儀表專業(yè)現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識.ppt

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1、現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,1,儀表基礎(chǔ)知識,目 錄,第一章、儀表基礎(chǔ)知識 第二章、溫度測量儀表 第三章、壓力測量儀表 第四章、流量測量儀表 第五章、物位測量儀表 第六章、過程分析儀表 第七章、執(zhí)行機構(gòu)和控制閥 第八章、DCS系統(tǒng)介紹,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,3,一、基本概念 1、過程參數(shù)檢測基本概念,過程參數(shù)檢測-指連續(xù)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位和成分等參數(shù)的檢測。 檢測儀表-將檢測元件、變送器及顯示裝置統(tǒng)稱為檢測儀表。 一次儀表-一般為將被測量轉(zhuǎn)換為便于計量的物理量所使用的儀表。 二次儀表-將測得的信號變送轉(zhuǎn)換為可計量的標(biāo)準電、氣信號并顯示的儀表。即包括變送器和顯示裝置。,第一章 儀表基礎(chǔ)知識,現(xiàn)

2、場儀表基礎(chǔ)知識,4,測量過程-利用一個已知的單位量(即標(biāo)準量)與被測的同類量進行比較的過程，即用儀器獲取數(shù)據(jù)各方面信息的過程。 測量誤差-在測量過程中測量結(jié)果與被測量的真值之間會有一定的差值。它反映了測量結(jié)果的可靠程度。,2、測量過程與測量誤差,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,5,按誤差的數(shù)值表示來分，分為絕對誤差、相對誤差和引用誤差 絕對誤差-指測量結(jié)果與被測量的真值之差。 相對誤差-指絕對誤差與真值或測量值之百分比。 引用誤差-指絕對誤差與測量范圍上限值或測量 儀表量程的比值，以百分數(shù)表示。工 業(yè)儀表通常用引用誤差來表示儀表的 準確程度。,3、測量誤差的分類,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,6,按誤差出現(xiàn)的規(guī)律來分，

3、可分為系統(tǒng)誤差、隨機誤差和疏忽誤差。 系統(tǒng)誤差-指測量儀表本身或其他原因(如零點沒有調(diào)整 好等)引起的有規(guī)律的誤差。 隨機誤差-指在測量中所出現(xiàn)的沒有一定規(guī)律的誤差。 疏忽誤差-指觀察人員誤讀或不正確使用儀器與測試方 法等人為因素所引起的誤差。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,7,按儀表使用的條件來分，有基本誤差、附加誤差 基本誤差-指儀表在規(guī)定的正常工作條件下所具有的 誤差。 附加誤差-指儀表超出規(guī)定的正常工作條件時所增加 的誤差。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,8,檢測與過程控制儀表最通用的分類，是按儀表在測量與控制系統(tǒng)中的作用進行劃分，一般分為檢測儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)（控制）儀表和執(zhí)行器4大類。 檢測儀表根據(jù)被測

4、變量分為：壓力儀表、溫度儀表、流量儀表、物位儀表、成分分析儀表。,4、儀表分類,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,9,儀表分類表,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,10,在工程上儀表性能指標(biāo)通常用準確度（又稱精度）、變差、靈敏 度來描述。儀表工校驗儀表通常也是調(diào)校精確度、變差和靈敏度三項。 1、準確度和準確度等級 儀表精確度：簡言之就是儀表測量值接近真值的準確程度，通常用相對百分誤差（也稱相對折合誤差）表示。 準確度等級：在工業(yè)測量中，為了便于表示儀表的質(zhì)量，通常用準確度等級來表示儀表的準確程度。準確度等級就是最大引用誤差去掉正、負號及百分號。準確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)。我國工業(yè)儀表等級一般劃分為0.1、0.2、

5、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七個等級。 儀表準確度習(xí)慣上稱精度，準確度等級習(xí)慣上稱為精度等級,二、儀表主要性能指標(biāo),現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,11,2、變差 變差:是指儀表被測變量（可理解為輸入信號）多次從不同方向達到同一數(shù)值時，儀表指示值之間的最大差值，或者說是儀表在外界條件不變的情況下，被測參數(shù)由小到大變化（正向特性）和被測參數(shù)由大到小變化（反向特性）不一致的程度，兩者之差即為儀表變差。變差大小取最大絕對誤差與儀表標(biāo)尺范圍之比的百分比。 變差產(chǎn)生的主要原因:是儀表傳動機構(gòu)的間隙，運動部件的摩擦，彈性元件滯后等。取勝著儀表制造技術(shù)的不斷改進，特別 是微電子技術(shù)的引入，許多儀表全電子化了，無

6、可動部件，模擬儀表改為數(shù)字儀表等等，所以變差這個指標(biāo)在智能型儀表中顯得不那么重要和突出了。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,12,3、靈敏度 靈敏度:是指儀表對被測參數(shù)變化的靈敏程度，或者說是對被測的量變化的反應(yīng)能力，是在穩(wěn)態(tài)下，輸出變化增量對輸入變化增量的比值. 靈敏度有時也稱“放大比”，也是儀表靜特性貼切線上各點的斜率。增加放大倍數(shù)可以提高儀表靈敏度，單純加大靈敏度并不改變儀表的基本性能，即儀表精度并沒有提高，相反有時會出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，造成輸出不穩(wěn)定。儀表靈敏度應(yīng)保持適當(dāng)?shù)牧俊?然而對于儀表用戶，諸如化工企業(yè)儀表工來講，儀表精度固然是一個重要指標(biāo)，但在實際使用中，往往更強調(diào)儀表的穩(wěn)定性和可靠性，因為化工企

7、業(yè)檢測與過程控制儀表用于計量的為數(shù)不多，而大量的是用于檢測。另外，使用在過程控制系統(tǒng)中的檢測儀表其穩(wěn)定性、可靠性比精度更為重要。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,13,4、復(fù)現(xiàn)性（又叫重復(fù)性）,測量復(fù)現(xiàn)性（重復(fù)性）:是在不同測量條件下，如不同的方法，不同的觀測者，在不同的檢測環(huán)境對同一被檢測的量進行檢測時，其測量結(jié)果一致的程度。測量復(fù)現(xiàn)性必將成為儀表的重要性能指標(biāo)。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,14,5、穩(wěn)定性,在規(guī)定工作條件內(nèi)，儀表某些性能隨時間保持不變的能力稱為穩(wěn)定性（度）。儀表穩(wěn)定性是化工企業(yè)儀表工十分關(guān)心的一個性能指標(biāo)。由于化工企業(yè)使用儀表的環(huán)境相對比較惡劣，被測量的介質(zhì)溫度、壓力變化也相對比較大，在這種環(huán)境

8、中投入儀表使用，儀表的某些部件隨時間保持不變的能力會降低，儀表的穩(wěn)定性會下降。徇或表征儀表穩(wěn)定性現(xiàn)在尚未有定量值，化工企業(yè)通常用儀表零漂移來衡量儀表的穩(wěn)定性。儀表投入運行一年之中零位沒有漂移，相反儀表投入運行不到3個月，儀表零位就變了，說明儀表穩(wěn)定性不好。儀表穩(wěn)定性的好壞直接關(guān)系到儀表的使用范圍，有時直接影響化工生產(chǎn)，儀表穩(wěn)定性不好造成的影響往往比儀表精度下降對化工生產(chǎn)的影響還要大。儀表穩(wěn)定性不好儀表維護量也大，是儀表工最不希望出現(xiàn)的事情。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,15,6、可靠性,儀表可靠性是化工企業(yè)儀表工所追求的另一重要性能指標(biāo)?？煽啃院蛢x表維護量是相反相成的，儀表可靠性高說明儀表維護量小，反之

