仪表相关知识优秀课件.ppt

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1、第1页,本讲稿共74页常见仪表的原理温度类压力类流量类液位类分析仪表类阀门类第2页,本讲稿共74页一、温度 1、根据电阻的热效应原理测温:热电阻(常用的有Cu50、Pt100、热敏电阻等)第3页,本讲稿共74页 2、应用Pt100。热电效应测温:热电偶第4页,本讲稿共74页 3、其它温度仪表双金属温度计、压力式温度计、水银温度计等(热膨胀原理)另外有非接触的有辐射式和红外线如光学温度计、比色温度计、辐射温度计等;第5页,本讲稿共74页 热电阻是根据电阻体的阻值随温度的升高而增加或减少的原理,热电阻测温主要应用于非高温场合。一般:测温范围在:-50150时选择铜热电阻(WZG),分度号为Cu50

2、;Cu100。测温范围在:-200850时选择铂热电阻(WZP),分度号为Pt100;Pt10;Pt1000;Pt46等。第6页,本讲稿共74页 热电偶(不同导体或半导体的组合)测温主要应用于高温场合,其热电势值随温度变化而变化。通常:测温范围在:0600 时选择镍铬-铜镍热电偶(WRE),分度号为E;测温范围在:01000 时选择镍铬-镍硅热电偶(WRK),分度号为K;测温范围在:01300 时选择铂铑10铂热电偶(WRS),分度号为S,或选择铂铑13-铂热电偶(WRR),分度号为R;铜-铜镍热电偶分度号为T;铁-铜镍热电偶分度号为J;第7页,本讲稿共74页 测温范围在:01600 时选择铂

3、铑90铂铑6热电偶(WRB),分度号为B。选定了测温元件的分度号后,还必须确定:a)安装方式,主要有无固定装置、固定螺纹、活动法兰、固定法兰、锥形固定螺纹等几种。如安装在锅炉炉墙上测炉膛温度的热电偶常采用无固定装置的方式,第8页,本讲稿共74页安装在管道上的测温元件常采用固定螺纹的方式,安装在开口容器顶上的测温元件常采用活动法兰的方式,安装在设备和容器上的测温元件采用固定法兰的方式,安装在蒸汽管道上的测温元件常采用锥形固定螺纹的方式(防止因振动而导致松动,产生测温不准)。b)接线盒的形式,条件较好的场所普通式,潮湿或露天的场所应选防水式、防溅式,易燃易爆的场所应选防爆式。第9页,本讲稿共74页

4、 c)保护管的选择,保护管的选择是很重要的一环,它分为保护管的直径、保护管的材质及保护管的插入深度。保护管的直径基本上是由测温元件的类型和安装方式决定的,主要有8mm、12mm、16mm、20mm等几种;保护管的材质分为碳钢20#、不锈钢1Cr18Ni9Ti、黄铜、Cr25Ti高铝管、刚玉管、氧化铝管、瓷管等,选定材质主要是根据测量介质是否有腐蚀性、测温范围是多少等;第10页,本讲稿共74页 d)安装注意事项:1、垂直与管道安装时,取源部件轴线应与管道轴线垂直相交;2、在管道拐角安装时,宜逆着物料的流向,取源部件轴线应与管道轴线相重合;3、与管道呈角度倾斜安装时,宜逆着物料的流向,取源部件轴线

5、应与管道轴线相交。4、多粉尘的要注意防磨损和保护,表面式温度计要与被测对象表面紧密接触,等等。第11页,本讲稿共74页 关于保护管的插入深度,热电阻及热电偶均有数档的标准长度,要结合测量对象的实际情况、安装方式等因素综合考虑。Pt100热电阻和热电偶 可根据实际需要选择单支 或双支,但象Cu50热电阻 只有单支产品。一体化温变模块第12页,本讲稿共74页第13页,本讲稿共74页第14页,本讲稿共74页第15页,本讲稿共74页二、压力类 有以下几种:电容式 气膜式 电位器式 差动变压器式 霍尔式 压电式 压阻式 振频式 光导纤维压力等;第16页,本讲稿共74页 压变式是把压力的变化转化成电阻的变

