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仪表培训资料
仪表自控基本知识
校对、审核于世恒
2.4.1概述
（1）石油化工仪表特点
自控仪表随着控制对象不同所具备不同特点，在石油化工生产、加工、输送和储存中常常伴随易燃易爆、高温高压、深冷、有毒有害和腐蚀等危险因素，由于高温高压、深冷能提高生产效率，减低能耗，取得更好的经济效益，石油化工的生产工艺日益向高深发展，泄漏、火灾、爆炸的风险也随着加大。
这些工艺特点决定了石油化工仪表必须防爆、抗腐蚀、无泄漏、高可靠性、易维护等特点。
同时随着科学技术发展，特别是计算机技术、通讯技术的发展，仪表的更新换代也越来越快，企业中仪表除应用于生产控制外，其仪表数据也越来越多地被应用于经营、管理等方面，这些决定了现在的仪表是一个技术更新快、涉及面较广的专业。
2.4.2仪表主要性能指标
仪表的性能指标通常用精确度、变差、灵敏度、重复性、稳定性和可靠性来描述。
（1）精确度
精确度又称精度，指的是仪表测量值与真值接近的准确程度，与误差相对而言，通常用相对百分误差表示。
精确度是仪表的一个很重要质量指标，常用精度等级来规范和表示。
精度等级就是最大相对误差去掉正负号和％，按国家统一规定划分的等级有0.005,0.02,0.05,0.1,0.2,0.25,0.35,0.5,1.0,1.5,2.5,4等。
仪表精度等级一般都标志在仪表标尺或标牌上，如等，数字越小，说明精度越高。
（2）变差
变差指的是仪表被测变量（输入信号）多次从不同方向达到同一数值时，仪表指示值之间的最大差值，或是说仪表在外部条件保持不变情况下，被测参数由小到大变化和由大到小变化不一致的程度，两者之差即为仪表的变差。
变差产生主要原因是仪表传动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件的滞后等，现在随着电子技术发展，这些原因将越来越少，特别是智能仪表中，变差作为仪表性能指标已是不重要的对象了。
（3）重复性
重复性是指在不同测量条件下，如不同方法，不同观测者，在不同的测量环境对同一被测的量进行检测时，得到测量结果的一致程度。
与变差相反，随着智能仪表的发展，重复性将成为仪表的重要性能指标。
（4）稳定性
在规定工作条件下，仪表某些性能随时间保持不变的能力称未稳定性。
仪表稳定性在我们化工仪表中是一个需重点关心的指标，由于化工企业的环境比较恶劣，压力、稳定及腐蚀性因素会使仪表部件随应用时间变长而保持稳定能力降低，仪表稳定性也会下降。
（5）可靠性
仪表可靠性是化工企业仪表专业重点关心的另一重要性能指标，仪表可靠性和仪表维护量是成反比的，仪表可靠，则仪表维护量就小。
通常用平均无故障时间（MTBF）来描述仪表可靠性，MTBF越大，仪表可靠性越高。
2.4.3仪表常用图例符号
（1）测量点
测量点是由过程设备或管道符号引到仪表的连线的起点，一般无固定图形符号。
如
（2）连接线
（3）图形
（4）位号及字母含义
一般用仪表位号来表示一台仪表或是一个仪表回路，由字母代号组合和回路编号组成。
仪表位号的第一位字母表示仪表对象，后续字母表示仪表功能，回路编号可由工序号和顺序号组成，一般由３－５个数字表示。
例如：
２＃芳烃装置的位号PI-10301中,P表示仪表对象为压力；I表示为显示功能，103表示为制氢单元，01表示为第一个回路。
下面表格中为常见的字母含义。
字母
第一位字母
后续字母
A
分析
B
火焰、烧嘴
C
电导率
控制
D
密度
差值
F
流量
G
振动
H
手动设备
高限
HH
高高限
I
显示
L
液位
低限
LL
低低限
M
水份、湿度
P
压力
Q
数量
累积
R
记录
S
位移、速度
开关、安全
T
温度
传送
V
振动、机械监视
阀门
Y
输出
Z
位移
按钮
