1、自动化仪表基础知识 第一章 仪表的基础知识?第一节 仪表的分类?检测与过程控制仪表（通常称为自动化仪表）分类方法很多，如按仪表在测量与控制系统中的作用划分，一般分为检测仪表、显示仪表、调节控制仪表和执行器四大类。集中控制装置显示仪表生产过程检测仪表执行器调节仪表?图G 集中控制装置 显示仪表 生产过程 检测仪表 执行器 调节仪表 如图G：?检测仪表：测量某些工艺参数如压力、温度、电压、频率、振动等。?显示仪表：指针式、数字式记录仪、工业电视、图象显示器?集中控制装置：包括巡回调节仪、程序控制仪、可编程序调节器、可编程序控制器?调节仪表根据需要对信号进行运算如放大、积分、微分等，也包括各种气动、
2、电动调节器及用来代替调节器的微处理机。?执行器：接受调节系统的来的信号或直接来自操作人员的指令，对生产过程进行操作和控制。包括各种电、液、气动执行机构和调节阀、开关等。按被测量的工艺参数分：P、T、H、Q、V、?在长输管道控制系统中常用的仪表有:?检测仪表:?1、压力检测仪表:压力变送器大都采用了西门子或ROSEMOUNT 的3051。?2、温度检测仪表:双金属温度计、铂电阻。?3、流量检测仪表:涡轮流量计、孔板、差压变送器。?4、分析仪表:在现色谱分析仪、露点分析仪、硫化氢分析仪。?1、显示仪表:采用计算机和工业控制组态软件组成?2、调节仪表:可变程控制器?3、执行器:电动流量调节阀、电液流
3、量调节阀 第二节、常用的概念?测量：以确定被测对象量值为目的的全部操作。?量程：测量范围的上限值和下限值之差。?绝对误差：测量结果与被测量真实值之间的差值。?相对误差：测量的绝对误差与被测量真实值的比值。?引用误差：绝对误差与仪表的测量范围或测量上限之比。?分度值：仪表分度盘相邻两刻度线所代表的量值之差。?绝对压力：绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的压力。?给定值：在自动调节系统中，生产要求保持的工艺指标。?偏差：在自动调节系统中，给定值与测量值之差。?变送器：输出量为标准信号的传感器。?调节器：将接收到的检测信号与给定值比较，按比较差值，经一定调节规律产生调节作用信号的仪
4、表。?定值调节系统：给定值不变的调节系统。?准确度：表示测量结果与被测量真实值的一致程度。?数字信号：具有两种状态的电信号，如“开”或“关”，“高”或“低”。?模拟信号：一种连续变化的电信号。它可以从温度、压力等传感器中获得。第三节、仪表图纸中常用的文字代号代表的含义?1）、被测变量的文字代号?“F”-流量 “P”-压力 “L”-液位?“T”-温度 “A”-分析?2）、仪表常用的功能文字代号?“A”-报警 “C”-控制“E”-检测元件“I”-指示?“T”-变送 “R”-记录 “V”-阀 “Z”-执行器 第四节、仪表的性能指标?1、精度?引用误差：（绝对误差/仪表量程）*100%仪表的精度为仪表
5、的最大引用误差。?2、复现性(重复性)?在不同等条件下对同仪检测参数进行检测时,测量结果的一致程度。一般指工作压力、工作温度对仪表精度影响的程度。?3、稳定性?在工作的条件内,仪表性能随时间保持不变的能力,通常用零点漂移反映。?4、可靠性?仪表的可靠性直接关系到仪表人员的维护量,在济济条件允许等条件下,尽可能的选用高可靠性仪表。第五节 自动化调节系统的基本概念?仪表自动化的主要内容一般包括：?自动检测系统？利用各种检测仪表对工艺参数进行检测指示或记录。?自动信号和连锁保护系统？当参数超过允许范围，信号系统发出声光告戒操作人员。如工况已达到危险状态连锁系统立即自动打开安全阀或紧急停机防止事故进一
6、步发生。?自动操作系统？根据预先规定的步骤自动的使生产进行周期性的操作。?自动调节系统？由于各种工艺条件是不断变化的，生产中的参数就可能偏离或波动，这就需要一些自动调节装置对某些偏离的参数进行调节。?自动调节系统的组成自动调节系统的组成：+-调节作用 干扰作用f 给定值x 被调参数y 调节器 调节阀 调节对象 变送器 测 量 元件 测量 值z 调节器输出 偏差e?自动调节系统的分类：自动调节系统的分类：?按被调参数分类；温度、压力、流量、液位、组分、速度、振动等。?按调节规律来分：比例P、比例积分PI、比例微分PD、?比例积分微分PID。第二章 检测仪表?第一节压力检测仪表?一、压力的基本概念
