河南工业大学过程控制05

ProcessControlSystem&Instrumentation主要内容过程控制常见被控变量检测：压力检测流量检测物位检测成分检测国际著名仪表供应商仪表技术的发展ProcessControlSystem&Instrumentation本节内容所处位置及讲授方法避免与《检测技术》课程内容重复，仅概要介绍概念和原理。重点介绍仪表选型及工程应用。控制器测量变送被控过程执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-ProcessControlSystem&Instrumentation压力的基本概念过程控制中的压力即压强。压力的单位有帕（Pa）、兆帕（MPa）、巴（bar）等。国内用户常用“公斤”，应注意用户习惯。压力的表示方式有三种：绝对压力Pa，物体所承受的实际压力，其零点为绝对真空。表压力P，指高于大气压力时的绝对压力与大气压力之差。真空度（负压）Ph，大气压力与低于大气压力时的绝对压力之差。ProcessControlSystem&Instrumentation过程控制中压力检测常用方法1.应变片式压力检测2.扩散硅压力传感器，使用最广。其他方法：弹性式、液柱式等，多用于就地指示，不便远传。ProcessControlSystem&Instrumentation应变片式压力检测基于应变片（电阻体）受力变形，阻值发生变化的原理。测量范围宽，可达数百MPa，多用于固体压力测量。ProcessControlSystem&Instrumentation扩散硅式压力传感器在半导体材料的基片上利用集成电路工艺制成扩散电阻，受外力用时，扩散电阻的电阻率变化而导致阻值改变。主要优点：体积小，结构简单，良好的动态响应，易集成，价格便宜。应用广泛，约占液体、气体压力检测的80%以上。ProcessControlSystem&Instrumentation压力传感器的安装测点要选在前后有足够长的直管段上。取压管端面与管道连接处的内壁应平齐，不应有凸出物或毛刺。引压导管不宜过长，一般不大于50m；引压导管不宜过细，一般采用内径为10～15mm的无缝钢管。测点与压力传感器之间应加装闸阀，以备检修压力传感器时使用，且应尽量靠近测点一侧。PProcessControlSystem&Instrumentation其他安装注意事项在测量蒸汽压力时，应加装凝汽管，以防止高温蒸汽与测压元件直接接触；对于有腐蚀性的介质，应加装充有中性介质的隔离罐。针对被测介质的不同性质（脏污、结晶、粘稠等），应采取相应的防堵等措施，并注意日常维护。PPProcessControlSystem&Instrumentation流量的基本概念单位时间内流过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量。当流体的数量以体积表示时，称体积流量。过程控制中使用很多。当流体的数量以质量表示时，称质量流量。在某一段时间内流过管道横截面的流体总和称为总（流）量或累积流量。一般只用于计量考核，不参于过程控制。ProcessControlSystem&Instrumentation流量的测量方式节流式流量计电磁流量计旋涡（涡街）流量计其他流量计ProcessControlSystem&Instrumentation节流式流量计基于节流变压降原理，由节流件、导压管及差压检测仪表组成。最常用的节流件：孔板、喷嘴及文丘利管。差压式流量计的流量基本方程式是根据流体力学中伯努力方程和流动连续性方程推导出来的。ProcessControlSystem&Instrumentation伯努利方程流速为υ，密度为ρ，静压力为p，则当流体充满水平管道流动时，其能量方程为第一项为静压能，第二项为动压能（动能）。在同一管道的任一横截面上，流体动能及其静压能的总和不变。在一定条件下，这两种形式的能量可以在总能量不变的前提下相互转换。常数22vpProcessControlSystem&Instrumentation流量与压差之间的关系流量与流体流过节流件前后所产生压差的平方根成正比例关系为流量系数；为可膨胀性系数；为节流件的开孔面积；为流体密度；为节流装置前后的压差。pAqv200ApProcessControlSystem&Instrumentation差压流量计节流件的安装务必使节流装置前后保持足够的直管段，使被测介质在节流前后保持稳定的流动状态；在节流装置附近不允许安装测温元件或开取样口；节流件的开孔与管道的轴线应同心，节流件的端面与管道的轴线垂直；管道内流体必须充满管道且为单向流动；流体不能含有颗粒、纤维等杂质。ProcessControlSystem&Instrumentation电磁流量计及其原理根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量管道中导电性液体体积流量。电磁流量计的感应电势与流量成线性关系：KQQDBke4vDQ42kBDveProcessControlSystem&Instrumentation电磁流量计的特点电磁流量计的测量管道内无节流部件，具有如下特点：不堵塞，可测带颗粒、纤维等杂质的导电液体；维护方便，寿命长；没有测量滞后现象。