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1、仪表基础培训1一、化工过程自动化的作用1、定义化工过程自动化：在化工设备上装配仪表自动装 置，代替操作人员的全部或部分直接劳动，使生产在不同程度上实现自动的进行。这种管理生产过程的方法，就是化工生产自动化。2、化工过程自动化的作用：改善劳动条件，减轻劳动强度；提高生产效率，提高产品产量与质量；提高装置运行安全性，保证装置使用寿 命。第1页/共52页仪表基础培训2二、化工过程自动化的分类简单介绍一下：1、自动检测系统2、信号报警和联锁保护3、自动开停车运行4、自动控制系统 其中自动控制系统能根据工艺条件的变化，对需要保持的重要工艺参数进行理想化得调节控制。是化工自动化的最重要的组成部分。第2页/
2、共52页仪表基础培训3化工控制系统的构成结合各单元的作用来介绍一下系统的构成：1、测量变送元件 相当我们的眼睛，帮助我们了解设备当前的状态2、控制器 相当于大脑的功能，对测量进行比较计算3、执行器 手的功能，执行指令第3页/共52页仪表基础培训4测量变送仪表一次仪表：现场直接与工艺介质接触的仪表，独立完成测量显示任务。如压力表二次仪表：仪表示值信号不直接来自工艺介质，而是经过变送器送来的。一次元件：现场直接与工艺介质接触的用于测量的机械元件，比如孔板。测量仪表主要分温度、压力、液位、流量仪表。结合实际，让大家认识一下焦油加氢装置区的一些测量仪表：第4页/共52页仪表基础培训5温度测量仪表温度是
3、表征物体冷热程度的物理量。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量。温度是工业过程中最常见、最基本的参数之一，物体的任何物理变化和化学变化都与温度有关。温度一般约占全部过程参数的50%左右。因此温度检测在工业生产中占有很重要的地位。常用的温标有：摄氏温标（）、华氏温标（）、热力学温标（K）三种。第5页/共52页仪表基础培训6常用的几种温度仪表热电偶、热电阻双金属温度计第6页/共52页仪表基础培训7常用的几种温度仪表热电偶、热电阻双金属温度计第7页/共52页仪表基础培训8双金属温度计测量原理：基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感
4、温元件当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲变形。图中是双金属温度计原理图第8页/共52页仪表基础培训9右图是双金属温度计的一般结构。双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为-80600，精度等级通常为1.5级左右。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表第9页/共52页仪表基础培训10常用的几种温度仪表热电偶、热电阻双金属温度计第10页/共52页仪表基础培训11热电偶 测量原理：热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处
5、的温度不同时，回路中将产生热电势，原因是两热电极由于材料不同而具有不同的自由电子密度，而热电极接点接触面处就产生自由电子的扩散现象，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定电势差，通过测量电势差就可以间接的反应测量温度。第11页/共52页仪表基础培训12热电偶的结构：热电偶是工业和试验中温度测量应用最多的器件，它的特点是测温范围宽，可达-2001600摄氏度，测量精度高、性能稳定、结构简单，且动态响应较好；输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。在我们这套装置中式应用最多的测温仪表。普通工业用热电偶 热电偶通常主要由四部分组成(如图所示)：热电极、绝缘管、保护管和接线盒。第1
