自动化仪表知识

自动化仪表知识检测仪表第一节温度检测第二节压力检测第三节流量检测第四节物位检测第一节温度检测1、温度的测量与变送：温度是化工过程中最普遍而重要的操作参数。–所有的过程都是在一定的温度条件下进行的；–温度决定一些反应能否进行；温度不能直接测量，温度的测量都是通过温度传递到敏感元件后，其物理性质随温度变化而进行的。接触式非接触式双金属温度计热电阻热电偶红外高温计2、分类测量方式常用温度计的种类及适用温度CCCCCCCCC2000~200:3500~0:150~50:600~200:600~50:1000~50:1600~0:600~80:600~50:热电式光电式红外线非接触式、铜热电阻：铂考铜镍铬镍硅镍铬铂铂铑热电偶双金属玻璃液体膨胀式接触式温度计3.1膨胀式温度计玻璃液体温度计–利用液体受热膨胀并沿玻璃毛细管延伸而直接显示温度双金属温度计–不同金属受热膨胀不同，双金属片在受热情况下发生弯曲而显示温度t=t0tt03.工作特点应用热膨胀原理测温测量原理物体受热时产生膨胀液体膨胀式温度计固体膨胀式温度计玻璃管温度计双金属温度计测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80℃～+500℃范围内液体、蒸汽和气体介质温度。特点：现场显示温度，直观方便；精度不高，需定期检定。3.2双金属温度计9工作原理：用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊接在一起制成双金属片。受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲。若将双金属片制成螺旋形，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴偏转，带动指针在刻度盘上指示出相应温度值。图1-1双金属片3.3热电阻中低温区最常用的一种远传温度检测器。工作原理：基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。一般适用于（-200~500℃）应用最广泛的是PT100铂热电阻。0℃时的电阻是100欧姆。热电阻温度计是由热电阻（感温元件），显示仪表（不平衡电桥或平衡电桥）以及连接导线所组成。图1-2热电阻温度计热电阻结构4562结构简单，测量范围宽，便于远距离传送与检测。结构特点3采用专用补偿导线，型号要与热电偶型号一致连接电缆1工作原理由两种不同材料导体焊接而成，热端与冷端间会产生电势3.4热电偶热电偶的结构图1-3热电偶的结构普通热电偶S型铂铑10-铂，准确度最高，价格也贵，长期使用温度为1300℃。E型镍铬-康铜，灵敏度最高，便宜，适合500_800℃范围K型镍铬-镍硅，稳定性较好，价格便宜。适合750_1000℃范围常用种类热电偶3.5红外式温度计原理：通过测量物体红外波段热辐射功率来测量温度。红外线测温计第二节压力的测量与变送压力的表示：绝对压力–单位面积所受到的力相对压力（表压）–绝对压力与大气压之差真空度–大气压与绝对压力之差绝对压力绝对压力真空度表压标准大气压一、压力的表示与单位：表压指的是管道压力，指的是压力表、真空表、U形管等仪器测量出来的压力，一般用G表示。绝压指的是直接作用于容器或物体表面的压力，一般用A表示。简单的理解，在大气压下，表压为0，绝对压力就是1.013bar.绝压单位：MPa,KPa,Pa等；表压单位：MPa（G）,KPa（G）,Pa（G）等。二、压力计的分类与工作原理工业压力计通常按敏感元件的类型进行分类：液柱式压力计弹性式压力计电气式压力计1.液柱式压力计P=ρgh所以h=P/ρg单管压力计U型管压力计斜管压力计测量原理：根据流体静力学原理，将被测压力转换成液柱高度进行测量。按其结构形式的不同有U形管压力计、单管压力计等优点这类压力计结构简单、使用方便缺点其精度受工作液的毛细管作用、密度及视差等因素的影响，测量范围较窄，一般用来测量较低压力、真空度或压力差。2、弹性式压力计与常用压力表工作原理：采用弹性元件将压强大小转换为位移量，再通过机械传动和放大，推动指针偏移。根据敏感元件形式的不同可以分为：–弹簧管式压力计–薄膜式压力计2020年3月10日24弹簧管压力表分类单圈弹簧管压力表1—弹簧管；2—拉杆；3—扇形齿轮；4—中心齿轮；5—指针；6—面板；7—游丝；8—调整螺丝；9—接头弹簧压力表使用的测压元件多圈弹簧管压力表。3、电气式压力计与信号转换电气式压力计，实际上是将弹性元件、液柱式压力计所产生的微小位移转换为电信号输出的一类压力计。电气式压力计通常两部分组成：一次仪表（压力探头）：将压力转换为微弱电参数；二次仪表：将微弱电参数转换为标准电信号。图1-4电气式压力计组成方框图组成一般由压力传感器、测量电路和信号处理装置所组成。常用的信号处理装置有指示仪、记录仪以及控制器、微处理机等。4、电气式压力计一次探头常用电参数有：电阻、电感、电容、电压等。常见压力变换器（压力探头）有：应变式压力变换器；（称重的压力传感器）压电电阻式压力变换器；（硅电阻的压力传感器）电感式压力变换器；电容式压力变换器。5、电气压力计二次仪表作用：将传感器信号转换为标准通讯信号。DDZⅢ型仪表标准通讯信号为：4~20mA。智能型压力传感器在二次仪表中另外附加一些功能，如：模/数转换与数据通讯，工程单位转换，信号（变化）阻尼，故障诊断等。常见压力传感器外形工业压力变送器数字压力变送器通用压力变送器隔离压力变送器高温压力变送器隔离压差变送器隔离液位变送器微压变送器电容压力变送器隔膜压力变送器绝压变送器双膜压差变送器下图这种压力变送器主要利用液体或气体在检测器件上形成的压力来检测液体或者气体的流量或压强。