ProcessControlSystem&Instrumentation电磁流量计的安装要求必须保证被测液体完全充满测量导管：在水平安装时，应低于管道；垂直安装时，液体流动方向应从下往上。一般要求在变送器前后有长度为3～5倍管道直径的直管段；要求安装地点远离强磁场。FFProcessControlSystem&Instrumentation旋涡（涡街）流量计利用流体自然振荡的原理：当流体以足够大的流速流过垂直于流体流向的物体时，若该物体的几何尺寸适当，则在物体的后面，沿两条平等直线上产生整体排列、转向相反的涡列。涡列的个数，即涡街频率，和流体的速度成正比。通过测旋涡频率，就可知道流体的流速，从而测出流体的流量。dSftProcessControlSystem&Instrumentation其他流量计ProcessControlSystem&Instrumentation流量计的选择注意防堵，测导电液体流量应优先考虑使用电磁流量计。差压、旋涡、转子或涡轮流量计只用于洁净流体的测量。过程控制中，流量检测往往作为复杂过程控制系统的局部回路，如串级控制的内环，对仪表精度要求往往不很严格。质量流量计价格昂贵，在工艺要求允许的情况下优先选择体积式流量计。微小流量下，流量开关与流量计的选择。ProcessControlSystem&Instrumentation物位测量浮力式静压式电容式超声波式雷达式等ProcessControlSystem&InstrumentationENRAF浮力式石油储罐液位计ProcessControlSystem&Instrumentation超声波传感器在液位测量中的应用ProcessControlSystem&Instrumentation超声波传感器在物位测量中的应用ProcessControlSystem&Instrumentation物位计的选择测量有沉淀液体时，不宜采用静压式，优先选择超声波式或雷达式。电容式物位计，不适用于测量在电极上可能粘附粘稠介质或介电常数变化大的介质。超声波式物位计，不与介质接触，适用范围宽。但应注意被测液体表面不能有泡沫，并注意测量盲区。在灰尘大的场合，还可考虑重锤式等其他物位计。ProcessControlSystem&Instrumentation成分分析仪表工厂中常用的成分自动分析仪表：各种气体分析仪、酸度计（PH计）等。例如：氧化锆式氧量分析仪：分析烟气中的含氧量。红外线气体分析仪：吸收红外线的辐射能，气体温度升高，利用这种转换关系，确定某气体吸收了多少红外线辐射能，从而确定混合物中某气体的含量。可测量CO、CO2、CH4等。工业酸度计：测定位于被测溶液中的两电极间的电位差反映PH值。ProcessControlSystem&Instrumentation成份分析仪表举例ProcessControlSystem&Instrumentation在线成份分析仪使用注意事项取样及预处理要保证取出样品的代表性（representative)，为减小测量时滞，取样管线应尽量短。测量滞后问题力求选用响应速度快的分析仪表和滞后小的取样及预处理系统。分析仪的标定必须定期标定仪表。ProcessControlSystem&Instrumentation国际著名仪表供应商Emerson/Rosemount分析仪器、压力、流量、物位Yokogawa分析仪器、流量、压力ABB分析仪器、流量Siemens分析仪器、流量Endress+Hauser流量、物位Honeywell压力、温度Krohne流量FCI流量BertholdTechnologies物位（核辐射式）ProcessControlSystem&Instrumentation优秀服务供应商（优秀=5.0）4.5Emerson/MicroMotionAnalyzer，密度/浓度Siemens/AppliedAutomationAnalyzer，烟道气体/气体排放Endress+Hauser，涡街流量计EnrafLevelGauge，盘库级Yokogawa，压力变送器4.4Emerson/MicroMotion，科里奥利流量计Emerson/Rosemount，核辐射物位仪表Endress+Hauser，点式物位开关Emerson/Rosemount，热点偶ProcessControlSystem&Instrumentation仪表技术的发展在线分析仪表越来越多；软测量（Soft-Sensing）技术的发展，基本思路是基于一些过程变量与过程中其他变量之间的关联性（数学模型），根据一些容易测量的过程变量（辅助变量），推算出一些难于测量或无法测量的过程变量（主导变量）。测量方法创新；智能化。ProcessControlSystem&Instrumentation控制器测量变送被控过程执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-下节课的内容ProcessControlSystem&Instrumentation作业P70：2.5；2.20；2.25