6、2页/共52页仪表基础培训13热电偶使用中需要注意的问题热电偶冷端温度补偿常用热电偶的分度表 以及显示仪表，都是以热电偶参考端的温度为0为先决条件的。但在实际测温过程中，热电偶的冷端温度一般不能保持在0，也不易保持恒定，从而给测量带来误差。对于材质价格较低的热电偶采用补偿导线法：用热电性质与热电偶相近的材料制成导线,用它将热电偶的冷端延长到需要的地方，而且不会对热电偶回路引入超出允许的附加测温误差。第13页/共52页仪表基础培训14常用的几种温度仪表热电偶、热电阻双金属温度计第14页/共52页仪表基础培训15热电阻测量原理：根据金属导体或半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化转换为电信
7、号，从而达到测温的目的。用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性。结构图：第15页/共52页仪表基础培训16压力测量仪表在工程上将垂直而均匀作用在单位面积上的力称为压力。单位(Pa)在压力测量中，常有表压力，绝对压力，真空度或负压之分，它们的关系如图：第16页/共52页仪表基础培训17工程上由于地域和行业标准不同，常有很多不同压力单位出现，它们之间的换算关系就要求大家掌握。1MPa=106Pa1 kgf/cm2=9.81104Pa0.1MPa1MPa 10kgf/cm21bar=105Pa=0.1MPa 1kgf/cm21mmH2O9
8、.81Pa1mmHg 13.6mmH2O 133.32Pal托=l/760标准大气压=133.32Pa第17页/共52页仪表基础培训18常用的压力仪表压力变送器压力表第18页/共52页仪表基础培训19常用的压力仪表压力变送器压力表第19页/共52页仪表基础培训20现场压力表工业上的压力仪表有很多种，下面介绍一下最常见的弹性式压力测量仪表。测量原理：它是利用各种弹性元件，在受压力的条件下发生的弹性机械变形来测量的。弹性元件常用的有弹簧管，膜盒，波纹管。最常见的是弹簧管压力表。第20页/共52页仪表基础培训21弹簧管压力表弹簧管压力表结构：主要弹性元件是一个弧度270度的空心弹簧管。其它的部件如图
9、：1 弹簧管，2 连，3 扇形齿轮，4 中心齿轮，5 指针，6 表盘，7 游丝8 调整螺钉，9 接头。弹簧管压力表测量范围较宽，负压、微压、低压、中压和高压都可测量。且精度最高可达到0.15级。第21页/共52页仪表基础培训22常用的压力仪表压力变送器压力表第22页/共52页仪表基础培训23压力变送器压力变送器是把现场压力送到控制室的电气式压力仪表。它检测出现场压力数值后，转换成标准的电压或电流信号送到控制室用以显示、记录、控制。电气式压力变送器有很多型式：电阻式、电感式、电容式、压阻式、压电式、应变式、振频式、霍尔式。电容式压力变送器现在比较常用的，下面介绍一下它的原理：第23页/共52页仪
10、表基础培训24工作原理：位于传感器中心的测量膜片是恒弹性元件，介质压力通过隔离膜片和灌充油传递给中心测量膜片使之变形、位移，其位移量与两侧压差成正比。位移量由传感器两侧的电容极板检测，经电子电路转换成与被测压力/差压成线性关系的二线制（420）mADC信号输出第24页/共52页仪表基础培训25压力变送器的应用 当今时代各行业应用的压力变送器，其测量范围很宽，从几十帕的微压到上百兆帕都可以测量；并且可以测量差压，作为差压式的液位计和流量计的使用。可以满足各种苛刻工况的要求，能达到很好的防爆标准，且精度很高。很多品牌的压力变送器精度可达千分之一。比较先进的智能压力变送器，有专用的通讯协议，使用通讯
11、器可进行在线组态，并且有故障自诊断功能。第25页/共52页仪表基础培训26液位仪表双法兰、浮筒液位计直读玻璃板液位计第26页/共52页仪表基础培训27液位的定义首先说一下“物位”“物位”一词统指设备和容器中液体或固体物料的表面位置。对应不同性质的物料又有以下的定义：1、液位指设备和容器中液体介质表面的高低。2、料位指设备和容器中所储存的块状、颗粒或粉末状固体物料的堆积高度。3、界位指相界面位置。容器中两种互不相溶的液体，因其重度不同而形成分界面，为液-液相界面；容器中互不相溶的液体和固体之间的分界面，为液-固相界面。液-液、液-固相界面的位置简称界位。物位是液位、料位、界位的总称。对物位进行测