9、儀表可靠性差，儀表維護量就大。對于化工企業(yè)檢測與過程控制儀表，大部分安裝在工藝管道、各類塔、釜、罐、器上，而且化工生產(chǎn)的連續(xù)性，多數(shù)有毒、易燃易爆的環(huán)境，這些惡劣條件給儀表維護增加了很多困難，一是考慮化工生產(chǎn)安全，二是關(guān)系到儀表維護人員人身安全，所以化工企業(yè)使用檢測與過程控制儀表要求維護量越小越好，亦即要求儀表可靠性盡可能地高。 隨著儀表更新?lián)Q代，特別 是微電子技術(shù)引入儀表制造行業(yè)，使儀表可靠性大大提高。儀表生產(chǎn)廠商對這個性能指標(biāo)也越來越重視，通常用平均無故障時間MTBF來描述儀表的可靠性。一臺全智能變送器的MTBF比一般非智能儀表如電動變送器要高10倍左右，它可高達100390年。,現(xiàn)場儀表

10、基礎(chǔ)知識,16,三、儀表位號的表示方法 1、儀表位號的組成 在測量、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個回路的每一個儀表都有自己的儀表位號，儀表位號由字母代號和回路編號兩部分組成。第一個字母表示被測變量，后繼字母表示儀表的功能；回路編號可以按裝置或工段（區(qū)域）進行編制，一般用三至五位數(shù)字表示，如下例所示：,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,17,2、被測變量和儀表功能的字母代號,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,18,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,19,一、 基本概念 溫度：反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過 程相聯(lián)系。 溫度概念的建立及測量：以熱平衡為基礎(chǔ)的， 溫度最本質(zhì)的性質(zhì)：當(dāng)兩個冷熱程度不同的物體接觸后就會產(chǎn)生 導(dǎo)熱換熱，換熱結(jié)

11、束后兩物體處于熱平衡狀態(tài)，則它們具有相同的溫度。 而用來量度物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺叫溫標(biāo)。它規(guī)定了溫度的讀數(shù)起點（零點）和測量溫度的基本單位。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國際實用溫標(biāo)。,第二章、溫度測量儀表,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,20,華氏溫標(biāo)（F）規(guī)定：在標(biāo)準大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等分，每等份為華氏1度，符號為F。 攝氏溫度（）規(guī)定：在標(biāo)準大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等分，每等份為攝氏1度，符號為。 攝氏溫度值t和華氏溫度值tF有如下關(guān)系： 熱力學(xué)溫標(biāo)又稱開爾文溫標(biāo)，或稱絕對溫標(biāo)，它規(guī)定分子運動停止

12、時的溫度為絕對零度，記符號為K。 熱力學(xué)溫度T（K）與攝氏溫度t的關(guān)系是：T（K）=273.15+t()。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,21,二、溫度測量儀表的分類,按使用的測量范圍分 常把測量600以上的測溫儀表叫高溫計；測量600以下的測溫儀表叫溫度計 按用途分 標(biāo)準儀表和實用儀表 按工作原理分 分為膨脹式溫度計、壓力式溫度計、熱電偶溫度計、熱電阻溫度計和輻射高溫計五類 按測量方式分 分為接觸式與非接觸式兩大類。前者測溫元件直接與被測介質(zhì)接觸，這樣可以使被測介質(zhì)與測溫元件進行充分地?zé)峤粨Q而達到測溫目的；后者測溫元件與被測介質(zhì)不接觸，通過輻射或?qū)α鲗崿F(xiàn)熱交換來達到測溫的目的。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,22,

13、1、接觸式測溫 溫度敏感元件與被測對象接觸，經(jīng)過換熱后兩者溫度相等。 (1) 膨脹式溫度計 (2) 熱電阻溫度計 (3)熱電偶溫度計 (4)其他原理的溫度計,直觀、可靠，測量儀表也比較簡單,特點,2、非接觸測溫 溫度敏感元件不與被測對象接觸，而是通過輻射能量進行熱交換，由輻射能的大小來推算被測物體的溫度。 (1) 輻射式溫度計 (2) 紅外線溫度計：,特點,不與被測物體接觸，不破壞原有的溫度場。精度一般不高。,缺點：由于測溫元件與被測對象必須經(jīng)過充分的熱交換且達到平衡后才能測量，這樣容易破壞被測對象的溫度場，同時帶來測溫過程的延遲現(xiàn)象，不適于測量熱容量小的對象、極高溫的對象、處于運動中的對象。

14、 不適于直接對腐蝕性介質(zhì)測量。,缺點：容易受到外界因素的干擾，測量誤差較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格比較昂貴。,紅外線溫度計,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,23,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,24,1、應(yīng)用熱膨脹原理測溫,測量原理,物體受熱時產(chǎn)生膨脹,液體膨脹式溫度計,固體膨脹式溫度計,玻璃管溫度計,雙金屬溫度計,三、工業(yè)常用溫度檢測儀表,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,25,2、膨脹式溫度計,雙金屬片,雙金屬片溫度計,雙金屬溫度信號器 1-雙金屬片 2-調(diào)節(jié)螺釘 3-絕緣子 4-信號燈,感溫元件:兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起而制成的.,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,26,3、壓力式溫度計,利用密閉系統(tǒng)中的液體、氣體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱

15、后體積膨脹或壓力變化這一原理而制成的，并用壓力表來測量這種變化，從而測得溫度,工作介質(zhì)是氣體、液體或蒸氣 簡單可靠、抗振性能好，具有良好的防爆性 動態(tài)性能差，示值的滯后較大，不能測量迅速變化的溫度,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,27,4、雙金屬溫度計 雙金屬溫度計屬于固體膨脹式溫度計。雙金屬溫度計中的感溫元件是用兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片疊焊在一起而制成的。雙金屬片受熱后，由于兩金屬片的膨脹長度不同而產(chǎn)生彎曲，溫度越高產(chǎn)生的線膨脹長度差就越大，因而引起彎曲的角度就越大。雙金屬溫度計就是基于這一原理而制成的，它是用雙金屬片制成螺旋形感溫元件，外加金屬保護套管，當(dāng)溫度變化時，螺旋的自由端便圍繞著中心軸旋轉(zhuǎn)，同

16、時帶動指針在刻度盤上指示出相應(yīng)的溫度數(shù)值。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,28,雙金屬溫度計是一種測量中 低溫度的現(xiàn)場檢測儀表?？?以直接測量各種生產(chǎn)過程中 的-80+500范圍內(nèi)液體 、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。 特點 現(xiàn)場顯示溫度，直觀方便； 安全可靠，使用壽命長； 多種結(jié)構(gòu)形式。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,29,雙金屬溫度計的型號命名 WSS -ABCD W 溫度儀表 S 金屬膨脹式 S 感溫元件雙金屬片 A 表殼公稱直徑：3-60; 4-100; 5-150; B 結(jié)構(gòu)形式:0-軸向（直型）;1徑向（角型）;8萬向 （可調(diào)角型） C 安裝固定裝置：0-無固定裝置; 1-可動外螺紋; 2-可動內(nèi)螺紋; 3- 固定

