1、2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术1/103化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术主讲：李昶红主讲：李昶红 材料与化学工程学院材料与化学工程学院2014年年 夏夏 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术2/103内内 容容 提提 要要1 引言引言2 检测仪表基本知识检测仪表基本知识3 压力检测压力检测4 流量检测流量检测5 物位检测物位检测6 温度检测温度检测7 显示仪表显示仪表8 自动控制系统概述自动控制系统概述9 对象特性与建模对象特性与建模10 基本控制规律基本控制规律11 自动控制仪表
2、自动控制仪表12 执行器执行器2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术3/1031 引言引言加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。 减轻劳动强度、改善劳动条件。减轻劳动强度、改善劳动条件。能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。使用寿命，提高设备利用率、保障人身安全的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平
3、，以适应当代信息技术革命和信息产业革命文化技术水平，以适应当代信息技术革命和信息产业革命的需要。的需要。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术4/10320世纪世纪40年代以前年代以前，绝大多数化工生产处于手工操作状况，绝大多数化工生产处于手工操作状况，操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作工人根据反映主要参数的仪表指示情况，用人工来改变操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大。操作条件，生产过程单凭经验进行。低效率，花费庞大。20世纪世纪50年代到年代到60年代年代人们对化工生产各种单元操作进行人们对化工生产各种单
4、元操作进行了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、了大量的开发工作，使得化工生产过程朝着大规模、高效率、连续生产、综合利用方向迅速发展。连续生产、综合利用方向迅速发展。 20世纪世纪70年代以来，化年代以来，化工自动化技术水平得到了很大的提高。工自动化技术水平得到了很大的提高。20世纪世纪70年代年代，计算机开始用于控制生产过程，出现了计，计算机开始用于控制生产过程，出现了计算机控制系统。算机控制系统。20世纪世纪80年代末至年代末至90年代年代，现场总线和现场总线控制系统，现场总线和现场总线控制系统得到了迅速的发展。得到了迅速的发展。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红
5、李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术5/103按功能不同，分四类：按功能不同，分四类：检测仪表检测仪表 ( (包括各种参数的包括各种参数的测量和变送测量和变送) )显示仪表显示仪表 ( (包括模拟量显示包括模拟量显示和数字量显示和数字量显示) )控制仪表控制仪表 ( (包括气动、电动包括气动、电动控制仪表及数字式控制器控制仪表及数字式控制器) )执行器执行器( (包括气动、电动、包括气动、电动、液动等执行器液动等执行器) ) 图图1-1 1-1 各类仪表之间的关系各类仪表之间的关系2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术6/103 利用各
6、种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分。指示或记录的部分。 对过程信息的获取与记录作用。对过程信息的获取与记录作用。 图图1-2 1-2 热交换器自动检测系统示意图热交换器自动检测系统示意图2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术7/103自动检测系统中主要的自动化装置自动检测系统中主要的自动化装置敏感元件敏感元件传感器传感器显示仪表显示仪表对被测变量作出对被测变量作出响应响应, ,把它转换把它转换为适合测量的物为适合测量的物理量。理量。 对检测元件输出对检测元件输出的物理量信号作的
7、物理量信号作进一步信号转换进一步信号转换将检测结果以指将检测结果以指针位移、数字、针位移、数字、图像等形式图像等形式, ,准确准确地指示、记录或地指示、记录或储存。储存。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术8/103 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是生产过程中的一种安全装置。产过程中的一种安全装置。 自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：自动信号联锁保护电路按主要构成元件不同分类：有触点式有触点式无触点式两类无触点式两类 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工
8、仪表与控制技术化工仪表与控制技术9/103 对生产中某些关键性参数进行自动控制对生产中某些关键性参数进行自动控制, ,使它们在受使它们在受到外界干扰的影响而偏离正常状态时到外界干扰的影响而偏离正常状态时, ,能自动地调回到规能自动地调回到规定的数值范围内。定的数值范围内。 自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。设备进行某种周期性操作。 自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤, ,将生产过将生产过程自动地投入运行或自动停车。程自动地投入运行或自动停车。 2022年年6月月23日星期