6、化来进行测量的。BPS扩散硅压力变送器 工作原理是:介质压力通过不锈钢隔离膜片、密封硅油,传输到扩散硅膜片上。第17页,本讲稿共74页在膜片两边因差压产生一个应力,使膜片的一侧压缩,另一侧拉伸,两个应变电阻片位于压缩区内,另两个应变电阻位于拉伸区,它们连接成一个全动态惠斯登电桥,惠斯登电桥检测出电阻的变化后,经过放大、变换,输出与输入信号成线性关系的4-20mADC标准信号。第18页,本讲稿共74页 压电式是基于某些压电材料的压电效应进行测量的。第19页,本讲稿共74页 2、电容式压力/差压变送器 被测介质的两种压力进入 高、低两压力室,作用在敏 感元件两侧的隔离膜片上,通过隔离膜片和敏感元件

7、内 的填充液传送到预张紧的测 量膜片两侧。测量膜片与两 侧绝缘体上的电极各组成一 个电容器,在无压力进入或两侧压力相第20页,本讲稿共74页 等时,测量膜片处于中间位置,两侧电容器的电容量相等。当两侧压力不一致时,致使测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,两侧电容量不等,通过检测、放大,转换成420mADC标准信号。第21页,本讲稿共74页 3、单晶硅谐振压力/差压变送器 单晶硅谐振变送器是九十年代中期最新推出的产品,采用真正的数字化传感器单晶硅谐振式传感器,产品具有更高的精度(可达0.075%)和稳定性,温度、静压的影响和零漂可忽略不计,还可实现双向通讯功能(BRAIN/HART协议,F

8、F现场总线),是第22页,本讲稿共74页其它压力仪表:压力计、真空压力表、压力表、吸力计等。第23页,本讲稿共74页三、流量 电磁流量计;差压式流量计;可变面积式流量计(转子流量计);速度式流量计;容积式流量计;质量流量计;楔形流量计;明渠流量计等。第24页,本讲稿共74页1、差压式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。按检测件的型式,差压式流量计可分为:1)标准孔板;2)标准喷嘴;3)经典文丘里管;4)文丘里喷嘴;5)非标孔板;6)道尔管;7)罗洛斯管;8)弯管;9)可换孔板节流装置;10)临界流节流装置等。第25

9、页,本讲稿共74页 典型的差压式流量计有:典型的差压式流量计有:孔板流量计孔板流量计 孔板流量计由环室、节流孔板流量计由环室、节流 孔板、导压管、三阀组和差孔板、导压管、三阀组和差 压变送器等主要部件组成,压变送器等主要部件组成,适用于一般流体的流量测量,适用于一般流体的流量测量,也是应用得最普遍的一种流也是应用得最普遍的一种流 量计。量计。一体化孔板流量计第26页,本讲稿共74页 标准节流孔板是国际通用的,结构易于标准节流孔板是国际通用的,结构易于复制,简单,牢固,性能稳定可靠,使复制,简单,牢固,性能稳定可靠,使用期限长,价格低廉,流量值毋需进行用期限长,价格低廉,流量值毋需进行标定。但它

10、的最大弱点是压损比较大,标定。但它的最大弱点是压损比较大,而且因为环节较多,影响了孔板流量计而且因为环节较多,影响了孔板流量计测量精度的提高。测量精度的提高。文丘里管流量计 在各类节流装置中,孔板和喷嘴是压损较大的节流件,各种流量管(文丘里管、道尔管、罗洛斯管等)则是低压损第27页,本讲稿共74页 的节流装置,它们压损仅为孔板的20%,甚至低达5%-10%。文丘里管流量计应用在要求低压损下的精确测量,被测介质必须是干净的气体或液体。但是因为廓形节流件(如喷嘴,文丘里管等)的加工复杂,批量生产比较困难,结构笨重、价格高,所以未能大量应用。第28页,本讲稿共74页阿牛巴流量计阿牛巴流量计 阿牛巴流

11、量计阿牛巴流量计则以低压则以低压 损著称。它是根据皮托管损著称。它是根据皮托管 测速原理发展起来的一种测速原理发展起来的一种 新型差压流量检测元件,新型差压流量检测元件,其输出为差压信号,与差其输出为差压信号,与差 压变送器等配套使用压变送器等配套使用。第29页,本讲稿共74页第30页,本讲稿共74页 其最大特点是使用过程中的磨损、腐蚀以及粘附的油污灰尘等因素对阿牛巴流量计系数影响不大,能够保持长期输出非常稳定的差压信号,保证输出差压信号与管道流量的映射关系。阿牛巴不仅适用于圆形管道,也适用于矩形管道及埋设在地面以下任何深度的管道。第31页,本讲稿共74页 总的来说,差压式流量计的应用范围极广

