1、仪控部仪控部 仪控部仪控部 讲课主要内容讲课主要内容 一、四大参数的测量原理及仪表 二、自动控制基础知识 三、调节阀 四、轴系仪表 五、联锁系统的构成 仪控部仪控部 一、四大参数的测量原理及仪表一、四大参数的测量原理及仪表 现场仪表测量参数的分类： 现场仪表测量参数一般分为温度、压力、 流量、液位四大参数。 下面就着重介绍一 下这四大参数的测量原理，以及测量这四 大参数所运用的仪表。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 温度是石油化工生产中既普遍而又十分重要 的参数之一。任何一个石油化工生产过程，都伴 随着物质的物理和化学性质的改变，都必然有能 量的转化和交换，而热交换则是这
2、些能量转换中 最普遍的交换形式。因此，在很多石油化工反应 的过程中，温度的测量和控制，常常是保证这些 反应过程正常进行与安全运行的重要环节；它对 产品产量和质量的提高都有很大的影响。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 温度测量仪麦种类繁多，若按测量方式的不同，测温 仪表可分为接触式和非接触式两大类。前者感温元件与被 测介质直接接触，后者的感温元件却不与被测介质相接触。 接触式测温元件简单、可靠、测量精度较高；但是，由于 测温元件要与被测介质接触进行充分的热交换才能达到热 平衡，因而产生了滞后现象，而且可能与被测介质产生化 学反应；另外高温材料的限制，接触式测温仪表不能应用
3、于很高温度的测量。而非接触式测温仪表不与被测介质接 触，因而其测温范围很广，其测温上限原则上不受限限制； 由于它是通过热辐射来测量温度的，所以不会破坏被测介 质的温度场，测温速度也较快，但是这种方法受到被测介 质至仪表之间的距离以及幅射通道上的水汽、烟雾、尘埃 等其它介质的影响，因此测量量精度较低。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 下表列出了常用测温仪麦的测温原理、测温范围和主要特 点。表中所列的各种温度计，机械式的大多只能就地指示， 幅射式的精度较差，只有电的测温仪表精度高，且测温元件 很容易与温度变送器配用，转换成统一标准信号进行远传， 以实现对温度的自动记录和调节。
4、因此，在生产过程控制中 应用最多的是热电偶和热电阻温度计。本节仅介绍这两种温 度计。 仪控部仪控部 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 1.1 热电偶温度计 热电偶温度计由热电偶、电测部份 (动圈仪表、电位差计或 DCS)及连接导线组成如图所示。由于热电偶的性能稳定、 结构简单、使用方便、测量范围广、有较高的准确度，且 能方便地将温度信号转换为电势信号，便于信号的远传和 多点集中测量，因而在石油化工生产中应用极为普遍。 2 3 1 热电偶温度计测量线路 1、热电偶 2、连接导线 3、电测仪表 t0 t0 t A B 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 热电偶
5、是由两根不同的导体或半导体材料(如上图中的A和B) 焊接或绞接而成。焊接的一端称为热电偶的热端(测量端或 工作端)，和导线连接的一端称为热电偶的冷端 (自由端)。组 成热电偶的两根导体或半导体称作热电极。把热电偶的热端 插入需要测温的生产设备中，冷端置于生产设备的外面，如 果两端所处的温度不同(譬如，热端温度为t，冷瑞温度为to)， 则在热电偶回路中便会产生热电势E。该热电势E与热电偶 两端的温度t和to均E有关。如果保持t。不变，则热电势E只 是被测温度t的函数。用电测仪表测得E的数值后，便知道被 测温度t的大小。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 由于热电极的材料不同，
6、所产生的接触电势亦不同，因此不同热 电极材料制成的热电偶在相同温度下产生的热电势是不同的，这在各 种热电偶的分度表中可以查到。根据热电测温的基本原理，理论上似 乎任意两种导体都可以组成热电偶。但实际情况它们还必须进行严格 的选择，热电极材料应满足如下要求。 1在测温范围内其热电性质要稳定，不随时间变化。 2稳定性要高，即在高温下不被氧化和腐蚀。 3电阻温度系数要小，导电率要高，组成热电偶后产生的热电势要大， 热电势与温度间要成线性关系，这样有利于提高仪表的测量精度。 4复现性要好 (同种成分的材料制成的热电偶，其热电特性相一致的性 质称复现性)，这样便于成批生产，而且在使用上也可保证良好的互
7、换性。 5、材料组织要均匀，要有良好的韧性，便于加工成丝。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 国际电工委员会（IEC）对其中已被国际公认，性能 优良和产量最大的七种制定了标准，即IEC584-1和 IEC584-2中所规定的：S分度(铂铑10-铂)；B分度号 (铂 铑30-铂铑6)；K分度号(镍铬-镍硅)；E分度号(镍铬-康铜 )； T分度号 (铜-康铜)；J分度号（铁-康铜）； R分度号 (铂 铑13-铂)等热电偶。 热电偶根据测温条件和安装位置的不同，具有多种结 构型式。虽然它们的结构和外形不尽相同，但其基本结构 通常均由热电极、绝缘管、保护套管和接线盒等主要部分 组成
8、。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 1.2 热电阻温度计 热电阻温度计由热电阻、电测仪表 (动圈仪表或平衡 电桥)和连按导线所组成，其中热电阻是感温元件，有导 体的和半导体两种。 热电阻温度计广泛用来测量中、低温 (一般为500以 下)。它的特点是准确度高，在测量中、低温时，它的输 出信号比热电偶要大得多，灵敏度高，同样可实现远传、 自动记录和多点测量。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 热电阻的测温原理 金属导体的电阻值随温度的变比而变化的。一般说来， 他们之间的关系为: Rt=R01+(t-t0
