仪表专业基础知识培训课件.docx

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仪表专业基础知识培训课件

仪控专业基础知识培训

对于任何一个工艺流程都离不开仪表自控系统的检测及控制。

因为工艺车间的每一道工序、每一个参数都是阀门及仪表的控制下工作的，只有在适当的工艺流程中安装仪表，才能窥视整道工序的运行是否正常，故仪表在工艺车间具有“人眼”的功能。

工艺参数一般有温度、压力、流量、液位四大类参数。

下面就结合三万吨项目仪表选用情况，着重介绍一下这四大类参数的测量原理以及测量这四大类参数所运用的仪表。

一、温度的测量与变送。

温度是化工生产中既普遍而又十分重要的参数之一。

任何一个化工生产过程，都伴随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能量的转化和交换，而热交换则是这些能量转换中最普遍的交换形式。

温度测量仪表种类繁多，若按测量方式的不同，测温仪表可分为接触式和非接触式两大类。

前者感温元件与被测介质直接接触，后者的感温元件却不与被测介质相接触。

接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用于很高温度的测量。

而非接触式测温仪表不与被测介质接触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制；由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介质的温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃等其它介质的影响，因此测量量精度较低。

在生产过程控制中应用最多的是热电偶和热电阻，下面着重讲解这两种测温仪表的工作原理：

、热电偶

热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件,他的主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,更能够远传电信号,便于自动控制和集中控制。

热电偶的测温原理是基于热电效应。

将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。

目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为和,其测量温度的最低可测零下℃,最高可达1800℃。

热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。

普通性热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。

但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。

不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。

补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。

补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。

一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。

目前我公司原料、氯化及精制工序选用的热电偶为型铠装热电偶，测温范围为-1200℃。

、热电阻

在工业应用中，热电偶一般适用于测量500℃以上的较高温度。

对于500℃以下的中、低温度，热电偶的输出的热电势很小，这对二次仪表的放大器、抗干扰措施等的要求就很高，否则难以实现精确测量；而且，在较低温区域，冷端温度的变化所引起的相对误差也非常突出。

所以测量中、低温度一般使用热电阻温度测量仪表较为合适。

、热电阻的测温原理

{）（`与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。

因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。

目前主要有金属热电阻和半导体热敏电阻两类。

:

、工业上常用金属热电阻

  `））`）]    {目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜：

铂电阻精度高，适用于中性和氧化性介质，稳定性好，具有一定的非线性，温度越高电阻变化率越小；铜电阻在测温范围内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，适用于无腐蚀介质，超过150℃易被氧化。

中国最常用的有Ω、Ω和Ω等几种，它们的分度号分别为、、；铜电阻有Ω和Ω两种，它们的分度号为和。

其中和的应用最为广泛。

其中为温度为0℃时的电阻值。

、热电阻的信号连接方式

电热阻的接线方式有两线制、三线制和四线制，最为常用的为三线制。

$热电阻

三线制：

在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线的方式称为三线制，这种方式通常与电桥配套使用，可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线方式。

;]"!

  ^"、热电阻的结构形式

"[',和热电偶温度传感器相类似，工业上常用的热电阻主要有普通装配式热电阻和铠装热电阻两种型式。

普通装配式热电阻是由感温体、不锈钢外保护管、接线盒以及各种用途的固定装置集成，安装固定装置有固定外螺纹、活动法兰盘、固定法兰和带固定螺栓锥形保护管等形式。

铠装热电阻外保护套管采用不锈钢，内充高密度氧化物绝缘体，具有很强的抗污染性能和优良的机械强度。

与前者相比，铠装热电阻具有直径小、易弯曲、抗震性好、热响应时间快、使用寿命长的优点。

对于一些特殊的测温场合，还可以选用一些专业型热电阻，如，测量固体表面温度可以选用端面热电阻，在易燃易爆场合可以选用防爆型热电阻，测量震动设备上的温度可以选用带有防震结构的热电阻等。

