工厂自动化仪表.docx

1、工厂自动化仪表一、化工自动化的概念和测量误差一、化工自动化的概念：1、什么叫化工自动化？ 化工自动化是化工、炼油等化工类型生产过程自动化的简称，在化工设备上，配上一些自动化装置，来取代才作人员的直接劳动，使生产能够按照操作指令自动的进行，这种用自动装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。2、化工自动化系统包含的内用： （1）自动检测系统 （2）自动信号联锁保护系统 （3）自动操作系统 （4）自动调节系统二、测量误差：1、何谓真值、约定真值、和相对真值？真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念。约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可以忽略不计，在实际应用中，往往以足够多次的

2、测量值的平均值作为约定真值；相对真值是当高一级标准器的误差仅为低一级的1/31/20是，可以认为高一级的标准器或仪表的示值作为第一级的相对真值。2、绝对误差：绝对误差是测量结果与真值之差，即绝对误差=测量值真值。3、相对误差：相对误差是绝对误差与仪表示值之比，以百分数表示。 相对误差=绝对误差/示值100%，4、引用误差： 引用误差是绝对误差与量程之比，以百分数表示。 引用误差=绝对误差/量程100%，仪表的精确等级是根据引用误差来划分的，引用误差去掉%就是精确度等级。5、绝对误差计算： 某压力表刻度为010MPa，在5MPa时，标准表的示值为4.95MPa，求该表的绝对误差？ 绝对误差=测量

3、值真值=54.95=0.05MPa6、引用误差计算： 某测温仪表的测量范围是0800，用标准电位差计送400信号时，该仪表显示406，求该表的精确度等级 解：该表的绝对误差=406400=6 该表的引用误差=100%=0.75% 即该表的的精确度等级为0.75级 注意：如果知道了仪表的精确度等级，求绝对误差或量程时，根据计算公式绝对误差/量程100%，一定不要忘了%符号。0.75=6/800100%二、温度检测一、温度与温标1、温度：表示物体冷热程度的物理量称为温度2、温标：所谓温标，就是温度数值化的标尺，它规定温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。（1）华氏温度：在标准大气压下，冰的融

4、点为32度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每等分为华氏1度，符号为F。（2）摄氏温标：在标准大气压下，冰的融点为零点，水的沸点为100度，中间划分100等分，每等分为摄氏1度，符号为。摄氏温标和华氏温标关系：C=5/9（F-32）。（3）热力学温标又称为开尔文温标，它规定分子运动停止时的温度为绝对零点，符号为K（4）国际实用温标是一个国际协议性温标，它规定热力学温度是基本温度，符号为T，其单位为开尔文，符号为K。它与摄氏温度的关系是：t=T-273.15K三、温度检测仪表的分类温度检测仪表按测温方式可分为接触式与非接触式两大类，前者检测部分与被测物体直接接触，通过传导式对流达到热量平

5、衡来实现测温。后者检测部分与被测物体互不接触，而是通过其他一些原理，如辅射热交换，光学，红外线等来实现测温。1、接触式温度计（1）体积变化：原理：固体热膨胀如双金属温度计。液体热膨胀如水银温度计。压力式温度计（内充液或充饱和汽）。气体热膨胀如压力式（充气）温度计。（2）电阻变化：如热电阻 （3）电压变化：PN结电压（4）热电势变化：如热电偶（5）频率变化：石英晶体（6）光学特性变化：光纤及液晶（7）其他：测温锥，声学温度计2、非热接触式：原理：利用热辅射能量变化测温（1）亮度法：目视亮度高温（2）全辅射法：辅射温度计（3）比色法：比色温度计3、温度检测仪表精度等级 双金属温度计：1、 1.5、