9、) Rt=Rt-R0=R0t 式中 Rt 温度为t时的电阻值; R。 温度为t0(通常为0)时的电阻值; 电阻温度系数即温度变化1时电阻值的相对变化 量，单位是 -1，; t 温度的变化量，即t-t。=t Rt 温度改变t时的电阻变化量。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 由上可知，温度的变化，导致了导体电阻的变化。 实验证明，大多数金属导体在温度每升高1时，其电阻 值要增加0.4一0.6%，热电阻温度计就是把温度变化所引 起热电阻的变化值，通过测量电路 (电桥)转换成电压(毫 伏)信号，然后由显示仪表指示或记录被测温度。 热电阻温度计与热电偶温度计的测温原理是不相同的。
10、热电偶温度计把温度的变化通过感温元件热电偶转换 为热电势的变化值来测量温度的；而热电阻温度计则是把 温度的变化通过感温元件热电阻转换为电阻的变化来 测量温度的。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 对于制作热电阻丝的材料是有一定技术要求的，一般 应具有下列特性；电阻温度系数要大，则测量灵敏度就高； 热容量要小，则对温度变化的响应就快，即动态特性较好； 电阻率要大，则相同的电阻值下电阻体体积就小，因而热 容量也小；在整个测温范围内，具有稳定的物理和化学性 质；要容易加工，有良好的复制性，电阻与温度的关系最 好近于线性或为平滑的曲线，以便于分度和读数；价格便 宜等。根据具体情况，
11、目前应用最广泛的是铂和铜，分 度号Pt50铂电阻、分度号Pt100铂电阻和分度号Cu50铜电 阻、分度号Cu100铜电阻。相应的分度表 (电 阻值与温度 对照表)可在相关资料中查到。热电阻是由电阻体、保护 套管以及接线盒等主要部件所组成。除电阻体外，其余部 分的结构形状一般与热电偶的相应部分相同。 仪控部仪控部 1、 温度的测量与变送温度的测量与变送 在选用测温仪表解决现场测温问题时，首先要分析被测对象特点 及状态，然后根据现有温度计的特点及其技术指标确定选用的类型。 一般应考虑以下几个方面: 1仪表的可能测温范围及常用测温范围，是否符合被测对象的温度变 化范围的要求; 2仪表的精度、稳定性、
12、响应时间是否适应测温要求; 3根据测量场所有无冲击、振动及电磁场，来考虑仪表的防震、防冲 击、抗干扰性能是否良好; 4仪表输出信号能否自动记录和远传; 5仪表的防腐性、防爆性和连续使用期限，是否满足被测对象的要求; 6电源电压、频率变化及环境温度变化对仪表示值的影响程度; 7测温元件的体积大小是否适当; 8仪表使用是否方便、安装维护是否容易。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 在压力测量中，通常有绝对压力，表压力、负压、 或真空度等名词。绝对压力是指介质所受的实际压力。表 压是指高于大气压的绝对压力与大气压之差，即： P表=P绝-P大 负压与真空度是指大气压力与低于大气压力
13、的绝对压力 之差，即： P真 =P大-P绝 绝对压力、表压力、大气压力、负压力（真空度）之间 的关系如下图所示。因为各种工艺设备和测量仪表都处于 大气中，所以工程上都用表压力或真空度来表示压力的大 小。我们用压力表来测量压力的数值，实际上也都是表压 或真空度（绝对压力表的指示值除外）。因此，在工程上 无特别说明时，所提的压力均指表压力或真空度。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 P表压 P负压 P绝压 P绝压 大气压力线 表压、绝压、真空之间的关系图 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 压力测量仪表的品种，规格甚多。常用的压力测量方法压力测量仪表的品种，规
14、格甚多。常用的压力测量方法 和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平和仪表有：通过液体产生或传递压力来平衡被测压力的平 衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式衡法。属于应于这类方法的仪表有液柱式压力计和活塞式 压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转压力计；将被测压力通过一些隔离元件（如弹性元件）转 换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁换成一个集中力，并在测量过程中用一个外界力（如电磁 力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界力或气动力）来平衡这个未知的集中力，然后通过对外界 力的测量而得知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力力的测量而得
15、知被测压力的机械力平衡法。力平衡式压力 变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产变送器就是属于应用此法的例子；根据弹性元件受压后产 生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方生弹性变型的大小来测量弹性力平衡法。属于这类应用方 法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式，法的仪表很多，若根据所用弹性元件来分，可分为薄膜式， 波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测波纹管式，弹簧管式压力表；能过机械和电子元件将被测 压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量压力转换在成各种电量（如电压、电流、频率等）来测量 的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式
16、和霍的电测法。例如电容式、电阻式、电感式、应变片式和霍 尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。尔片式等变送器应于此法的压力测量仪表。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量目前，石油化工生产中应用中广泛的一种压力测量 仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有仪表是弹性元件。根据测压范围不同，常用的测压元件有 单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被单圈弹簧管、多圈弹簧管、膜片、膜盒、波纹管等。在被 测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相测介质压力的作用下，弹性元件发生弹性变型，而产生相 应的位移，能过转