对于FIC10301中字母按以上表格说明应表示为仪表测量为流量，带指示、控制功能；LIHH10301表示为液位指示且带有低低限联锁控制、报警。
2.4.4仪表分类
自动化仪表分类方法很多，根据不同原则可进行相应分类，例如按所使用能源可分：
气动仪表、电动仪表、液动仪表；按仪表信号分：
模拟仪表和数字仪表；安化工生产中五大参数分：
温度仪表、流量仪表、压力仪表、物位仪表和分析仪表等等，我们针对炼化部实际管理现状对仪表分为：
现场仪表、控制仪表和分析仪表三部分。
现场仪表主要指温度、压力、流量、液（物）位检测仪表及阀门、风门、机组等安装在现场的控制设备；控制仪表主要指安装在控制室的对现场仪表进行调节的仪表及ＤＣＳ、ＰＬＣ、ＥＳＤ等控制系统；分析仪表主要分安全仪表和质量仪表，其中安全仪表包括可燃气测爆仪、硫化氢检测仪等，质量仪表主要指在线质量分析仪，如电导率、浊度仪、色谱仪等。
（1）现场仪表
①压力仪表
压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa。
1P就是１牛顿（Ｎ）的力作用在１平方米（m2）面积上所产生的压力，我们平常俗称１公斤。
我们日常所用压力单位较多，他们之间关系如下：
1Mpa=1000Kpa=10.1972Kgf/cm2=10bar=145.038lb/in2=7500.62mmHg=10.1972*104mmH2O=9.86927atm
在压力测量中，常有绝对压力、表压、负压力或真空度之分。
所谓绝对压力是指被测介质作用在容器单位面积上的全部压力，用来测量绝对压力的仪表称绝对压力表。
地面上的空气所产生的平均压力称大气压，用来测量大气压的仪表称气压表。
绝对压力与大气压之差称表压力，当绝对压力小于大气压时，表压力为负值（即负压力），此负压力的绝对值称为真空度，用来测量真空度的仪表称真空表。
压力测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感式和振频式等。
压力表品种繁多，我们企业主要分为就地压力指示和远距离压力显示等。
就地压力指示可根据不同的测量压力等级和介质选用膜片式、波纹管等压力表。
如需远距离显示、传送一般选用气动或电动压力变送器。
压力表需由压力传感器检测压力，它由各种压力敏感元件将被测压力信号转换成容易测量的电信号，来显示压力、或用于控制、报警。
压力传感器主要有应变式压力传感器、压电式传感器、电容式传感器、光导纤维压力传感器。
我们炼化部所常用压力变送器主要有罗斯蒙特的1151和3051、横河的EJA、HONEYWELL的ST3000及富士的FCX等型号。
随着电子技术的发展，智能变送器已广泛应用于各家产品上，其在性能上优于早期模拟表，大大减少维护工作量，具有良好的性价比。
②流量仪表
流量是指单位时间内流经某一截面的流体数量，流量可用体积流量和质量流量来表示，其单位分别用m3/h,L/h,Kg/h等。
测量流量的仪表称流量计，能指示和记录某一瞬时流体的流量值。
我们炼化部所用流量计有：
速度式—以测量流体在管道中流速作为测量依据。
如差压式流量计、变面积流量计、电磁流量计、漩涡流量计等；容积式―以单位时间内所排出的流体固定容积数目作为测量依据。
如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。
质量流量计―检测单位时间内流经管道的流体质量。
如科氏力质量流量计。
下面简单介绍几种我们常用的流量计。
a 节流装置
节流装置是目前炼油化工企业中应用最广的流量仪表，主要有孔板、喷嘴、文丘利管等。
其原理是：
在管道中流动的流体具有动能和位能，在一定条件下这两种能力是可以相互转换，但参加转换的能量总和是不变的。
使流体流经节流装置时由于节流装置的前后截面、结构不一致，产生前后压力变化，而压力变化的平方与流量成正比，这样经过一定流量系数的计算可得出所需流量值。
