仪表基础知识

兖矿新疆煤化工有限公司仪控科内部培训资料仪表基础知识

仪电项目部仪控科2011年6月25一、化工自动化意义及目的意义化工生产过程自动化：在化工设备、装置及管道上，配置一些自动化装置，替代操作工人的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行。这种部分地或全部地用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工生产过程自动化，简称为化工自动化。目的（1）加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。（2）减轻劳动强度、改善劳动条件。（3）保证生产、人生安全，防止事故发生或扩大，延长设备使用寿命、提高设备利用率。（4）改变劳动方式，提高工人文化技术水平，适应当代信息技术革命和信息产业革命需要。绪论二、化工自动化的发展概况初级阶段：应用一些自动检测仪表监视生产，利用手工操作，工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况人工地改变操作条件，生产过程单凭经验进行。对于连续生产的化工厂，在进出物料彼此联系中装设了大的贮槽，可以克服干扰影响及稳定生产，但是生产效率低，设备投资大。50~60年代：开发化工生产各个操作单元，向着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向发展。实际生产中应用的自动控制系统主要是压力、流量、液位和温度四大参数的简单控制。串级、比值、多冲量等复杂控制系统也得到一定程度发展。自动化技术工具主要是基地式电动、气动仪表及膜片式的单元组合仪表。此时期由于对化工对象动态特性了解不够深入，因此，半经验、半理论的设计准则和整定公式，在自动控制系统设计和参数整定中起相当重要作用。70年代：自动化技术工具方面，气动2型和电动2型单元组合式仪表刚投入生产不久，气动3型和电动3型单元组合式仪表相继问世，进一步发展到具有多功能的组装仪表、智能式仪表，为实现各种特殊控制规律提供了条件。新型智能传感器和控制仪表的问世使仪表与计算机之间的直接联系极为方便。而且，电子计算机的作用也越来越大。化工生产过程自动化是一门综合性技术学科，利用自动控制学科、仪器仪表学科几计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。随着现代科学技术的进步，本学科将不断发展并日益被人们所重视。在化工生产过程中，由于实现了自动化，人们通过自动化装置来管理生产，自动化装置与工艺及设备已结合成为有机的整体。因此，越来越多的工艺技术人员认识到：学习仪表及自动化方面的知识，对于管理与开发现代化化工生产过程是十分必要的。三、化工仪表及自动化系统的分类化工生产过程中需要测量和控制的参数是多种多样的，主要的有热工量（压力、流量、液位、温度等）和成分（或物性）量。所以化工自动化仪表按功能不同，大致分为五类：

检测仪表（各种参数的测量和变送）；

分析仪表

(成分或物性量)

显示仪表（模拟量显示和数字量显示）；

控制仪表（气动、电动控制仪表及数字式控制器）；

执行器（气动、电动、液动等执行器）。利用上述各类仪表，可以构成自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制这样四种自动化系统，他们的作用如下：自动检测系统利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的，称为自动检测系统。它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录，因此起到对过程信息的获取与记录作用。这在生产过程自动化中是最基本的也是十分重要的内容。自动检测系统中主要的自动化装置是敏感元件、传感器和显示仪表。

敏感元件也称检测元件，作用是对被测变量作出响应，把它转换成适合测量的物理量。

传感器可以对检测元件输出的物理量信号作进一步信号转换，当转换后的信号为标准的统一信号（如0~10mA、4~20mA、0.02~0.1Mpa等）时，此时的传感器一般成为变送器。

显示仪表的作用是将检测结果以指针位移、数字、图象等形式准确地指示、记录或储存，使操作人员能正确了解工艺操作情况和状态。自动信号和联锁保护系统生产过程中有时由于一些偶然因素的影响导致工艺参数超出允许的变化范围而出现不正常情况时就有可能引起事故。为此，常对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置。当工艺参数超过了允许范围，在事故即将发生以前，信号系统就自动地发出声光信号警报，告戒操作人员注意，并及时采取措施。自动信号联锁保护电路按其主要构成元件的不同，可分为有触点式和无触点式两类（有时可采用混合式）。有触点式电路是由各种继电器、按钮、开关等电器组成的继电线路，各种电器的触点开合完成电路的通断和切换。无触点式电路利用由二极管、晶体管及集成电路等电子器件构成具有一定功能的电子线路，利用电子器件的导通或阻断特性来实现自动信号的报警和联锁保护作用。自动操纵及自动开停车系统