12、泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比,全部单相流体,包括液、气、蒸汽皆可测量。差压式流量计主要存在以下缺点:1)测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平,由于众多因素的影响错综复杂,精确度难以提高。2)范围度窄,由于仪表信号(差压)与流量为平方关系,一般范围度仅3:1-4:1。第32页,本讲稿共74页 3)现场安装条件要求较高,如需较 长的直管段(指孔板,喷嘴)。4)检测件与差压变送仪表之间的引压管为薄弱环节,易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。5)压损大(指孔板,喷嘴)。第33页,本讲稿共74页2、转子流量计(可变面积式流量计)转子流量计作为直观流 动指示或测量精度要求不 高的中低等精

13、度仪表。被 测流体可以是单相液体或 气体,通常不适用于液体 中含有磁性物资、纤维、微粒固体或气体中含有液滴的场合。第34页,本讲稿共74页3、速度式流量计靶式流量计 靶式流量计是速度式流量计的一个品种,它是应 用杠杆原理通过测应力的 方法,经高精度的传感器 获取与流量变化一致的测 量信号。第35页,本讲稿共74页 靶式流量计的应用范围和适应性也很广泛,一般工业过程中的流体介质,包括液、气和蒸汽,口径范围(DN15以上),各种工作状态(高、低温,常压、高压)皆可应用。靶式流量计可解决困难的流量测量问题,如测量含有杂质(微粒)之类的脏污流体、原油、污水、浆液、烧碱液,沥青等。第36页,本讲稿共74

14、页涡轮流量计 涡轮流量计是叶轮式流 量计的主要品种,在各种 流量计中,涡轮流量计、容积式流量计和科氏质量 流量计是三类重复性、精 确度最佳的产品,而涡轮 流量计又有自己的特点,如结构简单、加工零部件少、重量轻、第37页,本讲稿共74页 维修方便、流通能力大(同样口径可通过的流量大)和可适应高参数(高温、高压和低温)等。涡轮流量计广泛应用于以下一些测量对象:石油、有机液体、无机液、液化气、天然气、煤气和低温流体等。对流体的要求为洁净(或基本洁净)、单相或低粘度的,对于腐蚀性介质,使用材质选择要注意,含杂质多及磨蚀性介质不推荐使用,如循环冷却水、河水、排污第38页,本讲稿共74页 水、燃油等;也不

15、能用于流量急剧变化的场所,如锅炉供水系统、有空气锤的供气系统等。一般,涡轮流量计多用于因经济关系重大而要求高精确度的场合,例如作为大口径输油(输气)管线的贸易结算仪表,至于输送量不大或作为过程控制用的流量测量,选用中等精度仪表即可。第39页,本讲稿共74页涡街流量计涡街流量计是在流 体中安放一根(或多 根)非流线型阻流体,流体在阻流体两侧交 替地分离释放出两串 规则的旋涡,在一定 的流量范围内旋涡分 离频率正比于管道内的平均流速,通过第40页,本讲稿共74页 采用各种形式的检测元件测出旋涡频率,从而推算出流体的流量。涡街流量计适用的流体种类多,如液体、气体、蒸气和部分混相流体。但对于流体的脏污

16、性质要注意,含固体微粒的流体会对旋涡发生体造成冲刷,磨损旋涡发生体;不适用于高粘度、低流速、小口径及强振动的场合。涡街流量计的基本性能处于中等偏上水平,购置费低于质量式、电磁式、容第41页,本讲稿共74页 积式等流量仪表,但由于应用时间短,尚属发展中的流量计,无论其理论基础或实践经验尚较差。第42页,本讲稿共74页4、电磁流量计 电磁流量计是利用法拉 第电磁感应定律制成的一 种测量导电液体体积流量 的仪表。电磁流量计的测量通道是一段无阻流检测件的光滑直管,因不易阻塞,适用于测量含有固体颗粒或纤维的液固二相流体,如纸浆、矿浆、泥浆和污水等,第43页,本讲稿共74页 也可测量各种强酸、强碱、盐、氨

