力小，寿命较长。

截止阀的缺点如下：

1、流体阻力大，开启和关闭时所需力较大。

2、不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。

3、调节性能较差。

截止阀的种类按阀杆螺纹的位置分有外螺纹式、内螺纹式。按介质的流向分，有直通式、直流式和角式。截止阀按密封形式分，有填料密封截止阀和波纹管密封截止阀。

4.4阀门介绍—截止阀

4.4阀门介绍—止回阀

其作用是只允许介质向一个方向流动。通常这种阀门是自动工作的，在一个方向流动的流体压力作用下，阀瓣打开；流体反方向流动时，由流体压力和阀瓣的自重合阀瓣作用于阀座，从而切断流动。

4.4阀门介绍—蝶阀蝶阀：是用随阀杆转动的圆形蝶板作启闭件，以实现启闭动作的阀门。它主要做截断阀使用，也可以设计成具有调节或截断兼调节的功能。优点：A结构简单、体积小，重量轻。B：流体阻力小。中大口径的蝶阀，全开时的有效流通面积较大。C:启用方便迅速而且比较省力。D:低压下可实现良好的密封。E:调节性能好。缺点：受密封材料的限制，蝶阀的使用压力和工作温度范围较小，大部分蝶阀采用橡胶密封圈，工作温度受到橡胶材料的限制。

4.4阀门介绍—球阀球阀：球阀是用带有圆形通道的球体作启闭件，球体随阀杆转动实现启闭动作的阀门。球阀的启闭件是一个有孔的球体，绕垂直于通道的轴线旋转，从而达到启闭通道的目的。球阀主要用于切断、分配和改变介质流动方向，其中V形开口球阀还可用于流量调节。其性能为：A适用于经常操作，启闭迅速、轻便。

B流体阻力小。

C结构简单，相对体积小，重量轻，便于维修。

D密封性能好

E不受安装方向的限制，介质的流向可任意

F无振动，噪声小。

4.4阀门介绍—球阀

4.4阀门介绍—安全阀安全阀是一种由进口静压开启的自动泄压防护装置，它是为了防止设备和容器内异常状况下压力过高引起爆炸而设置的安全装置，是压力容器最为重要的安全附件之一。安全阀的作用是：当容器内压力超过某一定值时，依靠介质自身的压力自动开启阀门，迅速排出一定数量的介质。当容器内的压力降到允许值时，阀又自动关闭，使容器内压力始终低于允许压力的上限，自动防止因超压而可能出现的事故，所以安全阀又被称为压力容器的最终保护装置。一般安全阀定压为操作压力的l.05～1.10倍。安全阀按其结构和作用原理分为重力式、杠杆式、弹簧式等等。工作温度高而压力不太高时选用杠杆式较合适；高压设备宜选用弹簧式；一般常用的是弹簧式安全阀。

4.4阀门介绍—疏水阀疏水阀其主要功能是自动排除蒸汽设备或管道中产生的冷凝水、空气及其他不可凝性气体，同时又防止蒸汽泄漏。通常又称为疏水器或阻气排放阀。其动作原则上是全开或全关，根据种类不同，还可能有连续排放和间隙排放两种类型。它是保证各种加热工艺管线和设备所需温度和热量使之正确工作的一种节能产品。疏水阀要能“识别”蒸汽和凝结水，才能起到阻汽排水作用。“识别”蒸汽和凝结水基于三个原理：密度差、温度差和相变。于是就根据三个原理制造出三种类型的疏水阀，分类为机械型、热静力型、热动力型。

4.4阀门介绍—针形阀

针形阀的阀芯就是一个很尖的圆锥体,好象针一样插入阀座,由此得名.

针阀形比其他类型的阀门能够耐受更大的压力,密封性能好,所以一般用于较小流量,较高压力的气体或者液体介质的密封.

针阀形与压力表配合使用是最合适的了.一般的针阀形都做成螺纹连接,(当然也有法兰及其他形式的连接).

五、执行机构调节阀：按动力可分为：气动、电动、液动和混合型。按阀体结构可分为：单座阀、双座阀、笼式阀、球形阀、碟阀、角形阀、三通阀、隔膜阀、偏心阀。5.1单座阀丶阀体结构5.2双座阀丶阀体结构5.3套筒阀丶阀体结构5.4角形阀丶阀体结构5.5三通阀丶阀体结构5.6碟阀丶阀体结构5.7自力式丶阀体结构六、典型控制1、单回路控制2、串级控制3、比例控制4、三冲量控制5、逻辑控制6、分程控制PID的参数的整定：对于简单的单回路控制系统，根据在工程中得到的实际经验，一般设定如下：液位调节系统，P=20%~80%,I=1~5,D=0。流量调节系统，P=40%~100%,I=1~5,D=0。温度调节系统：P=20%~60%，I=5~10，