化工仪表及自动化全套课件(1)

化工仪表及自动化目录第一章测量仪表基本知识第二章压力测量仪表第三章流量测量仪表第四章物位测量仪表第五章温度测量仪表第六章自动成份分析仪表第七章自动控制仪表第八章执行器第一章测量仪表基本知识第一节：化工自动化仪表的发展化工仪表及自动化,最早出现在四十年代,那时的仪表体积大,精度低。六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化仪表便向着小体积、高性能的方向迅速发展，并实现了用计算机作数据处理的各种自动化方案。七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型计算机的发展，在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。1975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展,新型的数字仪表,自动化仪表,程序控制器,调节器等也不断投入使用。第二节：化工自动化仪表的分类化工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原则可以进行相应的分类。按仪表所使用的能源分类：可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表(很少见);按仪表组合形式：可以分为基地式仪表:将测量、显示、控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。单元组合仪表:以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）相互联系而组合起来的一种仪表。综合控制装置:按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对常规仪表的盘装表而言，不需要操作的仪表就装成架装仪表，需要操作的安装成盘装仪表)。根据仪表信号的形式：可分为模拟仪表和数字（开关量）仪表等等。第三节：化工自动化控制仪表优势功能化工自动化控制仪表，主要特点是采用先进的微电脑芯片及技术,减小了体积,并提高了可靠性及抗干扰性能。实现劳动强度逐渐降低、生产效率逐步提高、人为干预越来越少、产品产出率越来越高。仪表有了可编程功能计算机的软件进入仪表,可以代替大量的硬件逻辑电路,这叫硬件软化。特别是在控制电路中应用一些接口芯片的位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程很简单(即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制)。而如果带之以硬件,就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。仪表有了记忆功能以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路,只能在某一时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时,前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息,只要通电,就可以一直保存记忆,并且可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。仪表有了计算功能由于自动化仪表内含微型计算机,因此可以进行许多复杂的计算,并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的给定极限检测等多方面的运算和比较。仪表有了数据处理的功能在测量中常常会遇到线性化处理、自检自校、测量值与工程值的转换以及抗干扰问题。由于有了微处理器和软件,这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了硬件的负担,又增加了丰富的处理功能。自动化仪表也完全可以进行检索、优化等工作。第二章压力测量仪表第一节：压力单位国际单位制（SI）---帕（Pa），工程大气压---at标准大气压---atm毫米汞柱---mmHg毫米水柱---mmH2O1Pa=1牛/米2（N/m2）1Mpa=1×105Pa1公斤力/厘米2(kgf/cm2)=0.0981MPa1巴(bar)=0.1MPa1毫米水柱(mmH2O)=9.81×10-6MPa1毫米水银柱(mmHg)=1.333×10-3MPa1标准大气压(atm)=0.1013MPa1psi=6.895KPapsi和KPa都是压强（压力，大气压）的单位，前者是磅每平方英寸，后者是千帕（1帕等于1牛顿的力作用在1平方米的面积上所产生的压强）。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值真空度=标准大气压力—绝对压力工业上所用的压力指示值大多为表压，即压力表的指示值是绝对压力和大气压力之差。第二节：弹性式压力计测压原理：各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。特点及适用场合：结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精度也比较高，在生产过程中获得了最广泛的应用。压力表图片普通压力表耐震压力表电接点压力表双刻度压力表隔膜压力表第三节：电气式压力计测压原理：把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。特点及适用场合：反应较快，测量范围较广、精度可达0.2％，便于远距离传送。所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。第四节：智能型压力变送器高可靠性的微控制器及高精度温度补偿；将被测介质的压力信号转换成4~20mADC标准信号叠加HART数字信号；支持现场总线基于现场控制；具有完整的自诊断功能和通讯功能；零点自动迁移，零点量程外部可调；通过手持器和PC机可实现远程管理。AMSTrex设备通讯器第五节：压力开关1.压力开关是一种简单的（压力控制装置），当被测压力达到额定值时，压力开关可发出（警报或控制）信号。2.