17、螺紋; 4-固定法蘭;5-卡套螺紋;6-卡套法蘭 D F-防護型：O-電接點型；MO-大電流型；EX-防爆型；,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,30,5、熱電阻 熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測器。 它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準的基準儀。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,31,應(yīng)用熱電阻原理測溫,導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化,測量原理,熱電阻溫度計適用于測量-200500范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度；具有遠傳、自動記錄和實現(xiàn)多點測量等優(yōu)點。熱電阻輸出信號大，測量準確,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,32,什么是RTD? Resistance T

18、emperature Detector 鉑線電阻的變化近于理想曲線 IEC 751,電 阻( 歐 姆),溫 度 (oC),電阻與溫度 國際通用關(guān)系圖:,IEC 751,IEC751,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,33,熱電阻測溫原理及材料： 熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外，現(xiàn)在已開始采用銠、鎳、錳等材料制造熱電阻。 熱電阻測溫系統(tǒng)的組成： 熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和溫度控制顯示表等組成。必須注意兩點：“熱電阻和溫度控制顯示表的分度號必須一致；為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采取三線制接法?！?/p>

19、 常用工業(yè)熱電阻包括： 鎧裝熱電阻、裝配熱電阻、防爆熱電阻,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,34,4- 線 RTD,為什么使用2-, 3-,或4- 線 RTD? 2- 線: 成本最低 - 使用極少，因為引線電阻的誤差很大 3- 線: 成本/性能比適中. 引線補償良好. 4- 線: 理論上最好的引線補償方法(完全補償); 精度最高，成本最高.,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,35,常見故障原因及處理,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,36,熱電偶、熱電阻的選用 選用原則：較高溫度熱電偶 中低溫區(qū)熱電阻 一般以500為分界，但不絕對,原因有兩點： (1)在中低溫區(qū)，熱電偶輸出的熱電勢很小，對測量儀表放大器和抗干擾要求很高。 (2)由于參比端

20、溫度變化不易得到完全補償，在較低溫度區(qū)內(nèi)引起的相對誤差就很突出。 另外，還應(yīng)注意工作環(huán)境，如環(huán)境溫度、介質(zhì)性質(zhì)（氧化性、還原性、腐蝕性）等，選擇適當(dāng)?shù)谋Ｗo套管、連接導(dǎo)線等。,6、 熱電偶,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,37,熱電偶溫度計是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表。它的結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、使用方便、測溫準確可靠，信號便于遠傳、自動記錄和集中控制，因而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為普遍。,過程溫度,熱端,DT,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,38,熱電偶測溫原理： 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B 焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如圖所示。 當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個接點1和2之間存在溫 差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路 中形成一定

21、大小的電流，這種現(xiàn)象稱為熱電 效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的 。,閉和回路總電勢,A,B,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,39,閉合回路中總熱電勢,熱電勢E(t,t0）等于熱電偶兩接點熱電勢的代數(shù)和,當(dāng)A、B材料固定后，如果t0保持不變,則eAB(t0)為常數(shù)，有：,測出EAB(t,t0)就可以測算出t,分 度 表,如果能使冷端溫度t0 固定，則總電勢就只與溫度t成單值函數(shù)關(guān)系,分度表-熱電勢與熱端溫度之間 關(guān)系列成表格,注：熱電勢與熱端溫度之間 關(guān)系是非線性,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,40,熱電偶分類 名稱 分度號 測量范圍/ 鎳鉻-考銅 E -200900 鐵-康銅 J -200750 銅-康銅 T -2

22、00350 鎳鉻硅-鎳鉻 N -2001300 鎳鉻-鎳硅 K -2001300 鉑銠10-鉑 S 01300 鉑銠13-鉑1 R 01300 鉑銠30-鉑6 B 01800,熱電偶溫度計組成： 熱電偶(感溫元件)；測量顯示儀表；連接熱電偶和測量顯示儀表的導(dǎo)線（補償導(dǎo)線）。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,41,熱電偶補償導(dǎo)線 補償導(dǎo)線是用來將熱電偶冷端（參比端）延伸到溫度恒定的地方與顯示儀表相連的一種導(dǎo)線。 熱電偶類型 補償導(dǎo)線類型 合金材料 + - 鎳鉻-考銅 鎳鉻-考銅 鎳鉻 考銅 鐵-康銅 鐵-康銅 鐵 康銅 銅-康銅 銅-康銅 銅 康銅 鎳鉻-鎳硅 銅-康銅 銅 康銅 注意：不同型號的熱電偶配相應(yīng)

23、的補償導(dǎo)線。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,42,熱電阻、熱電偶實物圖,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,43,常見故障原因及處理,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,44,一、基本概念,在物理概念中，壓力是垂直作用在單位面積上的力。是工業(yè)生產(chǎn)中的重要參數(shù)之一，在壓力測量中，常有絕對壓力、表壓力、負壓力和真空度之分。所謂絕對壓力是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號Pj表示。地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用Pq來表示。絕對壓力與大氣壓力之差，稱為表壓力，有Pb來表示。即Pb=Pj-Pq。當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值，稱為真空度，用Pz來表示。,P表,P真,P絕,P絕,

24、絕對壓力的零線,大氣壓力線,絕對壓力、表壓、（真空度）的關(guān)系,第三章 壓力檢測儀表,P=F/A P = 壓力 F = 力 A = 面積,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,45,在壓力測量中，常用絕對壓力、表壓力、負壓力或真空度之分。 絕對壓力 是指被測介質(zhì)作用在容器單位面積上的全部壓力，用符號pj表示。用來測量絕對壓力的儀表稱為絕對壓力表。 表壓力 地面上的空氣柱所產(chǎn)生的平均壓力稱為大氣壓力，用符號pq表示。用來測量大氣氣壓力的儀表叫氣壓表。絕對壓力與大氣壓力之差。稱為表壓力，用符號pb表示。即pb=pj-pq。 負壓力或真空度 當(dāng)絕對壓力值小于大氣壓力值時，表壓力為負值（即負壓力），此負壓力值的絕對值，稱為

25、真空度，用符號pz表示。用來測量真空度的儀表稱為真空表。既能測量壓力值又能測量真空度的儀表叫壓力真空表。,1、絕對壓力、表壓力、負壓力,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,46,2 壓力常用單位轉(zhuǎn)換,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,47,二、壓力的測量與壓力計的選擇 1、 壓力的測量 壓力測量原理可分為液柱式、彈性式、電阻式、電容式、電感式和振頻式等等。壓力計從結(jié)構(gòu)上可分為實驗室型和工業(yè)應(yīng)用型。壓力計的品種繁多，因此根據(jù)被測壓力對象很好的選用壓力計就顯得十分重要,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,48,2、壓力表的選擇 根據(jù)用途選擇就地壓力指示、遠距離壓力顯示及多點壓力測量 應(yīng)根據(jù)被測壓力的種類（正壓、負壓或壓差）、被測介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)

