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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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，一般由个数字表示.例如：芳烃装置的位号PI10301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

6、;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、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

7、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 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就是牛顿（）的力作用在平方米(m2)面积上所产生的压力,我们平常俗称公斤。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

8、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

9、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。 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

10、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

11、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

12、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。 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

13、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。 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

14、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

15、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2.5-8mV,流量小时，只有几微伏

16、,对外界干扰敏感，故需对它进行单独的接地、避开磁源可保证测量值准确。其安装时最好能垂直安装，并留有5-10D的直管段.f质量流量计质量流量是指在单位时间内,流经封闭管道截面处流体的质量。我们所用质量流量计一般为科氏力质量流量计，它是根据科里奥利加速度理论制成的。按照里奥利效应，假如在一个旋转体系中，具有质量m和速度的物体，以角速度从里往外（反之亦然）运动，则物体会受到一个切线方向的力，此力称为科氏力。这种质量流量计的测量管形状较多，不同厂家有不同形状，如Rosemount公司的形管，公司的直形管，还有S形、形。科氏力流量计主要由传感器、变送器、显示仪三部分组成，传感器也就是测量管，虽形状不一致

17、，但其原理基本一致：通过激励线圈使管子产生振动(代替旋转），流动的流体在振动管中产生科氏力，由于测量管进出侧所受方向相反，所以管子会产生扭曲，再通过电磁检测器或光电检测器,将测量管的扭曲程度转变为电信号，进入变送器即可知道测量值。质量流量计能直接测量质量流量，不受温度、压力、粘度和密度的影响,测量精度高，正负0.2，可测气体、液体和含颗粒的介质，并易于清洗，它对流体的流速分布不敏感，故安装是无需直管段,在测量同时可获得密度信号。但由于测量管在生产、焊接时存在差异，以及测量管的刚度、材料的内衰减等因素,造成测量管的机械振动不对称性，所以当流体的流量和粘度发生变化是，由于内部结构不平衡会造成零位漂

18、移，故质量流量计需阶段性地进行零位检查和校正.温度仪表温度是表征物体冷热程度的物理量，它只能通过物体随温度变化的某些特征来间接测量，用来度量物体温度数值的标尺称温标，现国际上常用温标有华氏(）、摄氏（OC)、凯氏(K）。它们关系如下：OC 5/9（OF 32）=K273.15。温度测量仪表按测温方式分接触式和非接触式两大类。通常来说接触式测温仪表比较简单、可靠，精度高;但因测温元件与被测介质需进行充分的热较换，故需一定时间才能达到热平衡，所以存在测温迟后的现象，同时受耐高温材料的限制，不能应用于很高的温度测量.非接触式仪表是通过热辐射原理了进行温度测量的，测温元件不需与被测介质接触，测温范围广

19、,响应速度快；但易受物体的发射率、测量距离、烟尘、雾汽等外界因素的影响，测量误差较大。接触式温度仪表有膨胀式、压力式、热电偶和热电阻；非接触式有辐射式、红外式光学温度计.a热电偶热电偶是化工企业上最常用的温度检测元件之一，它是直接式测温，测量精度高；测量范围可从50到1600 OC，某些特殊热电欧最低可测269 OC，最高可测2800 OC；结构简单，使用方便.其测温基本原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示,当导体、的两个接点和之间存在温差时,两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一定大小的电流，热电偶就是根据这种热电效应来进行测温的。自由端，安放在恒定

20、温度环境中，用t0表示工作端，安放在被测介质中，用t表示热电动势Et=eAB（t） - eAB（t0）当自由端温度恒定时，热电势只与工作端温度有关。当组成热电偶的热电极材料均匀时，其热电势的大小只与热电极材料的成份和两端温度有关,因此用不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。下表为我们常用的热电偶：序号分度号热电偶名称（材料）测量范围（OC)1S铂 铑10-铂016002B铂 铑90铂铑6016003K镍铬镍硅 -20013004J铁-康铜 -21012005R铂 铑13铂013006E镍铬康铜 2009007F铜康铜0350由于热电偶的材料一般都比较贵重，