9、四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术10/1032 检测仪表基本知识检测仪表基本知识测量测量 是用实验的方法是用实验的方法, ,求出某个量的大小。求出某个量的大小。 测量实质测量实质 是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程。 测量误差测量误差 由仪表读得的被测值由仪表读得的被测值 ( (测量值测量值) )与被测参数的真实值与被测参数的真实值之间的差距。之间的差距。 测量误差按其测量误差按其产生原因产生原因的不同的不同, ,可以分为三类可以分为三类系统误差系统误差 疏忽误差疏忽误差偶然误差偶然误差2022年年6月月23日
10、星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术11/103（1 1）绝对误差）绝对误差ttIxxxxxxx或000tIxx xI I：仪表指示值：仪表指示值, , xt：被测量的真值：被测量的真值0 xx由于真值无法得到由于真值无法得到 x：被校表的读数值，：被校表的读数值，x0 ：标准表的读数值：标准表的读数值 测量误差常用的两种表示方法：测量误差常用的两种表示方法：（2）相对误差2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术12/103说明：说明：仪表的测量误差可以用绝对误差仪表的测量误差可以用绝对误差来表示。但是，来表示。但是，
11、仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同仪表的绝对误差在测量范围内的各点不相同。因此，常说。因此，常说的的“绝对误差绝对误差”指的是绝对误差中的最大值指的是绝对误差中的最大值max。 两大影响因素两大影响因素绝对误差和仪表的标尺范围绝对误差和仪表的标尺范围2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术13/103%100max标尺下限值标尺上限值%100标尺下限值标尺上限值差值仪表允许的最大绝对误允仪表的允越大，表示它的精确度越低；反之，仪表的允越小，表示仪表的精确度越高。将仪表的允许相对百分误差去掉“”号及“”号，便可以用来确定仪表的精确度等级。目前常
12、用的精确度等级有0.005，0.02，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0等。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术14/103仪表的准确度等级仪表的准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。 准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，准确度等级数值越小，就表征该仪表的准确度等级越高，仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多仪表的准确度越高。工业现场用的测量仪表，其准确度大多在在0.50.5级以下。级以下。 仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表
13、面板仪表的精度等级一般可用不同的符号形式标志在仪表面板上。上。举例举例1.51.0如：如： 在工业上应用时在工业上应用时, ,对检测仪表准确度的要求对检测仪表准确度的要求, ,应根据生应根据生产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所产操作的实际情况和该参数对整个工艺过程的影响程度所提供的误差允许范围来确定提供的误差允许范围来确定, ,这样才能保证生产的经济性和这样才能保证生产的经济性和合理性。合理性。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术15/103%100标尺下限值标尺上限值最大绝对差值变差变差变差是指在外界条件不变的情况下，用同
14、一仪表对被测量是指在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由在仪表全部测量范围内进行正反行程（即被测参数逐渐由小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所小到大和逐渐由大到小）测量时，被测量值正行和反行所得到的两条特性曲线之间的差值。得到的两条特性曲线之间的差值。 图图2-1 2-1 测量仪表的变测量仪表的变差差2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术16/103 仪表的灵敏度仪表的灵敏度是指仪表指针的线位移或角位移，与引起这个位移的被测参数变化量的比值。即 式中，S为仪表的灵敏度；为指针的
15、线位移或角位移；x为引起所需的被测参数变化量。 仪表的灵敏限仪表的灵敏限是指能引起仪表指针发生动作的被测参数的最小变化量。通常仪表灵敏限的数值应不大于仪表允许绝对误差的一半。 注意：注意：上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，上述指标仅适用于指针式仪表。在数字式仪表中，往往用分辨率表示。往往用分辨率表示。 xS2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术17/103 反应时间反应时间就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变就是用来衡量仪表能不能尽快反映出参数变化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要较长时间才能化的品质指标。反应时间长，说明仪表需要