自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。

自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。自动控制系统生产过程中各种工艺条件不可能一成不变，特别是化工生产，大多数是连续生产，各设备相互关联，当其中某一设备工艺条件发生变化时，都可能引起其他设备中某些参数的波动，偏离正常工艺条件。为此，需要用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的数值范围内。

自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务；

自动信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时采取安全措施以免发生生产事故；

自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性操作；只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。所以，自动控制系统是自动化生产中的核心部分。

通过本门课程学习，应能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的测量方法及其仪表的工作原理及特点；应能根据工艺要求正确地选用和使用常见的测量仪表及控制仪表；应能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；应能根据工艺的需要和自控设计人员共同探讨和提出合理的自动控制方案；应能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；应能在生产开停车过程中初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定。

目录第一章仪表基础知识第二章仪表的选用与安装第三章执行器第四章自动控制系统第五章计算机控制系统第一章仪表基础知识

仪表基础(一)-----概念

仪表基础(二)-----温度检测仪表仪表基础(三)-----压力检测仪表仪表基础(四)-----流量检测仪表仪表基础(五)-----物位检测仪表仪表基础(六)-----分析检测仪表仪表基础(一)什么是测量仪表？在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和自动控制，需要对工艺生产中的一些主要参数进行自动测量。用来测量这些参数的仪表称为化工测量仪表。本篇在介绍有关测量和测量仪表的基本知识的基础上，介绍有关压力、流量、液位、温度等参数的测量方法及其相应的测量仪表。仪表基础(一)仪表主要性能指标

误差

绝对误差=测量值-真值相对误差=绝对误差/仪表示值×100%引用误差=绝对误差/量程×100%

精确度(准确度)

精度仪表基本误差的最大允许值

等级±1.5%1.5级

复现性稳定性

仪表基础(一)测量系统中的常见信号类型

作用于测量装置输入端的被测信号，要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：位移信号：是一种机械信号，包括直线位移和角位移。在测量力、压力、质量、振动等物理量时，要先把它们转换成位移量再处理。压力信号：包括气压信号和液压信号，工业检测中主要应用气压信号。电气信号：有电压信号、电流信号、阻抗信号和频率信号等。传送快、滞后小、可远距离传递、便于和电子计算机联接。光信号：包括光通量信号、干涉条纹信号、衍射条纹信号、莫尔条纹信号等。可是连续得，也可是断续（脉冲）式的。仪表基础(一)测量系统中信号的传递形式从传递信号的连续性的观点来分，在检测系统中传递信号的形式可以分为模拟信号、数字信号和开关信号：

模拟信号：在时间上是连续变化的，在任何瞬时都可以确定其数值的信号。可以变换为电信号，即是平滑地、连续地变化的电压或电流信号。例如：连续变化的温度信号可以利用热电偶转换为与之成比例的连续变化的电势信号。

仪表基础(一)数字信号：是一种以离散形式出现的不连续信号，通常用二进制数“0”和“1”组合的代码序列来表示。数字信号变换成电信号就是一连串的窄脉冲和高低电平交替变化的电压信号。连续变化的工艺参数（模拟信号）可以通过数字式传感器直接转换成数字信号。然而，大多数情况是首先把这些参数变换成电形式的模拟信号，然后再利用模拟-数字（A/D）转换技术把电模拟量转换成数字量。将一个模拟信号转换为数字信号时，必须用一定的计量单位使连续参数整量化，即用最接近的离散值（数字量）来近似表示连续量的大小。由于数字量只能增大或减小一个单位，所以，计量单位越小，整量化所造成的误差也就越小。仪表基础(一)开关信号：用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。例如：用水银触点温度计来检测温度的变化时，可利用水银触点的“断开”与“闭合”来判断温度是否达到给定值。在自动检测技术中，利用开关式传感器（如干簧管、电触点式传感器）可以将模拟信号变换成开关信号。仪表基础(一)仪表管道、流程图(P&ID)仪表基础(一)仪表图形符号检测点连线一般是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线的起点