17、水等。电磁流量计不产生压力损失,对于要求低阻力损失的大管径供水管道最为适合。使用电磁流量计的前提是被测液体必须是导电的,它不能测量电导率很低的液体,如石油制品和有机溶剂等。不能测量气体、蒸汽和含较多较大气泡的液体。通用型电磁流量计由于衬里材料和电气绝缘材料的限制,不能用于较高温度的液体。第44页,本讲稿共74页 选用电磁流量计时,电极对测量介质的耐腐是选择材料首先考虑的因素,其次考虑是否会产生钝化等表面效应。电磁流量计电极的耐腐蚀性要求很高,常用金属材料有含钼耐酸Icr18Ni12Mo2Ti,哈氏合金(耐蚀镍基合金)B、C、钛、钽、铂铱合金,几乎可覆盖全部化学液。第45页,本讲稿共74页5、超

18、声波流量计 超声波流量计,是利用 超声波脉冲在通过流体的 顺逆两方向上传播速度之 差的原理,来测量管内流 体流量的仪表。超声流量计可作非接触 测量,可实现对水、污水、油等各种导电或不导电的均质流体进行非接触测量。第46页,本讲稿共74页超声波流量计无需停流截管安装,只要在既设管道外部安装即可,这是它在工业用流量仪表中具有的独特优点。超声波流量计适用于大型圆形管道和矩形管道,可测量非导电性液体,用于大口径、超大口径时有明显价格优势,在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。超声波流量计多数情况下测量精度不第47页,本讲稿共74页 高,国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道,小口径

19、仪表价格较贵。第48页,本讲稿共74页6、质量流量计 质量流量计是利用 流体在直线运动的同 时处于一旋转系中,产生与质量流量成正 比的科里奥利力原理 制成的一种直接式质量流量仪表,有很高的测量精确度。可测量流体范围广泛,包括高粘度液的各种液体、含有固形物第49页,本讲稿共74页 的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。质量流量计不能用于测量低密度介质和低压气体,不能用于较大管径,压力损失较大,大部分型号的重量和体积较大,价格昂贵,国内价格约为电磁流量计的2 8倍。第50页,本讲稿共74页另外,粘度较高的液体,要求较准确的流量测量,可采用椭圆齿轮流量计;洁净的气体或液体,特别是有润滑

20、性的油品,要求较高精度的测量时,可采用腰轮流量计或刮板流量计等。第51页,本讲稿共74页四、液位 单法兰液位变送器 一种直接安装在管道或 容器上的现场变送器。由 于隔离膜片直接与液相介 质相接触,无须将正压侧 用导压管引出,因此可以 测量非密闭场合下高温、高粘度、易结晶、易沉淀和强腐蚀性等介质的液位。第52页,本讲稿共74页双法兰液位变送器第53页,本讲稿共74页 适用于密闭场合下的下列工况:1、被测介质对变送器接头和敏感元件有腐蚀作用时;2、需要将高温被测介质与变送器隔离时;3、被测介质由引压管引出,由于环境温度变化,易固化或结晶时;4、被测介质中有固体悬浮物或高粘度易堵塞变送器接头和压力容

21、室时;5、被测介质易冷凝或挥发,以致第54页,本讲稿共74页 导管内的液柱经常变化,从而使变送器的零点漂移不定等。电动浮筒液位变送器 被测介质液位的变化引 起内筒位置的变化,该变 化被传递到扭力管组件上,使扭力管与芯轴同步转动,同时固定在扭力管芯轴上 的磁铁发生旋转位移,改变了由霍尔效第55页,本讲稿共74页 应传感器检测的磁场,该传感器将磁场信号转换为电信号。浮筒液位(界位)变送器可用来测量液位、界位或密度,输出420mA标准直流信号。浮筒液位变送器适用于真空对象和易汽化的液体,不适用于液位波动大而频繁的场合,也不宜安装在有剧烈震动的环境中。第56页,本讲稿共74页浮球液位变送器 浮球液位变

22、送器是以磁浮球 为测量元件,通过磁耦合(干 簧管吸合断开)作用,使传感 器内电阻成线性变化,再由转 换器将这个电阻变化转化成 420mA标准电流信号输出。浮球液位变送器适用于污水 处理及各类常压和承压容器内介质液位第57页,本讲稿共74页 的测量,尤其对于地下贮槽、贮罐的液位测量最为理想。投入式液位变送器 非密闭场合液体液位的检测。适用介质:与316不锈钢兼容的液体及模糊状物。第58页,本讲稿共74页超声波(雷达)液位变送器超声波液位计是利用压电陶瓷产生超声波,超声波遇到物体或液体的界面产生反射,液位计测量反射时间来计算液、物位,实现对物位和液位的非接触测量和控制。适用于各种恶劣和危险环境下的

