化工仪表知识.ppt

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1、化工过程自动化,自动化仪表,自动化工程系列讲座,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,一、仪表概述及基本知识,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,采用检测与控制系统对生产过程进行生产作业，以代替人工直接操作的措施。,机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。,1概论,1.2什么是过程自动化？,现代一般把自动化划分为：办公自动化（OA）；设计自动化（CA）；生产自动化（MA）；信息自动化（IA）：管理自动化等。,1.1什么是自动化？,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,例如：流量计、压力表、温度表、数显仪等。还有些具有自动控制、报警、信号

2、传递和数据处理等功能的，例如：调节阀、压力开关等等。,1.3自动化仪表,仪表的发展经历了普通式、机械式（气动仪表）、电子式（DDZ、仪表）、智能化等层次。随着微电子、微机械、智能和集成等先进技术的迅猛发展，以及新材料和新工艺的发现和采用，目前仪表正向着微型化、数字化、智能化、网络化和虚拟化等方向进一步发展。,一般用以检出、测量、观察、计算各物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备，统称为仪表。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,在一间传统的染房里,这条鱿鱼来干什么.,有这样一个传说,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,原来是这样,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪

3、表,一台完整的自动化仪表一般有以下三部分组成：1、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。称为一次仪表。2、显示装置：将检测到的被测变量变为可以看到的刻度、数字或图形数据。称为二次仪表。3、变送装置：将检测到的被测变量变为标准的电信号，以便于长距离传送或与其他仪表装置匹配，一般有：电流信号，4-20mA(0-20mA、0-10mA)；电压信号，0-10V，1-5V。称为二次仪表。有些就地仪表，如普通压力表、普通温度表，不包括变送装置。我公司化工区有仪表（自控阀门）五千多台件。,1.4自动化仪表的组成,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪

4、表,一般由三大部分组成：检测传感器及仪表，检测过程的性能和状态。调节控制装置或系统，决定过程做什么和如何做，是自动控制系统的中枢。执行机构，进行制定并起调节作用的机构。,1.5过程自动化系统的组成,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,测量就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。,2仪表基本知识,直接测量利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。如，米尺，秒表，玻璃温度计，普通天平，游标卡尺。,2.1什么是测量？,直接测质量（砝码）间接测质量（应变传感器）,间接测量是指通过测量与被测量有函数关系的其他量,才能得到被测量值的测量方法。如

5、，用万用表测电阻，常见电子仪表等。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,测量误差就是由仪表读得的被测值(测量值)与被测参数的真实值之间的差距。分为绝对误差和相对误差。,2.2测量误差,由于真值无法得到，只能以标准表作为真值参照,x：被校表的读数值，x0：标准表的读数值,相对误差，是指在某一测量点仪表的绝对误差与该点标准值的比值。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1

6、，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。,2.3仪表的准确度（精确度）,有两大影响因素影响着仪表准确度，即绝对误差和仪表的标尺范围。但是，仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说的“绝对误差”指的是绝对误差中的最大值max。,相对百分误差,允许误差允,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.4检测系统中信号的传递形式,模拟信号的制式：当仪表技术处于晶体管阶段时（习惯称为型表），由于电路耗电较大，所以仪表连接方式为四线制，即两根线用于给仪表供电，另两根线用于传递信号。信号规格一般为0-5VDC和0-10mADC。由于信号的零点与仪表的机械零点重合，不利于判

7、断仪表故障，且不利于多表连接及与数字系统连接。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,由于有些现场仪表因工作原理导致耗电仍较大，仍需采用四线制连接，但信号规格均统一到1-5VDC和4-20mADC。如电磁流量计、称重传感器等。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,随着计算机技术在自动控制系统中的应用，为了将现场仪表与智能化设备连接，需要将模拟信号转换为数字信号。数字信号是一种按时间离散形式出现的不连续信号,通常用二进制数的代码序列来表示。,2.4.2数字信号,将模拟信号转换为数字信号简称为A/D转换，其核心器件是A/D转换器，关键参数有两个：转换速率和位数（二进制）。转换速率