12、量的仪表称物位检测仪表。下面介绍一下液体测量方面应用较多的仪表：第27页/共52页仪表基础培训28直读式现场液位仪表直读是现场液位仪表业有很多种，用的多的有玻璃板液位计、磁翻板液位计。玻璃板液位计是基于连通器原理工作的。内部结构很简单，只要与容器内部介质相连就可以。磁翻板液位计是在连通器内加一个磁浮漂与翻板内磁力耦合原理图液体直读液位计第28页/共52页仪表基础培训29液位仪表双法兰、浮筒液位计直读玻璃板液位计第29页/共52页仪表基础培训30液位变送器浮力式液位计依据阿基米德浮力定律原理设计而成的液位测量仪表，漂浮于液面上的浮子或浸没在液体中的浮筒，在液位发生变化时其浮力发生相应的变化。这类
13、液位检测仪表有浮子式、浮球式、浮筒式。浮筒式液位计不但能测量液位，还可以应用于界位的测量。第30页/共52页仪表基础培训31浮筒液位计的结构当液位发生变化时，浮筒产生的位移量(即弹簧变形程度)与液位高度成正比。检测弹簧变形有很多转换方法，常用的有差动变压器式、扭力矩力平衡式等。在浮筒的连杆上安装一铁心，并随浮筒一起上下移动，通过差动变压器使输出电压与位移成正比关系。也可将浮筒所收到的浮力通过扭力管达到力矩平衡，把浮筒的位移量变成扭力矩的角位移，进一步用其他转换元件转换为电信号，构成一个完整的液位计。第31页/共52页仪表基础培训32压力式液位变送器工作原理：压力式液位计是根据液体在容器内的液位
14、与液柱高度产生的静压力成正比的原理进行工作的。将压力计与容器底部相连，根据流体静力学原理，所测压力与液位的关系为：P=gh 如果是密闭容器，可以用双法兰液位计，通过测量差压换算成液位。所用到的压力变送器在前面已经介绍过了，不再重复。第32页/共52页仪表基础培训33几种常见的流量仪表 孔板 电磁流量计 转子流量计第33页/共52页仪表基础培训34流量的测量 流量在单位时间内通过管道或设备中某一通道截面的流动介质的数量。流量按体积计算的叫体积流量或容积流量，用Q表示。流量按质量计算的叫质量流量，用M表示。流量按重量计算的叫重量流量。用G表示。Q=VAM=QG=gMV-流体的平均流速A-管道的横截
15、面积-流体的密度g-当地的重力加速度第34页/共52页仪表基础培训35几种常见的流量仪表 孔板 电磁流量计 转子流量计第35页/共52页仪表基础培训36节流式流量检测仪表节流式流量计基本原理：充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压 差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基 础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产
16、生的压差也是不 同的。第36页/共52页仪表基础培训37节流式流量计的构成节流式流量计主要由节流装置、信号管路、差压变送器组成。节流装置将被测流体的流量转换成差压信号，信号管路把差压信号传输到差压变送器或差压计。差压计对差压信号进行测量并显示出来，差压变送器将差压信号转换为与流量相对应的标准电信号或气信号，通过显示仪表进行显示、记录与控制。差压变送器的工作原理在前面已经阐述。1 节流元件 2导压管 3 排放阀 4 平衡法 5差压变送器第37页/共52页仪表基础培训38几种常见的流量仪表 电磁流量计 第38页/共52页仪表基础培训39电磁流量计电磁流量计原理：电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律制
17、成的一种测量导电液体体积流量的仪表。即导体在磁场中切割磁力线运动时在其两端产生感应电动势。，导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流 动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，根据感应电动势的大小来测量流量。第39页/共52页仪表基础培训40衡量测量仪表性能的参数以上介绍的几种仪表都是测量仪表，那怎样衡量一块仪表的好坏呢？通常一块仪表有这些重要参数：1、量程 仪表测量被测参数的最高值和最低值，分别称为仪表测量的范围的上限和下限，测量范围的上限值和下限值的代数差即为仪表的量程。2、绝对误差 仪表的指示值与被测量的真值之间的代数差称为仪表的绝对误差。3、引用误差 仪表的绝对误差与仪表量
