储运仪表自动化课件习题整理资料.ppt

1、油气储运仪表及自动化 第一章 概述,教材： 石油仪表及自动化王克华编； （或：测量仪表与自动化杜鹃编） 适用专业： 石油加工、石油储运、热能工程、化工机械、石油开采、应用化学、化学工程与工艺等。 主要内容：第一篇 测量仪表 检测 第二篇 控制仪表 调节装置 第三篇 过程控制 自控理论、过程控制,概述,学习本课程的目的和意义: 学习本课程的意义在于： 自动化是一门应用非常广泛的学科：日常生活和工作、工业生产、 军事、航空航天、国民经济调控等领域内都有应用。自动化水平是 一个国家技术先进程度、生产力发达程度的重要标志。 扩大知识面，适应生产现代化需要；扩大就业途径。 生产过程自动化基本概念： 就是

2、在我们所从事的行业中（化工、炼油、石油储运等）与生产过程自动化结合起来，也即在上述这些连续性生产设备上，配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使 生产在不同程度上自动地进行。 实现化工自动化的目的是： 加快生产速度，降低生产成本，提高产品数量和质量； 降低劳动强度，改善劳动成本； 确保生产安全,本课程主要内容 举例,A、液位的人工控制过程,B、自动控制过程,液位计+人眼（观测） ：检测仪表 大脑 （思考、计算、运算）：控制器 手+手动阀 （产生动作） ：执行机构 水槽（对象）,液位变送器 电动调节/控制器 自动调节阀 水槽（对象）,可根据工艺需要添加显示、报警等装置,章节内容,第一节

3、 测量过程及测量误差 测量的概念、方法、测量误差 第二节 测量仪表的品质指标 精度、灵敏度、变差、动态特性 第三节 测量仪表的分类与组成 仪表的组成、安全防爆知识 要求： 1.掌握测量误差、仪表的性能及计算； 2.了解测量方法、仪表组成及分类。,第一节 测量过程及测量误差,一、测量的概念 测量：采用实验方法，借助专用设备，将被测量A与其单位标准量Ux比较，求得被测量数值g大小的过程。 式中 A被测值；Ux测量单位； g测量值，即被测量与所选测量单位的比值。 二、测量方法 测量方式 直接：米尺、普通温度计等 间接：推导y=f(x1,x2 ),如求体积 接触方式 接触式：水银温度计 非接触式：红外

4、、超声波、放射线,平衡方式 零位式：天平 偏差式：指针式电流表 三、测量误差及处理 误差的概念： 误差分类： 按误差表示方式分： （1）绝对误差： 反应误差的大小和正负 （2）相对误差： 反应测量结果的可信度,测量误差仪表测得的测量值 与被测真值 之差,*在理论上，真值无法真正被获取的，故测量误差就是指检测仪表（精度较低）和标准表（精度较高）在同一时刻对同一被测变量进行测量所得到的2个读数之差。 即：,x0标准表读数,（3）引用误差： 反应测量仪表的可信度 Xmax-Xmin为仪表的量程，即测量范围的上下限之差。 按误差规律分： （1）系统误差：相同条件下多次测量同一量时，误差值固定或按规律变

5、化。 原因：仪表质量问题、条件改变或可控原因。 消除：调零、修正、补偿法。 （2）随机误差：相同条件下测量同一量时，误差值不可预见、随机变化。 原因：由无法控制的偶然因素造成。 消除：多次测量求平均值。 （3）疏忽误差：误差较大且违反常规 的误差。 原因：人为疏忽（操作、读数、记录）。 消除：凡超过 的误差，予以剔除。,第二节 测量仪表的品质指标,一、精确度及精度等级 一台测量范围01000kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差10kPa(在整个量程范围内)，另一台测量范围0400kPa的压力测量仪表，其最大绝对误差5kPa， 请问哪一台压力检测仪表的精度更高？,虽然后者的最大绝对误差较小，但这

6、并不说明后者较前者精度高。如何衡量？,在自动化仪表中，通常是以最大引用误差来衡量仪表的精确度 定义仪表的精度等级。,由于仪表的绝对误差在测量范围内的各点上是不相同的，因此在工业上通常将绝对误差中的最大值，即把最大绝对误差折合成测量范围的百分数表示，称为最大引用误差:,1.5,精度等级数值越小，表示仪表的精确度越高。 精度等级数值小于等于0.05的仪表通常用来作为标准表，而工业用表的精度等级数值一般大于等于0.5。,精确度（简称精度）是精密度和准确度的综合，表示正常使用条件下所得结果的可靠程度。 允许引用误差：简称允许误差，是仪表出厂时所规定的引用误差的最大允许值。 把仪表允许引用误差去掉“”号