节流装置在用于测量流量的同时，使流体产生压力损失，对装置生产来说是一种能量的损失。
b 转子流量计
转子流量计有金属和玻璃两种。
玻璃管的一般为就地显示，金属管的则制成流量变送器。
转子流量计又称面积式流量计或是恒压降式流量计，可测多种介质的流量，特别适用于测量中小管径雷诺数较低的中小流量，压力损失小且稳定，反应灵敏，量程较宽，结构简单，维护方便，但其精度受介质的温度、密度和粘度的影响，必须垂直安装。
工作原理：
转子流量计是一段向上扩大的圆椎形管子和密度大于被测介质并能随着被测介质流量大小上下移动的转子组成。
当流体自下而上的流过椎管时，位于锥管中转子受流体的冲击而向上运动，随着转子的上下移动，转子与锥形管间的环形流通面积由小增大，当流体的推力与转子的重力相平衡时，转子停留在某一位置高度，根据转子悬浮的高度就可测知流量的大小。
在转子受到推力和重力平衡时，其上下压降是固定的，故转子流量计又称恒压降式流量计。
在转子流量计中当被测流体的雷诺数低于一定的界限时，流量系数便不等于常数，流量计的测量精度便受到影响，为了适合不同流体的雷诺数，转子被做成各种形状。
c 容积式流量计
容积式流量计主要用来测量不含固体杂质的液体，如油类、冷凝液、树脂等粘稠流体的流量，适用于高粘度介质，且容积式流量计精度高，可达正负0.2%，常用容积流量计有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。
Ⅰ椭圆齿轮流量计测量部件由两个相互齿合的椭圆齿轮、轴和壳体组成，其原理如下图所示：
当流体流过齿轮流量计是，流体带动齿轮绕轴转动，椭圆齿轮每旋转一周，就有一定数量的流体流过，只要用传动及累积机构将椭圆齿轮转动数量记录下来，就能知道被测流体的流量数。
Ⅱ腰轮流量计测量流量的基本原理与椭圆齿轮流量计相同，只是轮子的形状不同，腰轮流量计除能测液体流量外，还能测大流量的气体流量，由于两腰轮上无齿，所以对流体中杂质没有椭圆齿轮流量计那样敏感。
d 漩涡流量计
漩涡流量计又称涡街流量计或卡门漩涡流量计，是六十年代末期发展起来的，它利用流体振荡原理进行测量。
当流体以足够大的流速流过垂直于流体方向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平行直线上产生整齐排列、转向相反的涡列。
涡列的个数，即为涡街的频率，和流体的速度成正比。
通过测量漩涡的频率就可知道流体速度，从而测出流体的流量。
它分流体强迫振荡的漩涡进动型和自然振荡的卡门漩涡型。
漩涡流量计特点是：
测量精度高，可达正负１％量程比宽，达100:
1，仪表内无活动部件，使用寿命长，几分不受温度、压力、密度、粘度等影响维护方便，更换检测元件时不需重新标定，但如检测元件被污物粘附后，将影响测量灵敏度。
它如用于测量150mm1以下管道时，压力损失较大，并且对仪表前后都有直管段的安装要求，同时安装点应防止传感器产生振动，特别是管道的横向振动会导致流体随之振动，而使仪表产生误差。
e 电磁流量计
电磁流量计是利用电磁感应的原理制成的流量测量仪表，可用来测量导电的液体体积流量。
变送器几乎无压力损失，内部无活动部件，在检测过程中不受被测介质的温度、压力、密度等影响，且没有滞后现象。
电磁流量计是电磁感应定律的具体应用，当导电的被测介质垂直于磁力线方向上流动时，在于介质与磁力线都垂直的方向产生一个感应电动势，当管道直径和磁感应强度不变时，电动势与体积流量成正比。
电磁流量计无压损，无机械惯性，量程比宽，可测含固体颗粒、悬浮物等介质，但其使用温度、压力不能太高，不可测非导电流体，同时要求被测介质流速一般不低于0.3m/s，为了保证精度，电磁流量计必须留有直管段。
电磁流量计信号较小，满量程时仅为
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