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1、仪表基础知识讲座仪表基础知识讲座主讲人：李龙2004年年4月月 第一章 检测技术 第一节 概述 第二节 温度检测 第三节 流量检测 第四节 压力检测 第五节 物位检测 第二章 执行器 第一节 执行机构 第二节 控制阀 第三章 简单控制系统 第一节 系统组成原理及分析 第二节 简单控制系统的设计 第三节 简单控制系统的投运与参数整定 第四章 流体输送设备的控制 第一节 泵的控制 第二节 压缩机的控制 笫三节 防喘振控制系统 第五章 DCS控制的应用 第一讲 检测技术一、检测技术概述 检测元件检测元件：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。检测仪表：将检
2、测元件、变送器及显示装置的统称，或者将检测元件称为一次仪表，将变送器和显示装置称为二次仪表。信号传送信号传送：420mA(020mA、0-10mA)；20100kPa 对于检测仪表来说，检测、变送与显示可以是三个独立部分，也可以只用到其中两个部分。过程控制对检测仪表有以下三条基本的要求：测量值y(t)要正确反映被控变量C(t)的值，误差不超过规定的范围；在环境条件下能长期工作，保证测量值y(t)的可靠性；测量值y(t)必须迅速反映被控变量c(t)的变化，即动态响应比较迅速。测量误差 检测环节分成两个部分：一是能量形式的一次或多次转换过程；二是将被测变量与其相应的测量单位进行比较并输出检测结果。
3、而检测仪表就是实施检测功能的工具。测量误差测量误差：从检测仪表获得的被测值与实际被测变量真实值之间存在一定的差距，可分为绝对误差和相对误差。绝对误差绝对误差是指仪表指示值x与被测量的真值x0之间的差值，即 =x一x0 (11)相对误差相对误差即仪表引用误差，它是绝对误差与测量标尺范围之比.(XX0)=-100 (12)标尺上限一标尺下限 (XX0)max max=-100 (13)标尺上限一标尺下限 仪表性能指标仪表性能指标精确度变差线性度灵敏度和分辨率动态误差线性度示意图 二、温度检测二、温度检测1、主要温度检测方法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
4、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、石英晶体温度计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2、热电偶介绍(a)热电偶热电效应 EAB(，0)=EAB()一EAB(0)(15)EAB(，0)=f()一C=()(16)（b）热电偶测温回路工业常用热电偶外形结构 普通型热电偶铠装热电偶 多点式热电偶隔爆型热电偶表面型热电偶 普通型热电偶基本结构图 铠装热电偶 补偿导线补偿导线连接图 热电偶参比温度补偿方法 计算法：根据补偿原理计算修正；冰浴法：一般仅用于实验室；机械调零法：一般仪表在未工作时指针指 在零位(机械零点)；补偿电桥法
5、：利用参比端温度补偿器产生 的不平衡电势去补偿热电偶因温度变化而 引起的热电势变化值。3、热电阻分类金属热电阻 工业用热电阻的结构型式有普通型、皑装型和专用型等型式 a)铜电阻 b)铂电阻 c)电阻体的外肜 普通热电阻结构 半导体热敏电阻a)珠形 b)棒形 c)管形 半导体热敏电阻结构 4 4、电偶、热电阻的选用、电偶、热电阻的选用(1)选择 一般热电偶用于较高温度的测量，在500以下(特别是300以 下)用热电偶测温就不十分妥当。中低温区采用热电阻进行测温。(2)安装 选择有代表性的测温点位置，测温元件有足够的插人深度。热电偶或热电阻的接线盒的出线孔应朝下，以免积水及灰尘等 造成接触不良，防
6、止引入扰动信号。检测元件应避开热辐射强烈影响处。(3)使用 热电偶测温时，一定要注意参比端温度补偿。除正确选择补偿导 线、正负极性不能接反外，热电偶的分度号应与配接的变送、显示仪 表分度号一致。热电阻分度号要与配接的温度变送器、显示仪表分度号一致。三、流量检测三、流量检测 流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的数量，即瞬时流量。瞬时流量在某一时段的累积量称为累积流量(总流量)。流量通常有三种表示方法 质量流量qm 工作状态下的体积流量qv。qm=qv 或qv=qm/标准状态下的体积流量qvn。qvn=qm/Pn或qv=qvnPn qv=qvP/Pn或qv=qvn Pn/P 1、流量检测的主