7、和“”号，便可以用来确定仪表的精度等级。 目前，按照国家统一规定所划分的仪表精度等级有： 0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.25，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。 所谓的0.5级仪表，表示该仪表允许的最大引用误差为0.5，以此类推。 精度等级一般用一定的符号形式表示在仪表面板上：,例1：某压力变送器测量范围为0400kPa，在校验该变送器时测得的最大绝 对误差为-5kPa，请确定该仪表的精度等级。,解：先求最大引用误差,去掉和%为1.25，因该仪表误差超过了（）1.0级仪表所允许的最大误差 故该变送器精度等级为1.5级,例2：根据工艺要求选择一测量范围为04

8、0m3/h的流量计，要求测量误差不 超过0.5 m3/h，请确定该仪表的精度等级。,解：同样，先求最大引用误差,若选择1.5级仪表其1.5%，超过了工艺允许值测量误差 故该流量计必须选择1.0级的流量计,结论： 工艺要求的允许误差 仪表的允许误差 校验所得到的最大引用误差,根据仪表校验数据确定仪表等级,根据工艺要求确定仪表等级,二、灵敏度及分辨率 1、灵敏度 增加灵敏度不能提高精度，仪表刻度分格值 2、灵敏限,是表征检测仪表对被测量变化的灵敏程度，它是指仪表输出变化量和输入变化量之比，即,灵敏度y/x,指针式仪表,能引起仪表指针发生位移变化的被测参数的最小变化量。 它也是灵敏度的一种反映。,3

9、、分辨力 在最低量程上，最末一位数字改变一个字表示的物理量。 4、分辨率 指数字仪表显示的最小数值与最大数值之比。 关系：分辨率=分辨力/最低量程 例：液位仪表,最小测量范围099.99m，最小显示0.01m,则分辨率0.01/99.99=0.01%；分辨力为0.01m,数字式仪表,三、变差 在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对被测变量在全量程范 围内进行正反行程（即逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时， 对应于同一被测值的仪表输出可能不等，二者之差的绝对值即为 变差。 变差大小一般采用最大引用 误差形式表示，即 仪表的变差不能超过仪表的允许误差，否则 及时检修 变差产生原因： 传动机构间隙和

10、摩擦力、 弹性元件滞后等,四、动态特性 仪表动态特性是指测量随时间变化时，仪表指示值跟随被测量随时间变化的特性。,第三节 测量仪表的分类与组成,一、测量仪表的分类 按所测参数不同： 压力测量仪表、流量测量仪表、液位测量仪表、 温度测量仪表、成分分析仪表。 按仪表示数方式： 指示型仪表、记录型仪表、自力式仪表。 按仪表能源不同： 电动仪表、气动仪表、液动仪表。,二、测量仪表的组成 检测部分：感受被测变量，利用某物理效应，转换成其他信号形式。 变换部分：将检测元件输出信号放大、转换、处理（补偿、线性化等）。 显示部分：以指针、记录笔、文字图像形式显示出被测量大小。 传感器：又称为检测元件或敏感元件

11、，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如mV、V、mA、Hz、位移、力等等。 变送器：由于传感器的输出信号种类很多，且信号往往很微弱，一般都需要经过变送环节的进一步处理，把传感器的输出转换成如010mA、420mA等统一标准的模拟量信号或者满足特定标准的数字量信号，这种检测仪表称为变送器。 如：1151系列；ST3000(霍尼韦尔) 、罗斯蒙特3051。 有时将传感器称为 一次仪表 ；将变送器和显示装置称为 二次仪表。,检测仪表结构形式 （1）开环式结构 输出与输入的关系：y = k1*k2*k3*x =Kx 仪表性能与各环节性能有关，仪表无法获

12、得较高性能。,三、安全防爆基本知识,重点： 爆炸性物质的划分、爆炸性环境的划分、 防爆电气仪表的防爆形式和选择、 本质安全设备与系统的相关知识,补充：仪表防爆,防爆问题很复杂 简单介绍 目的：有所认识 主要针对电动仪表,爆炸性物质：气体、蒸汽、薄雾、粉尘或纤维状的易燃物质与空气 混合，点燃后燃烧将在整个范围内传播的混合物称 危险场所：具有爆炸性物质的周围空间称为具有不同程度爆炸危险 的场所，简称.,1、防爆的基本知识：,用于危险场所的仪表与控制系统，必须具有防爆性能。 气动仪表：本质上来说具有防爆性能 电动仪表：必须采取必要的防爆措施才具有防爆性能,类：工厂用电气设备,根据国标GB3836.1

13、规定，防爆的电气设备分为两类：,类：为煤矿井下用防爆电气设备,类防爆电气设备又分8中类型：,防爆仪表的分级和分组：,在爆炸性气体或蒸汽中使用的仪表，引起爆炸主要有两方面原因： 1、仪表产生能量过高的电火花或仪表内部故障产生的火焰通过表壳的缝隙引燃仪表外的气体或蒸汽； 2、过高的表面温度 因此，根据上述两个方面对II类（工厂用）防爆仪表进行了分级和分组，规定其适用范围。,（1）按最大试验安全间隙分级：,（2）按最小点燃电流比分级,在规定的标准实验条件下，调节最小点燃电流，以甲烷的最小点燃电流为标准 定为1.0，其他物质的最小点燃电流与之比较，得出最小点燃电流比（MICR）为：某物质的最小点燃电流

