1、化工仪表及自动化化工仪表及自动化目目 录录 第一章第一章 测量仪表基本知识测量仪表基本知识 第二章第二章 压力测量仪表压力测量仪表 第三章第三章 流量测量仪表流量测量仪表 第四章第四章 物位测量仪表物位测量仪表 第五章第五章 温度测量仪表温度测量仪表 第六章第六章 自动成份分析仪表自动成份分析仪表 第七章第七章 自动控制仪表自动控制仪表 第八章第八章 执行器执行器 第一章第一章 测量仪表基本知识测量仪表基本知识 第一节：化工自动化仪表的发展第一节：化工自动化仪表的发展n 化工仪表及自动化化工仪表及自动化,最早出现在四十年代最早出现在四十年代,那时的仪表体积大那时的仪表体积大,精度低。精度低。n
2、 六十年后半期六十年后半期,随着半导体和集成电路的进一步发展随着半导体和集成电路的进一步发展,自动化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。算机作数据处理的各种自动化方案。n 七十年代以来七十年代以来,仪表和自动化技术又有了迅猛的发展仪表和自动化技术又有了迅猛的发展,新技术、新技术、新产品层出不穷新产品层出不穷,多功能组装式仪表也投入运行多功能组装式仪表也投入运行,特别是微型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。计算机的发展，在化工自动化技术工具中发挥了巨大作用。n 1
3、975年出现了以微处理器为基础的过程控制仪表：集中分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散型控制系统,把自动化技术推到了一个更高的水平。电子把自动化技术推到了一个更高的水平。电子技术、计算机技术的发展技术、计算机技术的发展,也促进了常规仪表的发展也促进了常规仪表的发展,新型的新型的数字仪表数字仪表,自动化仪表自动化仪表,程序控制器程序控制器,调节器等也不断投入使用。调节器等也不断投入使用。 第二节：化工自动化仪表的分类第二节：化工自动化仪表的分类 化工自动化仪表的分类方法很多化工自动化仪表的分类方法很多,根据不同原根据不同原则可以进行相应的分类。则可以进行相应的分类。n
4、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(很少很少见见);n 按仪表组合形式：可以分为按仪表组合形式：可以分为 基地式仪表基地式仪表:将将测量测量、显示显示、控制控制等各部分集中组装在一个表壳里，从而形成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。一个整体，并且可就地安装的的一类仪表。 单元组合仪表单元组合仪表: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
5、、控制单元等）相互联系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而组合起来的一种仪表 。 综合控制装置综合控制装置:n 按仪表安装形式按仪表安装形式:可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表(架装仪表是针对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装成盘装仪表)。n 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。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
6、工自动化控制仪表优势功能第三节：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电脑芯片及技术,减小了体积减小了体积,并提高了可靠性及抗干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。高、人为干预越来越少、产品产出率越来越高。n 仪表有了可编程功能仪表有了可编程功能 计算机的软件进入仪表计算机的软件进入仪表,可以代替大量的硬件逻辑电路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这叫
7、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位控特性进行一个复杂功能的控制,其软件编程很简单其软件编程很简单(即即可以用存储控制程序代替以往的顺序控制可以用存储控制程序代替以往的顺序控制) 。而如果带之。而如果带之以硬件以硬件,就需要一大套控制和定时电路。所以软件移植入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仪器仪表可以大大简化硬件的结构,代替常规的逻辑电路。代替常规的逻辑电路。 n 仪表有了记忆功能仪表有了记忆功能 以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路以往的仪表采用组合逻辑电路和时序电路,只能在某一只能在某一时刻记忆一些简单状态
8、时刻记忆一些简单状态,当下一状态到来时当下一状态到来时,前一状态的信前一状态的信息就消失了。但微机引入仪表后息就消失了。但微机引入仪表后,由于它的随机存储器可由于它的随机存储器可以记忆前一状态信息以记忆前一状态信息,只要通电只要通电,就可以一直保存记忆就可以一直保存记忆,并且并且可以同时记忆许多状态信息可以同时记忆许多状态信息,然后进行重现或处理。然后进行重现或处理。 n 仪表有了计算功能仪表有了计算功能 由于自动化仪表内含微型计算机由于自动化仪表内含微型计算机,因此可以进行许多因此可以进行许多复杂的计算复杂的计算,并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经并且具有很高的精度。在自动化仪表中可经常
9、进行诸如乘除一个常数、确定极大和极小值、被测量的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。给定极限检测等多方面的运算和比较。 n 仪表有了数据处理的功能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件,这些都可以很方便的用软件来处理这些都可以很方便的用软件来处理,一方面大大减轻了一方面大大减轻了硬件的负担硬件的负担,又增加了丰富的处理功能。自动化仪表也完又增加了丰富的处理功能。自动化
