《仪表基础知识》PPT课件.ppt
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1、仪表基础知识,1,主要内容,一、四大参数的测量原理及仪表 二、调节阀 三、PLC、DCS系统基础知识,2,一、四大参数的测量原理及仪表,现场仪表测量参数的分类: 现场仪表测量参数一般分为温度、压力、流量、液位四大参数。 下面就着重介绍一下这四大参数的测量原理,以及测量这四大参数所运用的仪表。,3,1、 温度的测量,一、按测温方式可分为接触式和非接触式两大类 二、按工作原理可分为膨胀式、电阻式、热电式、辐射式等; 下表列出了常用测温仪表的测温原理、测温范围和主要特点,我厂应用最多的是双金属温度计、热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这三种温度计。,4,5,1、 温度的测量,1.1 热电偶温度计 热电
2、偶温度计由热电偶、显示仪表 及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、结构简单、使用方便、测量范围广(-50+1600 )、有较高的准确度,因而在石油化工生产中应用极为普遍。,6,1、 温度的测量,7,热电偶工作原理:两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极,如上图中的A和B )两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接。 热电偶根据测温条件和安装位置的不同,具有多种
3、结构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同,但其基本结构通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分组成。,1、 温度的测量,8,1、 温度的测量,热电偶的种类: 我国从1988年1月1日起,热电偶全部按IEC国际标准生产, S分度(铂铑10-铂);B分度号 (铂铑30-铂铑6);K分度号(镍铬-镍硅);E分度号(镍铬-康铜 ); T分度号 (铜-康铜);J分度号(铁-康铜); R分度号 (铂铑13-铂)。并指定七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶. 我厂主要有 K型、E型、S型,9,1、 温度的测量,10,1、 温度的测量,1.2 热电阻温度计 热电阻温度计是测量中、低温 (一般为500
4、以下)区的一种温度检测器。热电阻的测温原理是基于导体或半导体 的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用最多的是铂和铜,热电阻通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它二次仪表上。,11,1、 温度的测量,热电阻的接线:工业用热电阻安装在生产现场,与控制室之间存在一定的距离,因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。 目前热电阻的接线有三种 二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制 ,这种引线方法简单,适合测量精度较低的场合。 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
5、,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。 四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测 。,12,1、 温度的测量,热电偶与热电阻的区别:热电阻本身是电阻,温度的变化, 使电阻产生正的或者是负的阻值变化;而热电偶是产生感应电压的变化,他随温度的改变而改变.虽然都是接触式测温仪表,但它们的测温范围不同,热电偶使用在温度较高的环境,如S型测一201300(短期1600),K型测一50
6、1000,E型一40800(900) 以上的较高温度,热电阻测温范围为一200500。,13,1、 温度的测量,1.3双金属温度计 双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。双金属温度计可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体,蒸汽和气体介质。 双金属温度计工作原理:双金属温度计是将绕成螺纹旋形的热双金属片作为感温器件,并把它装在保护套管内,其中一端固定,称为固定端,另一端连接在一根细轴上,成为自由端。在自由端线轴上装有指针。当温度发生变化时,感温器件的自由端随之发生转动,带动细轴上的指针产生角度变化,在标度盘上指示对应的温度,14,1、 温度的测量,双金属温度计的分类:按双金
7、属温度计指针盘与保护管的连接方向可以把双金属温度计分成轴向型、径向型和万向型三种。 轴向型双金属温度计:指针盘与保护管垂直连接 。 径向型双金属温度计:指针盘与保护管平行连接 。 万向型双金属温度计:指针盘与保护管连接角度可任意调整,15,2、 压力的测量与变送,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,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。,16,2、 压力的测量与变送,主要压力检测仪表: (1
8、)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。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它主要由弹簧管、齿轮传动机构(包括拉杆、扇形齿轮、中心齿轮)、示数装置(指针和分度盘)以及外壳等几部份组成,如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成270度圆孤形的空心管子 。,17,2、 压力的测量与变送,18,2、 压力的测量与变送,(2)单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上制成两个完全一致的H型谐振梁,并以一定的频率产生振动。其谐振频率取决于梁的长度及张力,而张力随压力的