26、（腐蝕等）和用途（是否遠傳）以及生產(chǎn)過程所提的技術(shù)要求，本著既要滿足測量準確度，又經(jīng)濟的原則，合理地選擇壓力表的型號、量程和精度等級。 為了保護壓力表，一般在被測壓力較穩(wěn)定的情況下，其最高壓力值不應(yīng)超過儀表量程的2/3；若被測壓力波動較大，其最高壓力值應(yīng)低于儀表量程的1/2。 為了保證實際測量的精度，被測壓力的最小值不應(yīng)小于儀表量程的1/3。 對某些特殊的介質(zhì)，如氧氣、氨氣等有專用的壓力表。 在測量一般介質(zhì)時，壓力在-40040kPa時，宜選用膜盒式壓力表；40kPa以上，宜選用彈簧管壓力表或波紋管壓力表；-1MPa02.4MPa時，宜選用壓力真空表。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,49,三、 常用壓力測

27、量儀表,1、液柱式壓力計 原理：液柱式測壓儀表是根據(jù)流體靜力學(xué)原理，利用液柱所產(chǎn)生的壓力與被測壓力平衡，并根據(jù)液柱高度來確定被測壓力大小的壓力計。 用途：液柱式壓力計多用于測量低壓、負壓和壓力差。 結(jié)構(gòu)：U型管壓力計、單管壓力計和斜管微壓計。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,50,2、 就地壓力表 彈簧管式壓力表 工作原理：這是一個單圈彈 簧管壓力表，內(nèi)有一根270度 的彈簧管。受力后自由端發(fā) 生位移， 壓力成正比，經(jīng)過 機械轉(zhuǎn)換后可從表盤上反映 出壓力值。 選用壓力表時，最大工作壓 力不應(yīng)超過量程上限的2/3 校驗周期：6個月 結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，使用方便，價格低廉，精度很好， 測量范圍寬（幾百帕上千兆帕

28、）?？稍黾痈郊友b置，如 控制元件等，實現(xiàn)壓力的遠傳、報警等。 安裝時應(yīng)注意： 取壓口應(yīng)與工質(zhì)流速方向垂直，與設(shè)備內(nèi)壁平齊，不應(yīng)有突出物和毛刺； 防止儀表感受件與高溫或有害的被測介質(zhì)直接接觸，測量高溫蒸氣時在表計前要裝設(shè)冷凝盤；測量含塵氣體時表計前應(yīng)裝設(shè)灰塵捕集器；測量腐蝕性介質(zhì)時應(yīng)加裝隔離容器；,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,51,3、壓力變送器 通過機械和電氣元件將被測壓力轉(zhuǎn)換成電量 （如電壓、電流、頻率等）。 結(jié)構(gòu)分類：各種壓力傳感器和壓力變送器。 例：電容式壓力變送器 它是由檢測和變送兩個環(huán)節(jié)組成。檢測環(huán)節(jié)感受被測壓力的變化轉(zhuǎn)換成電容量的變化 。變送環(huán)節(jié)則將電容變化量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準電流信號420mA D

29、C輸出。符合HART通信協(xié)議。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,52,定極板,彈性元件,動極板,被測壓力,電容式變送器測量部分工作原理和結(jié)構(gòu) 由絕緣介質(zhì)分開的兩個平行金屬板組成的平板電容器，如果不考慮邊緣效應(yīng)，其電容量為,電容式傳感器可分為變極距型、變面積型和變介質(zhì)型三種類型。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,53,轉(zhuǎn)換部分工作原理 將電容比的變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準輸出的電流信號（4-20mA），同時進行零點調(diào)整、零點遷移、量程調(diào)整、阻尼調(diào)整、線性調(diào)整等。包括測量電路和放大輸出電路兩部分。 測量電路：由振蕩器、解調(diào)器、振蕩控制放大器組成。 將 轉(zhuǎn)換為電流信號Ii. 放大輸出電路:由電流控制放大器、電流轉(zhuǎn)換器、調(diào)零電路、調(diào)量程電路

30、、電流限制器和電壓調(diào)整器組成。 將Ii轉(zhuǎn)換為mA，并有量程調(diào)整零點調(diào)整、零點遷移和電流限制等作用 專用通信設(shè)備：手持器、HART375、HART475、BT200等,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,54,4、差壓變送器 差壓變送器與壓力變送器的區(qū)別是 有兩個取壓點，一個是高壓，一個是低壓。 檢定周期：12個月,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,55,常見故障原因及處理,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,56,一 概述 工業(yè)生產(chǎn)過程中另一個重要參數(shù)就是流量。流量就是單位時間內(nèi)流經(jīng)某一截面的流體數(shù)量。流量可用體積流量和質(zhì)量流量來表示。其單位分別用m3/h、L/h和kg/h等。 流量計是指測量流體流量的儀表，它能指示和記錄某瞬時流體的流量值；計

31、量表（總量表）是指測量流體總量的儀表，它能累計某段時間間隔內(nèi)流體的總量，即各瞬時流量的累加和，如水表、煤氣表等等。,第四章 流量測量儀表,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,57,二、流量儀表分類 速度式流量計-速度式流量儀表以流體流量的流速為測量依據(jù)。 常用單位m3/h、 l/h等 常用儀表葉輪式水表、渦輪流量計、靶式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、渦街流量計、孔板流量計、超聲波流量計、電磁流量計等。 容積式流量計-它以單位時間內(nèi)所排出的流體固定容積的數(shù)目作為測量依據(jù)，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、刮板式流量計和活塞式流量計等等。 質(zhì)量式流量儀表以單位時間內(nèi)所排出的流體的固定容積的數(shù)目為測量依據(jù)。 常用單位t/h、 Kg

32、/h等 常用品牌艾默生、橫河、E+H,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,58,三、常用流量測量儀表 1、 差壓式流量計 差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中節(jié)流裝置產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和節(jié)流裝置與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。 節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是目前煉油、化工生產(chǎn)中使用最廣的一種流量測量儀表。 節(jié)流裝置中，應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘里管和文丘里噴嘴。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,59,返回目錄,差壓式流量計,節(jié)流裝置與差壓變送器配套測量流體的流量，是目前使用最廣的一種流量測量儀表。在管道中流動的流體具有動能和位能，在一定條件下這兩種能量可以相互轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。節(jié)流元件測量

33、流量就是利用這個原理來實現(xiàn)的。在節(jié)流裝置中，應(yīng)用最多的是孔板、噴嘴、文丘利管等。 根據(jù)能量守恒定律及流體連續(xù)原理，節(jié)流裝置的流量公式可以寫成： Q=kP,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,60,孔板流量計 測量原理：當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)孔板時，將產(chǎn)生局部收縮，流束集中，流速增加，靜壓力降低，于是在孔板前后產(chǎn)生一個靜壓力差，該壓力差與流量存在著一定的函數(shù)關(guān)系，流量越大，壓力差就越大。通過導(dǎo)壓管將差壓信號傳遞給差壓變送器，轉(zhuǎn)換成420mA.DC標(biāo)準信號，經(jīng)流量顯示儀，便顯示出管道內(nèi)的瞬時和累積流量。 具有測量精度高，安裝方便，使用范圍 廣、造價低等特點。 廣泛應(yīng)用于各種介質(zhì)的流量測量。 公稱通徑 DN15DN30