10、仪表也完全可以进行检索、优化等工作。全可以进行检索、优化等工作。 第二章第二章 压力测量仪表压力测量仪表 第一节：第一节： 压力单位压力单位n 国际单位制（国际单位制（SI）-帕（帕（Pa），），n 工程大气压工程大气压-atn 标准大气压标准大气压-atmn 毫米汞柱毫米汞柱-mmHgn 毫米水柱毫米水柱-mmH2O1Pa=1牛牛/米米2（N/m2）1Mpa=1105Pa1 公斤力公斤力/厘米厘米2(kgf/cm2) = 0.0981 MPa 1 巴巴(bar) = 0.1 MPa1 毫米水柱毫米水柱(mmH2O) = 9.8110-6 MPa 1 毫米水银柱毫米水银柱(mmHg) = 1.
11、33310-3 MPa1 标准大气压标准大气压(atm) = 0.1013 MPa1psi=6.895KPapsi和和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（帕（1帕等于帕等于1牛顿的力作用在牛顿的力作用在1平方米的面积上所产生的压强）。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：弹性式压力计第二节
12、：弹性式压力计n 测压原理：测压原理： 各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹各种弹性元件在被测介质压力作用下会产生弹性变形。性变形。n 特点及适用场合：特点及适用场合： 结构简单，价格便宜、测压范围宽，测量精结构简单，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。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：电气式压力计第三节：电气式压力计n 测压原理：测压原理： 把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量。量，从而实现压
13、力的间接测量。n 特点及适用场合：特点及适用场合： 反应较快，测量范围较广、精度可达反应较快，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。变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。 第四节：智能型压力变送器第四节：智能型压力变送器n 高可靠性的微控制器及高精度温度补偿；高可靠性的微控制器及高精度温度补偿；n 将被测介质的压力信号转换成将被测介质的压力信号转换成420mADC标准标准 信号叠加信号叠加HAR
14、T数字信号；数字信号；n 支持现场总线基于现场控制；支持现场总线基于现场控制；n 具有完整的自诊断功能和通讯功能；具有完整的自诊断功能和通讯功能；n 零点自动迁移，零点量程外部可调；零点自动迁移，零点量程外部可调；n 通过手持器和通过手持器和PC机可实现远程管理。机可实现远程管理。AMS Trex设备通讯器 第五节：压力开关第五节：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。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
15、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），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。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）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。及（波纹管）等。 开关元件有（磁性开关）、（水银开关）、开关元件有（磁性开关）、（水银开关）、（微动开关）等。（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。压力开关的开关
16、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。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：压力表的选用第五节：压力表的选用n 压力检测仪表的选择主要包括仪表的型式、量程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；传和其他功能，如指示、记录、报警控制等；n 必须满足工艺生产过程的要求，包括量程与精度；必须满足工艺生产过程的要求，包括
17、量程与精度；n 必须考虑被测介质的性质，如温度高低、工作压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；力大小、粘度、易燃易爆程度等；n 必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境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。温度、电磁场、振动等。 第三章第三章 流量测量仪表流量测量仪表n 机泵、压缩机的出口流量代表了生产装置的负荷机泵、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。（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，为了进以便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，