21、而测温点到仪表距离都很远，为了节省热电偶的材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。在这里补偿导线仅起延长热电极的作用，它对冷端温度变化而可能引起测温误差是无法消除的，因此需另用其他方法来消除冷端温度不保持时对测温的影响。在热电偶的补偿导线使用中，需记住不同热电偶需不同补偿导线,且极性不能接错，补偿导线与热电偶的连接端温度不能超过100 OC。热电偶按用途不同，常制成形式有:普通型、铠装型(又称缆式）、表面式、溥膜式、快速消耗型。b热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度仪表，它主要特点是精度高,性能稳定。热电阻测温是基于金属导体的电

22、阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的.热电阻大多由纯金属材料做成，目前应用最多的是铂和铜。下表为我们常用热电阻：序号分度号热电阻名称（材料）测量范围（OC）主要特点1Pt10铂 电阻200850测量精度高,稳定性好，可作基准仪器。2Pt50铂 电阻2008503Pt100铂 电阻2008504Cu50铜电阻 -50150稳定性好，价格低,但体积大，机械强度低。5Cu100铜电阻 501506Ni100镍电阻 -60180灵敏度高，体积小,但稳定性和复制性差。7Ni300镍电阻 601808Ni500镍电阻 60180热电阻按用途不同,常用的形式有：普通型、铠装式、端面型、隔爆型.热电

23、阻测温仪表一般由热电阻、连接导线和显示仪组成,最常见的故障是热电阻短路和断路。c辐射温度计物体受热后，会发出各种波长的辐射能，辐射能的大小和受热体温度的四次方成正比,辐射温度计就是基于此原理工作的。同时物体在高温状态下会发光、发亮。温度越高,亮度越大，光学温度计就是通过测物体的亮度来测温度的。物位仪表物位是对液位、料位和相界面的总称，对物位进行测量的仪表称物位检测仪表。物位检测的主要目的:通过物位测量来确定容器中物料的数量，以确定正常生产所需的物料供给量；通过物位测量了解物料是否在正常生产要求范围内，以保证生产安全、产品质量。物位仪表按液位、料位、界面分：测量液位仪表：玻璃管（板)、称重式、浮

24、力式、静压式(压力、差压)、电容式、电感式、电阻式、超声波式、放射式等。测量界面仪表:浮力式、差压式、电极式和超声波式等.测量料位仪表：重锤探测式、音叉式、超声波式、激光式、辐射式等.浮力式液位计浮力式液位计可分为恒浮力式液位计和变浮力式液位计。前者是根据浮子的位置始终跟随液位的变化而变化来进行液位测量的;后者则根据浮筒所受的浮力随液位的变化而变化来进行液位测量的.常见恒浮力式液位计有：浮球液位计这种仪表结构是一种机械杠杆系统.一端连空心浮球,放于被测介质中，另一端装平衡锤，所以是力矩平衡式仪表。这类仪表变化灵敏，易适应介质的温度、压力、粘度等条件，但受机械杠杆长度的限制，测量范围较小.浮子钢

25、带液位计这类液位计的浮子系在钢带上，钢带的另一端系平衡锤或钢带收放轮.当液位发生变化是浮子、钢带也随着上下移动，此仪表测量范围较大,但易受温度等条件影响，精度不高.磁耦合浮子式液位计这类液位计的浮子内带有永久磁铁，然后通过磁耦合传出液位的高低,如磁翻 板液位计，量程较大，工作压力高，但磁性物质对温度有一定限制，在吹气高温下,易退磁.常见的变浮力式液位计有：浮筒液位计它的检测元件是沉浸在液体中浮筒（又称沉筒），它随液位的变化产生上下直线位移,通过扭力管转换为角位移，再利用转换元件,将角位移变为相应电或气信号。浮筒液位计除位移式的外，还有力平衡式沉筒液位计、带差动变送器的沉筒液位计。恒力式液位计与