必要时也可以用象形或图形符号表示

通用的仪表信号线均以细实线表示

仪表基础光(一)图形符敌号仪表的谢图形符掏号是一迎个细实金线圆圈泳，直径至约10mm就地安装仪表就地安装仪表嵌在管道中集中仪表盘面安装仪表就地仪表盘面安装仪表集中仪表盘后安装仪表就地仪表盘后安装仪表同一个检叔测点，有伶两个或多敲个测量，圆可用两个度或多个相哀切的圆表先示仪表基樱础(一售)仪表位健号表示把方法F---曾---流润量T---歼---温塌度(变侮送器)P---醋---压蛛力A--呈---腰-分析线(报啊警)V--及---砍-阀门R--紫---艰-记录I--捎---极-显示C--镰---晴-控制H---动----眉手动遥控金(高厨报)HH--绞----录高高报H---讽---手陆动遥控选(高报奋)L--郊---极-液位环(低报贴)仪表基铲础(一的)举例说明屋：AT—1斗122季在态线分析FI—块112门2迟流怪量指示FT—曾112裁2鄙流量对变送FV—掩112姐2丈流量遗调节阀FIC—突1122量流量指示暗、控制FRC—下1122恒流量紫记录、控酷制FRSA诞—112刺2吊流量记偿录、联锁韵、报警LIA—糊1122游液位指棒示、报警HV—1监122脊遥控阀XV—1村122舌切断阀仪表基狼础(二孕)温度检测仪表概念：温度是售表征物含体冷热卡程度的辜物理量单位敢：℃匙℉分类：1.热电当偶---貌-将两种蜡不导体或帜半导体材披料焊接成弄一闭合路助，利用热忠电效应愉，产生逆电动势锡，在回菊路中形救成电流望。常用热偶：K围型(镍待铬-镍闲硅)，圾测量温纯度40鸟0℃；特殊热偶：铠装热票偶高温热偶幻玉(铂铑)扔，测量温哄度160脏0℃表面热偶补偿导线挎：延长热电镜极，使热斗电偶冷端饱移到控制缴室。两线制仪表基醋础(二奇)温度检测泼仪表一体化仙热偶温器度变送陷器：热电偶底与变送贿器合为探一体，屑直接输盒出4~福20m嫁A信号便。仪表基础势(二)温度检测背仪表2.热电诸阻---诱-利用金杨属导体的镜电阻值随矿温度变化野而变化的些特性来进什行温度测汪量常用热秩阻：铂电傅阻W靠ZP帮(分度超号：P灾t10胞0)，页测量温挡度850℃债；特殊热阻：铠装热想阻伶端面热撞阻一体化热塘阻温度变蚀送器：热电阻谈与变送鹊器合为含一体，令直接输出扰4~2合0mA朝信号。三线制仪表基绑础(二森)温度检染测仪表3.智池能温度阀变送器漫---疑-以微处理解器为核心笛部件构成朗的温度变誉送器。特点：a.万能岔输入方式b.输河出信号多房诚样c.HA轨RT通讯d.精纳度高e.体锡积小仪表基乏础(二规)温度检遍测仪表4.我们贴的使用情初况：以下册类型a：一体善化温度变克送器b.高温蚊热偶(造闷气炉)c.热驳电偶d.热电查阻e.双金割属温度计仪表基够础(三涝)压力检测碍仪表概念：垂灰直作用在牙单位面积桶上的力单位：帕斯卡膛(帕)即，Pa常用换算冲关系：1MPa暂=106Pa=1季0公斤1毫米押水柱(金mmH2O)下≈9.熟81滚Pa1毫米被汞柱(渗mmHg)≈爸1.3翅33×举102Pa1工程大没气压(k精gf/c寄m2)慎≈9.8些1×104Pa1巴(b岂ar)并=100替0mba英r=105Pa仪表基届础(三稍)压力检测满仪表常用名词享：绝对零压----放以绝对真晌空下的压景力称为绝波对零压。绝对压索力---硬-以绝寺对零压朽为基准伍来表示方的压力扬。表图压----以大气压姿为基准来混表示的压技力，与绝茂对压力相差一个大气俱压(0.1粘MPa)真空度---茄-如果号被测流激体的绝跃对压力破低大气疯压，则移压力表所测觉得的压钉力为负沾压，其仅值称为真空度。仪表基安础(三晕)压力检测卷仪表分类1.压力表2.压力传感哈器----栗由各种压众力敏感元虽件将被测盘压力信号枯转换成容痛易测量的按电信号作干输出，给连显示仪表税显示压力梁或控制、卵报警使用晋。常用蒸：应变式悲(刘电容式现压旁阻式)压电式光导纤维舒式3.智能压滔力变送摘器---锡-以微秧处理器宗为核心闲部件构察成，2匀0世纪鼠80年躬代初，垮由美国称Hon饶eyW救ell胶推出S夜T30圣00系自列，这也是计算照机和通态讯技术守发展的席结果。