18、经常需要知道在一段时间（如一班、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（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。个重要参数。 第一节第一节 流量的基本概念流量的基本概念n流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面流量（瞬时流量）：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。的流体的数量。 n累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的总累积流量（总流量）：某一时段内流过的流体的
19、总合。瞬时流量在某一时段的累积量。合。瞬时流量在某一时段的累积量。 n质量流量质量流量(M)(M)：单位时间内流过某截面的流体的质：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：量。单位：(kg/s(kg/s、t/ht/h) ) n体积流量体积流量(Q)(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体：单位时间内流过某截面的流体的体积。（工作状态下）单位：（积。（工作状态下）单位：（m3/hm3/h ）n体积流量体积流量(Qn)(Qn)：折算到标准的压力和温度下的体：折算到标准的压力和温度下的体积流量。（标准状态下）积流量。（标准状态下） 流量的国际单位是千克流量的国际单位是千克/ /秒（秒（kg/skg/s
20、）、立方米）、立方米/ /秒（秒（m3/sm3/s）。此外，常用的还有吨）。此外，常用的还有吨/ /小时（小时（t/ht/h）、）、千克千克/ /小时（小时（kg/hkg/h）、立方米）、立方米/ /小时（小时（m3/hm3/h）等；）等； 总量的国际单位是千克（总量的国际单位是千克（kgkg）、立方米（）、立方米（m3m3）。）。此外，常用的总量单位还有吨（此外，常用的总量单位还有吨（t t）。）。 对于气体，密度受温度、压力变化影响较大，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，温度每变化如在常温常压附近，温度每变化1010，密度变化，密度变化约为约为3%3%；压力每变化；
21、压力每变化10kPa10kPa，密度约变化，密度约变化3%3%。 因此在测量气体流量时，必须同时测量流体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（温度为下测得的体积流量换算成标准状态下（温度为2020，压力为，压力为101325Pa101325Pa）的体积流量，用符号）的体积流量，用符号QnQn表示，单位符号为表示，单位符号为Nm3/sNm3/s或或Nm3/Nm3/h h。第二节：差压式流量计第二节：差压式流量计n 测量原理：在气体的流动管道上装有一个节流装置，测量原理：在气体的流
22、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，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，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，
23、即流量大时，差压就大，流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。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n优点优点: u 应用最多的孔板式流量计结构牢固应用最多的孔板式流量计结构牢固, ,性能稳定性能稳定可靠可靠, ,使用寿命长使用寿命长; ; u应用范围广泛应用范围广泛, ,至今尚无任何一类流量计可与至今尚无任何一类流量计可与之相比拟之相比拟; ; u检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产产, ,便于规模经济生产。便于规模经济生产。 n缺点缺点:
24、 u测量精度普遍偏低测量精度普遍偏低; ; u范围度窄范围度窄, ,一般仅一般仅3:14:1; 3:14:1; u现场安装条件要求高现场安装条件要求高; ; u压损大压损大( (指孔板、喷嘴等指孔板、喷嘴等) )。 n 仪表里标准的三种节流元件：仪表里标准的三种节流元件：n a: 孔板孔板n b: 喷嘴喷嘴n c: 文丘里管文丘里管一体化差压式流量计一体化差压式流量计流量孔板流量孔板第三节：转子流量计第三节：转子流量计n浮子流量计浮子流量计, ,又称转子流量计又称转子流量计, ,是变面积式流量是变面积式流量计的一种计的一种, ,在一根由下向上扩大的垂直锥管中在一根由下向上扩大的垂直锥管中, ,
25、圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的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，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
26、质的转的控制点也有用全钛材等贵重金属为材质的转子流量计。子流量计。n转子流量计的特点：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小、维修方便等特点。转子流量计适用于测量通过管道直径通过管道直径D150mmD1.2的介质，测量范围可达70m；3、供电和输出信号通过一根两芯线缆（回路电路）,采用420mA输出或数字型信号输出；4、非接触式测量安装方便采用极其稳定的材料牢固耐用，精确可靠分辨率可达1mm；5、不受噪音、蒸汽、粉尘、真
27、空等工况影响；6、不受介质密度和温度的变化，过程压力可达400bar,介质温度可达-200至800；7、安装方式有多种可以选择：顶部安装、侧面安装、旁通管安装、导波管安装；8、调试可多种方式选择：采用编程模块调试（相当于一个分析处理仪表）、SOFT软件调试、HART手持编程器调试，调试起来方便快捷。 第五章第五章 温度检测仪表温度检测仪表 第一节第一节 温度检测方法温度检测方法n 接触式测量接触式测量：即通过测量体与被测介质的接触来：即通过测量体与被测介质的接触来测量物体的温度；测量物体的温度； 特点特点：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达：简单、可靠、测量精度较高。但由于要达到热平衡，因而