8、决定了系统的控制时效，转换速率快则系统动态响应就快。位数决定了系统的精度，如：8位A/D的精度约为0.4%；16位A/D的精度约为0.0015%；32位A/D的精度约为0.0000000233%。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.4.3开关信号,用两种状态或用两个数值范围表示一个不连续信号，一般称为0和1。,通常开关量信号来自仪表的报警（行程开关、压力开关）接点、电器设备（开关、继电器、接触器）的触点等。有时将连续脉冲信号也归于开关量处理。,为安全起见，在开关量的接口电路中常用到光电隔离（光电耦合器），实现进出信号的电气隔离，保证信号的匹配和系统安全。,化工过程自动化,TIA

9、NJIAO,自动化仪表,2.5法定计量单位及常用导出单位,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,二、自动化仪表的分类及原理,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,温度的表示方法热力学温度旧称绝对温度（absolutetemperature），符号T，单位是“开尔文”，国际代号“K”。是以国际上所通过的一系列纯物质的固定点（如平衡氢三相点、平衡氢沸点、水三相点、锡凝固点等）作为基准。规定水的三相点的温度为273.16K，“开”定义为水三相点热力学温度的1/273.16。摄氏度为表示温度时代替“开”的一个专门名称。符号t，单位是“”。因水的三相点温度为0.01摄氏度。因此热力学温度

10、T与摄氏温度t的关系是Tt273.15华氏度在美国和其他一些英语国家使用，其结冰点是31F,沸点为212F。摄氏温度和华氏温度的关系=1.8t+32,1、温度检测仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,温度检测仪表的分类一般按测量原理分为：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、半导体温度计,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,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.1.1双金属温度计的原理及性能双金属温度一般属于就地式仪表，其测量原理为

11、利用金属体积易随温度变化的特点，感温元件由膨胀系数相差较大而弹性模量相近的两块金属片（常用的有殷钢和黄铜）焊接，再绕制成环性弯曲状。,1.1双金属温度计,一端固定，受热膨胀时，另一自由端带动指针旋转，仪表便显示出所应的温度值。这种双金属片随温度的变形率接近线性，所以可用来测温。测温范围：-80-+500允许误差：标尺量程的1.5-2.5%左右多种结构形式:有轴向型、径向型、万向型等,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.1.2双金属温度计的特点及使用维护,双金属温度计使用和维护：在保管、安装、使用及运输过程中，应尽量避免碰撞保护管，切勿使保护管弯曲、变形。安装时，严禁扭动仪表外壳。

12、2.仪表应在-3080的环境温度内正常工作。3.仪表经常工作的温度最好能在刻度范围的1/23/4处。,双金属温度计的特点:无汞害，防水，坚固耐震，承压、防腐能力强。现场显示温度，直观方便。安全可靠，隔爆，使用寿命长。适合测量中、低温度，可以直接测量各种生产过程中的液体蒸汽和气体介质温度，用途广泛。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.2热电阻温度计,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.2.3热电阻温度计的特点测温范围：最大为-200-850允许误差：标尺量程的0.15%左右多种结构形式:铠装式、装配式等体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小机械性能好、能弯曲，便

13、于安装；使用寿命长有一定的非线性,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.2.4热电阻温度计的使用维护,不得随意拆卸、打开热电阻保护套管和接线盒。不得随意碰撞电阻体，以免损坏热电阻元件，严禁扭动仪表外壳。严禁踩踏热电阻本体或连接电缆（保护管）。仪表应在-3080的环境温度内正常工作。使用过程中注意防水、防腐蚀性气、液体。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1.3热电偶温度计,式中：eAB(t)热电偶测量端热电势eAB(to)热电偶参比端热电势,通常使用电子电位差计测量出热电偶的热电势电位差EAB，用显示仪表显示出对应的温度。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,