6、 2.5 玻璃液体温度计: 1、 1.5、 2.5 热电阻: 0.5-3 热电偶: 0.5-1 光学高温计: 1-1.5 辅射温度计四、双金属温度计、玻璃温度计一、测温原理 双金属温度是基于下列基本原理工作的： 1、金属的体积随温度而变 2、不同金属具有不同的热膨胀系数，当把两种不同热膨胀系数的金属彼此牢固地结合在一起，即构成双金属片的线膨胀不同而产生弯曲，温度越高产生的线膨胀差越大，则引起的弯曲角度越大，如将双金属片制成螺旋形，则灵敏度将大大提高。二、结构： 直螺旋形双金属片叠加 双金属片叠加工业上广泛采用指示式双金属温度计。三、特点：双金属温度计具有比玻璃温度计耐振动，耐冲击，易读数的特点

7、，成本低，维修方便，但精度较差。玻璃温度计一、测温原理：是利用感温液体受热膨胀的原理进行测量的，当感温包在被测量的介质中受到温度作用后，感温液体开始膨胀（或收缩），沿着毛细管上升（或下降），其上升（或下降）高度和感温包所感受的温度相对应，在刻度标尺上可直接读出温度值，为了防止温度过高时液体胀裂玻璃管，在毛细管顶部一般都留有膨胀室（安全泡）。二、特点：具有读数直观，测量准确，结构简单，价格便宜等特点，缺点是易碎，不能运传。三、分类： 最小分度值标准水银温度计分为：贝克曼 0.01 一等 0.05-0.1 二等 0.1工业玻璃温度计分为棒式、内标式、电接点式五、热电偶 一、测温原理 热电偶是基于热

8、电效应或塞贝克效应，把两种不同的导体（或半导体）连接成闭合回路，将他们的两个接点分别置于各为t、t。（使tt。）的热源中，则在该回路中就会产生一个电动势，通常称之为热电势，或塞贝克电势。热电势由接触电势和温差电势组成，两导体接点处产生的电动势称为接触电势，接触电势是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的沿单一匀质导体的温度梯度产生的电动势称为温差电势（汤姆逊）电势，温差电势是由于同一导体高、低温度的自由电子所具有的能量不同而产生的，一个由A、B两种匀质导体组成的热电偶，当两接点温度t、t。时（t t。）其产生的总热电势EAB （ t、t。） 只与组成热电偶的两种热电极材料A、B及两

9、接点温度 t、t。有关，而与热电极的长度和直径无关，根据物理上的推导，当A、B两导体材料一定时，热电偶的总热电势EAB（t、t。）是其两接点t和 t。的函数差，即EAB（t、t。）=（t）-（t。）由此可见，若使热电偶的一个接点温度（参此端温度）t。保持恒定，则（t。）为常数，热电偶的热电势EAB（t、t。）与另一接点温度（测量端温度）t成单位函数关系，这样只要测出热电势的大小，就可求得t的数值，这就是热电偶的原理。二、中间导体定则 热电偶中间导体定则指出，在热电偶回路中引入第三种导体，只要这第三种导体两端温度相同，则热电偶所产生的热电势保持不变，即不受第三种导体引入的影响。在这个回路中有三个

10、点，即一个是热端接点1和热电偶冷端t0的两个接点2和3三、中间温度定则中间导体定则的指出，接点温度t1和t3的热电偶，它的热电势等于接点温度分别是t1t2和t2t3的两支同性质热电偶的热电势的代数和即 EAB（t3、t1）=EAB（t3、t2）+EAB（t2、t1）由此定则可得到如下的结论：1、和热电偶具有同样热电特性的补偿导线可以引入热电偶回路中，相当于把热电偶延长而不影响热电偶的势电势。2、热电偶在实际使用中其参比温度不为0所引入的误差，可以根据上式修正。3、只要列出热电偶参比温度为0的热电势-温度关系（即常用分度表），那么对于参比温度不为0时的热电势可按上式求得。四、热电偶的结构类型1、