把这种压力信号转变成标准的0-10V或者4-20mA电信号。以便控制使用。压力变送器6、压力变送器实例介绍差压（压力）变送器电动单元组合仪表（简称为DDZ仪表）作用：将各种物理量转换成统一的标准信号差压变送器力平衡式变送器位移平衡式变送器DDZ-Ⅱ型仪表为0～10mADCDDZ-Ⅲ型仪表为4～20mADCDDZ－Ⅲ型差压(压力)变送器基于力矩平衡工作原理，主要由检测元件、杠杆系统、位移检测放大器和电磁反馈装置组成。第三节流量检测及仪表1.1、概述介质流量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。流量检测的基本概念:瞬时流量－单位时间内流体通过一定截面积的数量。体积流量－用流体的体积来表示（qv），单位为m3/h。质量流量－用流量的质量来表示（qm），单位为kg/h。累积流量－一段时间内流体体积流量或质量流量的累积值。累积体积流量dtqVtv0流量计量——对在一定通道内流动流体的流量进行测量。dtqmtm0累积质量流量流量测量的任务：根据测量目的，被测流体的种类、状态、测量场所等条件，研究各种相应的测量方法，并保证流量值的正确传递。1.2、分类以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。基于这种检测方法的流量检测仪表有差压式流量计、转子流量计、电磁流量计和超声波流量计等。2.容积式流量计以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。基于这种检测方法的流量检测仪表有如椭圆齿轮流量计。3.质量流量计分类以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量的检测分为直接法和间接法两种。直接式质量流量计直接测量质量流量，间接式质量流量计是同时测出容积流量和流体的密度而自动计算出质量流量的。质量流量计测量精度不受流体的温度、压力和黏度等影响，是一种新型的正处于发展中的仪表。1.速度式流量计1.3电磁流量计1、电磁流量计能够测量酸、碱、盐溶液以及含有固体颗粒（例如泥浆）或纤维液体的流量。2、电磁流量计的测量原理图如图所示。根据电磁感应定律，在非磁性管道中，利用测量导电流体平均速度而显示流量的流量计。EBDv则流体的体积流量为244vDDqvEB当流道两侧有磁场作用时，导电流体在流动过程中切割磁力线，产生感应电动势：注意1、只能用来测量导电液体的流量，且导电率要求不小于水的导电率，不能测量气体、蒸汽及石油制品等的流量。要引入高放大倍数的放大器，会造成测量系统很复杂、成本高，并且易受外界电磁场的干扰。使用中要注意维护，防止电极与管道间绝缘的破坏。安装时要远离一切磁源。不能有振动。2、流量计由一次装置和二次装置组成，按一次装置和二次装置的组合形式流量计可分为分体型和一体型；流量计主要用于测量导电液体的体积流量。1.4转子流量计垂直流道中的金属转子在压差力和重力的共同作用下平衡。–压差与流速有关；–流速取决于转子的位置。由转子高度可直接读取通过的流量；测量转子位置可进一步获得相应的电气信号。1.5超声波流量计多普勒效应：当一束波射向移动的物质并产生散射时，其散射波的频率会产生变化（频移），且频率变化量与物质的运动速度成正比。超声波流量计的特点：–非接触式测量；–流体中需要有散射粒子：微泡或颗粒。容积式流量计主要包括两类：–齿轮式流量计一对紧密啮合的齿轮与壳体之间形成固定的间隙空间，齿轮每旋转一周，有固定流体通过间隙输送通过。流体通过量与齿轮转数成正比。容积式流量计的最大特点是对被测流体的粘度不敏感，常用于测量重油等粘稠流体。第四节物位的测量与变送物位：–液位：容器中液体表面的高低；–料位：容器中固体的堆积高度；–界面：两相物质的交界面。物位计的分类直读式物位计浮力式物位计压差式物位计核辐射式物位计超声波物位计一、直读式物位计用带有刻度的透明物质（如玻璃、有机玻璃）作为容器壁的一部分或连通管，可以直接显示容器内液位的高低。二、浮力式物位计利用浮子高度随液面或液体界面变化而变化的原理工作。三、压差式物位计利用物料内静压力与物料深度或堆积高度成正比的关系进行测量。液体密闭容器液体敞开容器2.差压式液位计在封闭容器中，容器下部的液体压力除了与液位高度有关外，还与液面上部的介质压力有关。在这种情况下，可以采用测量差压的方法来测量液位，差压式液位计采用差压式变送器，将容器底部反映液位高度的压力引入变压器的正压室，容器上部的气体压力引入变送器的负压室。引压方式可根据液体性质选择。四、电容式物位计电容量的变化量与充料高度成正比。测量电容量变化即可知料位的变化。电容式物位计是利用敏感元件直接将物位的变化转换为电容量的变化。电容式物位计的结构形式很多，有平极板式、同心圆柱式等，适用范围较广。它对被测介质本身性质的要求不像其他方法那样严格，既能测量导电介质和非导电介质，也可以测量倾斜晃动及高速运动的容器的液位；不仅可以进行液位控制，还能用于连续测量，因此在液位测量中的地位比较重要。四、电容式物位计电容式液位计电容（绳）式料位计主要用于测量不导电流体五、核辐射式物位计放射线通过介质时，其强度衰减与物质的吸收系数和介质层厚度有关。目前，工业上使用的放射线物位计有连续式和间断式两种。六、物位开关在实际应用中，有时只需要检测物位是否达到上限、下限或某个特定位置，这类定点检测仪表一般称为物位开关。针对不同的被测对象，物位开关有多种形式，可以测量液位、料位、固液分界面、液液分界面以及判断物料的有无等，其工作原理与前面讲述的连续物位检测仪表相同。物位开关具有简单可靠、使用方便、适用范围广等特点。