河南工业大学过程控制

安全防爆在石油、化工等多个行业，大量存在含有易燃易爆材料的场合（危险区域），如原油及其衍生物、酒精、天然气、金属屑、粉尘、纤维、飞扬物等等。安全防爆是一项综合性技术，与过程控制关系密切。安全防爆意义重大。当前第1页\共有31页\编于星期三\4点危险区分类当前第2页\共有31页\编于星期三\4点可燃物的燃点和闪点爆炸的形成，与可燃物的燃点、闪点密切有关。燃点指可燃物受热发生自燃的最低温度。达到这一温度，可燃物质与空气接触，不需要明火作用，就能自行燃烧。燃点越低，发生起火的危险性越大。如汽油的燃点为220oC。闪点是易燃物或可燃液体挥发出的蒸气与空气形成混合物后，遇火源发生燃烧的最低温度。如汽油闪点39oC。安装在危险区的电子仪表（传感器、执行器或控制器），其表面温度必须受限，并避免产生火花。当前第3页\共有31页\编于星期三\4点防爆技术为了确保电子设备在危险场所安全使用，发展了多种防爆技术：隔爆型（d）本安型（i）正压型（ｐ）油浸型（ｏ）充砂型（ｑ）各种防爆技术规范由国家标准强制规定，不同的防爆技术适用于不同的场合。当前第4页\共有31页\编于星期三\4点隔爆型“ｄ”把设备可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部封闭在一个外壳内；其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙，渗透到壳内的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏；并且不会引起外部由一种、多种气体或蒸汽形成的爆炸性环境的点燃，从而达到隔爆目的。适用于1区和2区。当前第5页\共有31页\编于星期三\4点本安型“ｉ”设备内部的所有电路在标准规定条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体。从限制电路中的能量入手，通过可靠的控制电路参数将潜在的火花能量降低到可点燃规定的气体混合物能量以下，导线及元件表面发热温度限制在规定的气体混合物的点燃温度之下。该防爆型式只能应用于弱电设备中（控制器、传感器等）。适用于0区、1区和2区。安装在安全区（如控制室内）的非防爆型仪表，需经防爆安全栅与安装在危险区的本安仪表联接。当前第6页\共有31页\编于星期三\4点防爆安全栅安全栅安装在安全场所，一方面传输信号，另一方面将流入危险场所的能量控制在爆炸性气体或混合物的点火能量以下。发生故障时，安全栅能将串入到故障仪表的能量限制在安全值以内，从而确保现场设备、人员和生产的安全。分为齐纳式安全栅与隔离式安全栅两种。当前第7页\共有31页\编于星期三\4点齐纳式安全栅与隔离式安全栅齐纳式（Zener）安全栅，通过快速熔断丝和限压、限流电路实现能量限制作用。隔离式安全栅，使用较多的是隔离变压器式安全栅。与齐纳式安全栅相比，隔离式安全栅具有如下突出优点：隔离式安全栅的电源、信号输入、信号输出均通过变压器耦合，实现信号的输入、输出完全隔离。通用性强，可以在危险区或安全区认为合适的任何一方接地；隔离式安全栅由于信号完全浮空，大大增强信号的抗干扰能力。当前第8页\共有31页\编于星期三\4点仪表防爆标志示例ExdⅡBT6Ex：防爆仪表d:隔爆型ⅡB：Ⅱ指工厂用仪表（Ⅰ指煤矿用仪表）。Ⅱ类又分ⅡA（丙烷等）、ⅡB（乙烯等）和ⅡC（氢气、乙炔等）T6：85℃（根据自燃温度T将易燃性气体或蒸汽混合物分为450℃、300℃、200℃、135℃、100℃和85℃。）当前第9页\共有31页\编于星期三\4点安全防爆的其他考虑静电处理，如油库设施的油罐、管道、卸油台、加油柱应可靠接地。防雷击处理，在易燃易爆生产场所应安装避雷设施（避雷针、SPD等）。电缆连接及布线处理。执行器优先选择气动设备。当前第10页\共有31页\编于星期三\4点过程控制常见被控参数常见被控参数：温度压力流量液位成分许多工业过程都可以直接或间接地以上述参数实现控制。当前第11页\共有31页\编于星期三\4点温度检测

温度是工业过程控制系统中最常用、最基本的一个物理量。工业过程中常用温标为摄氏，但美国采用华氏，换算关系：当前第12页\共有31页\编于星期三\4点温度测量方法及测量元件接触式和非接触式常用测量元件：热电偶热电阻半导体热敏电阻集成温度传感器当前第13页\共有31页\编于星期三\4点接触式测温

测温方法：膨胀式，基于物体受热体积膨胀性质；热电阻式，基于导体或半导体电阻随温度变化的性质；热电偶式，基于热电效应。特点：简单、可靠、精度高；测温元件有时可能破坏被测介质的温度场或与被测介质发生化学反应；因受到耐高温材料的限制，测温上限有界。

当前第14页\共有31页\编于星期三\4点非接触式测温

测温方法：利用物体辐射能随温度变化的特性，如红外式测温。特点：不会破坏被测介质的温度场，测温上限原则上不受限制；可测运动体温度，如轧钢过程中钢板表面温度；易受被测物体热辐射率及环境因素（物体与仪表间的距离、烟尘和水汽等）的影响。