7、及单位换算?压力：均匀垂直地作用于单位面积上的力。工业上常常遇到比大气压高很多的高压和真空度。?P=F/S?1Pa=1N/m2 1MPa=106 Pa 绝对压力、表压、真空度地关系：示意图如下?P表压=P绝对压力-P大气压力；?P真空度=P大气压力-P绝对压力 P真 P表 大气压力 Pa P绝 P绝?3 标准大气压：?地球表面充满着一层厚的大气，俗称大气层，气体也有重量对地面上的一切都有压力叫，叫大气压。与当地的海拔高度、气候条件有关通常把纬度45o的海平面上的大气压叫标准大气压，相当于0时，760mmHg高的水银柱底部的压力。?北京759.2mmHg；?济宁1021hPa。?4 各种压力换算
8、表：?1兆帕=103千帕=106帕=10巴=1.45102磅/英寸2?1兆帕=10.197工程大气压（kgf/cm2）10工程大气压?1物理大气压（atm）=1.03323工程大气压=1.0133105帕?1物理大气压=760汞柱（mmHg）=10.33水柱（mH2O）=14.7磅/英寸2?压力表的分类：按其转换原理的不同，大致可分为四大类。1、液柱式压力计：依据流体静力学原理，简单、方便测量范围窄测较低压或真空度。2、弹性式压力表；将被测压力转换成弹性元件变形的位移进行测量，如弹簧管压力表，波纹管压力计等。3、电器式压力表；通过机械或电器元件将被测压力转换为电量（电压、电流、频率等）来进行测
9、量的仪表。如电容式、电阻式、应变片式或霍尔片式等压力表。4、活塞式压力计：根据水压机液体传送的原理（帕斯卡定律），将被侧压力转换成活塞上所加砝码的质量来进行测量，精度很高。?弹性式压力计 在被测压力下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的的测压仪表。弹性式压力计可以用来测量几百帕到数千兆帕范围的压力，因此在工业上应用十分广泛。?常用的几种弹性元件如下：弹簧管式弹性元件：测压范围较宽，可高达1000MPa 的压力。多圈弹簧管：增加自由端的位移，提高精确度。膜片式弹性元件：膜片式弹性元件根据结构的不同可分为膜片和膜盒。波纹管式弹性元件：是一个周围为波纹状的薄壁金属圆桶。?弹簧管压力表：?其用
10、途不同，可分为普通压力表、耐腐蚀氨用压力表、禁油的氧气压力表。?弹簧管压力表的结构：弹簧管、拉杆、扇形齿轮、中心齿轮、指针、面板、游丝、调整螺钉、接头。?电接点压力表：除普通压力表的结构外，还有静触点、动触点、连接线指示灯等。?弹簧管压力表：Y(QF)-XXX?耐震压力表：YTN-XXX（使用硅油）?隔膜压力表：YTG-XXX（腐蚀介质）?隔膜耐震压力表：YTPN-XXX?毛细远传压力表：加引压管便于测量，地下阀组使用?电接点压力表：YG-XXX?差压式压力表：?XXX表盘直径 60、100、150、250?怎样选择压力表的测量上限?压力表低于1/3量程部分，精度较低，不宜使用。?选择压力表的
11、测量上限时，一般应大于最高使用压力的1/3，目的是为了保证压力表安全可靠地工作，维护其使用寿命。?选择使用范围时，最高不得超过刻度盘满刻度的3/4。选用标尺全量程的1/3-2/3之间为宜，因为这一使用范围，准确程度较高，又适合平稳、波动两种负荷下兼可使用。第二节 温度检测仪表 一、温度测量仪表的概念及分类?温度：是表征物体冷热程度的物理量。温度的测量范围很广，有的处于绝对零度的低温，有的要在几千度 的高温下进行这样宽的范围，需用不同的测量方法和才测温仪表。分类：按用途分：标准仪表 实用仪表 按工作原理分：膨胀式温度计 压力式温度计 热电阻温度计 热电偶温度计 辐射式温度计 常用温度计的种类 测
12、温方式 温度计种类 测温范围 接触式 测温仪表 膨胀式 玻璃液体 双金属-50600-80600 压力式 液体 气体 蒸汽 -30600-20350 0250 热电偶 铂铑-铂B 镍铬-镍硅K 镍铬-考铜XK 01600-501000-50600 热电阻 铂WZP 铜WZC -200600-50150 非接触式 测温仪表 辐射式 辐射式 光学式 比色式 400-2000 700-3000 900-1700 红外线 光学探测 热电探测 0-3500 200-2000 二、常用的几种温度检测仪表 1、热电偶：两种不同成分的导体焊在一起，两端温度不同时，回路中就会有热电势产生，通过测量电势来测量温度
