第二章 常用过程检测仪表

1第二章常用过程检测仪表本章简述了在闪速炼铜行业中常用的一些过程检测仪表，主要是温度、压力、流量、液位、成分分析及称重仪表。对它们的原理、结构、校验方法及维护事项等做一般介绍。第一节温度测量仪表温度单位：℃（摄氏温标）、℉（华氏温标）、0K（绝对温标）摄氏温标（℃）和华氏温标（℉）两者之间的关系式为：1℃=5/9（℉-32）绝对温标（0K）和摄氏温标（℃）两者之间的关系式为：0℃＝273.160K1.热电阻温度计1.1测量原理：金属的电阻值随着温度的增高而变大。将被测温度值变成电阻值（Ω）。1.2结构组成：将金属丝双线缠绕在玻璃或云母骨架上，再用粗的引线接在上面的接线端子排上，在外面套上不锈钢保护套管就成了热电阻温度计。接线方法有2线制和3线制。接3根线的目的是为了减少线路误差。通常用1,2，3或A，B，C或a，b，c表示。一般前面的一根线接在端子排的一个接线端子上，而后面的两根线都接在端子排的另一个接线端子上。没有正、负之分。連接到二次仪表时用普通3芯电缆就可以了，但为了减少线路误差，其电缆应选不小于1.5mm2的。1.3检查方法：判断电阻温度计好坏的方法是用万用表测量其电阻值。1.4校验方法：将被校的热电阻和标准热电阻一起放进油浴进行加热，同时记录两支热电阻的电阻值，若两者之间的误差没有超过规定的误差，则这支热电阻为合格的热电阻。为了使用方便，有时将两支热元件装在一个套管内，组成双支热电阻温度计。在接线时不能接混了。现在，有的热电阻温度计在引出端子上直接装上转换部分，可直接输出4～20mADC信号，就更方便了。为了防腐，往往在外套管上下功夫，通常是不锈钢，也有用钛的，还有在外面喷涂涂料的，最可靠的是使用双层保护套管。现在常用的热电阻温度计有铂电阻温度计和铜电阻温度计。铂电阻温度计的测量范围是－200～500℃，分度号是Pt100，0℃时的电阻值为100Ω。铜电阻温度计的测量范围是－50～150℃，分度号是Cu50，0℃时的电阻值为50Ω。有时在图纸上用“RTD”表示铂电阻温度计。安装固定方式有：螺纹连接、法兰连接（固定法兰、活动法兰）、任意固定。连接端上部（接线部）一般是150mm,下部（检测部）的长度是任意的，根据工艺的要求选择其长度。最短的只有100mm，最长的有5000mm。有关热电阻温度计参见图1－2－1。2图1－2－1热电阻温度计图1－2－2热电偶温度计2.热电偶温度计2.1测量原理：在两种不同的导体组成的闭合回路中，如果使其两个接点处于不同的温度，在该回路内就会出现电势（mV），这个电势就是热电势，是由于两端温度不同而产生的。这就是热电偶的测温原理。将被测温度值变成毫伏值（mV）。2.2结构组成：将两根不同的金属丝的一端焊接在一起，在该金属丝上套上绝缘瓷套管，用引线接到上面的接线端子排上，在外面套上保护套管就成了热电偶温度计。一般温度不是太高时，其保护套管用不锈钢制造；但是，当被测温度太高时，不锈钢制的保护套管就不能用了，要用刚玉管（氧化铝）做保护套管。这种保护管耐温高，但其机械强度差，容易碎，特别是不能受到温度剧烈的变化。故在换新的热电偶时，要慢慢的插进去，不能快，若插的速度太快，则会因刚玉管来不及传热而马上破碎。现在用于工业测量的又有一种耐高温的金属材料，用“CH3039”表示。2.3检查方法：判断热电偶温度计好坏的方法是用电子电位差计（mV计）(或万用表的直流电压档)测量其“mV”值，与其标准值进行对照来判断好坏。有时也可用万用表测量其电阻值，看是否通。2.4校验方法：将被校的热电偶和标准热电偶一起放进校验炉进行加热，同时记录两支热电偶的毫伏值，若两者之间的误差没有超过规定的误差，则这支热电偶就是合格的热电偶。接线方法只有2线制，要区分“＋”“－”，不能搞错了，否则仪表指示有很大的误差。連接到二次仪表时一定要用相应的专用补偿导线。为了使用方便，有时将两支热电偶装在一个套管内，组成双支热电偶温度计。在接线时“1”和“2”、“＋”和“－”不能接错了。