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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；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 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，FF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，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