11、普通型热电偶 （1）防水式（2）防溅式2、隔爆热电偶3、铠装热电偶（1）、热电极与金属保护管之间被绝缘材料（通常为电熔氧化镁）填实，三者一起组合，拉制成一坚实的整体。（2）、结构分为：露头型、接壳型、绝缘型三种基本形式4、表面热电偶 和咱们维修空调在室内蒸发器一侧所看到的感温饱性质很相似，因为我们这套装置没有使用，这里不再叙述。5、薄膜式热电偶 薄膜式热电偶利用真空镀膜法将两种热电极材料直接蒸镀于绝缘基片上而制成，这种热电偶的特点是测量端为非常薄的薄膜，热惯性小，反映时间极快（达几毫秒），测量时可直接贴附于表面，热损失小，它主要用于快速测量壁面温度。6、快速消耗式热电偶 这是专用于测量钢水温度

12、而设计的，只能一次性使用7、热电偶的分度号和测量范围： 热电偶类别代号分度号测量范围配用补偿导线铂铑30-铂铑6WRRB6001700可用铜线代替铂铑10-铂WRPS01300铜（正）-铜镍（负）镍鉻-镍硅WRNK-2001200铜（正）-康铜（负）镍鉻-康铜(铜镍)WREE-40800镍鉻（正）-康铜（负）钨铼3钨铼25WRWWRe3/2502300钨铼3钨铼258、为什么校验热电偶时，对冷端温度的处理要用mv进行计算，而不能直接用温度进行计算？ 热电偶的热电特性与温度有较好的线性关系，但并不是绝对的线性关系，也就是说，在不同的范围内，同一温度差所对应的电势差是不同的，所以应该用冷端温度的毫

13、伏值和热电偶的毫伏值进行计算后，查对照表求得温度实际值。热电偶补偿导线和冷端补偿 1、热电偶为什么要用补偿导线因为只有当热电偶冷端温度不变的情况下，热电偶总热电势才是热端温度的单值函数，但热电偶在实际使用时，冷端与热端距离很近，而且冷端靠近设备的受热面暴露在空间，受周围环境温度波动影响，冷端温度很难保持恒定不变，这就需要把热电偶冷端移至温度比较恒定的地方，但因为组成热电偶的材料大多都是贵重金属，直接引至控制室会在成很大浪费，根据中间导体定则，可以采用价格低廉的补偿导线。2、补偿导线的实质是什么？ 补偿导线在0100范围内，其热电特性与热电偶非常相近，利用补偿导线只是把热电偶的冷端延长，它本身没

14、有补偿作用3、热电偶为什么需要冷端补偿？由于热电偶的温度热电势关系曲线是在冷端温度保持在0时得到的，虽然我们将热电偶的冷端通过补偿导线延长到了温度相对稳定的控制室内，但控制室内的温度不可能保持在0，而且室内的环境温度是随时变化的，在这样的情况下，仪表测量出的热电势必然偏小，因此必需通过冷端补偿才能消除测量误差4、常用的温度补偿方法有哪些？常用的温度补偿方法有：读数直接校正法、校正仪表零点法、冰裕法、补偿电桥法。5、简述补偿电桥法的工作原理：补偿电桥法是利用不平衡电桥产生的电势，来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。如图所示电阻R1、R2、R3是用电阻温度系数很小的锰铜丝绕制，而Rt是

15、用电阻温度系数很大的铜丝绕制，Rt与热电偶的冷端处于同一环境温度，如果电桥本来在某一温度下平衡，此时a、b无电位差，当环境温度变化时，Rt阻值随温度的升高而增大，桥路平衡被破坏，在桥路a、b两点之间产生热电势，叠加在测量回路，从而消除热电偶冷端温度变化的影响。6、热电偶产生热电势的条件是什么？热电势有哪些电势构成？热电势的大小与那些因素有关？答：热电偶产生热电势的条件是：组成热电偶的电极材料相异、两接点的温度相异。热电势有接触电势和温差电势构成，在总电势中，其主导地位的是温差电势。热电势的大小与组成热电偶的材料和两端的温差有关，与热电偶的粗细、长短无关。六、热电阻一、测温原理热电阻是基于金属导

