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1、工业自动化培训教材第一章 概述第一节 绪论现代工业发展特点:装置的大型化和自动化自动化的目的:安全操作、平稳运行、提高效率工业自动化技术主要内容:生产工艺过程中各种工况信息的检测、转换、显示和控制实现自动化的方式:采用相关自动化仪表及配套软件:第二节 自动化仪表基础知识分类:检测仪表、显示仪表、控制仪表、执行器显示仪表指示仪记录仪累计器信号报警器屏幕显示器控制仪表基地式调节器气动单元组合仪电动单元组合仪分散型控制系统DCS可编程控制器PLC可编程调节器工业控制机IPC组装式仪表计算机控制系统安全控制系统FSC检测仪表流量压力物位温度成分分析执行器气动调节阀电动调节阀第二节 自动化仪表基础知识相
2、关参数1、精确度:测量值与实际值的差异程度,表示测量误差大小 精确度=(测量值-实际值)/(标尺上限-标尺下限)100%2、灵敏度:稳态时仪表输出变化对输入变化的比值,表示仪表对被测参数变化的灵敏程度。灵敏度=指针指示值/被测参数变化3、非线性误差:对于理论上具有线性特性的仪表,实际输入输出特性曲线对理论线性的偏离程度。非线性误差=(实际值与理论值的最大绝对误差值)/(标尺上限-标 尺下限)100%4、变差:仪表正向(上升)特性与反向(下降)特性差异程度 变差=正、反行程时指示值的最大绝对误差/(标尺上限-标尺下限)100%5、动态误差:由于检测环节中存在的元件动惯性(时间常数)、测量传递滞后
3、(纯滞后时间)带来的误差。第二章 温度测量仪表第一节 概述分类:接触式和非接触式 固体的膨胀:双金属温度计 热膨胀 液体的膨胀:玻璃温度计 气体的膨胀:压力式温度计 金属热电阻:铜热电阻、铂热热电阻 接触式 热电阻 半导体热敏电阻:锗电阻、碳电阻 廉金属热电偶:贵金属热电偶 热电偶 难熔金属热电偶 非金属热电偶 辐射法 非接触式 热辐射 亮度法 比色法第二节 压力式温度计原理:密闭容器里的液体、气体受热后产生膨胀进而引起压力变化。基本结构:温包、毛细管和指示器三部分组成。第三节 双金属温度计原理:螺旋状的牢固结合在一起的两种具有不同膨胀系数的金属在温度变化时螺旋管曲率发生变化带动指针偏转。结构
4、组成:表盘、保护管、感温元件结构形式:轴向型、径向型、万向型型号:WSS(X)第一方框:表盘公称尺寸mm:3-60、4-100、5-150 第二方框:结构形式:0-轴向型、1-径向型、8-万向型 第三方框:安装形式:0-无固定装置、1-可动外螺纹、2-可动内螺 纹、3-固定外螺纹、4-活动法兰 X代表电接点第四节 热电阻原理:金属导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化适用材料:铜、铂、镍、铁、锗、碳等,常用的是铜和铂结构:1、装配式:感温元件、接线部分和保护管 2、铠装式:电阻元件封焊在由金属套管、绝缘材料和金属导 线组成的盒里铂热电阻型号:1、装配式:WZ W代表温度仪表,Z代表热电阻
5、第一方框:热电阻材料:P-铂、C-铜 第二方框:安装形式:1-无固定装置、2-固定螺纹、3-活动法兰纹、4-固定法兰、5-固定螺纹椎形保护管式 第三方框:接线盒方式:2-防溅式、3-防水式 第四方框:表盘公称尺寸mm:3-60、4-100、5-150 2、铠装式:WZPK W代表温度仪表,Z代表热电阻,P代表铂电阻,K代表铠装式第四节 热电阻 第一方框:安装形式:1-无固定装置、2-固定卡套螺栓、3-可动卡套螺栓、4-固定卡套法兰、5-可动卡套法兰 第二方框:接线端子形式:0-简易式、1-防溅式、2-防水式、6-防爆式、7-带延长导线式 第三方框:铠套直径mm:3-3、4-1、5-5、6-6测
6、温范围:铂热电阻:-200850、铜热电阻:-50150分度值:铂热电阻:Pt10和Pt100、铜热电阻:Cu50和Cu100 分度值代表感温材料在0时相应的电阻值分别是10、100、50、100。优、缺点:铂热电阻:优点:精度高、物理化学性能稳定,制作容易 缺点:电阻温度系数小,电阻与温度为非线性关系,价格昂贵。铜热电阻:优点:电阻与温度为线性关系,价格便宜 缺点:电阻率低,易氧化,耐温低第五节 热电偶原理:两种不同导体串接成一个闭合回路,当两边结合点出现温度差时回路中就会产生电动势而出现电流测温范围:-2001600 结构组成:感温元件、保护管和接线部分标准热电偶:铜-康铜(WRTK)、镍
7、铬-康铜(WREK)、镍铬-镍硅(WRKK)、铁-康铜(WRJK)、铂铑30-铂铑6(WRBK)和铂铑1铂(WRSK)标准热电偶都有标准的热电势和温度的对应关系,它是在参考端的温度为零度的条件下测得的,但在实际使用时将参考端的温度控制在零度是不现实的,并且现场的环境温度随时都会变化,在实际使用时通常采用补偿导线将热电偶的参考端延伸到温度恒定的地方并对参考端的温度相对于零度时的热电势进行补偿。补偿导线与连接的热电偶有近似的热电特性且价格便宜。测量端 T参考端 T0导体 A导体 B第五节 非接触式温度计原理:利用受热物体的表面亮度或热辐射强度与温度的关系通过比较或变换间接的测出温度。常用类型:光学