现在，有的热电偶温度计在引出端子上直接装上转换部分，可直接输出4～20mADC电流信号，就更方便了。有关热电偶温度计参见图1－2－2。2.5常用热电偶温度计的种类：1.铂铑10－铂热电偶（铂铑热电偶）测量范围是0～1700℃，信号范围是0.000～17.947mV，分度号是S。2.铂铑13－铂热电偶（铂铑热电偶）3测量范围是0～1700℃，信号范围是0.000～20.222mV，分度号是R。3.铂铑30－铂铑6热电偶（双铂铑热电偶）测量范围是0～1800℃，信号范围是0.000～13.591mV，分度号是B。4.镍铬－镍硅热电偶测量范围是0～1300℃，信号范围是0.000～42.410mV，分度号是K。前面3种热电偶都是测量高温用的，第4种热电偶是测量中温用的。还有两种热电偶：铁－铜镍合金（康铜）热电偶（J型）和铜－铜镍合金（康铜）热电偶（T型），一般用于测量低温。现在，这两种热电偶用的已经很少了，测量低温时都使用铂热电阻温度计。这里要强调的是：用什么样的热电偶就要配相应的补偿导线，一定不能搞混了。补偿导线相当于热电偶的延长。2.6热电偶温度计的温度补偿在用热电偶温度计测温时一定要进行冷端（也叫自由端）温度补偿。通常，热电偶温度计有两端：即热端和冷端。测量温度的一端叫热端，产生热电势；接在接线端子排上的一端叫冷端，用二次仪表测量热电势，再转换成温度值显示。在用热电偶温度计测温时，一般要求冷端温度为0℃，但实际上冷端温度为室温，而不是0℃，故要进行冷端（也叫自由端）温度补偿。现在，用DCS系统测量热电偶温度计的温度时，已用软件进行了冷端温度补偿；但是，当用电子电位差计校正该点温度时，就要进行冷端温度补偿，也就是在测出的mV值中减去从表中查到的当时室温的mV值。有时在图纸上用“T/C”表示热电偶温度计。安装固定方式有：螺纹连接、法兰连接（固定法兰、活动法兰）、任意固定。连接端上部（接线部）一般是150mm,下部（检测部）的长度是任意的，根据工艺的要求选择其长度。最短的只有100mm，最长的有5000mm。3.铠装热电阻在闪速炉的反应塔、沉淀池和上升烟道上，安装了大量的铜冷却水套，用水对进行降温，该水温的测量就是使用铠装热电阻。铠装热电阻的测量原理和普通的热电阻并没有什么不同，只是在测温元件外面的保护材料上有些不一样：普通的热电阻是在检测元件的外面套有一根较粗的不锈钢保护套管，其外径一般都在12mm以上。其目的一方面是为了加强其机械强度，另一方面也是为了提高防腐能力。这是解决了一方面的问题，但另外一面就是带来测量的滞后，在测量系统要求不是很快的情况下，是可以的，但在某些情况下就不行了。例如，闪速炉水套的冷却水温度检测系统，就是要求能很快的反映该点的温度。这就要用到铠装热电阻。它不是在普通的检测元件外面套上很粗的保护套管，而是用一种很细的黄铜管套在外面，外径最小的只有3mm，传热很快，消除了温度测量的滞后时间，满足了快速检测温度的要求。4.快速热电偶4.1测量原理测量原理和普通的热电偶完全一样。快速热电偶主要是为了快速检测铜液温度，是离线检测而不是在线检测。44.2结构组成热电偶的外保护材料是硬纸管，没有专用的接线端子，是一种一次型热电偶，参见图1－2－3。图1－2－3快速热电偶4.3快速测温系统快速测温系统由快速热电偶、测温枪和快速温度显示记录仪组成：测温枪内有一根和快速热电偶配套的专用的补偿导线，此补偿导线的尾端连接到安装在附近的快速温度显示记录仪上。当要测温时，将外形象一个厚纸筒的快速热电偶套上测温枪的前端，就将快速热电偶与这个温度仪表连接在一起了。当将测温枪插入铜液里面时，在几秒钟的时间内，它马上将代表该处温度值的mV信号传送到附近的快速温度显示记录仪上，这时，该仪表就将这个值变为温度值显示、打印出来，并一直保持这一信号，下一次测量时，按下复位键，就可以进行下一次测量。与此同时，这个信号还送到熔炼中央仪表室。这时这个快速热电偶也差不多烧完了，完成了历史使命。5.