17、换位置，可将位移转换成相应的电信号应的位移，能过转换位置，可将位移转换成相应的电信号 或气信号，以远传显示，报警或调节用。或气信号，以远传显示，报警或调节用。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 主要压力检测仪表：主要压力检测仪表： （1 1）弹簧管压力表）弹簧管压力表 弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一，弹簧管压力表是压力仪表的主要组成部份之一， 它有着极为广泛的应用价值它有着极为广泛的应用价值 ，它具有结构简单，品种，它具有结构简单，品种 规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉规格齐全、测量范围广、便于制造和维修和价格低廉 等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力
18、表的简称。它等特点。弹簧管压力表是单圈弹簧压力表的简称。它 主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、主要由弹簧管、齿轮传动机构（包括拉杆、扇形齿轮、 中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等中心齿轮）、示数装置（指针和分度盘）以及外壳等 几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成几部份组成，如下图所示。弹簧管是一端封闭并弯成 270270度圆孤形的空心管子度圆孤形的空心管子 。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 弹簧管压力表 1、弹簧管 2拉杆 3、扇型齿轮 3、中心齿轮 5、指针 6、面板 7、游丝 8、调整螺钉 9 接头 a b 仪控部仪控部 2、 压
19、力的测量与变送压力的测量与变送 它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴它的截面呈扁圆形或椭圆形，椭圆的长轴2a2a与图面垂与图面垂 直的弹簧管的中心轴直的弹簧管的中心轴O O相平行。管子封闭的一端相平行。管子封闭的一端B B为自由端，为自由端， 即位移输出端；而另一端即位移输出端；而另一端A A则是固定的，作为被测压力的则是固定的，作为被测压力的 输入端。当由它的固定端输入端。当由它的固定端A A通入被测压力通入被测压力P P后，由于呈椭圆后，由于呈椭圆 形截面的管子在压力形截面的管子在压力P P的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧的作用下，将趋于圆形，弯成圆弧 形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，
20、使自由端形的弹簧管随之产生向外挺直的扩张变形，使自由端B B发发 生位移。此时弹簧管的中心角生位移。此时弹簧管的中心角 要随即减小要随即减小 ，也就是，也就是 自由端将由自由端将由B B移到移到B B，处，如图，处，如图2 2- -3(b)3(b)上虚线所示。此位移上虚线所示。此位移 量就相应于某一压力值。自由端量就相应于某一压力值。自由端B B的弹性变形位移通过拉的弹性变形位移通过拉 杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指杆使扇形齿轮作逆时针偏转，使固定在中心齿轮轴上的指 针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测针也作顺时针偏转，从而在面板的刻度标尺上显示出被测 压力的
21、数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角压力的数值。由于弹簧管自由端位移而引起弹簧管中心角 相对变化值相对变化值 / / 与被测压力与被测压力P P之间具有比例关系，因此之间具有比例关系，因此 弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。弹簧管压力表的刻度标尺是均匀的。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸由上述可如，弹簧管自由端将随压力的增大而向外伸 张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的张。反之若管内压力小于管外压力，则自由端将随负压的 增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不仅可以制成压力表，增大而向内弯曲。所以，利用弹簧管不
22、仅可以制成压力表， 而且还可制成真空表或压力真空表。而且还可制成真空表或压力真空表。 弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用弹簧管压力表除普通型外，还有一些是具有特殊用 途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。途的，例如耐腐蚀的氨用压力表、禁油的氧用压力表等。 为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表为了能表明具体适用何种特殊介质的压力测量，常在其表 壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名壳、衬圈或表盘上涂以规定的色标，并注有特殊介质的名 称，使用时应予以注意。称，使用时应予以注意。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 （2 2）应变式压