7、要方法 (1)测体积流量 容积法 速度法：差压式(节流式)、旋涡式、涡轮式、声学式、热学式 (2)测质量流量 直接法直接测量质量流量 间接法又称推导法 2、速度式流量计（1）节流装置包括孔板、喷嘴和文丘管 Q=K*Sqr(P)节流装置前后的压力分布情况 节流装置与差压变送器连接 要使仪表的指示值与通过管道的实际流量相符，必须做到以下几点 差压变送器的差压和显示仪表流量标尺选择时应与节流装置孔径匹配。在测量蒸汽和气体流量时，遇到工作条件的密度p与设计时的密度pc不相同，必须对示数进行修正。显示仪表测量值(差压信号)要经开方运算线性化处理后再送显示仪表。节流装置应正确安装。接至差压变送器的差压应该
8、与节流装置前后差压相一致，这就需要正确安装差压信号管路。（如后面图示）被测流体为液体时的信号管路安装示意图 被测流体为气体时信号管路安装示意图 被测流体为水蒸气时信号管路安装示意图 被测介质具有腐蚀性时采用喷吹系统(2)靶式流量计FK*Q 靶式流量计示意图(3)转子流量计转子流量计示意图(4)涡轮流量计 涡轮流量计示意图(5)电磁流量计 电磁流量计工作原理图(6)旋涡流量计q=f/k 旋涡发生原理图(7)超声波流量计t2Lv/c2超声波测速原理图 3、容积式流量计 椭圆齿轮测量流量示意图 4、质量流量计 科氏力流量计测量原理(1)科里奥利质量流量计(2)量热式质量流量计 量热式质量流量计原理图
9、(3)间接式质量流量计 间接式质量流量计组合示意图 5、流量仪表的选用 按被测介质特性选用流量计 四、压力检测四、压力检测 1、压力单位和压力检测方法 （1）压力单位 在工程上，压力定义为垂直均匀地作用于单位面积上的力，用符号 P表示。在国际单位制中定义1N垂直作用于1m2面积上所形成的压力 为l帕斯卡(简称“帕”，符号Pa)。(2)压力的表示方法 压力有绝对压力、表压力、负压或 真空度三种表示方法，其关系如右图。绝对压力是指物体所受的实际压力。表压力是指一般压力仪表所测得的压力。P表压=P绝对压力一P大气压力真空度是指大气压与低于大气压的绝对压力之差，是负的表压(负压)，即 P真空度=P大气
10、压力一P绝对压力 (3)压力的检测方法 弹性力平衡方法基于弹性元件的弹性变形特性进行测量。重力 平衡方法主要有活塞式和液柱式。机械力平衡方法。物性测量方 法基于在压力作用下测压元件的某些物理特性发生变化的原理。2、常用压力检测仪表（1）弹性式压力表 膜片波纹管波纹管弹簧管弹簧管 平薄膜 波纹膜波纹管 单圈弹簧管 多圈弹簧管(2)压力传感器 应变片式压力传感器压电式压力传感器 压阻式压力传感器电容式压力传感器集成式压力传感器 弹簧管压力表 箔式应变片 压电式压力传感器结构示意图 压阻式压力传感器结构示意图 电容式压力传感器示意图 压阻式集成传感器检测元件示意图 五、物位检测五、物位检测 3、压力
11、表的选用 压力表的选用主要包括仪表型式、量程范围、精度和灵敏度、外形尺寸以及是否还需要远传和其他功能。选用的依据如下：必须满足工艺生产过程的要求，包括量程和精度；必须考虑被测介质的性质，如温度、压力、粘度、腐蚀性等；必须注意仪表安装使用时所处现场环境条件，如环境温度、振动等。物位包括三个方面：液位 料位 界位 1、物位检测方法 直读式 静压式 浮力式 机械接触式 电气式 声学式 射线式 光学式 物位开关工作原理与相应的物位计工作原理相同，物位开关有浮球式、电学式、超声波式、射线式、振动式等。(1)差压式液位计 利用静压原理来测量 静压式液位测量原理 液位测量的正迁移 2、常用物位检测仪表 正迁
12、移:当差压式液位计的取压口低于储槽底部 P1=PB+hopg=PA+hg+hog P2=PA P=P1-P2=hg+hog液位测量的负迁移 负迁移:当差压式液位计的取压口高于储槽底部 P1=PA+h1g+ho2g P2=PA+h12g P=P1一P2=h1g-（h1-ho）2g利用差压式液位计还可以测量液体的分界面 P1=h02g+(h1+h2)1g P2=(h2+h1+h0)lg p=Pl-P2=0g(2-1)用差压式液位计测分界面原理图 P1=PA+hg P2=PA P=Pl-P2=hg (2)电容式物位计 电容式物位计原理图(3)超声波物位计 H=(1/2)vt (126)超声波液位检测原理(4)核辐射式物位计 射线方法检测物位示意图(5)磁翻转式液位计磁翻转式液位计示意图 休息一会