13、的一种感温元件。2、热电阻：利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的一种感温元件。Rt=R01+（t-t0）R0为0的电阻值，为电阻温度系数 3、双金属温度计：就是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的，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，线性位移变为角度偏转或作为温度继电控制器、极限温度信号。长输管道上采用的是:Pt100。隔爆型铂电阻(WZP-240)构成:1、金属护套 2、保护套管 3、感温元件4、引线?见图。1 2 3 4?注意:?在铂电阻安装时,金属护套中要灌入变压器油。在保护套管内禁止进入水、金属屑。?如显示的温度负的过低,说明保护套管内
14、有水；如-200,A、B短路；如过高,开路。三、常用温度换算公式及应用?常用的温标主要有三种：?摄氏温标:一个标准的气压下以冰水混合物为零点的温度表示方法。?华氏温标：一个标准的气压下水的冰点定为32，水的沸点定为212,中间分为180份，?开氏温标（热力学温标）：?他们的关系：t=T-273.15K K=t+273.15 =9/5+32 四、温度仪表安装注意事项?1、温度一次点的安装位置应选在介质温度变化灵敏且具有代表性的地方，不宜选在阀门、焊缝等阻力部件的附近和介质流束呈死角处。就地指示温度计要安装在便于观察的地方。热电偶安装地点应远离磁场。温度一次部件若安装在管道的拐弯处或倾斜安装，应逆
15、着流向。双金属温度计在DN50管道或热电阻、热电偶在DN70的管道上安装时，要加装扩大管。扩大管要按标准图制作。压力式温度计的温包必须全部浸入被测介质中。?2、温度二次表要配套使用。热电阻、热电偶要配相应的二次表或变送器。特别要注意分度号，不同分度号的表示不能误码率用。?3、热电偶必须用相应分度号的补偿导线。热电阻宜采用三线制接法，以抵消环境温度的影响。每一分钟二次表都有其外接线路电阻的要求，除补偿导线或电缆的线路电阻外，还须用锰铜线配上相应的电阻，以符合二次表的要求。?4、电阻体通常使用三芯电缆或四芯电缆中的三芯，每一芯的电阻值可有下法测得：若为四芯电缆，一芯是备用的，把三芯拧在一起，很容易
16、把第四芯找出来（与另二芯电阻为很大的这一芯即是）。?5、补偿导线或电缆通过金属挠性管与热电偶或热电阻连接。?6、同一条管线上若同时有压力一次点或温度一次点，压力一次点应在温度一次点的上游侧。?7、温度二次仪表安装较为简单。把单体调校合格的二次表按安装说明书分别安装在指定人仪表盘上或框架上即可。?温度二次仪表是近年来发展较快的一类显示仪表，大多数指针指示的二次表（即动圈指示仪）逐步被外形尺寸完全一致的数字显示温度表所代替。但在安装上没有多大变化。第三节 流量检测仪表?一、流量检测仪表的概念及分类?1、流量：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量即瞬时流量，在某一段时间内流过管道的流体的总和即瞬时
17、流量在某一段时间内的累计量称为总量。流量分为质量流量、体积流量。例Nm3/h.?2、流量仪表的分类：?1）速度式流量计：以一种测量流体在管道内的速度作为测量依据来计算流量的仪表，?包括：差压式流量计 转子流量计 涡轮流量计 靶式流量计?2）容积式流量计：椭圆齿轮流量计 活塞式流量计?3）质量式流量计：惯性力式流量计 补偿式流量计?二、常用的几种流量仪表?1、压式流量计：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压力差而实现流量测量的。是目前最常用、最成熟的方法。节流装置：就是在管道中放置一个局部收缩元件。应用最广泛的是孔板，其次是喷嘴、文丘利管等。?2、转子流量计：它与差压式流量计的