23、力变送器）应变式压力变送器 应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为应变式变送器以是以电为能源，它利用应变片作为 转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后转换元件，将被测压力转换成应变片电阻值的变化，然后 经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被经过桥式电路得到毫伏级的电量输出，供显示仪表显示被 测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记测压力或经放大电路转换成统一标准信号后，再传送到记 录仪和调节器等仪表。录仪和调节器等仪表。 应变片有金属电阻丝应变片应变片有金属电阻丝应变片( (金属丝粘贴在衬底上组金属丝粘贴在衬底上组 成的元件成的元件) )和半导体应变片两
24、类。和半导体应变片两类。 根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变根据电阻应变原理，应变片在压力作用下产生弹性变 形形dL/L(dL/L(即应变即应变e) e) ，其电阻值随之发生变化。如果已如，其电阻值随之发生变化。如果已如 应变片的电阻变化与其变形应变片的电阻变化与其变形( (即应变即应变) )的关系，那么，通过的关系，那么，通过 对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力对应变片电阻变化的测量就可测知被测压力。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 （3 3）单晶硅谐振式传感器单晶硅谐振式传感器 谐振式传感器是采用超
25、精细加工工艺在单晶硅材料上谐振式传感器是采用超精细加工工艺在单晶硅材料上 制成两个完全一致的制成两个完全一致的H H型谐振梁，并以一定的频率产生振型谐振梁，并以一定的频率产生振 动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的动。其谐振频率取决于梁的长度及张力，而张力随压力的 变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并变化而变化，实现了压力变化转换成频率信号的变化，并 采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计采用了频率差分技术，将两个频率信号直接输出到脉冲计 数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和数器。从而使传感器具有误差小，重复性好、分解能力和 反应灵敏度高、
26、直接输出数字信号等特点。由于传感器良反应灵敏度高、直接输出数字信号等特点。由于传感器良 好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且好的特性，可使变送器几乎不受静压和温度的影响，而且 具有优良的过压性能和范围较宽的量程。具有优良的过压性能和范围较宽的量程。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 基础基础 振子振子 引伸张力引伸张力 硅膜片硅膜片 过程压力过程压力 变送器工作原理图 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 （4 4）电容式传感器电容式传感器 S S0 S0 S2 S1 图2-19膜片位移原理图 420 mA 放大电 路 原理：P变化 C 电流
27、的变化 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介压力表的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要求，被测介 质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并质的性质，现场环境条件等来考虑仪表的类型、量程和精度等级。并 确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理确定是否需要带有远传、报警等附加装置。这样才能达到经济、合理 和有效的目的。和有效的目的。 1 1类型的选用类型的选用 仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例仪表类型的选用必须满足工兰生产的要求。例 如是否需要远传变送、如是否需要远传变送、 自
28、动记录或报警；被测介质的物理化学性质自动记录或报警；被测介质的物理化学性质 ( (如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、如腐蚀性、温度高低、粘度大小、脏污程度、 易燃易爆等易燃易爆等) )是否对是否对 仪表提出特殊要求；现场环境条件仪表提出特殊要求；现场环境条件 ( (如高温、电磁场、振动等如高温、电磁场、振动等) )对仪对仪 表有否特殊要求等。表有否特殊要求等。 普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢，普通压力表的弹簧管材料多采用铜合金，高压的也有采用碳钢， 而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因为氨而氨用压力表的弹簧管材料都采用碳钢，不允许采用铜合金。因
29、为氨 气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。气对铜的腐蚀极强，所以普通压力表用于氨气压力测量很快就要损坏。 氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用氧气压力表与普通压力表在结构和材质上完全相同，只是氧用 压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的压力表禁油。因为油进入氧气系统会引起爆炸。如果必须采用现有的 带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗，带油污的压力表测量氧气压力时，使用前必须用四氯化碳反复清洗， 认真检查直到无油污为止。认真检查直到无油污为止。 仪控部仪控部 2、 压力的测量与变送压力的测量与变送 2 2测量