34、00（mm）適用介質(zhì) 為各種液體,氣體,飽和蒸汽,過熱蒸汽。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,61,長頸噴嘴 主要應(yīng)用于電力行業(yè)高壓或高溫高壓的場合，裝機容量在50MW以上的主蒸汽、主給水或減溫水等均采用此典型設(shè)計型式，它具有壓損小、壽命長等特點。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,62,文丘里噴嘴 文丘里噴嘴的壓力損失比較小，它 的長度比文丘里管短。 文丘里噴嘴主要用于大口徑、低靜 壓，現(xiàn)場直管段距離很短的氣體流 量測量。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,63,文 丘 里 管 由 三 個 主 要 部 分 組 成 漸 縮 入 口 錐 形 管 該 漸 縮 入 口 錐 形 管逐 漸 減 少 其 管 直 徑 ，并 產(chǎn) 生 壓 力 降 。一 個

35、 高 壓 取 壓 嘴 定 位 于 該 入 口 錐 形 管的 起 始 點 。 喉 部 管 段 入 口 錐 形 管 在 喉 部 結(jié) 束 ，低 壓 取 壓 嘴 定 位 于 此 處 。在 喉 部 流 體 速 度 既 不 增 加 也 不 減 少 。 漸 擴 出 口 錐 形 管 出 口 錐 形 管 的 橫 截面 積 增 加 ，這 使 流 體 能 夠 恢 復(fù) 到 非 常靠 近 它 的 原 來 壓 力 。出 口 錐 形 管 也 消除 氣 穴 ，并 使 摩 擦 損 失 最 小 。,文丘里管流量計,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,64,阿牛巴 阿牛巴流量計（又稱笛形均速管流量計）是根據(jù)皮托管測速原理發(fā)展起來的一種新型差壓流量檢

36、測元件。 阿牛巴流量計輸出為差壓信號，與測量差壓的儀器儀表配套使用，可以準確地測量圓形管道、矩形管道中的多種液體、氣體和蒸汽（過熱蒸汽和飽和蒸汽）。被測管道的尺寸范圍從20mm-3000mm。 它適用于： 氣體輸送和液體輸送,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,65,V錐流量計 錐形流量計是一種新型的可精確測量各種雷諾數(shù)的高精度流量計，可滿足各種介質(zhì)的應(yīng)用條件要求其操作原理同其它各種類型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計由于具有獨一無二的設(shè)計結(jié)構(gòu)，因而性能更優(yōu)。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,66,1、負壓管堵塞 2、正壓管堵塞 3、負壓管漏 4、正壓管漏 5、流向裝反 6、故障處理：關(guān)于正、負導(dǎo)

37、壓管堵塞的處理：使用鋼絲或鐵絲將其堵塞位置暢通，如無法疏通，使用0.3Mpa蒸汽加以沖洗。 關(guān)于流向裝反的故障，將其裝拆開，調(diào)換方向重新安裝即可。,差壓式流量計常見故障分析及處理,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,67,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,68,電磁流量計所依據(jù)的基本理論是法拉 第電磁感應(yīng)定律。當(dāng)導(dǎo)體切割磁力線 運動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 根據(jù)該原理，可測量管內(nèi)流動的導(dǎo)電 流體的體積，導(dǎo)電流體流動的方向與 電磁場的方向垂直，在導(dǎo)管垂直方向 施加一個交變的磁場，并在有絕緣襯 里的導(dǎo)管內(nèi)壁兩側(cè)安裝一對電極，兩 電極的連線既與導(dǎo)管軸線垂直，又與 磁場方向垂直，當(dāng)導(dǎo)電液體流經(jīng)導(dǎo)管 時，因切割磁力線，兩個電極上就產(chǎn)

38、 生感應(yīng)電動勢。,2、電磁流量計,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,69,電磁流量計特點,測量不受液體密度、粘度、溫度、壓力導(dǎo)電率變化的影響 測量管內(nèi)無活動及阻流部件，無壓損、不堵塞，可測量含有纖維、固體顆粒和懸浮物的液體。 儀表反映靈敏，測量范圍寬，流速0.310m/s，導(dǎo)電率5s/cm的導(dǎo)電液體都可測量，量程范圍可以任意選定。 儀表采用了低頻三態(tài)方波勵磁技術(shù)、先進的小信號處理技術(shù)和軟件技術(shù)，故抗干擾性強、精度高 、穩(wěn)定可靠。 儀表不受液體流動方向的影響，正反向安裝均可測量，并安裝方便，對直管段要求不高。 電磁流量計的電極及內(nèi)襯材料耐腐性和耐磨性極好，壽命長?？砂从脩籼厥夤r要求生產(chǎn)電磁流量計。 儀表的耐沖

39、擊、耐振性良好。 儀表不能測量氣體及不導(dǎo)電液體。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,70,安裝注意事項,（1）、變送器應(yīng)安裝于管內(nèi)任何時候均充滿液體的地方，一般應(yīng)垂直、同心、無應(yīng)力安裝，預(yù)防液體流過電極時形成氣泡造成誤差。 （2）、該流量計的信號較為微弱，因而在使用時要特別注意外來干擾對其測量精度的影響。所以變送器的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)線、變送器兩端的管道均需接至單設(shè)的接地點，以免因為電位不等而引入附加干擾。 （3）、應(yīng)安裝于遠離一切磁源和機械振動的地方。 （4）、內(nèi)壁沉積垢層要定期清理，以防電極短路，甚至于無法檢測流量。 （5）、表前、表后要有一定的直管段。（一般前5D、后3D） （6）、表體安裝方向和流體

40、方向保持一致。 （7）、盡可能避免測量管內(nèi)變成負壓。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,71,常見故障以及處理辦法,（1）、流量不穩(wěn)定 a、被測介質(zhì)中兩相存在； b、附近有較大的干擾； c、測量電極老化或損壞； d、測量體接地不好； e、介質(zhì)流量波動大； f、變送單元測量板絕緣性能下降； g、被測介質(zhì)未充滿測量管； h、測量管內(nèi)壁沉積垢層；,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,72,（2）、無流量顯示,a、測量值小于最小流量測量范圍 b、測量電極完全被雜物覆蓋 C、檢查供電電壓。,（3）、流量測量不準確,a、零點、量程未校準 b、流量計的量程與顯示儀表量程不對應(yīng) C、測量電極結(jié)垢。 D、檢查內(nèi)部設(shè)置。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,73,

41、流量檢測儀表,（1）、構(gòu)成：漩渦發(fā)生體、測量探頭和測量線路板。 （2）、工作原理：當(dāng)流體流經(jīng)漩渦發(fā)生體時產(chǎn)生不規(guī)則的漩渦，通過測量探頭檢測漩渦的個數(shù)產(chǎn)生一定的頻率，再通過檢測線路板對頻率整形、放大、轉(zhuǎn)換成標(biāo)準信號。,3、渦街流量計,渦街流量計儀表具有量程寬、精度高、壓力損失小、介質(zhì)通用性好、有與流量成比例的脈沖信號輸出、便于與計算機聯(lián)用等優(yōu)點。渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好和穩(wěn)定性高的特點 。,（3）、渦街流量計的特點,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,74,（4）、安裝要求與使用場合,A、流量計上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)盡可能留有較長的直管段。 彎管：在流量計上游應(yīng)保證10D的直管段長度，下游應(yīng)保證5D直管段長度

