化工仪表

自动化仪表化工过程自动化—自动化仪表一、仪表概述及基本知识化工过程自动化—自动化仪表采用检测与控制系统对生产过程进行生产作业，以代替人工直接操作的措施。机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。1概论1.2什么是过程自动化？现代一般把自动化划分为：办公自动化（OA）；设计自动化（CA）；生产自动化（MA）；信息自动化（IA）：管理自动化等。1.1什么是自动化？化工过程自动化—自动化仪表例如：流量计、压力表、温度表、数显仪等。还有些具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能的，例如：调节阀、压力开关等等。1.3自动化仪表仪表的发展经历了普通式、机械式（气动仪表）、电子式（DDZⅡ、Ⅲ仪表）、智能化等层次。随着微电子、微机械、智能和集成等先进技术的迅猛发展，以及新材料和新工艺的发现和采用，目前仪表正向着微型化、数字化、智能化、网络化和虚拟化等方向进一步发展。一般用以检出、测量、观察、计算各物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备，统称为仪表。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表一台完整的自动化仪表一般有以下三部分组成：1、检测元件：又称为敏感元件、传感器，它直接响应工艺变量，并转化成一个与之成对应关系的输出信号。称为一次仪表。2、显示装置：将检测到的被测变量变为可以看到的刻度、数字或图形数据。称为二次仪表。3、变送装置：将检测到的被测变量变为标准的电信号，以便于长距离传送或与其他仪表装置匹配，一般有：电流信号，4-20mA(0-20mA、0-10mA)；电压信号，0-10V，1-5V。称为二次仪表。有些就地仪表，如普通压力表、普通温度表，不包括变送装置。我公司化工区有仪表（自控阀门）五千多台件。1.4自动化仪表的组成化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表一般由三大部分组成：①检测传感器及仪表，检测过程的性能和状态。②调节控制装置或系统，决定过程做什么和如何做，是自动控制系统的中枢。③执行机构，进行制定并起调节作用的机构。1.5过程自动化系统的组成化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表测量就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。2仪表基本知识直接测量利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。如，米尺，秒表，玻璃温度计，普通天平，游标卡尺。2.1什么是测量？直接测质量（砝码）间接测质量（应变传感器）间接测量是指通过测量与被测量有函数关系的其他量,才能得到被测量值的测量方法。如，用万用表测电阻，常见电子仪表等。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表测量误差就是由仪表读得的被测值(测量值)与被测参数的真实值之间的差距。分为绝对误差和相对误差。2.2测量误差由于真值无法得到，只能以标准表作为真值参照绝对误差，仪表的测量误差可以用绝对误差Δ来表示。tIxxxI：仪表指示值,xt：被测量的真值x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值0xx相对误差，是指在某一测量点仪表的绝对误差与该点标准值的比值。ttIxxxxxxx或000化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表仪表的δ允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的δ允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“±”号及“％”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。2.3仪表的准确度（精确度）有两大影响因素影响着仪表准确度，即绝对误差和仪表的标尺范围。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值Δmax。%100max标尺下限值标尺上限值相对百分误差δ允许误差δ允%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允化工过程自动化—自动化仪表2.4检测系统中信号的传递形式2.4.1模拟信号在时间上是连续变化的,即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。随着计算机技术在自动控制系统中的应用，为了将现场仪表与智能化设备连接，需要将模拟信号转换为数字信号。数字信号是一种按时间离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数的代码序列来表示。2.4.2数字信号化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表2.4.3开关信号用两种状态或用两个数值范围表示一个不连续信号，一般称为0和1。通常开关量信号来自仪表的报警（行程开关、压力开关）接点、电器设备（开关、继电器、接触器）的触点等。有时将连续脉冲信号也归于开关量处理。为安全起见，在开关量的接口电路中常用到光电隔离（光电耦合器），实现进出信号的电气隔离，保证信号的匹配和系统安全。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表2.5法定计量单位及常用导出单位2.5.1基本单位长度—米（Metre），代号：m，质量—千克（kilogram），代号：kg时间—秒（Second），代号：s温度—开尔文（Kelvn），代号：K电流—安培（Ampere），代号：A发光强度—坎德拉（Candela），代号：cd物质的量—摩尔（Mol），代号：mol化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表2.5法定计量单位及常用导出单位频率—赫（兹）Ｈｚ力、重力—牛（顿）Ｎ压力、压强、应力—帕（斯卡）Ｐａ功率—瓦（特）Ｗ电位、电压、电动势—伏（特）Ｖ电容—法（拉）Ｆ电阻—欧（姆）Ω磁通量—韦（伯）Ｗｂ摄氏温度—摄氏度℃光通量—流（明）ｌｍ2.5.2常用导出单位化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表二、自动化仪表的分类及原理化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表温度的表示方法热力学温度—旧称绝对温度（absolutetemperature），符号T，单位是“开尔文”，国际代号“K”。是以国际上所通过的一系列纯物质的固定点（如平衡氢三相点、平衡氢沸点、水三相点、锡凝固点等）作为基准。