28、产生了滞后。而且可能与被测介到热平衡，因而产生了滞后。而且可能与被测介质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。质产生化学反应。不能应用于很高温度的测量。n 非接触式测量非接触式测量：即通过接收被测物体发出的辐射：即通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度。热来判断温度。 特点特点：其测温范围很广，其测温上限原则上不受：其测温范围很广，其测温上限原则上不受限制；测温速度比较快，而且可以对运动体进行限制；测温速度比较快，而且可以对运动体进行测量，但一般测温误差较大。测量，但一般测温误差较大。化工常用温度计的测温范围：水银玻璃管温度计 -50 300 酒精玻璃管温度计 -50 100 双金属温度计
29、-50 300 铂热电阻（Pt100） -200 850 铜热电阻(Cu50) -50 150 铂铑10铂热电偶(S型) -50 1750 铂铑13铂热电偶(R型) -50 1750 铂铑30铂铑6热电偶(B型) 0 1800 镍铬镍硅热电偶(K型) -270 1350 镍铬硅镍硅热电偶（N型） -270 1300 镍铬铜镍合金（康铜）热电偶（E型） -270 1000 铁铜镍合金（康铜）热电偶（J型） -210 1200 铜铜镍合金（康铜）热电偶（T型） -270 400 辐射式高温计 100 2000 第二节第二节 热电偶温度计热电偶温度计n 热电偶的测温原理热电偶的测温原理：是利用热电偶
30、的热电效应来：是利用热电偶的热电效应来测量温度的。测量温度的。n 热电效应热电效应-将任意两种不同的导体将任意两种不同的导体A A、B B组成一组成一个闭合回路，只要其连接点个闭合回路，只要其连接点l l、2 2温度不同，在回温度不同，在回路中就产生热电动势的现象。路中就产生热电动势的现象。冷端+-MV只要引自该结点的导线的另一端的温度与结点温度有所只要引自该结点的导线的另一端的温度与结点温度有所不同不同, ,该温度差将会在这一点的导线间产生与温度成正比该温度差将会在这一点的导线间产生与温度成正比的的MVMV电势电势! !温度高的一端称之为热端温度高的一端称之为热端, ,反之为冷端反之为冷端.
31、DT热端工艺温度工艺温度该MV数可以由标准化的标度表格查到!铠装热电偶，是将热电偶丝和绝缘材料一起紧压在金属保护管中制成的热电偶。 第三节第三节 热电阻温度计热电阻温度计n 测温原理：是基于金属导体或半导体的电阻会随温度的变化测温原理：是基于金属导体或半导体的电阻会随温度的变化而变化的特性。因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化，而变化的特性。因此只要测出感温元件热电阻的阻值变化，就可测得被测温度。就可测得被测温度。n 特点：测量精度高，在测量特点：测量精度高，在测量500500以下温度时，它的输出信号比以下温度时，它的输出信号比热电偶大得多，性能稳定，灵敏度高。另外热电阻温度计的热电偶大得多，
32、性能稳定，灵敏度高。另外热电阻温度计的输出是电信号，便于远传，同时又不需要冷端温度补偿。输出是电信号，便于远传，同时又不需要冷端温度补偿。n 所以在中低温所以在中低温(-200650)(-200650)测量中得到了广泛的应用。测量中得到了广泛的应用。 第四节第四节 一体化温度变送器一体化温度变送器n 一体化温度变送器是温度传感器与变送器一体化温度变送器是温度传感器与变送器的完美结合，以十分简捷的方式把的完美结合，以十分简捷的方式把 -200+1600 范围内的温度信号转换为二范围内的温度信号转换为二线制线制 420mA DC 的电信号传输给显示仪、的电信号传输给显示仪、调节器、记录仪、调节器、
33、记录仪、 DCS 等，实现对温度的等，实现对温度的精确测量和控制。一体化温度变送器是现精确测量和控制。一体化温度变送器是现代工业现场、科研院所温度测控的更新换代工业现场、科研院所温度测控的更新换代产品，是集散系统、数字总线系统的必代产品，是集散系统、数字总线系统的必备产品。备产品。n 一体化温度变送器一般由测温探头（热电一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般
34、分为热电阻送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。和热电偶型两种类型。 基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线膨胀系数差异相对很大的金属片叠焊在一起，构成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。 当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯曲第五节 双金属温度计双金属温度计的结构和特点：双金属温度计的结构和特点：双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为- -8060080600，精度等级通常为，
35、精度等级通常为1.51.5级左右。级左右。双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太高，只能用做一般的工业用仪表。只能用做一般的工业用仪表。 第五节第五节 温度开关温度开关n 温度开关温度开关n 传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、传统的温度开关多为机械式，其分为：蒸气压力式温控器、液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控液体膨胀式温控器、气体吸附式温控器、金属膨胀式温控器。器。 第六章第六章 自动成份分析仪表自动成份分析仪表第一节：自动成份分析仪表分类第一节：自动成份分析仪表分类n按原理分类按原理分类: 1. : 1.