18、程的比值，称为引用误差，常用百分数表示。第40页/共52页仪表基础培训41衡量测量仪表性能的参数4、精度等级 仪表在出厂检验时，其示值的最大引用误差不能超过规定的允许值，此值称为允许引用误差，并规定允许引用误差去掉号后的数字来表示精度等级。5、分辨率 是指仪表示值发生变化的最小输入变化值。6、变差 是当输入量上升和下降时，对同一输入值的仪表两相应输出示值之间的代数差。7、漂移 保持仪表输入量不变时，输出示值随时间或温度的改变而缓慢变化称为漂移第41页/共52页仪表基础培训42控制仪表小型的气动、电动控制器；分为擅长开关量逻辑控制的控制器(PLC)；基于微处理器4C技术的集散系统(DCS)；基于
19、总线通讯技术的现场总线控制系统(FCS）。我们这套工艺有一套集散控制系统，并且会有若干的小型的PLC。控制仪表的主要作用就是接受现场变送器送来的介质工况数据，再按设计的控制算法进行计算后，给现场调节阀一个对应的控制信号，使工艺参数能到达理想的状态。同时可以把这些接受与送出的信号进行对应的显示、记录、报警等处理第42页/共52页仪表基础培训43DCS控制系统的网络和硬件构成 外部信息网外部信息网 操作网操作网操作站操作站过程控制网络过程控制网络I/OI/O单元单元机柜机柜第43页/共52页仪表基础培训44机柜 操作台第44页/共52页仪表基础培训45执行器（控制阀）执行器起着十分重要的作用，是自
20、动调节系统中不可缺少的组成部分。执行器的作用是接受调节器送来的控制信号，自动的改变操纵量，达到对被调参数进行自动调节的目的；按动力源种类可分为电动，气动，液动执行器；我们装置区的执行器基本都是气动执行器，也就是通常说的气动调节阀。第45页/共52页仪表基础培训46气动调节阀 气动切断阀第46页/共52页仪表基础培训47调节阀工作原理及结构如图是常见的气动薄膜调节阀，来自调节器的气压信号进入膜室后转换成推力，通过推杆推动阀门，调节被控对象中的流量。调节阀的结构分为上部执行机构与下部与介质接触的阀门本体组成。第47页/共52页仪表基础培训48过程控制的实现介绍了测量仪表、有显示功能的控制仪表、执行
21、器。那么工艺过程中是怎样通过这些仪表实现控制的呢？首先需要了解这个概念：闭环控制 就是反馈控制系统，由检测变送单元作为反馈信号构成一个闭合回路，所以称为闭环控制系统。过程控制采用的就是闭环控制系统，以下是 一个简单控制回路的构成框图：第48页/共52页仪表基础培训49给定值：被控变量的目标值，我们希望达到的理想值。偏差：被控变量与实际值之差。干扰：作用与对象并能一起被控变量变化的因素。可以看出，一个简单的控制回路就是由一个测量变送器，一个控制器，一个执行器（调节阀）和一个被控对象组成的有负反馈闭环回路。只要了解了单回路的构成，就很容易学习其他复杂回路的控制原理，因为复杂回路都是又简单回路构成的
22、。控制器执行器被控对象测量变送器给定值偏差测量值被控变量干扰第49页/共52页仪表基础培训50控制回路的几个重要性能指标 1 最大偏差 是指过程控制中被控变量第一个波的峰值与给定值的差，它反映了调节过程中被控参数偏离给定值的程度(A)2 恢复时间 也叫过渡时间，是指被控变量从过渡状态恢复到新的平衡状态的时间间隔，既整个过渡过程所经历的时间。(T1)3 余差 是指过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与设定值之差。(C)4 衰减比 是过渡过程曲线上同方向的相邻两个波峰之比。一般用n:1表示。当n=1时，称为等幅振荡，n1时，称为发散振荡，n1时，称为衰减振荡，一般我们希望衰减比在4：110：1之间。(B1/B2)5 振荡周期希被控变量相邻两个波峰的时间。(T)第50页/共52页仪表基础培训51简单的介绍了仪表的基础知识希望仪表行业的朋友共同学习进步！谢谢！第51页/共52页仪表基础培训52感谢您的观看！第52页/共52页