16、较长时间才能给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。给出准确的指示值，那就不宜用来测量变化频繁的参数。 仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。仪表反应时间的长短，实际上反映了仪表动态特性的好坏。 仪表的仪表的反应时反应时间有不间有不同的表同的表示方法示方法 当输入信号突然变化一个数值后，输出当输入信号突然变化一个数值后，输出信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。信号将由原始值逐渐变化到新的稳态值。 仪表的输出信号由开始变化到新稳态值仪表的输出信号由开始变化到新稳态值的的63.263.2（9595）所用的时间，可用来表示所用的时间，可用来表示反应时间。反应时间。2022年年
17、6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术18/103%100max仪表量程ff线性度线性度是表征线性刻度仪表的输出量是表征线性刻度仪表的输出量与输入量的实际校准曲线与理论直线与输入量的实际校准曲线与理论直线的吻合程度。通常总是希望测量仪表的吻合程度。通常总是希望测量仪表的输出与输入之间呈线性关系。的输出与输入之间呈线性关系。 图图2-2 线性度示意图线性度示意图式中式中，f为线性度（又称非线性误差）；为线性度（又称非线性误差）；fmax为校准曲线对为校准曲线对于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。于理论直线的最大偏差（以仪表示值的单位计算）。 202
18、2年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术19/103重复性重复性表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连表示检测仪表在被测参数按同一方向作全量程连续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定续多次变动时所得标定特性曲线不一致的程度。若标定的特性曲线一致的特性曲线一致, ,重复性就好重复性就好, ,重复性误差就小。重复性误差就小。 图图2-3 重复性示意图重复性示意图%100max仪表量程ZZ2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术20/103作用于检测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几作用于检
19、测装置输入端的被测信号，通常要转换成以下几种便于传输和显示的信号类型：种便于传输和显示的信号类型：A A 位移信号位移信号B B 压力信号压力信号C C 电气信号电气信号D D 光信号光信号2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术21/103 在时间上是连续变化的在时间上是连续变化的, , 即在任何瞬时都可以确即在任何瞬时都可以确定其数值的信号。定其数值的信号。 数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号数字信号是一种以离散形式出现的不连续信号, ,通常用二进制数通常用二进制数“0”0”和和“1”1”组合的代码序列来表示。组合的代码序列来表示。 用
20、两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。用两种状态或用两个数值范围表示的不连续信号。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术22/103 依据依据的不同的不同, ,可分成压力可分成压力 ( (包括差压、负压包括差压、负压) )检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、流量检测仪表、物位 ( (液位液位) )检测仪表、温度检测仪表、温度检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。检测仪表、物质成分分析仪表及物性检测仪表等。 按按的方式不同的方式不同, ,可分成指示型、记录型、讯号可分成指示型、记录型、讯号型、远传指示型、累积型等。型、远传指示型、累积
21、型等。 按按的不同的不同, ,可分为实用仪表、范型可分为实用仪表、范型仪表和标准仪表仪表和标准仪表, ,分别使用在现场、实验室和标定室。分别使用在现场、实验室和标定室。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术23/103按照测量结果的获得过程 直接测量 间接测量 直接测量直接测量 利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接利用经过标定的仪表对被测参数进行测量，直接从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。从显示结果获得被测参数的具体数值的测量方法。 根据被测参数获得方式的不同根据被测参数获得方式的不同，直接测量又有偏，直接测量又有偏差法与平衡
22、法（零位法）之分。差法与平衡法（零位法）之分。 间接测量间接测量 当被测量不宜直接测量时当被测量不宜直接测量时, ,可以通过测量与被测可以通过测量与被测量有关的几个相关量后量有关的几个相关量后, ,再经过计算来确定被测再经过计算来确定被测量的大小。量的大小。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术24/103A A 检测技术的现代化检测技术的现代化B B 检测仪表的集成化、数字化、智能化检测仪表的集成化、数字化、智能化C C 软测量技术和虚拟仪器软测量技术和虚拟仪器2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与