16、体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。在现有的各种金属中，铂铜和镍是制造热电阻的最合适的材料，其中铂因具有易提纯，在氧化性介质中具有高的稳定性以及良好的复现性等显著特点而成为制造热电阻的理想材料。二、热电阻的结构类型1、普通型热电阻2、隔爆型热电阻3、端面热电阻4、铠装型热电阻三、热电阻的分度号 Cu50表示铜电阻的零度电阻值为50，Pt100表示铂电阻的零度电阻值为100.四、热电阻为什么要采用三线制接法？采用热电阻测温，温度和热电阻的阻值的变化是一一对应的，但在实际使用时，由于热电阻远离控制室，电缆的线路电阻就会附加在测量桥路的桥臂上，如果采用两线制接法，此时的线路电阻就会

17、附加在单桥臂上，造成测量误差，为了消除线路电阻的影响，采用三线制接法，使电缆的线路电阻分别加在电桥的相邻两个桥臂上从而相互抵消，减少线路电阻的影响。如下图所示：热电偶、热电阻常见问题处理一、现场热电偶丝断，在接线盒接线端子上仍能万用表量出毫伏值，但一接上温度变送器即毫伏值消失。 分析原因： 造成这种现象的主要原因是工作端热电极似断非断造成，也可能是接壳形热电偶虽然热电偶断，但仍然通过外金属保护管构成了回路，也产生了电位差，这种现象大多出现在铠装型热电偶。二、在现场工作端测量毫伏值正常，一旦接入测量回路，即出现毫伏值比实际低的现象。分析原因： 此类问题的原因显然是由回路电阻过大造成的，经过现场查

18、找，在信号回路上有一防爆接线箱，打开防爆接线箱后发现，接线端子腐蚀严重且信号电缆氧化严重，造成回路电阻过大，从而引起回路压降过大所致，将端子排上、下两导线处理后指示正常。三、热电偶护套管进水造成测量系统显示偏低20。 今年8月14号，合成触媒升温还原，在温度升至130时，操作人员反映合成塔出口温度偏低，仪表工到现场观察后发现热电阻前一米处的双金属温度计指示130，而测量热电阻电阻值，查表发现只有110，这么短的距离出现这么大的差距是不可能的，仪表工用电阻箱查信号回路正常，更换一只热电阻芯情况一样，车间技术人员一时难以查出原因，经过反复考虑，还是认定热电阻本身存在问题，决定将热电阻芯取出到校验室

19、校定，在抽出热电阻芯的瞬间，技术人员发现从护套管内冒出一缕蒸气，怀疑热电阻内有水，随即拿来脱脂棉用铁丝捆帮扎紧后，插入护套管内发现管内确实存在少量积水，因出口温度达到130，造成护套管内积水蒸发，因而，热电阻此时测得的温度不是真实的介质温度，而是水和水蒸汽的温度，原因已查到，处理干净后，重新插入后，温度指示正常，事后检查进水的位置，发现是在热电阻接线口处防爆挠形连接管高于热电阻进线口造成进水所至。 四、热电阻阻值正常，但二次表显示偏高5-6。 出现上述故障现象，仪表工查找信号回路，二次表联校均没 任何问题，看来要想查出根本的原因，还是要对热电阻本身查找问题的根源，热电阻接线盒找开后，发现有三个

20、接线柱，即A、B、C，根据常规，AB或AC为热电阻，BC为同一引线（即一根线），但当我用万用表测量AB和AC时发现阻值均为110，查表对照温度，温度指示正常，而测量BC端子时，发现有2的阻值（应该为0），问题的根源终于查到，原来是由于BC间的阻值加在及测量桥路的一个桥臂上，造成了附加误差所致。七、压力检测一、压力测量与压力单位1、压力的概念和法定计量单位 压力是垂直均匀作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡，符号为Pa，1Pa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1MPa=1000Kpa=106Pa2、液柱高度出可以表示压力因为压力是单位面积上所受的作用力即P=F

21、/S式中：F作用力 N S-面积 M2又因为F=hsg 式中： -液体密度 kg/M3 h-液柱高度 m g-重力加速度 m/s2所以P=.g.h.s/S=.g.h N/m2上述可知，压力等于液柱高度，液体密度和重力加速度的乘积，液体的密度在一定的温度下是不变的，所以压力也可以用液柱高度来表示。二、其它压力单位与法定压力单位Pa之间的换算关系。 1H2O=9.806375Pa9.81 Pa 1Hg=133.322 Pa133.3 Pa 1工程大气压（kgf/2）9.8110000 Pa1物理大气压1.013381100000 Pa1巴（br）=0.1Mpa=1kg=100000 Pa1毫米水柱