18、工作原理不同，差压式流量计是节流面积不变，差压变化来反映流量的变化。而转子流量计是压降不变，利用节流面积的变化来测量流量。?三、孔板流量计的组成、原理?组成：孔板、绝对压力变送器、差压变送器（高低）、Pt100铂电阻。?原理:采用孔板和差压变送器。气体流过孔板时,在孔板的前后产生压差,此差压通过差压变送器检测,根据气体压力、温度、组份及检测到的差压,根据AGA3和AGA8报告的标准计算出标况下的气体流量。?优点:结构简单、工作可靠、适用性强、使用寿命长。缺点量程比小为1:3。用于流量较平稳的流量计量。?开启差压变送器的操作步骤：?1节流装置与差压变送器各引压管及仪表电源线都连接好，三阀组先处于
19、切断状态。?2开三阀组的平衡阀。?3后打开节流装置处的切断阀。?4开启引压管排放阀，排出管内的积液然后关闭?5开启差压变送器三阀组连接正、负压室的针型阀门。?6然后关闭平衡阀，使差压变送器投入正常工作。?7检查各连接管路是否漏气，表头指针指示是否正常。?停用差压变送器的操作步骤?1打开三阀组的平衡阀，使差压变送器的正、负压室压力平衡。?2关闭正、负压室的截断阀，这时仪表表头指示应回零。?3关闭节流装置引压管的切断阀。?4打开放空阀。?5断开仪表电源/信号线的供电电源或在现场拆下接线端头用保护套管套好，从变送器抽出。?6根据情况可拆下变送器进行校验或更换。?四、差压变送器的维护保养?1定期检查引
20、压管线有无渗漏，截断阀及平衡阀是否灵活可靠。?2定期进行仪表零位检查。?3按检定周期要求定期送检。?4盖必须用手拧紧，而不应损坏螺纹。?五、其它?1本流量计采用温压补偿来提高计量的精度。?2启动压力变送器时应缓慢打开引压阀。?3定期检查引压管线有无渗漏，截断阀是否灵活可靠。?4压力变送器及铂电阻盖必须用手拧紧，而不应损坏螺纹。?5压力变送器及铂电阻按检定周期要求定期送检。?说明：1、2为节流装置处切断阀；3、4为三阀组的切断阀；5、6为排放阀-+节流装置 平衡阀 差压变送器 储气罐 储气罐 5 6 1 2 3 4 第四节 物位检测仪表?1、浮力式液位计?浮力式液位计有两种。一种是维持浮力不变的
21、液位计，称为恒定浮力液位计，如浮球、浮标式等。另一种是在检测过程中浮力发生变化，叫做变浮力式液位计，如沉筒式液位计等。?2、差压式液位计?差压式液位计是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变化的原理而工作的。第五节 分析仪表?1、色谱分析的基本原理?色谱分析是一种物理化学的分析方法，其特点是使被分析的混合物通过色谱柱将各组分进行分离，并通过检测器后输出与组分的量成比例的信号。?2、氧气分析仪?3、硫化氢分析仪?4、露点分析仪 第六节 仪表检定与校准?仪表检定与校准主要包括：就地校准和检定室校准?1、就地校准?大量的仪表安装在生产现场，对这些仪表进行现场校准是经常进行的。对仪表进行现场校
22、准是仪表日常维修工作的范畴，一般说现场校准仪表只是对示值误差的确认。?2、检定室检定?计量检定必须按检定规程规定的要求进行 。每个规程都清楚地规定了规程适用的范围、技术要求、检定条件，检定项目、检定方法、检定结果处理和检定周期等内容。计量检定只能按这些要求逐项进行，与校准有所不同。?仪表检定分为：强制检定和非强制检定?1、强制检定：由县级以上人民政府计量行政部门指定的法定计量检定机构或授权的计量检定机构对强制检定的计量器具实行的定期定点检定。?2、强制检定的计量器具：?包括三部分：?1）.社会公用的计量标准器具。?2）.部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具。?3）.用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面，并列入强制检定项目的工作计量器具。?3.强制检定的工作计量器具：用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面，并列入强制检定项目的工作计量器具。（周期一般为半年或一年）?4.非强制检定的工作计量器具（依法管理的工作计量器具）：经有关计量部门授权后由本单位自己定期进行检定，自己不能检定的送计量检定机构定期进行检定（周期比强制检定较长）。?结合涩宁兰线的实际，强制检定的工作计量器具主要有：工艺站场计量管段上的压力表、双金属温度计、所有的压力变送器、差压变送器、热电阻、标准计量孔板、天然气组份分析仪等。工艺站场除此以外的其它计量器具都属于非强制检定的工作计量器具。