36、热导式热导式; 2. ; 2. 热磁式热磁式; 3.; 3.磁压式磁压式; 4. ; 4. 磁机械式磁机械式; 5. ; 5. 氧化锆式氧化锆式; 6.; 6.电化学式电化学式;7.;7.红外线红外线; 8.; 8.工业酸度计工业酸度计; 9.; 9.工业电导仪工业电导仪; 10.; 10.溶解氧；溶解氧；11.11.密度计密度计; ; 12.12.有毒气体报警器有毒气体报警器; 13.; 13.色谱仪色谱仪;14.;14.质质谱仪。谱仪。n按测量介质分类：按测量介质分类：1.1.气体分析；气体分析；2.2.液体液体分析分析。第二节：自动成份分析仪表组成第二节：自动成份分析仪表组成n被测介质采
37、样处理单元被测介质采样处理单元 n组分的解析与分离单元组分的解析与分离单元 n检测器和传感器检测器和传感器n信号处理单元信号处理单元n信号显示单元信号显示单元n数据处理及数据库数据处理及数据库 第三节：自动成份分析仪表特点第三节：自动成份分析仪表特点 在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，在线分析仪器与实验室分析仪器相比较，有三个显著的特点：有三个显著的特点： 第一，过程分析仪器必须有自动取样和第一，过程分析仪器必须有自动取样和试样预处理系统；试样预处理系统； 第二，过程分析仪器必须是完全自动化第二，过程分析仪器必须是完全自动化的，即完全实现自动检测和自动控制；的，即完全实现自动检测和自动控制；
38、 第三，过程分析仪器的精度可以低些，第三，过程分析仪器的精度可以低些，但是必须保证能实现长期运行的稳定性。但是必须保证能实现长期运行的稳定性。 第四节：取样和预处理系统第四节：取样和预处理系统 过程分析仪器出现的同时，就出现了取样预过程分析仪器出现的同时，就出现了取样预处理系统。处理系统。 取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的取样预处理系统是联系生产过程和仪器主机的桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求，而且要桥梁。它不但要适应仪器较为苛刻的要求，而且要受生产过程恶劣条件的严格制约。受生产过程恶劣条件的严格制约。 预处理系统制造难度不高，但设计难度很高。预处理系统制造难度不高，但设计难度很高
39、。 一、预处理系统的作用和组成：一、预处理系统的作用和组成：n预处理系统作用是将取样气加以处理，以满足仪预处理系统作用是将取样气加以处理，以满足仪器对样气的要求。器对样气的要求。预处理系统包括过滤（除尘、除机械杂质）、压力预处理系统包括过滤（除尘、除机械杂质）、压力调节（减压或抽引）、温度调节（降温或升温）、调节（减压或抽引）、温度调节（降温或升温）、有害或干扰成分处理（除油雾、水分、腐蚀性介质有害或干扰成分处理（除油雾、水分、腐蚀性介质等）、流量调节等。等）、流量调节等。辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、辅助环节包括需多点切换、旁路系统、管线吹扫、气体混合、化学反应或转化、管线伴热
40、、排气、排气体混合、化学反应或转化、管线伴热、排气、排液等。液等。二、取样点选择：二、取样点选择：n洁净有代表性样气，不能选择层流、涡流或空气洁净有代表性样气，不能选择层流、涡流或空气漏人；漏人；尽可能满足仪器对样气要求（温度、湿度、含尘量、尽可能满足仪器对样气要求（温度、湿度、含尘量、压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量压力、流量、非腐蚀性、非干扰性、取样管尽量短）；短）；易燃易爆剧毒介质采样时，应考虑安全取样和环境易燃易爆剧毒介质采样时，应考虑安全取样和环境保护措施；便于保养维护；保护措施；便于保养维护；取样点流速应接近平均流速，圆形截面管道应靠近取样点流速应接近平均流速，圆形截面管