23、控制技术25/1033 压力检测压力检测 在化工生产中在化工生产中, , 压力压力是指由气体或液体均匀垂直地是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。作用于单位面积上的力。 在工业生产过程中在工业生产过程中, ,压力往往是重要的操作参数之一。压力往往是重要的操作参数之一。 压力的压力的检测与控制检测与控制, ,对保证生产过程正常进行对保证生产过程正常进行, ,达到达到高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。高产、优质、低消耗和安全是十分重要的。 表示受力面积。表示垂直作用力；表示压力；式中，SFpSFp 在压力测量中，常有在压力测量中，常有表压、绝对压力、负压或真空度表压、绝对压力、负压或
24、真空度之分。之分。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术26/103测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。测量压力或真空度的仪表按照其转换原理的不同，分为四类。 它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。它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。 有有U形管压力计、单管压力计等形管压力计、单管压力计等 这类压力计结构简单、使用方便这类压力计结构简单、使用方便 其精度受工作液的毛细管作用、密度及视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，一般用来测差等因素的影响，测量范围较窄，
25、一般用来测量较低压力、真空度或压力差。量较低压力、真空度或压力差。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术27/103 它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。它是将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量的。 它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如它是通过机械和电气元件将被测压力转换成电量（如电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。电压、电流、频率等）来进行测量的仪表。 它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转它是根据水压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的质量来进行测量的。换成活塞上所加平衡砝码的
26、质量来进行测量的。 测量精度很高，允许误差可小到测量精度很高，允许误差可小到0.05%0.02%。 结构较复杂，价格较贵。结构较复杂，价格较贵。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术28/103 压力计的选用压力计的选用应根据工艺生产过程对压力测量的要应根据工艺生产过程对压力测量的要求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的求，结合其他各方面的情况，加以全面的考虑和具体的分析，分析， 一般考虑以下几个问题。一般考虑以下几个问题。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术29/103应能反映被
27、测压力的真实大小。应能反映被测压力的真实大小。 要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐要选在被测介质直线流动的管段部分，不要选在管路拐 弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。弯、分叉、死角或其他易形成漩涡的地方。 测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直，测量流动介质的压力时，应使取压点与流动方向垂直， 取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不取压管内端面与生产设备连接处的内壁应保持平齐，不 应有凸出物或毛刺。应有凸出物或毛刺。 测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部，测量液（气）体压力时，取压点应在管道下（上）部， 使导压管内不积存气（液）体。使导压管内不积存
28、气（液）体。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术30/103 导压管粗细要合适，一般内径为导压管粗细要合适，一般内径为6 61010mm，长度应尽可，长度应尽可 能短，最长不得超过能短，最长不得超过5050m，以减少压力指示的迟缓。如，以减少压力指示的迟缓。如 超过超过5050m，应选用能远距离传送的压力计。，应选用能远距离传送的压力计。 导压管水平安装时应保证有导压管水平安装时应保证有1:101:101:201:20的倾斜度，以利的倾斜度，以利 于积存于其中之液体（或气体）的排出。于积存于其中之液体（或气体）的排出。 当被测介质易冷凝或冻
29、结时，必须加设保温伴热管线。当被测介质易冷凝或冻结时，必须加设保温伴热管线。 取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时取压口到压力计之间应装有切断阀，以备检修压力计时 使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。使用。切断阀应装设在靠近取压口的地方。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术31/103 压力计应安装在易观察和检修的地方。压力计应安装在易观察和检修的地方。 安装地点应力求避免振动和高温影响。安装地点应力求避免振动和高温影响。 测量蒸汽压力时，应加装凝测量蒸汽压力时，应加装凝液管，以防止高温蒸汽直接与液管，以防止高温蒸汽直接与测压元