14、比=某物质的最小点燃电流/甲烷最小点燃电流 。 按爆炸性气体、蒸汽的最小点燃电流比，可分等级： 无级： MICR=1.0级为甲烷，作为起始点,在规定的标准试验条件下，火焰不能传播的最大间隙称为最大试验安全间隙（MESG）按爆炸性气体、蒸汽的最大试验安全间隙可分为以下几级： 无级： MESG=1.14mm为甲烷，作为起始点,由此可见，爆炸性气体、蒸汽的最大安全间隙越小，最小点燃电流也越小。,或MESG,（3）爆炸性物质的分组,爆炸性物质按引燃温度分组：（在没有明火源的条件下，不同物质加热引燃所需要的温度是不同的，因为自燃点不同）,按引燃温度可分为六组，如表：,用于不同组别的防爆电器设备，其表面允

15、许最高温度各不相同，不可随便混用。,仪表的最高表面温度 = 实测最高表面温度-实测时环境温度+规定最高环境温度,防爆仪表的防爆标志为“Ex”； 仪表的防爆等级标志的顺序为：防爆型式、类别、级别、温度组别。 过程控制仪表常见的防爆等级有iaIICT5 (iaIICT6)和dIIBT3二种。 前者表示II类本质安全型ia等级C级T5组；后者表示II类隔爆型B级T3组。 * 防爆仪表的分级与分组，与易燃易爆气体或蒸汽的分级和分组是相对应的。 易爆性气体或蒸汽级别和组别一览表,防爆仪表的标志：,措施：防爆壳体耐压大于10个工业大气压；壳体表面温升小， 不能在通电运行的情况下打开表壳进行检修或调校。,电

16、动控制仪表、装置主要采用隔爆型防爆措施和本质安全型防爆措施.注：防爆措施不同器防爆性能也不同，适合应用的危险场所也不同,2、电动仪表的防爆：,隔爆型电动控制仪表、装置：,隔爆又称耐压防爆，它把能点燃爆炸混合物的仪表部件封闭在一个外壳内， 该外壳特别牢固，能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力，并阻止向壳外的 爆炸性混合物传爆。这就是说，隔爆型仪表的壳体内部是可能发生爆炸的， 但不会传到壳体外面来，因此这种仪表的各部件的接合面，如仪表盖的螺 纹圈数，螺纹精度，零点，量程调整螺钉和表壳之间，变送器的检测部件 和转换部件之间的间隙，以及导线口等，都有严格的防爆要求。,特点：仪表电路与接线端子置于防爆壳体内

17、； 但揭开表壳就失去了防爆性能,1151系列变送器属隔爆型,本质安全型电动控制仪表、装置：,又分： ia等级：在正常工作，及电路中存在一个故障或两个故障时，均不能点燃爆炸 性气体混合物。在ia型电路中，工作电流被限制在100mA以下 ib等级：在正常工作状态下，以及电路中存在一个故障时，不能点燃爆炸性 气体混合物。在ib电路中，工作电流被限帛在150mA以下。 从本质安全角度讲，ib型仪表适用于煤矿井下，ia型仪表适用于工厂。,本质安全型防爆仪表又叫安全火花型防爆仪表，简称：本安仪表,特点：在正常情况或规定的故障状态下产生的电火花和达到的温度都不会引燃 爆炸性混合物。其防爆性能，不是采用通风、

18、充气、充油、隔爆等外部措施实 现的，而是由电路本身实现的，因而是本质安全的。它能适用于一切危险场所 和一切爆炸性气体、蒸气混合物，并可以在通电的情况下进行维修和调整。 但，它不能单独使用必须和本安关联设备（安全栅）、外部配线一起组成本 安电路，才能发挥防爆功能。,措施： 仪表采用低的工作电压和小的工作电流； 对处于危险场所的电路，选择适当的电阻、电容、电感元件借以限制电 火花能量,2、控制系统的防爆措施：,要使整个测量或控制系统的防爆性能符合安全火花防爆要求，必须满足：,在危险场所使用安全火花型的防爆仪表； 在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅,安全栅作用： 限制由控制室至现场的能量,安全栅,安全栅,要真正实现安全火花防爆，必须做到： 1.必须正确地安装安全栅和布线。 （1）安全栅必须有良好的接地。 （2）安全栅的输入、输出端的接线，应该分别布设，不能走同一条线槽。 （3）对由安全栅通向现场仪表的信号线的分布电容和分布电感有一定的限制。 （4）因为信号线与穿线管管壁之间存在的分