30、范围的确定测量范围的确定 仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式仪表的测量范围是根据被测压力的大小来确定的。对于弹性式 压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量压力表，为保证弹性元件能在弹性变形的完全范围内可靠地工作，量 程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据程的上限值应高于工艺生产中可能的最大压力值。根据 化工自控设化工自控设 计技术规定计技术规定 ，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的，在测量稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/32/3； 测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的测量脉动压力时，最大工作压力不超过量程的1/21/2
31、； 测量高压压力时，测量高压压力时， 最大工作压力不应超过量程的最大工作压力不应超过量程的3/53/5。 为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下为了保证测量的准确度，所测的压力值不能太接近于仪表的下 限值限值 ，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不，亦即仪表的量程不能选得太大，一般被测压力的最小值应不 低于量程的低于量程的1/31/3。 按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的按上述要求算出后，实取稍大的相邻系列值，一般可在相应的 产品目录申查到。产品目录申查到。 3 3精度级的选取精度级的选取 仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的
32、。仪表的精度主妥是根据生产上允许的最大测量误差来确定的。 此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精此外，在满足工艺要求的前提下，还要考虑经济性，即尽可能选用精 度较低、价廉耐用的仪表。度较低、价廉耐用的仪表。 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 在石油化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常在石油化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常 需要测量生产过程中各种介质需要测量生产过程中各种介质 ( (如液体、气体和蒸汽等如液体、气体和蒸汽等) )的流量，以的流量，以 便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知便为生产操作和
33、控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需要知 道在一般时间道在一般时间 ( (如一班、一天等如一班、一天等) )内流过的介质总量。所以，对管道内流过的介质总量。所以，对管道 内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行经济核算所 必需的。必需的。 在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体 积或质量，即瞬时流量。积或质量，即瞬时流量。 流量的计量单位如下流量的计量单位如下: : 表示体积流量的单位常用立方米每小时表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)(
34、m3/h)、升每分、升每分 (I/min)(I/min)、 升每秒升每秒(l/s)(l/s)等；等； 表示质量流量的单位常用吨每小时表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)(t/h)、千克每小时、千克每小时 (kg/h)(kg/h)、千、千 克每秒克每秒 (kg/s)(kg/s)等。等。 若流体的密度是若流体的密度是 ，则体积流量，则体积流量Q Q与质量流量与质量流量M M的关系是的关系是: : M=QM=Q 或或 Q=M/Q=M/ 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由应当指出，流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，
35、由 于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所于压力变化对密度的影响很小，一般可以忽略不计；但因温度变化所 产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化产生的影响，则应引起注意。不过一般温度每变化1010时，液体的密时，液体的密 度变化约在度变化约在1%1%以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的以内。所以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的 场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变场合外，往往也可以忽略不计。对于气体，由于密度受温度、压力变 化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化化影响较大，例如，在常温附近，温度每变化1010，密度变化约为，
36、密度变化约为3%3%。 在常压附近，压力每变在常压附近，压力每变10kPa10kPa，密度也约变化，密度也约变化3%3%。因此，在测量气体。因此，在测量气体 体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体体积流量时，必须同时测量气体的温度和压力，并将工作状态下的体 积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指积流量换算成标准体积流量。所谓标准体积流量，在工业上是指2020、 0.10133MPa(0.10133MPa(称标定状态称标定状态) )或或00、0.10133MPa (0.10133MPa (称标准状态称标准状态) )条件下的条件下的 体积流量。在仪表计量上多