9、变化而变化,实现了压力变化转换成频率信号的变化,并采用了频率差分技术,将两个频率信号直接输出到脉冲计数器。从而使传感器具有误差小,重复性好、分解能力和反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良好的特性,可使变送器几乎不受静压和温度的影响,而且具有优良的过压性能和范围较宽的量程。,19,2、 压力的测量与变送,20,2、 压力的测量与变送,(3)电容式传感器,21,原理:P变化 C 电流的变化,2、 压力的测量与变送,压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求,被测介质的性质,现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合
10、理和有效的目的。 1类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例如是否需要远传变送、 自动记录或报警;被测介质的物理化学性质 (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、 易燃易爆等)是否对仪表提出特殊要求;现场环境条件 (如高温、电磁场、振动等)对仪表有否特殊要求等。 普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金,高压的也有采用碳钢,而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢,不允许采用铜合金。因为氨气对铜的腐蚀极强,所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。 氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同,只是氧用压力表禁油。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
11、,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。,22,2、 压力的测量与变送,2测量范围的确定 仪表的测量范围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2/3;测量脉动压力时,最大工作压力不超过量程的1/2; 测量高压压力时,最大工作压力不应超过量程的3/5。 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1/3。 按上述要求算出后,
12、实取稍大的相邻系列值,一般可在相应的产品目录申查到。 3精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。此外,在满足工艺要求的前提下,还要考虑经济性,即尽可能选用精度较低、价廉耐用的仪表。,23,3、 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,也需要知道在一般时间 (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
13、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 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等; 表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h)、千克每秒 (kg/s)等。 若流体的密度是,则体积流量Q与质量流量M的关系是: M=Q 或 Q=M/,24,3、 流量的测量与变送,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1%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
14、略不计。对于气体,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3%。在常压附近,压力每变10kPa,密度也约变化3%。因此,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、0.10133MPa(称标定状态)或0、0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体积流量。 流量测量的方法和仪表种类繁多,其测量原理和仪表的结构形式各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求,采用不同的流量仪表。下面主要介绍流量测量的基本知识和常用
15、的流量检测仪表。,25,3、 流量的测量与变送,3.1 差压式流量计 基本原理 当充满圆管的流体流经在管道内部安装的节流装置时,流束将在节流件处形成局部收缩,使流速增大,静压力降低,于是在节流件前后产生压力差该压力差通过差压计检出流体的体积流量或质量流量与差压计所测得的差压值有确定的数值关系。 差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等,26,3、 流量的测量与变送,节流装置组成 1、节流件:标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、14圆孔板、双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板等 2、取
16、压装置:环室、取压法兰、夹持环、导压管等 3、连接法兰(国家标准、各种标准及其它设计部门的法兰)、紧固件。 4、测量管,27,3、 流量的测量与变送,3.2电磁流量计: 电磁流量计测量原理是基于法拉第电磁感应定律:导电液体在磁场中作切割磁力线运动时,导体中产生感应电势,其感应电势E为:E=KBVD 式中:K仪表常数 B磁感应强度 V测量管道截面内的平均流速 D测量管道截面的内径 测量流量时,导电性液体以速度V流过垂直于流动方向的磁场,导电性液体的流动感应出一个与平均流速成正比的电压,其感应电压信号通过二个或二个以上与液体直接接触的电极捡出,并通过电缆送至转换器通过智能化处理,然后LCD显示或转
17、换成标准信号420ma,28,3、 流量的测量与变送,29,一体式电磁流量计,3、 流量的测量与变送,3.3、超声波流量计: 超声波脉冲在上下游两侧传感器间来回传播,由于上下游传播速度不同,产生时间差,根据时差大小测出流量。传播时间技术是用一对传感器,每个传感器都发送和接受超声波信号并穿过流体。当流体流动时,向下游方向信号传播时间比向上游方向的传播时间短。时差与流体速度成正比,测出时差即测出流量和方向。,30,3、 流量的测量与变送,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响 。 超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。 安装方式
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