14、1.3.2热电偶温度计的结构常见热电偶有铁-铜镍（J型）、镍铬、镍硅（K型）等。将组成热电偶的两个热电极牢固的焊接在一起，做好两个热电极之间的绝缘，穿入保护套管，通过,1.3.3热电偶温度计的特点测温范围：K型使用温度为-200-1300，J型使用温度为0-750允许误差：一般可达标尺量程的0.2%左右线性度好；灵敏度高，稳定性和均匀性较好J型热电偶价格较为便宜热电偶同样也具有热电阻的那些特点,接线盒将热电偶自由端引出。为方便远传及节省宝贵的补偿导线，热电偶温度计还可以配温度变送器，将对应的电势值转换成4-20mA电信号。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,几种常见热电偶温度计,化

15、工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,压力的表示方法压力有两种表示方法：绝对压力以绝对真空作为基准所表示的压力，符号为PABS。相对压力又叫“表压力”，以大气层对地球表面或表面物体所造成的压力为起点，符号为Pg。当绝对压力小于大气压力时，可用容器内的绝对压力不足一个大气压的数值来表示。称为”真空度”。关系如下：真空度=大气压力-绝对压力我国法定的压力单位为Pa（N/），称为帕斯卡，简称帕。由于此单位太小，因此常采用它的106倍单位MPa（兆帕）。1标准大气压=0.1013MPa在旧的单位制中，1kgf/cm2=0.098MPa,2、压力检测仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪

16、表,压力检测仪表分类压力检测仪表按测量原理分为：（1）弹性式压力表膜片波纹管弹簧管(2)压力传感器应变片式压力传感器电容式压力传感器扩散硅压力传感器压电式压力传感器,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.1.1膜片压力表膜片式压力表是以膜片作为仪表的弹性元件，当被测介质的压力作用到弹性膜片上，使膜片产生一个位移，再经过机芯部件，指针部件的工作，使要测的压力清楚地在刻度盘上指示出来。膜片式压力表由膜片部件，机芯部件，指针部件及外壳连接部件四大部分组成。,2.1弹性式压力计,弹性膜片,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.1.2隔膜压力表,隔膜式压力表是以膜片作为仪表的强性

17、元件，当被测介质的压力作用到膜片上，使膜片产生一个位移，再经过填充的密封液，将介质的压力传导给内部的压力表，在刻度盘上得出指示数值。隔膜式压力表由隔膜部件，密封液（硅油），弹性元件，指针部件及外壳连接部件五大部分组成。能适应强腐蚀、高温度、高粘度的介质测量工作。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.1.3弹簧管压力表也称为普通压力表，表内装有弹簧管，与介质直接相连，弹簧管在介质的压力作用下产生弹性变形，通过压力表的齿轮传动机构放大后传给指针，在刻度盘上得出指示数值。弹簧管式压力表由弹簧管，连杆，传动机构，指针部件及外壳连接部件五大部分组成。响应快，指示灵敏，耐腐蚀性差。,上述这几

18、种压力表还可以设计为带电接点结构，输出几组触点信号，可预设设定点，当介质压力达到设定点后，触点闭合或断开，实现压力越限报警或控制功能。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.2.1扩散硅式压力变送器原理采用扩散硅（硅谐振式）检测元件，是一种在高精度陶瓷基片上，沉积半导体材料硅，当外界压力使得陶瓷基片弯曲变形时，造成硅材料分子晶格的变形，影响电子的流动，使得材料的电阻率或在磁场中的振荡频率发生变化。通过测量的这些变化，就可以达到测量,2.2压力式变送器,压力（差压）的目的。变送器内置微处理器，克服了硅材料传感器的离散性和对温度、静压的非线性特性。经高性能电子放大器转换成0-10mA或

19、4-20mA统一输出信号。变送器还可以带有诊断操作程序，可以通过通信协议（HART)用一定的设备（手操器）对变送器进行诊断、维护及设定操作。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,灵敏度高灵敏度比其它类型高50-80倍，输入激励电压低，输出信号大，且无机械动件损耗，因而分辩率极高。可靠性高膜片的弹性形变量在微米数量级，无疲劳，无老化。平均无故障时间长，性能稳定，可靠性高。精度高精确度可达0.02级。集传感、变送和显示于一体，不重复性和迟滞误差很小。频响高膜片的有效面积很小，使传感器频率响应带宽可达零频至100千赫兹。低电压、低电流、低功耗、低成本和本质安全防爆。可以测量差压、负压力、正