42、縮、擴徑管：流量計上游應(yīng)保證10D的直管段長度，下游應(yīng)保證5D的 直管段長度，流量計上游有全開閥門時，直管長度應(yīng)保證20D： 有半開閥門時，直管長度應(yīng)保證40D 其他：測壓點應(yīng)取在流量計下游2D-7D間（D：測量管內(nèi)徑） 測溫點應(yīng)取在流量計下游1D-2D,B、流量計應(yīng)安裝于管內(nèi)任何時候均充滿介質(zhì)的地方，一般應(yīng)垂直、同心、無應(yīng)力安裝。 C、應(yīng)安裝于遠離一切磁源和機械振動的地 D、表體安裝方向和流體方向保持一致。 E、一般測量較清潔的氣體和液體。如：水、蒸汽以及其他有機氣體、液體,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,75,(5)常見故障及處理方法,管道內(nèi)有流體流動，但無信號輸出 a.檢查儀表接線是否正確，有無短線

43、b.檢查儀表安裝方向是否正確 c.檢查流量是否低于正常的流量范圍 D.檢查供電電壓。 e.檢查測量探頭有無頻率輸出 f.檢查測量線路板有無故障或設(shè)置是否正確。 無流體流動，但有信號輸出 a.檢查儀表接地，是否是接地不良引入干擾。 b.檢查管道是否有強烈的機械振動 c.檢查環(huán)境是否有強電磁干擾，如有大功率電器或變頻器等強電設(shè)備 d.檢查靈敏度是否過高。 e.檢查測量探頭有無故障。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,76,管道內(nèi)流體的流量穩(wěn)定且符合流量要求，但輸出變化太大，不穩(wěn)定 a.可能是接地不良引入干擾 b.可能是管道振動過強引入干擾 c.檢查測量探頭有無故障 顯示流量與實際流量不符，不穩(wěn)定 a.可能是儀表參

44、數(shù)設(shè)置不正確 b.可能是溫度壓力儀表測量誤差過大 c.可能是流量低于或高于正常的流量范圍 d.可能是安裝不符合要求，如安裝不同心，管道內(nèi)有障礙物，直管段不足等情況,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,77,4、質(zhì)量流量計,工作與結(jié)構(gòu)原理：質(zhì)量流量計指基于希臘人科里奧利力原理制成的流量計，由傳感器和一臺用于信號處理的變送器（核心處理器)組成，再配用流量積算器組成流量測量系統(tǒng)。 直接或間接測量在旋轉(zhuǎn)管中流動流體的科里奧利力就可以測得質(zhì)量流量。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,78,特點,（1）質(zhì)量流量計是一個較為準確、快速、可靠、高效、穩(wěn)定、靈活的流量測量儀表，在石油加工、化工等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁訌V泛的應(yīng)用， (2)測量精度高、量程

45、比寬、穩(wěn)定性好、維護量低。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,79,質(zhì)量流量計的安裝對前后直管段無特殊要求。但必須滿足以下條件： 1、傳感器和變送器出廠前是配套標(biāo)定的，安裝時需一一對應(yīng)。 2、傳感器測量管內(nèi)應(yīng)保證充滿被測介質(zhì)。 對于液體介質(zhì)，應(yīng)使流量計處于管道低點。避免因背壓過低而使介質(zhì)汽化，影響測量結(jié)果。對于氣體介質(zhì)，不能使流量計處于管道局部低點，以避免測量管中有積液而產(chǎn)生測量誤差。 3、傳感器法蘭前后必須加裝具有足夠剛度和質(zhì)量的支架。 4、安裝時傳感器和管道要同軸對準，做到無應(yīng)力安裝。 5、注意安裝方向要正確 6、盡量避免電磁干擾。,安裝注意事項,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,80,常見故障及原因分析,硬件故障： 安

46、裝不規(guī)范、接線問題、工藝介質(zhì)變化、變送器失效、 傳感器失效、管道吹掃問題。,軟件故障 零點校準有誤、參數(shù)設(shè)置錯誤、電源的脈沖波動、I/O組態(tài)有誤、當(dāng)操作人員試圖輸入或操作一個積算器不能接受的功能時，就會出現(xiàn)運行故障。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,81,5、轉(zhuǎn)子流量計,特點,轉(zhuǎn)子流量計是利用流體流動節(jié)能原理來進行流量測量的儀表,原理,用于小流量測量、壓損小、反應(yīng)快、量程比大,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,82,轉(zhuǎn)子流量計的檢測件是一根由下向上擴大的垂直椎管和一只隨著流體流量變化沿著椎管上下移動的浮子。流體自下而上流過浮子時，在浮子上作用有差壓、流體動壓及摩擦力等，它與浮子向下的重量相平衡，流量增大，向上的力加大，浮子

47、上升，浮子與椎管環(huán)隙面積增大，流速降低，因而向上的力減少，直至與浮子重量再次平衡為止。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,83,安裝注意事項,垂直安裝、不允許由傾斜、介質(zhì)的流向由下向上，不能反向,類型及適用場合,有玻璃和金屬轉(zhuǎn)子兩種類型，金屬轉(zhuǎn)子流量計有普通型和特殊型兩種。 普通型金屬轉(zhuǎn)子流量計可測量中、小流量，不但能就地顯示，還可遠傳信號。 特殊性金屬轉(zhuǎn)子流量計有帶夾套、防腐型、高溫型、高壓型等,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,84,轉(zhuǎn)子流量計常見故障原因分析及處理,1、浮子卡住，應(yīng)拆下浮子清洗 2、錐管壁面有雜質(zhì)，浮子上下活動的摩擦力增大，就產(chǎn)生較大的測量誤差，應(yīng)定時清理內(nèi)壁雜質(zhì)。 3、浮子變形，應(yīng)更換新浮子或把變形浮

48、子糾正。 4、指針跳動，可能被測介質(zhì)有兩相存在。 5、測量誤差大，有可能安裝施工時流量計的測量管與管道不同心。 6、測量誤差大或指示不穩(wěn)定，有可能是流量計附近有較大的磁場干擾或流量計振動較大。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,85,6、超聲波流量 超聲波流量計的基本原理 超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,86,超聲波流量計特點 非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量 超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀

49、表所難以測量的強腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。 超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200以下的流體。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,87,第五章 物位測量儀表,1、概念 生產(chǎn)過程中罐、塔、槽等容器中存放的液體表面位置稱為液位。把料斗、堆場倉庫等儲存的固體塊、顆粒、粉料等的堆積高度和表面位置稱為料位；兩種互一相溶的物質(zhì)的界面位置稱為界位。液位、料位以及界位總稱為物位。用來測量物位的儀表稱為物位儀表。 2、分類 物位測量儀表的種類很多，按液位、料位和

50、界位來可分： （1）液位儀表：浮力式（浮筒、浮球、浮標(biāo)、沉筒）、靜壓式（壓力式、差壓式）、電容式、電感式、電阻式、超聲波式、微波式等。 （2）界位儀表：浮力式、差壓式、電極式、超聲波式等。 （3）料位儀表：重錘探測式、音叉式、超聲波式、激光式、放射性式等。 3、浮力式液位計 浮力式液位計有兩種。一種是維持浮力不變的液位計，稱為恒浮力式液位計，如浮球、浮標(biāo)式液位計等。另一種是在檢測過程中浮力是發(fā)生變化的，稱為變浮力式液位計，如沉筒式液位計等。 （1）恒浮力式液位計 恒浮力式液位計是利用浮子本身的重量和所受的浮力均為定值，并使浮子始終漂浮在液面上，并隨液面的變化而變化的原理來測量液位的。,現(xiàn)場儀表