目前我公司原料、氯化及精制工序选用的热电阻为铠装热电阻。

测温范围为-600℃。

二、压力的测量与变送

在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压、或真空度等名词。

绝对压力是指介质所受的实际压力。

表压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即：

表绝大

负压与真空度是指大气压力与低于大气压力的绝对压力之差，即：

力之差，即真大绝。

因为各种工艺设备和测量仪表都处于大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大小。

目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量仪表是弹性元件。

根据测压范围不同根据测压范围不同常用的测压元件有单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。

在被测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号或气信号，以远传显示，报警或调节用。

、弹簧管压力表

弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，它有着极为广泛的应用价值，它具有结构简单，品种规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉等特点。

弹簧管压力表除普通型外，还有具有特殊用途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。

为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名称，使用时应予以注意。

隔膜压力表，主要用于有防腐蚀要求的场合。

氧气压力表与普通压力表在材质上完全相同，只是氧气压力表要求禁油。

因为油进入氧气系统会引起爆炸。

如果必须采用现有的带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，认真检查直到无油污为止。

目前我公司原料、氯化及精制工序选用的压力表为隔膜压力表、隔膜耐震压力表、普通不锈钢压力表等。

主要作为现场指示。

、压力变送器

压力变送器的测量原理主要有压阻式、陶瓷式、扩散硅压力变送器、单晶硅谐振式、电容式等。

（）、压阻式变送器

在了解压阻式压力变送器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。

电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。

它是压阻式应变变送器的主要组成部分之一。

电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。

金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。

通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

（）、陶瓷压力变送器

抗腐蚀的压力变送器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为等，可以和应变式传感器相兼容。

通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿～℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。

陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达～℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。

电气绝缘程度>，输出信号强，长期稳定性好。

高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力变送器的发展方向。

（）、扩散硅压力变送器

被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

（）、单晶硅谐振式

]'采用微电子加工技术（）在一个单晶硅芯片表面的中心和边缘制作两个形状、尺寸、材质完全一致的Ｈ形状的谐振梁，谐振梁在自激振荡回路中作高频振荡。

单晶硅片的上下表面受到的压力不等时，将产生形变，导致中心谐振梁因压缩力而频率减小，边缘谐振因受拉伸力而频率增加。

两频率之差信号直接送到进行数据处理，然后经转换成输出信号，通讯时叠加数字信号，直接输出符合现场总线（）标准的数字信号。

'

、差压变送器

差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压差。

测量原理同压力变送器，只不过同时测高压侧和低压侧压力，再做差。

目前我公司原料、氯化及精制工序选用的压力变送器及差压变送器为德国公司的和系列产品。

此两个系列产品采用金属传感器，耐腐蚀、抗过载，带功能监测，具通信协议。

压力仪表的测量范围的确定，是根据被测压力的大小来确定的对于弹性式压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作量程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值根据化工自控设计技术规定，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的；测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的最大工作压力不超过量程的；测量高压压力时，最大工作压力不应超过量程的最大工作压力不应超过量程的。

为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下限值，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不低于量程的。

三、流量的测量与变送

在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需要测量生产过程中各种介质（如液体、气体和蒸汽等）的流量，以便为生产操作和控制提供依据。

同时，为了进行经济核算，也需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。

所以，对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所必需的。

在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体积或质量，即瞬时流量。

流量的计量单位如下:

表示体积流量的单位常用立方米每小时（）、升每分（）、升每秒（）等；表示质量流量的单位常用吨每小时（）、千克每小时（）、千克每秒（）等。

若流体的密度是ρ，则体积流量与质量流量的关系是ρ或ρ

应当指出，，流体的密度是随工况参数而变化的。

对于液体由于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所产生的影响，则应引起注意。

不过一般温度每变化10℃时，液体的密度变化约在以内

。

所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略不计。

对于气体，由于密度受温度由于密度、受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化10℃，密度变化约为。

在常压附近，压力每变，密度也约变化

在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。

所谓标准体积流量，在工业上是指20℃、（称标定状态）或0℃、（称标准状态）条件下的体积流量。

在仪表计量上多