20、压力、绝压，量程宽阔。,2.2.2扩散硅式压力变送器技术特点,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,2.2.3压力变送器的使用维护,保持变送器外观清洁无污物，无杂物覆盖，表盘刻度清晰。要避免变送器受振动和冲击。压力变送器避免接触强腐蚀性介质（如酸、碱）或有机溶剂等。严禁强力触碰引压管（毛细导管），防水、防蒸汽直接接触。非专业人员严禁打开变送器本体或接线盒。非专业人员严禁开、关变送器接液的平衡阀或截止阀，以防因过压损坏。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,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

21、种表示方法：质量流量，单位有g/h、kg/h、t/h等工作状态下的体积流量，单位有m3/h、l/h、加仑/h等标准状态下的体积流量,单位有Nm3/h,是指在特定标准工况（温度0度，压力101.325kPa压力）下的体积流量，在测量可压缩流体时的流量时常将其转为标准体积流量。标准流量常用于气体、蒸汽的测量。,3、流量检测仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.1流量检测的主要方法,(1)测体积流量容积法椭圆齿轮流量计速度法差压式(节流式)孔板、转子（浮子）旋涡式涡街流量计涡轮式涡轮流量计声学式超声波流量计电磁式电磁流量计(2)测质量流量直接法测量质量流量科里奥利质量流量计、量热式

22、质量流量计间接法又称推导法由相关体积流量计加上温度、压力等参数，在微处理器运算下产生质量流量。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.2转子（浮子）流量计,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,常用有玻璃、金属两大类，结构分三部分:测量、指示部分变送部分壳体、连接件左图为一台玻璃转子流量计，测量部分为玻璃锥管，不锈钢或非金属浮子。通过直接观测浮子位置从刻度盘上读取流量。一般的玻璃转子流量计只具有就地显示功能，适用于对玻璃无腐蚀性、透明的气、液体，耐压有一定局限，量程较小。,3.2.2转子流量计的结构,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,远传型金属流量计指示器中装有

23、一个固态磁传感器，将旋转磁钢的磁场的变化转化成电信号，经A/D、微处理器转换成4-20mA电信号输出。,右图为一台金属转子流量计，测量部分为金属锥管，金属或非金属浮子（均内置磁钢），在浮子随介质上下移动时，磁场随浮子的移动而变化。指示器壳体内有旋转磁钢，与浮子内磁钢耦合，而发生转动，同时带动指针，通过刻度盘指示出流量大小。下图为就地指示型和远传开关型原理图。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.2.4转子流量计的使用和维护保持介质清洁，金属管转子流量计转子是磁性的，若介质中含有铁磁杂质，则转子易被磨损和卡塞，造成测量不准或无法测量。应避免强磁性物质靠近金属管转子流量计，保证示值和

24、控制的准确性。保证流量计在其额定测量范围内平稳运行，开表时防止大流量冲击转子造成仪表损坏。,3.2.3转子流量计的特点压力损失小，量程范围较宽，其量程比为10：1；精度一般为1.6%；安装维护方便,可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件的流量测量与过程控制中。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.3.1涡街流量计原理在流体中，垂直与流体方向，插入一根非流线形状物体，作为旋涡发生体，在一定的雷诺数范围内旋涡发生体的后面会产生一个规则的振荡运动，即在旋涡发生体两侧将产生两列旋涡，方向相反，交替出现的旋涡，这两列平行的旋涡列称为卡门涡街。在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均

25、流速，通过采用检测元件测出旋涡频率就可以推算出流体的流量。,3.3涡街流量计,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.3.2涡街流量计的结构涡街流量计出现于七十年代。涡街流量计由检测部分和变送部分组成，它可分离安装使用，但应用专用电缆连接。检测部分：壳体内安装有旋涡发生体，旋涡发生体内装有压电元件。当流体流过壳体时，旋涡发生体产生的漩涡升力传送给埋入安装旋涡发生体中的压电元件，使压电元件产生电信号，用导线输送给放大器。变送器部分：主要包括电子放大器、流量显示器、4-20mA电信号变送输出电路等。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.3.4转子流量计的使用和维护管道固定好