37、数以标定状态条件下的体积流量为标准体体积流量。在仪表计量上多数以标定状态条件下的体积流量为标准体 积流量积流量。 流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式 各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。各不相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。 下表中列出了几种主要类型流量表下表中列出了几种主要类型流量表 (或称流量计或称流量计)的性能及适用场合。的性能及适用场合。 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 3.1 差压式
38、流量计差压式流量计 差压式差压式 (也称节流式也称节流式)流量计是使用历史最久，应用也最广泛的流量计是使用历史最久，应用也最广泛的 一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。一种流量测量仪表，同时也是目前生产中最成熟的流量测量仪表之一。 它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力它是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力 差与其流量有关而实现流量测量的。差与其流量有关而实现流量测量的。 差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装差压式流量计通常是由能将被测流量转换成差压信号的节流装 置置 (包括节流元件和取压装置包括节流元件和
39、取压装置)、导压管和差压计或差压变送器及其显、导压管和差压计或差压变送器及其显 示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压示仪表三部分所组成。在单元组合仪表中，由节流装置所产生的差压 信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、信号，常通过差压变送器转换成相应的电信号或气信号，以供显示、 调节用。调节用。 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 节流现象及其原理节流现象及其原理 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处，流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管璧处， 流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图流体的静压力
40、产生差异的现象称为节流现象，如图3-1所示。所谓节所示。所谓节 流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装流装置就是设置在管道中能使流体产生局部收缩的节流元件和取压装 置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。置的总称。应用最广泛的节流元件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。 下面以孔板为例说明节流原理。下面以孔板为例说明节流原理。 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况：下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况： 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 沿管道轴向连续地向前流动的流体，
41、由于遇到节流元件的阻挡，沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡， 使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转使靠近管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转 化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压化成静压能，于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压 力力P1，的升高，的升高 (即图中即图中P1P2)。此压力比管道中心处压力要大，即。此压力比管道中心处压力要大，即 在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径在节流元件入口端面处产生一径向压差。这一径向压差使流体产生径 向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质
42、点的流向就与管道中心轴线向附加速度，从而使靠近管壁处的流体质点的流向就与管道中心轴线 相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由于流体运动的惯性，使得 流束收束最厉害流束收束最厉害 (即流束最小截面即流束最小截面)的位置不在节流孔处，而是位于节的位置不在节流孔处，而是位于节 流孔之后流孔之后 (即图中截面即图中截面处处)，并随流量大小而变化。以上就是流体流，并随流量大小而变化。以上就是流体流 经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。经节元件时，流束为什么产生收缩的原因。 仪控部仪控部 3、 流量的测量与变送流量的测量与变送 由于节流元件的阻