规定水的三相点的温度为273.16K，“开”定义为水三相点热力学温度的1/273.16。摄氏度—为表示温度时代替“开”的一个专门名称。符号t，单位是“℃”。因水的三相点温度为0.01摄氏度。因此热力学温度T与摄氏温度t的关系是T＝t＋273.15华氏度—在美国和其他一些英语国家使用，其结冰点是31°F,沸点为212°F。摄氏温度和华氏温度的关系℉=1.8t℃+321、温度检测仪表化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表温度检测仪表的分类一般按测量原理分为：a、接触式●膨胀式：玻璃液体、双金属●压力式：气体、蒸汽、液体●热电类：热电偶●热电阻：铂电阻、铜电阻、热敏电阻●其他电学：集成温度传感器、半导体温度计b、非接触式◆光纤类：光纤温度传感器、光纤辐射温度计◆辐射式：辐射式、光学式、比色式化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.1.1双金属温度计的原理及性能双金属温度一般属于就地式仪表，其测量原理为利用金属体积易随温度变化的特点，感温元件由膨胀系数相差较大而弹性模量相近的两块金属片（常用的有殷钢和黄铜）焊接，再绕制成环性弯曲状。1.1双金属温度计一端固定，受热膨胀时，另一自由端带动指针旋转，仪表便显示出所应的温度值。这种双金属片随温度的变形率接近线性，所以可用来测温。测温范围：-80-+500℃允许误差：标尺量程的1.5-2.5%左右多种结构形式:有轴向型、径向型、万向型等化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.1.2双金属温度计的特点及使用维护双金属温度计使用和维护：在保管、安装、使用及运输过程中，应尽量避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲、变形。安装时，严禁扭动仪表外壳。2.仪表应在-30℃～80℃的环境温度内正常工作。3.仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1/2～3/4处。双金属温度计的特点:无汞害，防水，坚固耐震，承压、防腐能力强。现场显示温度，直观方便。安全可靠，隔爆，使用寿命长。适合测量中、低温度，可以直接测量各种生产过程中的液体蒸汽和气体介质温度，用途广泛。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.2热电阻温度计1.2.1热电阻温度计的原理热电阻温度计是基于金属的电阻热效应，利用其电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的。其电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示:Rt=Rt0[1+α（t-t0）]式中：Rt为温度t时的阻值；Rt0为温度t0（通常t0=0℃）；时对应电的阻值；α为温度系数。目前较为常用的是铂热电阻,如Pt100。其在-200℃时对应阻值为18.52Ω；0℃时对应阻值为100Ω；850℃时对应阻值为390.48Ω。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表工业用热电阻温度计通常由铂丝、铜丝绕制在特殊的陶瓷、玻璃、云母等材料制成的骨架上，装入保护套管，再填入导热、绝缘性能良好的石英砂，密封后，经接线盒引出导线而成。为方便远传及与其他仪表接口，热电阻温度计还可以配温度变送器，将对应的电阻值转换成4-20mA电信号。1.2.2热电阻温度计的结构1.2.3热电阻温度计的特点测温范围：最大为-200-850℃允许误差：标尺量程的0.15%左右多种结构形式:铠装式、装配式等体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小机械性能好、能弯曲，便于安装；使用寿命长有一定的非线性化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.2.4热电阻温度计的使用维护①不得随意拆卸、打开热电阻保护套管和接线盒。②不得随意碰撞电阻体，以免损坏热电阻元件，严禁扭动仪表外壳。③严禁踩踏热电阻本体或连接电缆（保护管）。④仪表应在-30℃～80℃的环境温度内正常工作。⑤使用过程中注意防水、防腐蚀性气、液体。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.3热电偶温度计1.3.1热电偶温度计的原理当两种不同成份的导体接合在一起时，在其两端就会产生电动势，且随着接合点的温度不同，其电动势也会呈现有规律的变化，这种现象称为热电效应（势能转换），而这种电动势称为热电势。近似公式为：式中：eAB(t)热电偶测量端热电势eAB(to)热电偶参比端热电势通常使用电子电位差计测量出热电偶的热电势电位差EAB，用显示仪表显示出对应的温度。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1.3.2热电偶温度计的结构常见热电偶有铁-铜镍（J型）、镍铬、镍硅（K型）等。将组成热电偶的两个热电极牢固的焊接在一起，做好两个热电极之间的绝缘，穿入保护套管，通过1.3.3热电偶温度计的特点测温范围：K型使用温度为-200-1300℃，J型使用温度为0-750℃允许误差：一般可达标尺量程的0.2%左右线性度好；灵敏度高，稳定性和均匀性较好J型热电偶价格较为便宜热电偶同样也具有热电阻的那些特点接线盒将热电偶自由端引出。为方便远传及节省宝贵的补偿导线，热电偶温度计还可以配温度变送器，将对应的电势值转换成4-20mA电信号。化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表1、不得随意拆卸热电偶保护套管和接线盒。2、严禁踩踏热电阻本体或连接电缆（保护管）。3.仪表应在-30℃～80℃的环境温度内正常工作。4.使用过程中注意防水、防腐蚀性气、液体。1.3.4热电偶温度计的使用维护几种常见热电偶温度计化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表压力的表示方法压力有两种表示方法：绝对压力—以绝对真空作为基准所表示的压力，符号为PABS。相对压力—又叫“表压力”，以大气层对地球表面或表面物体所造成的压力为起点，符号为Pg。当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示。称为”真空度”。关系如下：真空度=大气压力-绝对压力我国法定的压力单位为Pa（N/㎡），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）。1标准大气压=0.1013MPa在旧的单位制中，1kgf/cm2=0.098MPa2、压力检测仪表化工过程自动化TIANJIAO—自动化仪表压力检测仪表分类压力检测仪表按测量原理分为：（1）弹性式压力表①膜片②波纹管③弹簧管(2)压力传感器①应变片式压力传感器②电容式压力传感器③扩散硅压力传感器④