26、，避免振动。上游若装有阀门，不能不断地开关阀门，否则非常容易对流量计造成永久性损坏。防止管道中有污物（棉丝、塑料布等），缠绕发生体，影响了正常测量。保持装环境干燥，或作防潮处理。,3.3.3涡街流量计的特点其频率仅与被测流体的实际体积流量成正比，它不受流体组分、密度、压力、温度的影响；无可动部件，可靠性高；结构简单牢固，安装方便，维护费较低；压力损失小，量程范围较宽，一般其量程比为10：1应用范围广泛，可广泛用于复杂,恶劣环境及各种介质条件。精确度为中上水平，基本误差：0.5%，1.0%；,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.4.1电磁流量计原理在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直

27、于磁场方向放一个内径为D的不导磁管道，当导电液体在管道中以流速u流动时，导电流体就切割磁力线。如果在管道截面上垂直于磁场的直径两端安装一对电极，则根据法拉第电磁感应定律，只要管道内流速分布为轴对称分布，两电极之间也特产生感生电动势Ue：UekBDV式中k系数；B次感应强度，T；D测量管内径，m；V平均流速，m/s。,3.4电磁流量计,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,设液体的体积流量为qv(M3/s),qv=D2V/4，则Ue=（4kB/D）*qv=kqv式中K=4kB/D为仪表常数,电磁流量计内部结构图,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.4.2电磁流量计的结构电磁

28、流量计在结构上由传感器和转换器两部分组成。传感器安装在生产过程工艺管道上感受流量信号，主要由测量管组件（非导磁、高阻抗材料）、磁路系统、电极及干扰调整机构部分组成。转换器主要包括电子放大器、流量显示器和变送器。将传感器送来的流量信号进行放大，并转换成标准电信号，以便进行显示、积算和传送。一般情况下，传感器和转换器是一体的，也有的电磁流量计将转换器和传感器是分体的。,电磁流量计外形,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.4.3电磁流量计的特点测量不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响；测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低；系列公称通径DN15DN3000。传感器衬

29、里和电极材料有多种选择；转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高。流量范围度可达1500：1；转换器可与传感器组成一体型或分离型；转换器采用16位高性能微处理器，2x16LCD显示，参数设定方便，编程可靠；流量计为双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量；可显示正、反流量，并具有多种信号输出：电流、脉冲、数字通讯、HART；转换器采用表面安装技术(SMT)，具有自检和自诊断功能；,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,3.4.4电磁流量计的使用和维护保证介质充满传感器，介质中不能有气泡；保证传感器接地可靠，尤其是在绝缘管道上使用的流量计；传感器外壳防水，防腐

30、蚀；避免环境温度过高，不应受强烈振动，尽量避开强烈磁场；注意读数正否正确、稳定，如有问题请专业人员处理；严禁使用电磁流量计的接地线作其它用途。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.1物位检测仪表分类物位测量仪表是测量液态或粉粒状材料的液面或装载高度的工业自动化仪表。测量块状、颗粒状和粉料等固体物料堆积高度，或表面位置的仪表称为料位计；测量罐、塔和槽等容器内液体高度，或液面位置的仪表称为液位计；测量容器中两种互不溶解液体或固体与液体相界面位置的仪表称为相界面计。常见物位检测仪表有以下类型：磁翻转式适合测量液体核辐射式适合测量液体、粉料、固体超声波、雷达式适合测量液体、粉料、固体射频

31、导纳式适合测量液体、粉料差压式适合测量液体,4、物位检测仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.2.1磁翻转液位计原理磁翻转液位计应用连通管原理，使被测容器与测量管体间的液位相等，测量管中装有可随液位等量变化的的磁性浮子，浮子中的磁性体与显示板上双色显示柱中的磁性体磁耦合作用，使色柱翻转，白色表示无液，红色表示为有液，以达到就地显示液位的目的。为适应不同的工况环境，磁翻转液位计有侧装型、地罐顶装型、保温型（蒸汽保温夹套、电保温）、锅炉专用型、防腐型（玻璃钢、ABS、UPVC、钛材）等各种形式的仪表。为实现信号远传，如配置上电阻电流液位变送器，则可以将液位变为420mA（或010