23、液体和浆体。第59页,本讲稿共74页 重锤探测料位计 特别适用于水泥、冶 金、煤炭、化工、饲料、码头、粮食等行业各种 料仓的粉末状、块状、颗粒状的物位检测与控 制。第60页,本讲稿共74页五、浓度 常见的在线浓度测量仪表有:氧化锆氧分析仪 氧化锆氧分析仪是一种 以氧化锆电池作为传感器 的在线分析仪器,用于连 续测量温度范围在 0 1800的各种工业锅炉、窑炉、加热炉烟气中的氧含量,进而控制最佳空燃比,第61页,本讲稿共74页 实现优化燃烧,达到节能、延长炉龄、保护环境的目的,可广泛应用于电力、冶金、建材、轻工、石化等行业。第62页,本讲稿共74页pH计酸碱度对氧化、还原、结晶、生化等过程都有很

24、重要的影响,所以许多工业生产都涉及到酸度的测定。工业pH计主要用于化工、氯碱、造纸、环保、水质处理以及制药等部门的pH在线测量。第63页,本讲稿共74页氢分析器主要用于大型氮肥厂测量合成氨生产流程中的氢气浓度。第64页,本讲稿共74页一次仪表:压力、物位、流量、温度等现场测量变送仪表和执行单元类。二次仪表:调节、操作、显示、报警、运算、转换、隔离、配电等控制室仪表。气动仪表气动仪表早在二、三十年代就已经问世了,四十年代以后在工业过程中得到广泛应用,使用的是0.21.0kgf/cm2的统一气信号。第65页,本讲稿共74页气动单元有:气动变送单元(气动差压变送器、气动沉筒式液位变送器、气远传转子流

25、量计等)气动调节单元(气动调节器)气动显示单元(气动记录仪、气动色带指示仪、气动积算器)气动计算单元和其它单元(气动加减器、气动乘除器、气动比值器、电气转换器等)第66页,本讲稿共74页气动执行器(气动阀、气动调节阀、阀门定位器)第67页,本讲稿共74页至今,气动仪表除了气动执行器(气动阀、气动调节阀、阀门定位器)仍在使用外,其余已基本不选用。电动仪表 电动仪表经历了DDZ-I型、DDZ-型、DDZ-型的发展。第68页,本讲稿共74页DDZ-I型采用分立元件,仪表笨重,体积大,使用的时间不长,但为其后的型仪表的设计提供了借鉴,积累了使用电动仪表的经验。DDZ-II型仪表以晶体管作为主要放大元件

26、,不但扩充了品种,而且改善了仪表性能、缩小了仪表体积、减轻了仪表重量,开发了隔爆技术。第69页,本讲稿共74页 DDZ-型仪表不仅采用了最新的集成电路作为线路中的核心组件,而且采取了安全火花型防爆措施。信号制:DDZ-II型仪表以010mA的直流电流作为统一的标准信号,DDZ-型采用了国际标准的420mA直流电流信号制。供电:DDZ-II型仪表以220VAC供电,DDZ-型采用24VDC供电。第70页,本讲稿共74页线制:我们常称II型仪表为四线制仪表,称型仪表为二线制仪表(目前型仪表也有三线的)。电动仪表的品种分类:电动仪表共有八大类:一次仪表可分为变送单元类和执行单元类,二次仪表可分为调节

27、单元类、转换单元类、计算单元类、显示单元类、给定单元类、辅助单元类第71页,本讲稿共74页随着计算机技术在工业应用中的大规模普及,二次仪表的地位日趋减弱,调节、计算、给定等单元类仪表的功能均可由计算机来完成,甚至显示、报警功能也能在计算机系统内实现。所以,很多控制室内已看不到常规的盘装仪表。部分转换单元类和辅助单元类仪表的功能是计算机无法替代的,如电量变送器、手动操作器、安全栅、配电器、直流电源、隔离器等。第72页,本讲稿共74页一次仪表在控制回路中始终处于首要地位,没有了一次仪表,其余的任何二次仪表都会失去意义。一次仪表中的执行单元类,包括了电动角行程执行器、电动直行程执行器、电气转换器、气动阀、气动调节阀和阀门定位器。电动执行器在锅炉、热电等行业中应用得比较普遍,而气动执行器因其安全防爆的特点,在化工行业中是首选的。第73页,本讲稿共74页气动调节阀电动调节阀 一次仪表中的变送单元类仪表可分为温度、压力、差压、流量、液位、浓度等六大类。第74页,本讲稿共74页

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