30、件接触测压元件接触 图图3-173-17（a）；）；对于有腐蚀性介质的压力测量，对于有腐蚀性介质的压力测量，应加装有中性介质的隔离罐，应加装有中性介质的隔离罐，右图（右图（b）表示了被测介质密）表示了被测介质密度度2 2大于和小于隔离液密度大于和小于隔离液密度1 1的两种情况。的两种情况。图2-4 压力计安装示意图压力计；切断阀门；凝液管；取压容器2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术32/103 压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质，压力计的连接处，应根据被测压力的高低和介质性质， 选择适当的材料，作为密封垫片，以防泄漏。选择适当的
31、材料，作为密封垫片，以防泄漏。 当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度当被测压力较小，而压力计与取压口又不在同一高度 时，对由此高度而引起的测量误差应按时，对由此高度而引起的测量误差应按pHg进进 行修正。式中行修正。式中H为高度差，为高度差，为导压管中介质的密度，为导压管中介质的密度， g为重力加速度。为重力加速度。为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安为安全起见，测量高压的压力计除选用有通气孔的外，安 装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。装时表壳应向墙壁或无人通过之处，以防发生意外。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪
32、表与控制技术33/1034 流量检测流量检测是控制生产过程达到优质高产和安全生产以及进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。行经济核算所必需的一个重要参数。 单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大单位时间内流过管道某一截面的流体数量的大小，即瞬时流量。小，即瞬时流量。 在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬在某一段时间内流过管道的流体流量的总和，即瞬时流量在某一段时间内的累计值。时流量在某一段时间内的累计值。测量流体流量的仪表。测量流体流量的仪表。：测量流体总量的仪表。测量流体总量的仪表。 分类2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工
33、仪表与控制技术化工仪表与控制技术34/103是基于流体流动的节流原理，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而实现流量测量的。利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。 通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能通常是由能将被测流量转换成压差信号的节流装置和能将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪将此压差转换成对应的流量值显示出来的差压计以及显示仪表所组成。表所组成。 国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等国内外把最常用的节流装置、孔板、喷嘴、文丘里管等标准化，并称为标准化，并称为“标准节流装置标准节流装置”。 差压变送器差压变送器
34、可以将差压信号可以将差压信号p转换为统一标准的气压转换为统一标准的气压信号或电流信号信号或电流信号, ,可以连续地测量差压、液位、分界面等工可以连续地测量差压、液位、分界面等工艺参数。当它与节流装置配合时艺参数。当它与节流装置配合时, ,可以用来连续测量液体、可以用来连续测量液体、蒸汽和气体的流量。蒸汽和气体的流量。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术35/103 转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量转子流量计采用的是恒压降、变节流面积的流量测量方法。方法。图图4-1 4-1 转子流量计的工作原理图转子流量计的工作原理图2022年
35、年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术36/103 它可以将反映流量大小的转子高度它可以将反映流量大小的转子高度h转换为电信号，转换为电信号，适合于远传，进行显示或记录。适合于远传，进行显示或记录。 LZD系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显系列电远传式转子流量计主要由流量变送及电动显示两部分组成。示两部分组成。 图图4-2 4-2 差动变压器结构差动变压器结构若将转子流量计的转子与差若将转子流量计的转子与差动变压器的铁芯连接起来，动变压器的铁芯连接起来，使转子随流量变化的运动带使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动，那么，就动铁芯一起运动，那么
36、，就可以将流量的大小转换成输可以将流量的大小转换成输出感应电势的大小。出感应电势的大小。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术37/103图图4-3 LTD4-3 LTD系列电远传转子流量计系列电远传转子流量计2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术38/103 精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护精度高、测量范围宽、没有运动部件、无机械磨损、维护方便、压力损失小、节能效果明显。方便、压力损失小、节能效果明显。 漩涡流量计是利用有规则的漩涡剥离现象来测量流体漩涡流量计是利用有规则的漩