32、mA）的标准信号，以配合显示、记录仪表，或工业控制计算机联网。也可以配置磁性开关，实现液位报警、控制等。,4.2磁翻转式液位计,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.2.2磁翻转液位计的特点就地显示，显示直观、视限远、视角宽；结构紧凑合理，安全可靠，维护量小，维修费用低；其指示功能无须另外供电，即使电力供应发生故障，也不影响液位观测；测量范围：0-15000mm测量精度：10mm介质压力：最大16.0Mpa注：测量精度是以一个磁柱高度为单位的。,磁翻转液位计的系列产品见右图。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,各种磁翻转液位计现场使用情况,化工过程自动化,TIANJIA

33、O,自动化仪表,4.2.3磁翻转液位计的使用和维护液位计需要进行定期的清洗，清洗后安装浮子时注意上、下端切勿倒置。在使用前，若指示圆柱翻转不正常，可用磁铁校正。方法：将仪表正置，用小一块永久磁铁，由低位向高位缓慢移动一遍，直至全红；再由高位向低位移动一遍，直至全白。如果该液位计用在较高压力的容器上时，不得突然注入压力，而需要慢慢地注入压力，以防浮子突然受压而损坏。不应受强烈振动，尽量避开强烈磁场；液位计的最小分辨率是以一个翻转元件的高度为单位的，在读数或控制要注意。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.3.1射频导纳液位计原理射频导纳液位计是从电容式液位计发展而来，而电容式液位计

34、是根据圆筒电容器原理用传感器把液位转换为电容量，再用测量电容量的方法求知液位数值。其结构如同两个长度为L、直径分别为D和d的圆筒型金属导体，中间有绝缘物，所充介质（空罐时为空气）介电常数为，两圆筒的电容量为：,4.3射频导纳液位计,如果电极的一部分被介电常数为2的液体（非导电性的）浸没H时，则必须会有电容量的增量C产生，则电容增量为：,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,1为空罐时气相介电常数当2、1、R、r不变时，电容量增量C与电极浸没的长度H成正比，因此测出电容增量数值便可知道液位高度。,所谓射频导纳，导纳的含义为电学中阻抗的倒数，它由电阻性成分、电容性成分、感性成分综合而成，而

35、射频即高频无线电波谱，所以射频导纳可以理解为用高频无线电波测量导纳。仪表工作时，仪表的传感器与罐壁及被测介质形成导纳值，物位变化时，导纳值相应变化。由于采用了特殊电路，且测量的是阻抗，因而就可以排除电极挂料对测量值的影响，使测量更准确。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.3.2射频导纳液位计的结构电极，相当于电容器的一个极板(罐壁为另一个极板），与高度变化的介质一起形成变化的导纳。分缆形电极和硬电极两种；振荡器缓冲器，消除由于挂料增加阻抗引起的能量消耗；交流变换斩波器驱动器，该电路与交流变换器或同步检测器一起就可以分别测量挂料形成的电容和电阻,从而排除挂料的影响；显示电路；变送

36、器，将测量值转换为420mA的标准信号，以配合远地仪表，或工业控制计算机联网；外壳，支架。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.3.3射频导纳液位计的特点通用性强：可测量液位及粉料位，可满足不同温度、压力、介质的测量要求，并可应用于腐蚀、冲击等恶劣场合。防挂料：独特的电路设计和传感器结构，使其测量可以不受传感器挂料影响，无需定期清洁，避免误测量。免维护：测量过程无可动部件，不存在机械部件损坏问题，无须维护。抗干扰：接触式测量，抗干扰能力强，几乎不受温度、压力对测量的影响。不适于测量介电常数较小或气液相机电常数差较小的介质。,4.3.4射频导纳液位计的使用和维护射频导纳液位计的使用