压力开关的工作原理是：当被测压力超过额定值时，弹性元件的自由端（产生位移），直接或经过比较后推动（开关元件），改变（开关元件）的通断状态，达到控制被测压力的目的。3.压力开关采用的弹性元件有（单圈弹簧管）、（膜片）、（膜盒）及（波纹管）等。开关元件有（磁性开关）、（水银开关）、（微动开关）等。4.压力开关的开关形式有（常开式）和（常闭式）两种。5.压力开关的调节方式有（两位式）和（三位式）两种。6.压力开关的参数可调，依实际使用压力范围调节第五节：压力表的选用压力检测仪表的选择主要包括仪表的型式、量程范围、精度与灵敏度、外形尺寸以及是否需要远传和其他功能，如指示、记录、报警控制等；必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度；必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压力大小、粘度、易燃易爆程度等；必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电磁场、振动等。第三章流量测量仪表机泵、压缩机的出口流量代表了生产装置的负荷（设备的处理量），必须进行严格检测和控制。以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，经常需要知道在一段时间（如一班、一天等）内流过的介质总量。所以，介质流量（液体、气体和蒸汽等）是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进行经济核算所必需的一个重要参数。第一节流量的基本概念流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流量在某一时段的累积量。质量流量(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：(kg/s、t/h)体积流量(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体积。（工作状态下）单位：（m3/h）体积流量(Qn)：折算到标准的压力和温度下的体积流量。（标准状态下）流量的国际单位是千克/秒（kg/s）、立方米/秒（m3/s）。此外，常用的还有吨/小时（t/h）、千克/小时（kg/h）、立方米/小时（m3/h）等；总量的国际单位是千克（kg）、立方米（m3）。此外，常用的总量单位还有吨（t）。对于气体，密度受温度、压力变化影响较大，如在常温常压附近，温度每变化10℃，密度变化约为3%；压力每变化10kPa，密度约变化3%。因此在测量气体流量时，必须同时测量流体的温度和压力。为了便于比较，常将在工作状态下测得的体积流量换算成标准状态下（温度为20℃，压力为101325Pa）的体积流量，用符号Qn表示，单位符号为Nm3/s或Nm3/h。第二节：差压式流量计测量原理：在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小。流量与差压的平方根成正比。1-节流元件2-引压管路3-三阀组4-差压计优点:应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。缺点:测量精度普遍偏低;范围度窄,一般仅3:1~4:1;现场安装条件要求高;压损大(指孔板、喷嘴等)。仪表里标准的三种节流元件：a:孔板b:喷嘴c:文丘里管一体化差压式流量计流量孔板第三节：转子流量计浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。转子流量计的特点：转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径D150mm的小流量，也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计必须安装在垂直走向的管段上，流体介质自下而上地通过转子流量计。金属管转子流量计玻璃管转子流量计第四节：涡街流量计应用范围：涡街流量计用于测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。测量原理：涡街流量计应用是根据卡门（Karman）涡街原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关。1912年，德国物理学家冯·卡曼涡街流量计与差压流量计测量饱和蒸汽流量对比：标准孔板流量计，从流量仪表发展状况来看，孔板流量计尽管其历史悠久、应用范围广；人们对它的研究也最充分，试验数据最完善。标准孔板流量计不足之处：1、压力损失较大；2、导压管、三阀组间及连接接头容易泄漏；3、量程范围小，一般为3比1，对流量波动较大易造成测量值偏低。而涡街流量计：1、结构简单；2、涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄漏现象；3、涡街流量计的压力损失较小；4、量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使用越来越受到人们的青睐。涡街流量计插入式涡街流量计涡街流量计原理涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产一种流体振动式仪表。当流体流过传感器壳体内垂直放置的漩涡发生体时，在其后方两侧交替地产生两列漩涡，两侧漩涡分离的频率与流速成正比。涡街流量计安装图第五节：电磁流量计电磁流量计的工作原理电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的两个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。在进行流量测量时，如果被测介质具有导电性，则可以使用电磁流量计来测量。电磁流量计特点:1、测量精度不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高。2、测量管道内无阻流件，因此没有附加的压力损失；测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长。3、由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道