8、高温计、辐射高温计、光电高温计 第六节 电接点温度计适用范围:压力式温度计和双金属温度计原理:显示表盘带电路接点,当到达设定温度值时电路接点连通发出电信号。第七节 总结就地温度测量仪表选择1、通常情况下一般选用双金属温度计2、-80以下,不宜近距离观察,有振动且精确度不高的场合宜选用压力式温度计温度检测元件选择1、一般场合优先选用热电偶2、要求测量精度高且无振动场合优先选用热电阻热电偶和热电阻优、缺点比较热电偶:优点:体积小,便于安装、信号可远传做指示和控制使用、测温范围广、价格低、再现性好、效验容易 缺点:热电势与温度为非线性关系、精度比热电阻低、与热电阻比接点易老化、需接补偿导线热电阻:优
9、点:精度高、再现性好、响应速度快 缺点:价格较贵、需外接电源、热惯性大、对机械振动敏感温度仪表的安装安装方式:法兰固定安装、螺纹连接固定安装、法兰和螺纹连接共同安装、保护套管插入安装通用规则:1、在设备及高温、带腐蚀性介质的中、低压管道上安装一般采用法兰式2、在无腐蚀性介质的管道上一般采用螺纹安装3、在高压管道上一般先焊接上温度计套管再安装温度计安装注意事项:1、安装位置应在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方,应避开阀门、焊缝以及介质流束呈死角的地方2、就地指示仪表应安装在便于观察的地方3、在拐弯处或倾斜安装时应逆向流体方向安装4、双金属温度计安装在管径DN50的管道和热电阻、热电偶在在管径D
10、N70的管道上安装时要加装扩大管5、热电偶的安装应远离磁场第三章 压力测量仪表第一节 概述各压力表示之间的关系压力测量原理:P=F/A P-压力 F-垂直作用力 A-受力面积1、直接测量F2、测量弹性元件受压后引形变而产生的弹性力3、利用物质与压力有关的物理特性(主要是电性质)绝对压力绝对压力的零点绝对压力负压、真空度表压大气压力线第二节 液柱式压力计工作液体被测压力第二节 弹性压力表弹簧管压力表 弹性C形管膜片压力表 带波纹的圆形膜片通过工作液传到弹簧管上膜盒压力表 两片连接在一起的圆形波纹膜片组成的盒装物测微正压和负压第三节 电测式压力传感器 压电式压力传感器 某些晶体在某一方向受压(拉)
11、后在对应的两个面表面上产生电荷(压电效应)并在外力撤消后重新不带电压阻式压力传感器 固体受到外力作用后电阻率发生变化(压阻效应)电容式压力传感器 弹性元件受压后的变形可改变电容器的电容量谐振式压力传感器 弹性元件的谐振频率在受到外力后会发生变化第四节 其它电接点压力表耐震压力表 表壳加填充液耐腐蚀压力表 耐腐蚀材料弹性元件和隔膜压力表耐高温压力表 隔离管、隔离管、隔离环应变式压力变送器 测量弹性元件的应变并转变成电信号压力开关 弹性元件为一电路接点,受压后与另一接点连通 第五节 压力测量仪表的安装量程选择 1、稳定压力:正常测量压力1.5压力表最大量程 2、脉动压力:正常测量压力2.0压力表最
12、大量程 3、机泵出口压力:机泵出口最大压力压力表最大量程 4、高压压力:正常测量压力1.7压力表最大量程 通用规则:最小测量压力3.0压力表最大量程型式选择 1、测压0.04MPa:弹簧管压力表 2、测压0.04MPa:膜盒压力表 3、测蒸汽或高于60:带隔离环或不锈钢压力表 4、测脉动压力:耐震压力表 5、测含尘气体:加除尘器 6、测含液气体:加气液分离器 7、测高压(10MPa):加卸压装置第六节 压力测量仪表的安装安装原则:1、压力测量点应选择在介质流速稳定的地方 2、压力测量点应选择在温度测量点的上游 3、测含灰尘、固体颗粒或沉淀物等混浊介质时,压力测量点应倾斜向上安装 4、测液体时压
13、力测量点应选择在管道的下半部与管道水平中心成45的夹角范围内,绝对不能在底部。5、测气体时压力测量点应选择在管道的上半部与管道水平中心成45的夹角范围内。第四章 物位测量仪表第一节 概述存放在容器和设备中物质的高度和位置就是物位液体介质液面的高低-液位液体-液体或液体-固体的分界面-界位固体粉料或固体颗粒的堆积高度-料位第二节 直读式液位测量仪表原理:连通器形式:玻璃管液位计、玻璃板液位计结构特点:直观,带有冲洗、排污装置,第三节 浮力式液位测量仪表原理:物体在液体中的浮力形式:浮子式、浮筒式、磁翻转浮球液位开关(报警器)P=P2-P1=Hg第四节 差压式液位计测压装置P2P1HP0第五节 差压界面仪P=P2-P1=(1gH1+2gH2)-P1 =1gH1+2g(H-H1)=(1-2)gH1+2gH测压装置12HH2P2p1H1第六节 其它超声波液位计:声波碰到液面/料面后产生反射波,通过计算发射波与反射波的时间差计算高度雷达液位计:超高频电磁波碰到液面后产生反射波,通过计算发射波与反射波的时间差计算高度放射性液位计:放射源产生的咖玛射线在不同物质中被吸收,但不同物质因吸收而衰减的强度不同,通过接受端测得的射线强度就可测得物位。第五章 流量测量仪表