37、和维护无特殊要求，按照一般仪表设备使用维护注意事项即可。,当用差压式液位计来测量液位时,若被测容器是敞口的,气相压力为大气压,则差压计的负压室通大气就可以了。若容器是受压的,则需将差压计的负压室与容器的气相相连接。以平衡气相压力PA的静压作用。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.4.1差压液位计原理将差压计的一端接液相，另一端接气相，则此时负压室所受压力为静压PA（或动压）,正压室所受压力为静压PB,介质液位高度为H,为被测介质密度,g为当地的重力加速度。则PB为,4.4差压液位计,+-,差压计所受差压为,例：需用差压式液位计来测量一个高6000mm的敞口烧碱储罐的有效液位，烧

38、碱浓度为32%。则差压计量程应为,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.4.2测量举例密度：就是物质质量与体积的比。我公司常见物质密度见下表。,所以，选择量程为82kpa的差压变送器就可以了。注：1千帕（KPa）0.0102kg/cm2,工程上为计算方便，将上式简化为：P=,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.4.3差压液位变送器的结构膜盒，带有膜片和充液导压管，正、负压各一个，连接罐体的正、负压接口，将压力传导给正、负压室；正、负压室，在正、负压力转换为电信号（电容、电阻等）；电子单元，有显示电路、操作按钮、变送器（将测量值转换为420mA的标准信号远传）；外壳，支

39、架。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,双法兰远传差压液位变送器外形见下图,电子单元正、负压室外壳、支架,膜盒法兰导压管,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.4.4差压液位变送器的特点适于测量具有腐蚀性、含结晶颗粒以及黏度大、易凝固等液体液位；适于测量高温液体（锅炉、蒸发器等）、负压条件等液位；量程宽，可测微差压液位，差压范围从近零kPa到几万kPa；压力迟滞小，响应速度快；精度达到0.25%F.S.(满量程输出),普通差压液位变送器单法兰液位变送器,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,4.3.5差压液位变送器的使用和维护切勿将高于36V电压加到变送器上，导

40、致变送器损坏；切勿用硬物碰触膜片，导致隔离膜片损坏；被测介质不允许结冰，否则将损伤传感器元件隔离膜片，必要时需对变送器进行温度保护，以防结冰；禁用蒸汽直接加热变送器本体；严禁超过设计压力运行；严禁拉扯、弯折毛细导压管；,投入式液位计（适用于开口、地下容器）,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,5显示仪表,用于指示或记录被测量值的仪表。显示仪表包括指示仪表和记录仪，显示方式：有指针式、数字式、条形图式、打印及显示屏等。如：指针式指示仪、智能巡检仪、有纸记录仪、智能显示调节仪、无纸记录仪、液晶流量积算仪等。下面是一些常见显示仪表：,智能显示调节仪有纸记录仪,化工过程自动化,TIANJIA

41、O,自动化仪表,柱形（条形）显示仪指针式显示（控制）仪液晶无纸记录仪,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,自动控制阀门是自动控制系统中的一个重要组成部分，它是执行控制指令，实施控制动作、完成控制任务的最终设备。,6、自动控制阀门,6.1自动控制阀门分类及结构习惯上一般按自动控制阀的动力性质将其分为气动控制阀和电动控制阀两大类。一台自动控制阀门一般由执行机构、控制阀、附件三大部分组成。执行机构：将调节器的指令信号转换成相应的角位移或直线位移，去操纵调节机构。有气动执行器、电动执行器、液动执行器控制阀：有单座阀、双座阀、蝶阀、球阀、隔膜阀、角形阀等阀门附件：阀门定位器、电磁阀、气源组件、

42、位置反馈器（开关）等,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,气源组件,气动执行器,电气阀门定位器,控制阀,位置反馈装置,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.2.1气动执行器的分类按结构分为：薄膜式，结构简单、价格便宜、维修方便，应用广泛。活塞式，推力较大，用于大口径、高压降控制阀或蝶阀的推动装置。长行程，行程长、转矩大，适于输出转角（6090）和力矩。按照作用的类型可分为：单作用气动执行器，开动作是由气源驱动完成，关动作为弹簧复位。双作用气动执行器，开关动作都是通过气源驱动来完成。,6.2气动执行器气动执行器以压缩空气为动力，具有结构简单、动作可靠稳定、输出力大、维护方便