43、挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始 终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。终处于连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。 根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处根据伯努利方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处 的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增的流体静压力最低，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增 大，因此静压力也就较原来为低大，因此静压力也就较原来为低 (即图中即图中P210) Pu 控制 K Ti Td P 0.5 Kmax
44、 PI 0.45 Kmax 0.83 Pu PID 0.6 Kmax 0.5 Pu 0.12 Pu 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 调节阀的结构原理调节阀的结构原理 调节阀调节阀=执行机构执行机构+阀体阀体 部件部件 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 调节阀执行机构调节阀执行机构 执行机构：调节阀的推动装执行机构：调节阀的推动装 置，它按信号压力的大小产置，它按信号压力的大小产 生相应推力，使阀杆相应的生相应推力，使阀杆相应的 位移、阀芯动作。位移、阀芯动作。 序序 号号 零零 件件 名名 称称 序序 号号 零零 件件 名名 称称 1 吊 环 螺 母 10 下 膜 盖 2 上 膜 盖 1
45、1 六 角 螺 栓 3 膜 片 12 推 杆 4 托 盘 13 支 架 5 限 位 件 14 导 向 套 6 行 程 档 块 15 指 针 7 六 角 螺 母 16 标 尺 8 弹 簧 17 阀 杆 连 接 部 件 9 防 雨 帽 18 铭 牌 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 调节阀解体图调节阀解体图 阀体部件：调节阀的调节部分，阀体部件：调节阀的调节部分， 它直接与介质接触，由阀芯的它直接与介质接触，由阀芯的 动作，改变调节阀节流面积，动作，改变调节阀节流面积， 达到调节的目的。达到调节的目的。 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 执行机构：分气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构和长执行机
46、构。执行机构：分气动薄膜执行机构、气动活塞执行机构和长执行机构。 气动薄膜执行机构：气动薄膜执行机构： 分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用执分正、反两种形式。当信号压力增加时，阀杆向下动作的叫正作用执 行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受行机构。反之，信号增加阀杆向上的叫反作用执行机构。通常接受 20100KPa的标准信号压力，带定位器时，最高压力为的标准信号压力，带定位器时，最高压力为250KPa，其，其 行程规格有行程规格有10、16、25、40、60、100mm六种。六种。 气动活塞执行机构：气动活塞执行机构： 比上述更强力的输出机构，其压力
47、可达比上述更强力的输出机构，其压力可达500KPa，而且无弹簧抵消推，而且无弹簧抵消推 力，输出力大，适用于大口径、高静压、高压差阀和蝶阀。力，输出力大，适用于大口径、高静压、高压差阀和蝶阀。 气动长行程执行机构：气动长行程执行机构： 具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角具有行程长、转矩大的特点，它将信号气压转变成相应的转角 （0900）或位移（）或位移（200400mm），适合于角行程调节阀的需要，），适合于角行程调节阀的需要， 多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。多用于大转矩的蝶阀、闸阀、风门等。 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 阀体部件阀体部件（如图所示）（如图所示）
48、 直通单座阀：泄漏量小、许用压差直通单座阀：泄漏量小、许用压差 小、流通能力小。小、流通能力小。 直通双座阀：许用压差大、流通能直通双座阀：许用压差大、流通能 力大、泄漏量大。不适用于高粘力大、泄漏量大。不适用于高粘 度、度、 含悬浮颗粒的流体含悬浮颗粒的流体 套筒调节阀：稳定性好，不易引起套筒调节阀：稳定性好，不易引起 阀芯振动；互换性和通用性强，阀芯振动；互换性和通用性强， 只要更换套筒就可得到不同的流只要更换套筒就可得到不同的流 量系数和流量特性；许用压差大，量系数和流量特性；许用压差大， 热膨胀影响小，；维修方便，阀热膨胀影响小，；维修方便，阀 座是通过螺纹与阀体相连的；使座是通过螺纹
49、与阀体相连的；使 用寿命长；噪音低（比单、双座用寿命长；噪音低（比单、双座 阀低阀低10分贝）分贝） 1、直通单座；、直通单座；2、直通双座；、直通双座；3、 角形；角形；4、隔膜阀；、隔膜阀；5、蝶阀；、蝶阀；6、 阀体分离阀；阀体分离阀；7、合流型三通调、合流型三通调 节阀；节阀；8、分流型三通调节阀、分流型三通调节阀 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 偏心旋转阀：偏心旋转阀： 流路简单，阻力小，用物含固体悬浮物和高粘度的流体调流路简单，阻力小，用物含固体悬浮物和高粘度的流体调 节较为理想节较为理想 流通能力较大，比同口径的单、双座阀大流通能力较大，比同口径的单、双座阀大1030%，可调
50、，可调 比大，可达比大，可达100：1 阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，在流开阀芯球面偏心旋转运动减少了所要求的操作力矩，在流开 流闭下都能稳定操作，在高压差下能顺利使用，同时用较流闭下都能稳定操作，在高压差下能顺利使用，同时用较 小的力就能严密关闭，所以泄漏量小。小的力就能严密关闭，所以泄漏量小。 可通过改变定位器中凸轮板位置，方便地得到直线或等百可通过改变定位器中凸轮板位置，方便地得到直线或等百 分比流量特性分比流量特性 体积小，重量轻，可根据现场安装位置，不更换任何零件体积小，重量轻，可根据现场安装位置，不更换任何零件 灵活组装灵活组装 仪控部仪控部 三、调节阀三、调节阀 角