22、=9.806375Pa，是指水的密度为1.0g/cm3、温度为4、重力加速度为980.665cm/s2下而言的，有时候在仪表的出厂校验单上是按20（即常温），这时水的密度为0.99823g/cm3，所以，计算出来变成了9.789 Pa。三、绝对压力、大气压、表压及真空气和它们之间的关系。绝对真空下测量的压力为“绝对零压”，以绝对零压为基准来表示的压力叫“绝对压力”，测量流体压力用的压力表上的读数叫“表压”，也叫“工作压力”，它是流体绝对压力与该处大气压的差值。如果被测流体的绝对压力低于大气压，则压力表所测得的压力为“负压”，其值称为真空度。绝对压力=表压+大气压 负压=大气压-绝压四、大气压地

23、球表面充满着一层厚厚的空气层俗称大气层，空气也有重量，因为它对地面上和空间的一切都有压力，这个压力就是大气压，通常把纬度为45的海平面上的大气压叫标准大气压，它相当于0时760mm高的水银柱底部的压力即760mmHg（101325Pa）。五、为什么弹簧管压力表和压力变送器测的是“表压”？表压是以大气压力为基准的压力，而弹簧管和压力变送器的膜合压力测的正是以大气为基准的，被测压力作用在弹簧管内部或变送器密闭的一侧，大气压力作用在弹簧管外部或变送器的一侧，所以它们测的是被测压力和大气压力之差，所以是“表压”。六、应用与选择1、量程选择测量稳定压力时，最大压力值不超过满量程的3/4，在测波动较大的压

24、力时，最大压力值不应超过满量程的2/3，最低测量压力值应不低于全量程的1/3。2、精度选择 根据生产允许最大测量范围，以及经济实惠的原则，确定仪表的精度，一般工业生产用1.5或2.5已足够满足需要。3、外型选择 现场指示一般表面直径为100mm，在标准高及照明条件差的场合用表面直径为200-250mm，盘装的直径为150mm或矩形压力表。七、压力测量仪表的分类1、液柱式压力计 测量原理：根据静力平衡原理即被测压力与一定高度的工作液体产生的重力相平衡。如U型管压力计、单管压力计、倾斜微压计、自动液柱式压力计2、弹性式压力表测量原理：被测压力推动弹性元件自由端位移，经传动放大机构指示，如：一般压力

25、表、膜片压力表、膜合压力表、波纹管压力表、电接点压力表、运传式压力表等。3、负荷式压力计 测量压力与活塞反加于活塞上专用砖码的重量平衡。如：活塞压力计、浮球式压力计、钟罩式微压计。4、压力传感器 测量原理1）、被测压力推动弹性元件产生位移式形变，通过交换部件转换为电流信号输出。2）、利用半导体、金属等的压阻、压电等特性或其它因有物理特性，将被测压力转换为电流信号。5、压力开关6、数字压力表八、压力测量典型故障1、合成汽包压力变化慢、记录曲线平直，合成塔出口温度变化而汽包压力无变化。故障处理：1检查测理回路、正常2单校压力变送器正常3二次表正常4仔细检查发现导压管有断续堵塞现象，大量排放后，导压

26、管畅通后正常。2、测量夹套蒸汽压力时发现误差过大原因：因变送器安装位置低于夹套压力取压口4米，蒸汽冷凝造成4米高的液柱压力作用在膜合中，当P=hpg=419.8=39.2KPa ,当夹套压力为零时,由于液柱静压造成的变送器输出在4mA以上,所以必须将此时的压力正迁移,也就是说在变送器量程不变的情况下,将零点正迁移39.2KPa 才能正常指示，消除附加误差。实施方法：将变送器压力侧加压到39.2KPa，调整变送器零点使变送器输出4mA，然后在校量程。八、物位检测一、浮力式液位计 测量原理：浮力式液位计是基于浮置于液面上的物体（浮球、浮标）随液位的高低而产生的位移，或慢于液体中的物体随液位变化而引