43、和防火防爆等优点。其缺点是滞后大。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.2.2气动执行器的结构原理6.2.2.1薄膜式气动执行器，为直线行程，常用于单座阀或隔膜阀。在一个密封外壳内，安装有可上下伸缩的橡胶膜片，并形成上下隔开的两个腔体。一个腔体连接压缩空气（压力受定位器控制），另一个腔体安装复位弹簧。在与膜片固定的膜盘上连接着导杆。膜片受到弹簧力和空气压力的作用，方向相反。当空气压力弹簧压力时，膜片并带动导杆向上移动，使阀门开度增大；当空气压力=弹簧压力时，膜片并带动导杆稳定在某一位置，使阀门开度保持；当空气压力弹簧压力时，膜片并带动导杆向下移动，使阀门开度减小。弹簧和空气的位置

44、也可以互换，使阀门的动作变反。气缸式直行程执行器以活塞取代了膜片。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.3控制阀常用控制阀种类及特点6.3.1单座阀，结构简单，装配方便，泄漏小，但受流体冲击不平衡力大。适用于小口径Dg150mm的场合。,6.3.2蝶阀，流阻小，适用于低差压大流量的气体及含有固体悬浮物的介质，通常流量特性与等百分比相似，90旋转行程，开闭迅速，口径可达1000mm以上，缺点是泄漏稍大。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.3.3球阀，流体阻力极小，体积小，两个密封面，完全密封。90旋转行程，开闭迅速，密封

45、面不易侵蚀，在启闭过程中有擦拭性，所以可用于带悬浮固体颗粒的介质中。,6.3.4隔膜阀，用隔膜把下部阀体内腔与上部阀盖内腔隔开，使阀杆、阀瓣等零件不受介质腐蚀，省去了填料密封结构，且不会产生介质外漏。用于强腐蚀性，高粘度，带悬浮物或带纤维的介质，尤其适用于无菌场合，但不耐高温和高压。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.4.2位置反馈装置位置反馈装置是将阀门开度状态进行就地指示并以电信号方式远传的重要阀门部件。位置反馈装置按信号特点分为两种：限位开关由一组微动开关组成，通过机械连杆或磁、容感应与阀门的阀杆连接。可以将阀门的某一特定位置

46、以开关量的信号发送出去。阀门位置反馈器通过机械连杆或磁耦合与阀门的阀杆连接，将阀门的即时位置以420mA电流信号发送出去，连续指示阀门位置。,限位开关带就地指示的限位开关阀门位置反馈器,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.4.3气源组件气源组件（俗称过滤减压阀）为控制阀提供安全可靠的动力空气。一个完整的气源组件包括：过滤部分，除去铁锈、尘土等颗粒物；脱水部分，可使空气中的凝结水分沉积下来并予以排除（冬季尤为重要）减压部分是一个微型减压阀，将供给阀门定位器的空气压力稳定在0.05-0.7Mpa,一般为0.25-0.4Mpa。调压手柄带锁定位置。指示部分小型压力表，一个或两个，用于指

47、示气源组件的入、出压力。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,6.4.4自动控制阀门的使用和维护使用中注意观察调节阀的工况，是否有泄漏、噪声，发现问题及时通知专业人员处理。防止介质中含有铁渣等硬物，以免损伤调节阀的密封及防腐衬里。切勿触动调节阀的位置反馈装置，尤其是反馈杠杆，以免造成阀门误动作。切勿触动气源组件的压力调节旋钮或凝水排污阀（嘴），以免因空气压力骤变造成阀门误动或损坏。严禁将仪表压缩空气移做它用，如设备吹扫等，以免造成仪表气失压。情况允许时，尽量柔合操作，逐渐打开或关闭阀门，避免大变量操作阀门。为使控制更精确，应结合调整调节阀前的手动阀，使调节阀工作在20-80%开度之间。,化工过程自动化,TIANJIAO,自动化仪表,THEEND,谢谢！,