其它温度计另外，还有双金属温度计、膨胀式温度计等，这些多为现场指示型。第二节压力仪表压力单位：Pa、KPa、MPa、Kg/cm2、bar、mbar、mmH2O、mmHg、mmAg等。各种压力单位的换算参见本文第三部分附录2.单位换算表2.压力单位换算表。一般压力测量有表压和绝压两种，分别用“G”和“N”表示。通常测量的压力都是表压力，其“G”都省略了，但若是绝对压力，则一定在后面加上“N”（有的厂家为了慎重起见，在表示表压力时，还要在压力后面加上“G”）表压和绝压的关系：绝对压力＝表压力＋大气压力表压力＝绝对压力－大气压力高于大气压力的表压力，叫正压，简称压力；低于大气压力的表压力，叫负压或真空。在测量差压时，习惯上将较高的一侧的压力称为“正压”，将较低的一侧的压力称为“负压”。这个负压并不是低于大气压力的那个“负压”；有时，两边都是负压，负的小些的一端，就叫正压（用H表示），负的大些的一端，就叫负压（用L表示）。1.电容式差压变送器电容式差压变送器广泛地用来测量各种流量、压力、差压、液位等。51.1测量原理：参见图1－2－4图1－2－4电容式差压变送器原理图图1－2－5电容式差压变送器结构图在法兰盘联接口PH、PL处引入压力信号P1、P2，分别加到测量膜片的高、低压端，根据PH和PL的差压，使测量膜片和连接移动电极的连接轴产生位移；由于移动电极位置的改变，使其和固定电极的相对位置发生改变，则移动电极和固定电极左右两边的电容量产生差动变化。变换器的电气系统将这变化的电容量变换成4～20mADC电流信号。这个电流信号就代表被测量的工艺介质的差压值。1.2仪表结构：电容式差压变送器由检测元件、法兰盘、变换器等三个主要部分组成，参见图1－2－4、图1－2－5。电容式差压变送器的外形参见图1－2－6、电容式压力变送器的外形参见图1－2－7。图1－2－6差压变送器图1－2－7压力变送器带三阀组、五阀组的差压变送器参见图1－2－8。6图1－2－8带三阀组、五阀组的差压变送器1.3差压变送器的校验：校验该仪表所需设备：DC24V电源、数字压力表、打气泵、数字万用表等。（假设该差压变送器的量程为0～10KPa）普通差压变送器校验接线图参见图1－2－9。1.3.1校验零点：L侧放空，H侧也放空，这时数字万用表上的指示应是4mA，若不指示4mA，则调整该表的调零点电位器，使其输出4mA。1.3.2校验量程：L侧放空，在H侧用打气泵输入10KPa的气信号，这时数字万用表上的指示应是20mA，若不指示20mA，则调整该表的调量程电位器，使其输出20mA。上述过程要重复2～3次注：打气泵也可以用仪表压缩空气经减压、稳压后来代替。图1－2－9图1-2-10图1-2-11现在，大部分差压变送器都是具有HART协议输出的智能式差压变送器，这种变送器在校验时非常简单，只要照图接好线，在便携式手操器上就可以很方便的校正了。带HART7协议输出的差压变送器校验接线图参见图1－2－10、在控制室的AI卡上校验带HART协议输出的差压变送器的接线图参见图1－2－11。2.复合扩散硅压阻式差压变送器2.1测量原理：变送器内的单晶硅片受压后电阻会发生变化，则输出一个mV信号，这个mV信号与输入的压差成正比。图1－2－12复合扩散硅压阻式差压变送器的测量原理2.2仪表结构：外形结构和电容式差压变送器一样，也是由三个部分组成。参见图1－2－5、图1－2－6、图1－2－7、图1－2－8。2.3特点：内有三个传感器：差压传感器、静压传感器、温度传感器，故可以进行温度、静压补偿,测量精度高。参见图1－2－13。图1－2－13复合扩散硅压阻式差压变送器的构成2.4校验：校验方法和电容式差压变送器完全相同。参见图1－2－9、图1－2－10、图1－2－11。差压传感器静压传感器温度传感器P1P283.其它各种压力表U型压力计、隔膜压力表、弹簧压力表等，这些多为现场指示型。第三节流量测量仪表流量单位：m3/h，m3/s，t/h，Nm3/h，kg/h，