37、涡剥离现象来测量流体流量的仪表。流量的仪表。图图4-4 4-4 卡门涡列卡门涡列 (a) (a)圆柱涡列；圆柱涡列； (b)(b)三角柱涡列三角柱涡列2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术39/103直接测量单位时间内所流过的介质的质量,即质量流量M。 质量流量计的最后输出信号只与介质的质量流量M成比例,这就能从根本上提高流量测量的精度,省去了烦琐的换算和修正。 vAM2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术40/103A 靶式流量计靶式流量计B 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计C 涡轮流量计涡轮流量
38、计D 电磁流量计电磁流量计2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术41/1035 物位检测物位检测直读式物位仪表直读式物位仪表 差压式物位仪表差压式物位仪表浮力式物位仪表浮力式物位仪表 电磁式物位仪表电磁式物位仪表核辐射式物位仪表核辐射式物位仪表 声波式物位仪表声波式物位仪表光学式物位仪表光学式物位仪表gHppAB将差压变送器的一端接液相，另一端接气相将差压变送器的一端接液相，另一端接气相gHpppAB因此因此图图5-1 5-1 差压式液位计原理图差压式液位计原理图2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控
39、制技术42/103电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。电容物位计的传感部分结构简单、使用方便。 需借助较复杂的电子线路。需借助较复杂的电子线路。应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也应注意介质浓度、温度变化时，其介电系数也要发生变化这种情况。要发生变化这种情况。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术43/1036 温度检测温度检测 温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体温度不能直接测量，只能借助于冷热不同物体之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度之间的热交换，以及物体的某些物理性质随冷热程度不同而变化的特性来加以间接测量。不同而
40、变化的特性来加以间接测量。 接触式与非接触式接触式与非接触式 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术44/103接触式测温仪表玻璃液体温度计 结构简单、使用方便、测量准确、价格低廉 容易破损、读数麻烦、一般只能现场指示 ,不能记录与远传-100100（150）有机液体0 350（-30 650）水银双金属温度计结构简单、机械强度大、价格低、能记录、报警与自控 精度低、不能离开测量点测量 ,量程与使用范围均有限 0 300（-50 600）压力式温度计结构简单、不怕震动、具有防爆性、价格低廉、能记录、报警与自控 精度低、测量距离较远时 ,仪表的滞
41、后性较大、一般离开测量点不超过 10米 0 500（-50 600）液体型0 100（-50 200）蒸汽型电阻温度计测量精度高 ,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由于体积大 ,测点温度较困难 -150 500（-200 600）铂电阻0 100（-50 150）铜电阻-50 150（180）镍电阻-100 200（300）热敏电阻热电偶温度计测温范围广 ,精度高 ,便于远距离、多点、集中测量和自动控制 需冷端温度补偿 ,在低温段测量精度较低 -20 1300（1600）铂铑10-铂-50 1000（1200）镍铬-镍硅-40 800（900）镍铬-铜镍-40
42、300（350）铜-铜镍非接触式测温仪表光学高温计携带用、可测量高温、测温时不破坏被测物体温度场 测量时 ,必须经过人工调整 ,有人为误差 ,不能作远距离测量 ,记录和自控 900 2000（700 2000）辐射高温计测温元件不破坏被测物体温度场 ,能作远距离测量、报警和自控、测温范围广 只能测高温,低温段测量不准,环境条件会影响测量精度,连续测高温时须作水冷却或气冷却 100 2000（50 2000）2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术45/1032022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术4
43、6/103是以热电效应为基础的测温仪表。是以热电效应为基础的测温仪表。图6-1 热电偶温度计测温系统示意图1热电偶；2导线；3测量仪表由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热由三部分组成：热电偶；测量仪表；连接热电偶和测量仪表的导线。电偶和测量仪表的导线。 图6-2 热电偶示意图2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术47/103热电偶名称热电偶名称代号代号分度号分度号热电极材料热电极材料测温范围测温范围/新新旧旧正热电极正热电极负热电极负热电极长期使用长期使用短期使用短期使用铂铑铂铑3030- -铂铑铂铑6 6铂铑铂铑1010- -铂铂镍铬镍铬-