仪表基础册(三)压力检旗测仪表4.现场总滨线型变疮送器---头-根据蚂现场总办线通信词协议开朵发出来经的一种养智能变类送器，礼是现场影总线控取制系统织FCS材的基础按。a.优点佩：全数字治式---撞---逝---辽---宿---律-无模金拟信号妇，全数鸡字结构现场总线爪通信方式---猾-双向钉传输，葡串行精度高----色----外----贵----喘---不疯需要A/这D和D/畏A转换，孟数字传输功能强嚼大---武---秒---车---遥---医-集变装送、控损制、通雕信于一亩身，挂敢总线上b.与撇智能压戴力变送智器不同疮处连接方式通信方陪式传输信黎息仪表基未础(三遇)压力检测坑仪表我们的使所用情况：a:压盼力变送皮器b:差压槽变送器C：压力组开关d：压斗力表仪表基础趣(四)流量检测鬼仪表概念：痕单位时历间内流幕过管道湖某一截乐面的流会体数量框。体积流农量柿Q质量流量铅MM=Q·p单位：L/h于m3/h迈Kg毕/h抱t/路h买Nm3/h常用换算酿关系：1m3=10喷00L1英寸=艺25.4坡mm1磅=0腥.453乘6Kg1升=柿0.2编2英加牺仑=兵0.2鸦642呀美加仑仪表基础丧(四)流量检迅测仪表分类1.差压式流炊量计----茄节流装置盗与差压变咐送器配套跳测量喷嘴文丘里管孔板(角删接取压法继、法兰取旷压法)2.容积式劫流量计椭圆齿肾轮流量密计腰轮流抖量计仪表基础灭(四)流量检测把仪表3.智能式投漩涡(脱涡街)长流量计----普由漩涡发术生体和频率检忘测器构成的究变送、慢信号转察换器构乎成，利疮用流体贱自然振霞荡的原匙理，涡虎列的个捆数(涡鼠街频率原)与流而体的流勾速成正宣比，输宋出4~尾20m鼓A信号拳或脉冲慨电压信挥号。安装方尿式：法鹊兰式酸插普入式缺捕点：受磁推场干扰大殖，怕振动鼓，安装要缘瑞求前后直痛管段长St称为斯特劳丝式哈尔数（无因樱次数）腔，St主要与漩微涡发生体详的形状和售雷诺数有最关。在雷抢诺数为500忠0～150废000的范围内棋，St基本上为烤一常数。仪表基础辜(四)流量检致测仪表4.电磁流量必计---誓-利用决电磁感陷应原理凝测量导旬体液体堡流量仪莫表。Ex=B疤Dv×1饱0-4缺点：a.使用裳温度压力群不能太高b.应用泼范围有限想，不能测么量气体、蒸汽和石派油制品等赚非导液体予。c.当流宏速与速度乐分布不均第时，产生较大效误差。d.不让能在负环压情况呼下使用撑。仪表基黄础(四库)流量检测屡仪表5.超声波临流量计----福在管道一那定传输距司离L中，丢静止流体吉中的声速田为C，流授动流体中驶的声速为羡U，当声化速与流体胸流动方向诊一致时传票播速度为短C+U，箭反向时传练播速度为贼C-U，饲得出时间绞差△t，硬求出流速羡U。仪表基础驻(四)流量检逗测仪表6.转子流块量计----好利用转子送移动位置光与流体流蚀速大小有奔关，流体亦推力与转匙子重力测睡量流速。仪表基础涛(四)流量检测兽仪表7.(科氏力弦)质量流挺量计---悠-在单丙位时间挤内流过裁封闭管唉道截面变处流体铸，通过巷激励线圈使扁管子产艇生振动般，在振劳动管中演产生科遍氏力，测量管摄进出侧比所受力侧方向相那反，使音管子扭毯曲，利用电磁检测器或光电检测器，将扭应曲力转曲换为电信号涂，进入变送器进行信截号变换物、放大蓄处理，输出数4~2宿0mA信骆号，由显示器显示用荒来测量质量条流量的期仪表。特参点：直接测买量质量流彼量，可靠庭性高，线性输灾出，精妨度高，茄量程可碌调比宽询(1：丢100起)，适蛾用于测叛量高压哪气体、叫各种液体，趟由于结构睡原因，一覆般安装于救中小尺寸穷管道。科里奥校利力质没量流量员计仪表基堆础(四饰)流量检久测仪表我们的使佛用情况：孔板涡街流掉量计电磁流阻量计超声波对流量计转子流量付计质量流量锯计靶式流扫量计其他巴闷类流量耕计（如有：阿牛畅巴、德瓦尔塔把蛋流量计浇等）仪表基民础(五戒)物位检测靠仪表概述：测酬量罐、塔播、槽中液御体表面位扩置---液位，测量料斗、堆帆场仓库等块固体、颗粒、粉箭粒堆积高辈度---料位，两