41、道应靠近圆心圆心1/3半径范围内，不能靠近管壁半径范围内，不能靠近管壁 。三、预处理系统的设计原则和依据：三、预处理系统的设计原则和依据：n保证一定的反应速度要求。（反应滞后不超过保证一定的反应速度要求。（反应滞后不超过60秒）秒）合理的保存信息。样气要有代表性，组分浓度不致发生变合理的保存信息。样气要有代表性，组分浓度不致发生变化。化。达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后达到仪器对样气清洁度的要求。弄清粉尘含量变化规律后选择合理净化方式。选择合理净化方式。样气要有一定的温度、压力、流量，特别是对堵塞使样气样气要有一定的温度、压力、流量，特别是对堵塞使样气中断应采取措施，绝不能让
42、分析器降低要求去适应粗糙的中断应采取措施，绝不能让分析器降低要求去适应粗糙的取样预处理系统。取样预处理系统。尽可能排除各种可能发生的干扰因素。尽可能排除各种可能发生的干扰因素。选择与该流程相适应的部件和结构材料。（是否有腐蚀性）选择与该流程相适应的部件和结构材料。（是否有腐蚀性）第五节、红外线气体分析仪第五节、红外线气体分析仪 红外光是一种比可见光线波长长，比微波的波长红外光是一种比可见光线波长长，比微波的波长短的电磁波，红外分析仪通常使用的红外线波长范短的电磁波，红外分析仪通常使用的红外线波长范围为围为210m(紫外线分析波长紫外线分析波长180-330nm)，红外，红外线分析仪只能对各组分
43、气体中的某一种成分进行分线分析仪只能对各组分气体中的某一种成分进行分析。析。工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收工作原理是根据某些气体对特定波长的红外辐射有选择吸收，且吸收程度与被测气体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。程度与被测气体浓度有关，用于连续测定气体的相对浓度。被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量被测气体经一定波长红外线照射后，会吸收掉一部分红外线能量E,只只有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种有通过物质的红外光线的频率与物质分子本身的特定频率相同，这种分子才能吸收红外光线的辐射能。分子才能吸收红外光线的辐射能。
44、特点：特点：1.能测量多种气体：可分析能测量多种气体：可分析CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、SO2、NH3等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子（惰性气等近三十种气体。红外线分析仪不能分析单原子（惰性气体）和双原子气体（氢、氧、氮等）。体）和双原子气体（氢、氧、氮等）。2.测量范围宽：上限可到测量范围宽：上限可到100%下限可到几个下限可到几个ppm3.灵敏度高灵敏度高4.测量精度高测量精度高5.反应快：一般在反应快：一般在10秒内秒内6.有良好的选着性有良好的选着性第六节第六节 热导式气体分析仪热导式气体分析仪 是出现最早，种类较多，应用较广的一类是出现最早，种类较多
45、，应用较广的一类在线分析仪器，常用于分析混合气体中的在线分析仪器，常用于分析混合气体中的H2、Ar、CO2、NH3、SO2等多种气体的百分含等多种气体的百分含量。量。 n工作原理：工作原理：基于不同气体具有不同的导热基于不同气体具有不同的导热系数，混合气体的导热系数随其组分的百分系数，混合气体的导热系数随其组分的百分含量而变化这一物理特性来分析某一组分的含量而变化这一物理特性来分析某一组分的百分含量。百分含量。热导分析仪检测室热导分析仪检测室n采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检采用铂丝做工作桥臂和参比桥臂的不平衡电桥检测气体热导率。测气体热导率。参比臂参比臂、内充参比气体，被测气体流过