26、变浮力式液位计主要区别:恒力式液位计的浮子始终浮在介质上面，并随液位1:1变化，沉筒液位计的沉筒则大部分沉在介质中，当液位发生变化时，其位移极小.差压式液位计差压是液位计是利用容器内的液位变化时，液柱产生的静压也相应变化的原理工作的.如下图所示在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度是已知的，因此差压计测得的差压与液位的高度是成正比的，这样测液位就可以变成测量差压.差压式液位计特点:检测元件在容器内几乎不占空间；检测元件只有一、二根导压管，结构简单，便于安装维护;如采用法兰式变送器可解决高粘度、易凝固、易结晶、腐蚀性等液位测量中常见的问题；差压液位计通用性强，可以用来测量液位外，也可测压力和流

27、量等参数。电容式物位计利用两电极间电容量随被测介质物位的高低变化而变化的原理构成的物位测量仪表为电容式物位计。雷达液位计雷达液位计是采用高频振动器作为微波发生器,发生器产生的微波用波导管将它引到辐射天线,通过天线向被测介质物位发射微波。当微波遇到障碍物，如介质时，部分被吸收,部分被反射回来，通过测量发射波与反射波间的某种参数关系来实现液位测量。目前主要有两大类雷达液位计：一类是发射频率固定不变，通过测量发射波与反射波的运行时间，并经智能化信号处理器，测出液位高度。另一类是测量发射波与发射波之间的频率差并将这频率差转换为与被测液位成比例关系的电信号。这种液位计发射频率不是一个固定的频率,而是一等

28、幅可调频率。雷达液位计特点:无位移、无传动部件、非接触式测量,不受温度、压力、蒸汽、气雾和粉尘的限制，适用于粘度大的介质、有毒、有腐蚀行介质.雷达液位计没有测量盲区，简单可达很高,正负1mm,故可用于贸易。超声波物位计超声波物位计是应用回声测距的原理制成的，声波从发射到接受反射波的时间间隔与物位高度成正比。超声波物位计特点：无可动部件，超声波探头虽有振动，但振幅很小，仪表结构简单.不受光线、粉尘、湿度、粘度的影响，并无介质的介电常数、电导率、热导率等参数无关.可测对象多，液体、粉末、固体颗粒等均可。因超声波物位计不接触介质，可适用于腐蚀性、有毒、高粘度的液位测量。但超声波物位计的检测元件不耐高

29、温,声速受介质的温度和压力影响，另外超声波物位计的电路复杂，价格较高。放射性物位计在自然界中某些元素能放射出某种看不见的粒子流，即射线，当这些射线穿过一定厚度的物体时,因粒子的碰撞和克服阻力而消耗粒子的动能，以致最后动能耗尽，粒子被物体吸收。不同的物体对射线的穿透和吸收能力不同。利用物体对放射性同位素射线的吸收作用来检测物位的仪表就称放射性物位计.我们常用的放射性物位计有钴和铯作放射源的物位计。放射性物位计特点：可以实现完全不接触式的测量；可用于高温高压的工况；可测量容器中高粘度、强腐蚀、易燃易爆、有毒介质的物位测量；但射线对人体危害较大，在选用上必须谨慎。以上介绍的仪表测量值均为模拟量，在我

30、们实际运用中，还大量使用数字量的测量信号，如压力开关、流量开关、温度开关及液位开关和振动开关等等.执行器执行器接受调节器发出的控制信号，改变调节参数,把被调参数控制在所要求的范围。在生产现场，执行器直接控制工艺介质,尤其在化工生产中，介质多为高温高压、强腐蚀、易燃易爆、有毒、高粘度、易结晶等性质，执行器的选择、安装、使用和维护必须非常重视。按能源来分，执行器可分气动、液动、电动三类.在我们化工企业中以气动执行器较多，我们习惯上称气动阀。它以压缩空气为能源，具有结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、本质安全、维护方便等特点。阀门在结构上可分执行机构和调节机构组成。执行机构就是阀门的推动部分，它按控制信号的大小产生相应的推力,通过阀杆使阀门阀芯产生相应的位移.主要有：气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构、长行程执行机构等。调节机构是阀门的调节部分，它与调节介质直接接触，在执行机构的推动下，改变阀芯与阀座间的流通面积,从而达到调节流量的目的.主要有：单座阀、双座阀、蝶阀、偏心旋转阀、球阀等。下表是我们化工企业