51、基礎(chǔ)知識,88,返回目錄,（2）變浮力式液位計 變浮力式液位計的檢測元件是沉浸在液體事的浮筒。它隨液位變化而產(chǎn)生浮力的變化，去推動氣動或電動元件，發(fā)出信號給顯示儀表，以指示被測液面的值。,圖示為位移平衡浮筒式液位變送原理圖。當(dāng)液位發(fā)生變化時，浮筒1（又稱沉筒）本身的重力與所受的浮力的不平衡力，經(jīng)杠桿2傳至扭力管3，而扭力管產(chǎn)生轉(zhuǎn)角彈性變形，由心軸4傳出，經(jīng)推板5傳到霍爾片6，轉(zhuǎn)換成霍爾電勢，經(jīng)功率放大后轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準電信號輸出，以遠傳給顯示儀表指示。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,89,返回目錄,（3）差壓式液位計 差壓式液位是利用容器內(nèi)的液位改變時，液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。,圖為差壓式

52、液位計測量原理圖。當(dāng)差壓計一端接液相，另一端接氣相時，根據(jù)液體靜力學(xué)原理，有： Pb=Pa+gH 式中 H-液位高度 -被測介質(zhì)密度 g-被測當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?所以有：P=Pb-Pa=gH 在一般情況下，被測介質(zhì)的密度和重力加速度都是已知的，因此，差壓計測得的差壓與液位的高度H成正比，這樣就把測量液位高度的問題變成了測量差壓的問題。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,90,返回目錄,(4)翻板液位計 翻板液位計的翻板是由導(dǎo)磁的薄鐵皮制成。垂直排列，并各自能繞框架上的小軸翻轉(zhuǎn)（如圖）。翻板一面涂紅漆，另一面涂銀灰色漆。工作時，液位計的連通管經(jīng)法蘭與容器相連通，構(gòu)成一連通器。連通器中間有浮標(biāo)，它隨液位的變化而變化

53、。浮標(biāo)中間有一磁鋼，其位置正好與液面一致。當(dāng)液位上升時，磁鋼將吸引翻板，并將它們逐個翻轉(zhuǎn)，使紅的一面在外邊；下降時，又將它們翻過來，使銀灰的一面在外邊。即以顏色表示液位高低，十分醒目。,返回目錄,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,91,4、電接點水位計,工作原理：電接點水位計利用汽包內(nèi)汽、水介質(zhì)的電阻率相差極大的性質(zhì)來測量汽包水位。 具體結(jié)構(gòu)： 電接點水位計由水位傳感器和電氣顯示儀表組成。水位傳感器就是一個帶有若干個電接點的連通容器，利用其中汽、水導(dǎo)電性能的差別：被水淹沒的電接點所在電路處于低電阻(相當(dāng)于開關(guān)閉合)，因此被水接通的電接點位置可表示水位顯示電接點已被導(dǎo)通(即水位位置)的方法很多，最簡單的如燈泡亮

54、，也有用帶放大器的發(fā)光二極管等,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,92,電接點15,17,19個，正常水位附近要安裝密一些。,共有3豎行夾角120,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,93,顯示電路,顯示儀表： 氖氣顯示儀表,并聯(lián)分流電阻,限流電阻,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,94,5、聲學(xué)式液位檢測,利用超聲波在介質(zhì)中的傳播速度及在不同相界面之間的反射特性來檢測物位。 聲波是一種機械波，是機械振動在介質(zhì)中的傳播過程，當(dāng)振動頻率在十余赫到萬余赫時可以引起人的聽覺，稱為聞聲波；更低頻率的機械波稱為次聲波；20kHz以上頻率的機械波稱為超聲波。作為物位檢測，一般應(yīng)用超聲波。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,95,超聲波特性1,可以在氣體、液體及固體中傳播

55、 在常溫下空氣中的聲速約為334ms，在水中的聲速約為1440ms，而在鋼鐵中約為5000ms。 聲速還與介質(zhì)所處的狀態(tài)(如溫度)有關(guān)。例如理想氣體的聲速與絕對溫度T的平方根成正比，對于空氣來說影響聲速的主要因素是溫度，并可用下式計算聲速的近似值,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,96,聲波在介質(zhì)中傳播時會被吸收而衰減，衰減的程度與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)：氣體中衰減最大，液體其次，固體中衰減最小， 聲波在介質(zhì)中傳播時衰減的程度還與聲波的頻率有關(guān)，頻率越高，聲波的衰減也越大，因此超聲波比其他聲波在傳播時的衰減更明顯。,超聲波特性2,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,97,聲波傳播時的方向性隨聲波的頻率的升高而變強，發(fā)射的聲束也越尖銳，超

56、聲波可近似為直線傳播，具有很好的方向性。 當(dāng)聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時，因為兩種介質(zhì)的密度不同和聲波在其中傳播的速度不同，在分界面上聲波會產(chǎn)生反射和折射，聲波從液體或固體傳播到氣體，或相反的情況下，幾乎全部被反射。,超聲波特性3,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,98,超聲波液位計幾種測量原理,液介式單h=1/2Ct 探頭形式,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,99,導(dǎo)波雷達液位計測量原理,TDR (時域反射)技術(shù) 微波脈沖沿導(dǎo)波桿傳播 脈沖在到達不同介電常數(shù)的介質(zhì)表面(液面)時, 一部分能量將反射返回雷達頭 空高(液面上方) = 脈沖傳播速度 X 消耗的時間 /2,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,100,一、分析儀器的概念,測量物

57、質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及某些物理特性的儀表。,氣相色譜、液相色譜、X射線,水分計、濕度計、密度計、黏度計、閃點計,第六章 過程分析儀表,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,101,二、分析儀表分類,按使用場所：離線式儀表和在線式儀表 (實驗室型和在線自動分析) 。 按物性分類：液體類分析儀表、氣體類分析儀表、固體類分析儀表。 按測量機理：電化學(xué)分析儀表、電導(dǎo)式分析儀表、電位式分析儀表、電流式分析儀表、色譜式分析儀表、極譜式分析儀表、熱學(xué)式分析儀表。 常見電廠化學(xué)水質(zhì)分析儀表：硅酸根分析儀、磷酸根分析儀、聯(lián)氨分析儀、溶解氧分析儀、pH分析儀、電導(dǎo)率分析儀、酸堿濃度分析儀、濁度分析儀、余氯分析儀等。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,

58、102,三、分析儀表的組成,在線分析儀表中輔助裝置：取樣裝置、預(yù)處理裝置、恒溫控制器,采樣、預(yù)處理及進樣系統(tǒng) 作用是從流程中取出具有代表性的樣品，并使其成分符合分析檢查對樣品的狀態(tài)條件的要求，送入分析儀。 分析器 功能是將分析樣品的成分量（或物性量）轉(zhuǎn)換成可以測量的量。 顯示及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 用來指示、記錄分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號送入自動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。 電源 對整個儀器提供穩(wěn)定、可靠的電源,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,103,四、 常用分析儀表 1、 工業(yè)色譜儀 氣相色譜儀主要有實驗室氣相色譜儀和工業(yè)氣相色譜儀，用于生產(chǎn)流程中的全自動氣相色譜儀稱為工業(yè)色譜儀。 色譜儀式是