44、 -镍硅镍硅镍铬镍铬- -铜镍铜镍铁铁- -铜镍铜镍铜铜- -铜镍铜镍WRRWRRWRPWRPWRNWRNWREWREWRFWRFWRCWRCB BS SK KE EJ JT TLL-2LL-2LB-3LB-3EU-2EU-2- - -CKCK铂铑铂铑3030合金合金铂铑铂铑1010合金合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金镍铬合金铁铁铜铜铂铑铂铑6 6合金合金纯铂纯铂镍硅合金镍硅合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金铜镍合金30030016001600-20-2013001300-50-5010001000-40-40800800-40-40700700-400-4003003001800180
45、016001600120012009009007507503503502022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术48/103在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量在中、低温区，一般是使用热电阻温度计来进行温度的测量较为适宜。较为适宜。 是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。是由热电阻，显示仪表以及连接导线所组成。 001ttRRt对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式对于线性变化的热电阻来说，其电阻值与温度关系如下式 tRRtt0 热电阻温度计适用于测量热电阻温度计适用于测量-200-200+500+500范围内液体、气
46、范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。体、蒸汽及固体表面的温度。利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测利用热电阻的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。量的。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术49/103 电阻温度系数、电阻率要大；电阻温度系数、电阻率要大； 热容量要小；热容量要小； 在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性；好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性；电阻值随温度的变化关系，最好呈线性； 价格便宜。价格便宜。 2022年年6月
47、月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术50/103 电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模电动温度变送器是工业生产过程中应用最广泛的一种模拟式温度变送器拟式温度变送器, ,它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用它能与常用的各种热电偶和热电阻配合使用, ,将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信将某点的温度或某两点的温差转换成相应的标准直流电流信号输出。号输出。 DDZ-型温度型温度 ( (温差温差) )变送器是电动单元组合仪表中的变送器是电动单元组合仪表中的一个变送单元。一个变送单元。 根据根据输入信号的不同输入信号的不同，DDZ-型温度
48、变送器主要有热电型温度变送器主要有热电偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类偶温度变送器、热电阻温度变送器和直流毫伏变送器三种类型。型。 2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术51/103DDZ-DDZ-型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的型热电偶温度变送器和热电阻温度变送器的结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电结构大体上可以分为温度检测元件、输入电路、放大电路和反馈电路路和反馈电路, ,其原理框图如图其原理框图如图6-16-1所示。所示。温度检测元件温度检测元件输入电路输入电路放大电路放大电路反馈电路反馈电路被测温
49、度被测温度输出电流输出电流I0 0 图图6-1 6-1 温度变送器原理框图温度变送器原理框图2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术52/103 它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专它是指将变送器模块安装在测温元件接线盒或专用接线盒内的一种温度变送器。用接线盒内的一种温度变送器。 图图6-2 6-2 一体化温度变送器一体化温度变送器结构框图结构框图测温元件和变送器模块测温元件和变送器模块AD693、XTR101、 XTR103、IXR100等等-20-20+80+802022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工
50、仪表与控制技术53/103 可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度；可以与各种热电偶或热电阻配合使用测量温度； 具有量程范围宽、精度高；具有量程范围宽、精度高； 环境温度和振动影响小、抗干扰能力强；环境温度和振动影响小、抗干扰能力强； 质量轻；质量轻； 安装维护方便。安装维护方便。 由硬件部分和软件部分两部分构成。由硬件部分和软件部分两部分构成。2022年年6月月23日星期四日星期四李昶红李昶红-化工仪表与控制技术化工仪表与控制技术54/103输入板输入板主电路板主电路板液晶显示器液晶显示器信号输入信号输入信号输出信号输出图6-3 TT302温度变送器基本构成框图2022年年6月月23日星期