当前第15页\共有31页\编于星期三\4点热电偶（Thermocouple）

工业过程中使用范围很广的一种测温元件。特点：其热电动势与温度在小范围内基本上呈单值、线性关系；稳定性好；测温范围宽，高温热电偶测温上限可达2800℃；精度较高。当前第16页\共有31页\编于星期三\4点常用热电偶型号基本为定型生产，有标准化分度表。

常用型号：铂铑30-铂铑6热电偶（也称双铂铑热电偶，分度号B）；测温范围300-1600℃。铂铑10-铂电偶（分度号S）；测温范围0-1300℃。镍铬-镍硅（镍铬-镍铝，分度号K）热电偶；测温范围-50-1000℃。当前第17页\共有31页\编于星期三\4点热电偶冷端温度对被测温度的影响

只有当热电偶冷端温度T0保持不变时，热电势才是被测温度T的单值函数：E(T，0)=E(T，T0)+E(T0，0)所以，只有将冷端温度保持为0℃，或者进行一定的修正才能得到准确的测量结果。该过程称为热电偶的冷端温度补偿。当前第18页\共有31页\编于星期三\4点热电偶冷端补偿例题用分度号为K的镍铬-镍硅热电偶测量温度，在没有采取冷端温度补偿的情况下，显示仪表指示值为500℃，而这时冷端温度为60℃。试问：实际温度应为多少？如果热端温度不变，设法使冷端温度保持在20℃，此时显示仪表的指示值应为多少？

当前第19页\共有31页\编于星期三\4点热电偶冷端补偿例题显示仪表指示值为500时，查表可得此时显示仪表的实际输入电势为20.64mV，即

冷端温度为60℃产生的电势：由23.076mV查表可得：t=557℃。即实际温度为557℃。

当前第20页\共有31页\编于星期三\4点热电偶冷端补偿例题当热端为557℃，冷端为20℃时，由于E（20，0）=0.798mV,故有：查表可得显示仪表指示值应为538.4℃。

当前第21页\共有31页\编于星期三\4点工业上冷端补偿常用方法冷端温度修正法，包括：温度修正法T=T‘+kT(k为修正系数)热电势修正法（软件查表法）冷端温度自动补偿法，包括：冷端补偿电桥法pn结补偿法若被测温度较高（>1000℃

），而冷端在室温范围，可以忽略冷端的影响，即无需补偿。当前第22页\共有31页\编于星期三\4点热电阻（RTD）

在中、低温区，热电偶输出的热电动势很小；而在中、低温区，用热电阻比用热电偶做为测温元件时的测量精确度更高；热电阻特点：性能稳定、测量精度高，一般可在-270～900℃范围内使用（推荐在150℃以下时选用）。当前第23页\共有31页\编于星期三\4点热电阻的材料工业热电阻的材料要求：电阻温度系数大；电阻随温度的变化呈线性关系；电阻率大；热容量小；在测温范围内具有稳定的物理和化学性能。热电阻的材料主要有铂、铜和镍。当前第24页\共有31页\编于星期三\4点不同热电阻特点及分度号铂在氧化介质或高温时，物理、化学性质稳定。分度号有Pt100、Pt10。测温范围-200-850℃。铜在-50-150℃稳定性好，超过100℃易被氧化。分度号有Cu50、Cu100。测温范围-50-150℃。镍在我国含量少，不常用。分度号有Ni100、Ni300和Ni500。测温范围-60-180℃。三种热电阻中，铂（特别是Pt100）使用最广）当前第25页\共有31页\编于星期三\4点半导体热敏电阻（Thermistor）包括正温度系数PTC、负温度系数NTC和临界温度电阻CTR三类。连续测温中主要采用负温度系数NTC；而PTC和CTR一般用于制作位式作用温度开关。热容量小，响应快；但互换性差，热电特性非线性大。测温范围-50-300℃。当前第26页\共有31页\编于星期三\4点集成温度传感器利用pn结的伏安特性与温度之间的关系研制的一种固态传感器。特点：体积小；热惯性小、反应快；测温精度高；稳定性好；价格低等。分为电压型和电流型两种，电压型温度系数约10mV/℃；电流型温度系数约1μA/℃。

当前第27页\共有31页\编于星期三\4点集成温度传感器AD590两端元件；供电电压：直流（+4~+30V），1.5mW(+5V)；高阻抗（710MΩ）输出；0℃时输出273.2μA；温度系数1μA/℃；测温范围-55~+150℃；使用范围广泛。当前第28页\共有31页\编于星期三\4点热电偶、热电阻的选型

根据工艺要求的测温范围和使用要求确定相应分度号的热电偶、热电阻。

优先选择一体化热电偶或热电阻温度变送器，直接输出标准信号。根据环境条件选用不同型式的接线盒。潮湿或露天场所选用防溅式、防水式；易燃易爆场合注意防爆。当前第29页\共有31页\编于星期三\4点测温元件管道安装原则

测量流动介质（管道内）温度时，应保证传感器与介质充分接触，与被测介质成逆流状态（