59、一種物理化學(xué)的分析方法，其特點是使被分析的混合物通過色譜柱將各組分進行分離，并通過檢測器后輸出與組分含量成比例的信號,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,104,2、 氧量分析儀 氧含量分析儀是目前工業(yè)生產(chǎn)自動控制中應(yīng)用最多的在線分析儀表，主要用來分析混合氣體中的含氧量等。 氧化鋯分析儀 利用氧化鋯固體電解質(zhì)在高溫下具有傳導(dǎo)氧離子的特性測量含氧濃度的 磁式氧分析儀 基于氧氣的體積磁化率大，以及它的磁化率隨溫度升高而急劇降低的特性測量的,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,105,3、紅外線分析器 基于某些氣體對不同波長的紅外線輻射能具有選擇性吸收的特征，制成的一種物理式分析儀，能連續(xù)測量，測量范圍寬，精度高，靈敏度高，并且具有良

60、好的選擇性，在工業(yè)上產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,106,4、工業(yè) PH 計 PH計又叫酸度計。工業(yè)PH計是能連續(xù)測量工業(yè)流程中水溶液的氫離子濃度的儀器。 基本原理是在被測溶液中插入兩個不同的電極，其中一個電極的電位隨溶液氫離子濃度的改變而變化，稱為工作電極；另一個電極具有固定的電位，稱為參比電極。這兩個電極形成一個原電池，測定兩電極間的電勢就可知道被測溶液的PH值。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,107,返回目錄,一、概念 執(zhí)行器常稱為調(diào)節(jié)閥，它由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。其中執(zhí)行機構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的推動部分，它按控制信號的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力，通過閥桿使調(diào)節(jié)閥閥蕊產(chǎn)生相應(yīng)的位移。調(diào)節(jié)機構(gòu)是調(diào)節(jié)

61、閥的調(diào)節(jié)部分，它與調(diào)節(jié)介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構(gòu)的推動下，改變閥蕊與閥座間的流通面積，從而達到調(diào)節(jié)流量的目的。,二、分類 執(zhí)行器按其能源形式分氣動、電動、液動三大類。 氣動執(zhí)行器按其執(zhí)行機構(gòu)形式分薄膜式、活塞式和長行程式。 電動和液動執(zhí)行器按執(zhí)行機構(gòu)的運行方式分為直行程和角行程兩類。 目前在石化工業(yè)中普遍采用氣動執(zhí)行器。,第七章、執(zhí)行機構(gòu)和控制閥,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,108,3、執(zhí)行機構(gòu) 氣動薄膜執(zhí)行機構(gòu)是應(yīng)用最廣泛的執(zhí)行機構(gòu)，它接受0.020.1MPa氣動信號。它正作用和反作用兩種形式，當(dāng)信號壓力增加時推桿向下移動的叫正作用執(zhí)行機構(gòu)。信號壓力增加時推桿向上移動的叫反作用執(zhí)行機構(gòu)。,氣動薄膜（有彈

62、簧）的薄膜的有效面積越大，執(zhí)行機構(gòu)的推力和位移也越大。 氣動活塞式（無彈簧）執(zhí)行機構(gòu)隨氣缸兩側(cè)壓差而移動。因為沒有反力彈簧抵消推力，所以有很大的輸出推力，適用于高靜壓、高差壓的工藝場合。,正作用：閥芯向下， 閥桿下移時，閥芯與閥座間的流通面積減少。 反作用： 閥芯向上，閥桿下移時，閥芯與閥座間的流通面積增大。,氣,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,109,執(zhí)行器的構(gòu)成,薄膜執(zhí)行機構(gòu),現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,110,4、調(diào)節(jié)機構(gòu) 調(diào)節(jié)機構(gòu)又稱閥。種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)、用途來分，其基本形式是直通單座閥、直通雙座閥、蝶閥、三通閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、套筒閥、角形閥等。,（1）直通單座閥：閥體內(nèi)只有一個閥蕊和閥座，閥桿帶動閥蕊上下移

63、動來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點是泄漏量小。,（2）直通雙座閥：閥體內(nèi)只有兩個閥蕊和閥座，閥桿帶動閥蕊上下移動來改變閥蕊與閥座之間的相對位置，從而改變流體流量。其主要優(yōu)點是適用壓差比同口徑單座閥大。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,111,（3）蝶閥：又稱翻板閥，由于閥板在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度不同，使閥的流通面積不同，從而調(diào)節(jié)流體流量。其主要優(yōu)點是適用于大口徑、大流量和濃稠漿液及懸浮粒的場合。,（4）偏心旋轉(zhuǎn)閥：又稱凸輪撓曲閥，簡稱偏心閥。球面閥蕊6連在柔臂7上與輪轂8相接，輪轂與轉(zhuǎn)軸4用鍵滑配，轉(zhuǎn)軸帶動球面閥蕊旋轉(zhuǎn)改變流體流量。工作時轉(zhuǎn)軸的運動是由氣動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動的，推桿的運動通

64、過曲柄傳給轉(zhuǎn)軸。其主要優(yōu)點是流路阻力小，可調(diào)比大，適用大壓差、嚴密封的場合和粘度大及有顆粒介質(zhì)的場合。很多場合可以取代直單、雙座閥。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,112,（5）套筒閥：也叫籠式閥，它的閥體與一般直通單座閥相似，閥內(nèi)有一個圓柱形套筒，也叫籠子。閥蕊可在套筒中上下移動，利用套筒導(dǎo)向。閥蕊在套筒中移動，改變了套筒的節(jié)流孔面積，形成了各種特性并實現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。由于套筒閥采用了平衡閥蕊結(jié)構(gòu)，閥蕊上、下受壓相同，不平衡力小，并且閥蕊利用套筒側(cè)面導(dǎo)向，所以它的穩(wěn)定性好，不易振蕩，閥蕊也不易人損壞。它的優(yōu)點前后壓差大和液體出現(xiàn)閃蒸或空化的場合，穩(wěn)定性好，噪聲低，可取代大部分直通單、雙座閥，但它不適用于含顆粒介質(zhì)的場合。,5、調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān) 氣動執(zhí)行器的氣開式與氣關(guān)式兩種形式。 氣開式：有壓力信號時閥開、無壓力信號時閥關(guān)；氣關(guān)式反之。 氣開、氣關(guān)選擇依據(jù)：工藝生產(chǎn)安全、節(jié)約能源以及從介質(zhì)特性等。,現(xiàn)場儀表基礎(chǔ)知識,113,氣開式調(diào)節(jié)閥:有信號壓力輸入時閥打開 無信號壓力時閥全關(guān) FC 氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥:有信號壓力時閥關(guān)閉 無信號壓力時閥全開 FO 氣開氣關(guān)的選擇考慮原則是： 信號壓力中斷時，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的發(fā)全，如閥門處于打開位置時危害性小，則應(yīng)選用氣關(guān)式；反之，則用氣開式。,確定整個調(diào)節(jié)閥的作用方式,