27、起的浮力变化，即根据阿基米德定律而工作的，它分为恒浮力式和变浮力式液位计。二、静压式液位计 测量原理：对于不可压缩的液体液柱的高度与液体的静压成比例关系（即静压平衡原理），因此，测出液体的静压的静压便可知道液位的高低，静压式液位计可分为压力式和差压式两种。三、物位仪表静压式液位计的基本计算公式：P=hpg，其中只有在h=米、p=kg/m3 g=9.8牛/的单位下得出的结果才是Pa.三、超声波物位计工作原理：声波可以在气体、液体、固体中传播，并有一定的传播速度，声波在穿过介质时被吸收而表减，气体吸收最强，表减最大，液体次之，固体吸收最小，声波在穿过不同密度的介质分界面处还会产生反射，根据声波从发

28、射至接收到反射回波的时间间隔与物位高度成比例的关系，即可测量物位。当声波从一种介质向另一介质传播时，在两种密度不同，声道不同的介质的介界上传播方向会发生改变，即一部分被反射，一部分折射入相邻的介质内，当声波从液体或固体传播到气体时，成相反的情况下，由于两种介质的密度相悬殊，声波几乎全部被反射，因此，当置于容器底部的发射头向液面发射超声波时，经过时间t，接收器便可以接收到从液面反射回来的回声波脉冲，设探头（发射器和接收器的名称）至液面的距离为H，声波在液体中的传播声度为V，则存在如下关系：H=1/2Vt，对于一定的液体来说，V是已知的，因此，只要测出来回经过的时间t，即可知H，亦即得知物位高度，

29、得用声速特性，采用回声测距的方法，测量的准确性关键在于声速V。四、放射性物位计工作原理：放射线同位素的射线能透过某此物质。因物质不同，则对射线的穿过与吸收能力也不等，一般固体吸收能力最强，只有一部分射线能穿透过去，大部分射线被固体介质吸收，穿透过去的射线强度也随着所通过的介质厚度增加而减弱，液体的吸收能力次之，气体最弱，利用物质对放射性同位素射线的吸收作用来测量物质后的高度，一句话总结为：放射性物位计利用r射被物体吸收，即使r射强度减弱的程度测量物位。放射性透过物质时的强度变化符合朗白一比尔定律，I=I。e-g式中I。、I射线透过物质前后的射线强度，介质对射线的吸收系数，g介质的厚度九、流量测

30、量仪表一、流量单位与基本物理参数1、流量的定义 流量是指单位时间内流过管道某一截面的液体数量，流量分体积流量和质量流量，分别用Q、M表示，它们之间的关系是：M=Q Q=M/2、基本单位：1m3=1000L 1L=1000cm3 1mL=1cm3 1吨=1000kg1L=0.22英加伦=0.2642美加伦 1kgf(千克力)=9.80665牛顿(N)管道面积 S= *D Q=SV S为管道截面积 D管道直径(m)V为流速3、层流、过渡流和紊流 当流体流动时，流线之间没有质量交换，迹线有条不紊、层次分明的流动二次称层流流层。 当流体流动时，流线波动，但流线间仍没有质点交换的二次，称为过渡流流型。 当流体流动时，流线间有质点交换，迹象极不规则的二次称为紊流型。4、什么叫雷诺数 流体惯性力与粘性刀的比值称为雷诺数，用Re表示，当Re2300时为层流， 2300Re40000时为紊流。5、流体的密度与温度和压力有关，其中气体的密度随温度的升高而减小，随压力的增大而增大，液体的密度则主要随温度的增高而减少，而与压力无关，（同为液体不可压缩）。6、粘度和粘度单位 流体流动时，由于流层被此间的相互作用而形成了流体的内摩擦，从而使流体显示出粘滞性，粘度便是衡量流体粘滞大小的物理量。用节流装置测量流体时，需要知道