46、工作臂内充参比气体，被测气体流过工作臂、，电桥各臂通稳定电流加热至一定温度，当，电桥各臂通稳定电流加热至一定温度，当被测气体浓度与参比气体浓度一样时，各桥臂温度被测气体浓度与参比气体浓度一样时，各桥臂温度一样，电阻值相等，电桥平衡。一样，电阻值相等，电桥平衡。当被测气体浓度变化，气体热导率改变，工作臂的当被测气体浓度变化，气体热导率改变，工作臂的温度和阻值随之改变，电桥失去平衡产生电信号输温度和阻值随之改变，电桥失去平衡产生电信号输出。出。 1000C部分气体的相对热导率部分气体的相对热导率 Air: 1 H2: 7.130 N2: 0.998 O2: 1.015 CO2: 0.614 NH3
47、: 0.897 Ar: 0.658 CO: 0.964 SO2: 0.344 CH4: 1.318第七节、氧含量分析仪第七节、氧含量分析仪在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质，在化学工业中，氧气是直接参与反应的物质，其含量必须控制在特定界限内。其含量必须控制在特定界限内。在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧在很多情况下，氧含量是很难检测的，低氧量更难准确确定。量更难准确确定。工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种工业生产中应用氧分析仪越来越广泛。各种原理的氧分析仪都有其应用的局限性。原理的氧分析仪都有其应用的局限性。 1.磁力机械式氧分析磁力机械式氧分析2.磁性压力式氧分析仪磁性压力式氧分
48、析仪3.热磁式氧分析仪热磁式氧分析仪4.氧化锆式氧分析仪氧化锆式氧分析仪5.电化学原电池式氧分析仪电化学原电池式氧分析仪6.新型燃料电池传感器氧分析仪新型燃料电池传感器氧分析仪n按工作原理分类：按工作原理分类：n磁力机械式氧分析仪磁力机械式氧分析仪1.磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪，是利磁力机械式氧分析仪又称哑铃式氧分析仪，是利用氧的顺磁性原理（法拉第原理）。用氧的顺磁性原理（法拉第原理）。2.氧分子在磁场中有很强的顺磁性，是区分氧气与氧分子在磁场中有很强的顺磁性，是区分氧气与样气中其他气体成分的有效手段。样气中其他气体成分的有效手段。3.氧分析仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑氧分析
49、仪的传感器由一对充满氮气的石英玻璃哑铃球组成，哑铃球周围环绕有一根铂丝，形成电反铃球组成，哑铃球周围环绕有一根铂丝，形成电反馈回路，哑铃球悬垂在磁场中，正中装有一个小反馈回路，哑铃球悬垂在磁场中，正中装有一个小反射镜。射镜。4.当哑铃周围有氧分子时，在磁场作用下，氧分子当哑铃周围有氧分子时，在磁场作用下，氧分子被磁场吸引而形成一定的压力差，推动哑铃球体发被磁场吸引而形成一定的压力差，推动哑铃球体发生偏转。生偏转。5.氧浓度越高，偏转角度越大。氧浓度越高，偏转角度越大。6.由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统由光源、反射镜及光敏元件组成的精密光学系统测出这一偏转并转换成电信号。测出这一偏转
50、并转换成电信号。7.该信号由放大器放大后，经反馈电路形成电流回该信号由放大器放大后，经反馈电路形成电流回路，在磁场作用下，迫使哑铃回复原平衡位置。路，在磁场作用下，迫使哑铃回复原平衡位置。此回路中电流值与氧浓度成正比。此回路中电流值与氧浓度成正比。n热磁式氧分析仪热磁式氧分析仪1.工作原理：利用具有极高磁化率的氧气，在非均匀磁场作工作原理：利用具有极高磁化率的氧气，在非均匀磁场作用下形成用下形成“热磁对流热磁对流”（磁风），对敏感元件产生冷却作（磁风），对敏感元件产生冷却作用而工作的。用而工作的。2.不含氧的混合气体进入测量环室，则气体分两路经过环型不含氧的混合气体进入测量环室，则气体分两路经
